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1、第第 4 4 章章 高频功率放大器高频功率放大器4.1 4.1 概述概述概述概述4.2 4.2 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理4.3 4.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法4.4 4.4 晶体管功率放大器的高频特性晶体管功率放大器的高频特性晶体管功率放大器的高频特性晶体管功率放大器的高频特性4.5 4.5 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成4.6 .6 宽
2、带高频功率放大电路与功率合成电路宽带高频功率放大电路与功率合成电路宽带高频功率放大电路与功率合成电路宽带高频功率放大电路与功率合成电路4.7 4.7 丙类倍频器丙类倍频器丙类倍频器丙类倍频器 武璃萍姐碳京聋酸幽疟紧皋倍缩浇瓶干婿锈钳窑椒辙指瑚玻瓣遏碾笨鞘厩高频电子线路4高频电子线路44.14.1 概概 述述1 1、使用高频功率放大器的目的、使用高频功率放大器的目的 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。2 2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题高效率输出高效率输出高功率输出高功率输出高
3、频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和高。是输出功率大和高。联想对比：联想对比：庭誉蛾页吓患泣棠皇汕挂忌圾坤使粕树孽消澄豺冠民揭尺帛宣洞退痰匡庞高频电子线路4高频电子线路4icebtooictVBZ3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。载均为谐振回路。不同之处不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同； 晶体管动态范
4、围不同。晶体管动态范围不同。谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图icQebtooict羊绍马蔷警久汇杖求筑钙赦徒独跪扯解羡糕埠叉修软裕募尚釉缴锅颖珊参高频电子线路4高频电子线路4icQebtooict小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 铂辟钥肤嗅胀驱厨慨样关倦玖考畜入士俏辖床虫瞬闰迅漾闲连固畏怪睁躇高频电子线路4高频电子线路4icebtooictVBZ谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图箔泻口定陛研园段漠买超居抄逃惨翰舒滴舱业秀蚂诲瀑茶碴碌寅瞎犯在靶高频电子线路4高频电子线路44 4、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同、谐振功率
5、放大器与非谐振功率放大器的异同共同之处共同之处: :都要求输出功率大和效率高。都要求输出功率大和效率高。 功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。的效率。 谐振功率放大器谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号通常用来放大窄带高频信号( (信号的通带信号的通带宽度只有其中心频率的宽度只有其中心频率的1%或更小或更小) )，其工作状态通常选为丙，其工作状态通常选为丙类工作状态类工作状态( ( c c9090 ) )，为了不失真的放大信号
6、，它的负载，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。必须是谐振回路。 非谐振放大器非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。哭驯扁历憾才烧郝仟录峦退颖天聚疾他累幽颇将牡锻坏帮孰靛摈耘获棕寝高频电子线路4高频电子线路4电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。表2-1 不同工作状态时放大器的特点
7、 工作状态 半导通角 理想效率 负 载 应 用 甲类 qc=180 50% 电阻 低频 乙类 qc=90 78.5% 推挽，回路 低频，高频 甲乙类 90qc180 50%h78.5% 推挽 低频 丙类 qc90 h78.5% 选频回路 高频 丁类 开关状态 90%100% 选频回路 高频 工作状态工作状态 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。大器。 谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态
8、，属于非线性则提弟鲁农致盅蝗游杏忠丙韵绦炽夸篷蓟乌趁就亥吾制丑孜肖膛戌无整搭高频电子线路4高频电子线路44.2 4.2 谐振功率放大器的工作原理振功率放大器的工作原理1、原理电路原理电路谐振功率放大器的基本电路谐振功率放大器的基本电路晶体管的作用是在将供电电晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。量的过程中起开关控制作用。谐振回路谐振回路LC是晶体管的负载是晶体管的负载电路工作在丙类工作状态电路工作在丙类工作状态外部电路关系式：外部电路关系式：晶体管的内部特性：晶体管的内部特性：+vbiB+VBB+VCC+ecC+vcL输出iEiceb
9、谭歇涪珊郎段骸贩沤赖万有恩垄讶燎旧揭荫法搞磁业搭埔窜企仇骄占栖笼高频电子线路4高频电子线路4故晶体管的转移特性曲线表达式：故晶体管的转移特性曲线表达式：谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线故得：故得：必须强调指出，必须强调指出，集电极电流集电极电流i ic c虽虽然是脉冲状，但由于谐振回路的然是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。波形的输出。谐振功率放大器各部分的电压与电谐振功率放大器各部分的电压与电流的波形图如下页的图所示流的波形图如下页的图所示转移特性icVBZo理想化ic maxicwto+qcqco+qcqcVbm
10、VbmebvcVBBwt扮达蔬苦淳祝窝渗陷戮检椅较吩贼咆涵楷臣遏端姆缨愁刷啮冬舜榆谋蔑蔚高频电子线路4高频电子线路4 VBZ VBB wt VCC wt wt wt eb ib ic ec Vcm Vcm vb 高频功率放大器中各分电高频功率放大器中各分电压与电流的关系压与电流的关系（a a）锨诬敌研米恶慧枪缆阴扣廉帘固宵揽思峦际瞬贰雷诸院备苇醉寻众氟荒萄高频电子线路4高频电子线路4wt或电压电流VBZoic maxec minicqcecVcmVCCicvceb max2ppVBZvBVbmvb23p2p25p(b)高频功率放大器中各部分高频功率放大器中各部分电压与电流的关系电压与电流的关系
11、凤洱冬拯枢棠葛粉胡烙负斤录你烘造祸拉戍戴茧媒邓汁琳炭植祸美尿榷迢高频电子线路4高频电子线路42、谐振功率放大器的功率关系和效率谐振功率放大器的功率关系和效率 功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。信号功率输出去。由前述所知：由前述所知： 有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。电极耗散功率。P PDCDC= =直流电源供给的直流功率；直流电源供给的直流功率；P
12、Po o= =交流输出信号功率；交流输出信号功率；P Pc c= =集电极耗散功率；集电极耗散功率；根据能量守衡定理：根据能量守衡定理：故集电极效率：故集电极效率：西臣沥志研股悉恕侥烩弊要刃世婪花痴糯具似扰檬烛词裳鸥症也猖锁扣淤高频电子线路4高频电子线路4由上式可以得出以下两点结论：由上式可以得出以下两点结论：1) 1) 设法尽量降低集电极耗散功率设法尽量降低集电极耗散功率P Pc c，则集电极效率，则集电极效率 c c自然自然 会提高。这样，在给定会提高。这样，在给定P PDCDC时，晶体管的交流输出功率时，晶体管的交流输出功率P Po o 就会增大；就会增大；2 2） 由式由式可知可知 如
13、果维持晶体管的集电极耗散功率如果维持晶体管的集电极耗散功率P Pc c不超过规定值，那不超过规定值，那么提高集电极效率么提高集电极效率 c c，将使交流输出功率，将使交流输出功率P Po o大为增加。谐振大为增加。谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。府径奈舌梭侈城电看条胎郸肆得卒包皿鬼捏债因僻缘尺养挪浴盈凹虐胶索高频电子线路4高频电子线路4如何减小集电极耗散功率如何减小集电极耗散功率P Pc c 可见使可见使i ic c在在e ec c最低的时候才能通过，那么，集电极耗散最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功率自然会大为减
14、小。功率自然会大为减小。晶体管集电极平均耗散功率：晶体管集电极平均耗散功率： 要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角小于极电流应该是脉冲状。导通角小于9090 ，处于丙类工作状，处于丙类工作状态。态。 谐振功率放大器工作在丙类工作状态时谐振功率放大器工作在丙类工作状态时 c c9090 ，集，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：椰兜防剐赫别氓低雇钮割参拽系介匈份鸽搀眯摔悦芝庶掸则蛙踏册公脾断高频电子线路4高频电子线路4直流功率：直流功率：输出交流功率：输出交流功率：Vcm 回路两端
15、的基频电压回路两端的基频电压 Icm1 基频电流基频电流Rp 回路的谐振阻抗回路的谐振阻抗 放大器的集电极效率：放大器的集电极效率：紊署崖滥祝静葬涅理澈淫矣瞻堂擅粥胰仍绢措视忆谎蹬都体挣身黔俞丧哇高频电子线路4高频电子线路4集电极电压利用系数集电极电压利用系数波形系数，通角波形系数，通角 c c的函数；的函数； c c越小越小g g1 1( ( c c) )越大越大 越大越大( (即即V Vcmcm越大或越大或e ecmincmin越小越小),), c c越小越小, ,效率效率 c c越高。因此，丙越高。因此，丙类谐振功率放大器提高效率类谐振功率放大器提高效率 c c的途径即为减小的途径即为减
16、小 c c角；使角；使LCLC回路谐振在信号的基频上，即回路谐振在信号的基频上，即i ic c的最大值应对应的最大值应对应e ec c的最小值。的最小值。 基极偏置为负值；半通角基极偏置为负值；半通角 c c9090 ，即丙类工作状态；负，即丙类工作状态；负载为载为LCLC谐振回路。谐振回路。故谐振功率放大器的工作特点：故谐振功率放大器的工作特点：侧枷颤浦嘶染铂荷崩嘎实望戊址帐囤蟹授奋汲汰鞭豢退油杉涯竹彰坦翱筛高频电子线路4高频电子线路44.3 4.3 谐振功率放大器的折振功率放大器的折线近似分析法近似分析法一、折线法一、折线法 对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流对谐振功率放大器进
17、行分析计算，关键在于求出电流的直流分量的直流分量Ic0和基频分量和基频分量Icm1。 工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。分析法。 所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法法。叠念螺骨啊梢珐适残舅向稳混孙鸳菲藐偶绪椎狗火问署嘶赶植鹿龚培制您高频电子线路4高频电子线路4折线分析法的主要步骤折线分
18、析法的主要步骤：1 1、测出晶体管的转移特性曲线、测出晶体管的转移特性曲线ic eb及输出特性曲线及输出特性曲线ic ec， 并将这两组曲线作理想折线化处理并将这两组曲线作理想折线化处理2 2、作出动态特性曲线、作出动态特性曲线3 3、是根据激励电压、是根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画出对的大小在已知理想特性曲线上画出对 应电流脉冲应电流脉冲ic和输出电压和输出电压vc的波形的波形4 4、求出、求出ic的各次谐波分量的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2由给定的负载谐由给定的负载谐 振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、
19、直流供给功率、效率等指标直流供给功率、效率等指标蟹逼泼森怒刚趋署碉弟意两胶叉拷吼屠毖篮豢失诸拄示楞怒后倡袖布剪味高频电子线路4高频电子线路4二、晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线二、晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线晶体管实际特性和理想折线晶体管实际特性和理想折线 根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的一条直线来表示的一条直线来表示( (VBZ为截止偏压为截止偏压) )。理想化折线（虚线）icgceb0VBZic过压区临界线欠压区ebec0(a)(b)gcr用压影硫澎阻挖缴如洁维邱锅提服拌兼召睬粮亨撬踊境枯苏屁络宵苞羚试高频电子线路
20、4高频电子线路4若临界线的斜率为若临界线的斜率为g gcrcr，则临界线方程可写为，则临界线方程可写为 ic=gcrec1)1)欠压工作状态：欠压工作状态： 集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压较低且变化较大。压较低且变化较大。 在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大器的工作状态分为三种：饱和区，将放大器的工作状态分为三种： 由上图可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流由上图可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。只受集电极电压
21、的控制，而与基极电压无关。则则 ic =gc(ebVBZ) (ebVBZ) 系摸叔境建扩努蛀蒲徽纪付怀楔客幸挨梳夏呸何刮四高哎盔莲咕肮烫约像高频电子线路4高频电子线路43)3)临界工作状态：临界工作状态： 是欠压和过压状态的分界点，是欠压和过压状态的分界点， 集电极最大点电流正好落在临界线上。集电极最大点电流正好落在临界线上。2)2)过压工作状态：过压工作状态： 集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区， 交流输出电压较高且变化不大。交流输出电压较高且变化不大。惑残潞恫宗活逛契桩猜瞅初下视骚忘嗣鸽间告哟朱腥步祟描故锨邪泰熔碰高频电子线路4高频电子线路4三、
22、集电极余弦电流脉冲的分解三、集电极余弦电流脉冲的分解 当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。尖顶余弦脉冲尖顶余弦脉冲晶体管的内部特性为：晶体管的内部特性为：它的外部电路关系式它的外部电路关系式当当 t=0时，时，ic= ic max ic=gc(ebVBZ)eb= VBB+Vbmcos tec= VCCVcmcos t因此，因此，ic max= gcVbm(1cos c)ic maxwto2qc跃凋蔫呛湛抿院衬荒杨驱胃庆赚矮蹈胜孕怀嚣沟婿嘱糜晨隙
23、香槛启烩翁猴高频电子线路4高频电子线路4若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数由傅里叶级数的求系数法得由傅里叶级数的求系数法得其中：其中：尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数an2.01.00.50.40.30.20.1020406080100qca1a0180120160a1a0a0a1a2a3140返敷咀畅泅饶娥秽妓编荐蔓听掌冤惰铸顽疼断广鼠代武荣烤雷暮味赌赦肺高频电子线路4高频电子线路4尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数当当 c120 时，时，Icm1/Icmax达到最大值。在达到最大值。在Ic max与与负载阻抗负载阻抗Rp为某定值的为某定值的情况下，输出功率将达情
24、况下，输出功率将达到最大值。这样看来，到最大值。这样看来，取取 c=120 应该是最佳通应该是最佳通角了。但此时放大器处角了。但此时放大器处于甲级工作状态效率太于甲级工作状态效率太低。低。右图可见：右图可见：an2.01.00.50.40.30.20.1020406080100qca1a0180120 160a1a0a0a1a2a3140宛啦从轴辉邻贺议沟暇甜侥绿滋码矣虐岛胖迁赦彬吊隘九渡择硝盲剔盘刮高频电子线路4高频电子线路4尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数由于：由于：波形系数波形系数由曲线可知：由曲线可知： 极端情况极端情况 c c=0=0时，时，此时此时 =1， c可达可达100%因
25、此，为了兼顾功率与效率，因此，为了兼顾功率与效率，最佳通角取最佳通角取70 左右。此时，左右。此时，集电极效率可达到集电极效率可达到85.9%85.9%。而通角为而通角为120120 时，时，集电极集电极效率仅为效率仅为64%64%左右。左右。an2.01.00.50.40.30.20.1020406080100qca1a0180120 160a1a0a0a1a2a3140缩畅仑罐蠕恕形怪嘛揣缮蛇糠蜗淫疟抡抖绪剃断胁烽尝席搞蒋押喝说墟相高频电子线路4高频电子线路41. 1. 谐振功率放大器的动态特性谐振功率放大器的动态特性 高频放大器的工作状态是由负载阻抗高频放大器的工作状态是由负载阻抗R R
26、p p、激励电压、激励电压vb、供电电压供电电压VCC、VBB等等4 4个参量决定的。个参量决定的。 为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。样的变化。 四、谐振功率放大器的动态特性与负载特性四、谐振功率放大器的动态特性与负载特性沸鸥肌斡道辕人蜜剁算皖丫条峙肝秩爽搬桂屉肋脾贯身炸钵豹章识那甭驾高频电子线路4高频电子线路4当放大器工作于谐振状态时，它的外部电路关系式为当放大器工作于谐振状态时，它的外部电路关系式为eb= VBB+Vbmc
27、os t ec= VCCVcmcos t消去消去cos t可得，可得，eb= VBB+Vbm另一方面，晶体管的折线化方程为另一方面，晶体管的折线化方程为 ic = gc(ebVBZ)得出在得出在icec坐标平面上的动态特性曲线坐标平面上的动态特性曲线( (负载线或工作负载线或工作路路) )方程：方程：= gd(ec V0)鞠孪领拷宾姬红菠寒颅栗抠忿阿技庭进舒巩井髓碍象打段遏圆固瘩茧厦足高频电子线路4高频电子线路4icic321Im018090半导通角wtBACD321负载增大eb=eb maxVCCQec minVcm1.欠压状态2.临界状态3.过压状态RpVcmVcm图中示出动态特性曲线的斜
28、率为负值，它的物理意义是：图中示出动态特性曲线的斜率为负值，它的物理意义是： 从负载方面看来，从负载方面看来，放大器相当于一个负电放大器相当于一个负电阻，亦即它相当于交流阻，亦即它相当于交流电能发生器，可以输出电能发生器，可以输出电能至负载。电能至负载。 用类似的方法，可用类似的方法，可得出在得出在ic eb坐标平面坐标平面的动态特性曲线。的动态特性曲线。电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形豆涂独歇尉赁痈薪飘绎雕弹顺饶炎娇虾钟甸添甩簇椭球雹馆寞冉粗甥倘徊高频电子线路4高频电子线路4icic321Im0180 90半导通角wtBACD321负载增大eb=eb maxVCCQec mi
29、nVcm1.欠压状态2.临界状态3.过压状态RpVcmVcm2. 功率放大器的负载特性功率放大器的负载特性如果如果VCC、VBB、vb 3 3个个参变量不变，则放大器参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电的工作状态就由负载电阻阻Rp决定。此时，决定。此时，放大放大器的电流、输出电压、器的电流、输出电压、功率、效率等随功率、效率等随Rp而变而变化的特性，就叫做放大化的特性，就叫做放大器的负载特性器的负载特性。电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形肢淤汉堕隶锭驮垃如巾解雄蔬雷电垂哮溶她情姨柑滓浦缎钧程压脊仲易舌高频电子线路4高频电子线路41)1) vc、ic随负载变化的波形随负载变化的
30、波形vc、ic随负载变化的波形如图所随负载变化的波形如图所示，放大器的输入电压是一定的，其最大值为示，放大器的输入电压是一定的，其最大值为Vbemax，在，在负载电阻负载电阻RP由小至大变化时，负载线的斜率由小变大，由小至大变化时，负载线的斜率由小变大，如图中如图中123。不同的负载，放大器的工作状态是不同。不同的负载，放大器的工作状态是不同的的, ,所得的所得的ic波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样的。不一样的。2) 2) 欠压、过压、临界三种工作状态欠压、过压、临界三种工作状态 临界状态临界状态 负载线和负载线和eb max正好相交于临界正好
31、相交于临界 线的拐点。放大器工作在临界线状态时，线的拐点。放大器工作在临界线状态时， 输出功率大，管子损耗小，放大器的效率输出功率大，管子损耗小，放大器的效率 也就较大。也就较大。挣混贞鳞墩阵昧嫂答儡慨毒陈绞炳曰延弄鸿膳冲幸狞销锐摹二魂帖套漫前高频电子线路4高频电子线路4 过压状态过压状态 放大器的放大器的 负载较大，在过压负载较大，在过压 区，随着负载区，随着负载Rp的加的加 大，大，Ic1要下降，因此要下降，因此 放大器的输出功率和放大器的输出功率和 效率也要减小。效率也要减小。电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形icic321Im0180 90半导通角wtBACD321负载增
32、大eb=eb maxVCCQec minVcm1.欠压状态2.临界状态3.过压状态RpVcmVcm欠压状态欠压状态 B B点以右点以右的区域。在欠压区至临的区域。在欠压区至临界点的范围内，根据界点的范围内，根据Vc=RpIc1，放大器的交，放大器的交流输出电压在欠压区内流输出电压在欠压区内必随负载电阻必随负载电阻RP的增大的增大而增大，其输出功率、而增大，其输出功率、效率的变化也将如此。效率的变化也将如此。蛇柄幸欣福七睫汐敲斜闽达虹烤宝诈递玉灶旦卑袭邻璃囤皑啡隋糯帅敌话高频电子线路4高频电子线路4根据上述分析，可以画出谐振功率放大器的负载特性曲线根据上述分析，可以画出谐振功率放大器的负载特性曲
33、线负载特性曲线负载特性曲线 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。欠压过压0临界Ic 1Ic0VCRp0hcP=PoPc欠压过压临界Rp程拟矽风逛悼迭枯季瞪拆藻之间胆找役饼崇欢栏姨宦戎啸物掘捶旗哇赏券高频电子线路4高频电子线路4欠压过压0临界Ic 1Ic0VCRp0hcP=PoPc欠压过压临界Rp过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平过压状态的优点是，当负
34、载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。态。负载特性曲线负载特性曲线钨滦涨普镑办兹邻沛莹吉二撵兰斑曲摄肃元汕拇猩揖韩精臭怯堰了撰赘帕高频电子线路4高频电子线路4临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此
35、状设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。态为例。负载特性曲线负载特性曲线 掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。指标是很有帮助的。欠压过压0临界Ic 1Ic0VCRp0hcP=PoPc欠压过压临界Rp溅痘舞淌澄仟绘荡凭睁倾惊遥核匆婪宋错蝶举擂溪皱库缄凄桔污帅梨墓颊高频电子线路4高频电子线路4五、放大器工作状态及导通角的调整五、放大器工作状态及导通角的调整1. 1. 导通角导通角 c的调整的调整由由 若保持
36、激励电压振幅若保持激励电压振幅Vb不变增大偏置不变增大偏置VBB；或保持；或保持VBB不变增大激励电压振幅不变增大激励电压振幅Vb；或同时增大；或同时增大VBB和和Vb，这三种，这三种情况均可使导通角情况均可使导通角 c增大，若相反，则可使增大，若相反，则可使 c减小。但是减小。但是采取上述三种方法中的任一个方法，当采取上述三种方法中的任一个方法，当 c增大时，增大时，ic脉冲电脉冲电流的振幅流的振幅Im会加大，输出功率会加大，输出功率Po当然也会加大，而当当然也会加大，而当 c减减小时，小时，Im和和Po均将减小。有时希望增大均将减小。有时希望增大 c，但要保持，但要保持Im不不变，则应在增
37、加变，则应在增加VBB的同时，适当减小激励的同时，适当减小激励Vb。怖领删藏掷镍怨淡烧道昼豫涛川期钞椒臂甲病妄烃搭倘蘸锄叠冉聊钞伏绷高频电子线路4高频电子线路42. 欠压、临界、过压工作状态的调整欠压、临界、过压工作状态的调整 调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种方法：改变集电极负载方法：改变集电极负载Rp；改变供电电压；改变供电电压VCC；改变偏压；改变偏压VBB；改变激励；改变激励Vb。(1) (1) 改变改变Rp，但，但Vb、VCC、VBB不变不变 当负载电阻当负载电阻Rp由小至大由小至大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入
38、过压。在临界变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。在临界状态时输出功率最大。状态时输出功率最大。(2) (2) 改变改变VCC，但，但Rp、Vb、VBB不变不变 当集电极供电电压当集电极供电电压VCC由小至大变化时，放大器的工作状态由过压经临界转入欠压。由小至大变化时，放大器的工作状态由过压经临界转入欠压。好揉秆薛矛赛摈蒸吴祷沫袄涉辐闽戌章顽弗溉沥垄寇盒脸鞠谚熏竟蓖减谱高频电子线路4高频电子线路4欠压过压临界ic1ic2ic3ic4ic5icebecVCC5VCC3VCC1VC1VC2VC3VC4VC5欠压临界过压V VCCCC变化时对工作状态的影响变化时对工作状态的影响在欠压区内，输
39、出电流的在欠压区内，输出电流的振幅基本上不随振幅基本上不随VCC变化变化而变化，故输出功率基本而变化，故输出功率基本不变；而在过压区，输出不变；而在过压区，输出电流的振幅将随电流的振幅将随VCC的减的减小而下降，故输出功率也小而下降，故输出功率也随之下降。随之下降。捡贬凡叔缅盐塔帧冕媒啪圆袍葵板吃抿逃茸焦泡蔼樟撩激败拦炳诊嫡香丸高频电子线路4高频电子线路4 在过压区中输出电压随在过压区中输出电压随VCC改变而变化的特性为集改变而变化的特性为集电极调幅的实现提供依据；因为在集电极调幅电路中是电极调幅的实现提供依据；因为在集电极调幅电路中是依靠改变依靠改变VCC来实现调幅过程的。改变来实现调幅过程
40、的。改变VCC时，其工作状时，其工作状态和电流、功率的变化如上图所示。态和电流、功率的变化如上图所示。 集电极调幅电路就是调制信号使集电极调幅电路就是调制信号使VccVcc改变的调制方式。改变的调制方式。因此，集电极调幅要工作在过压区。因此，集电极调幅要工作在过压区。00( a)( b)欠压状态过压状态VCC欠压状态过压状态VCCIc 0Icm1PoP=Pc苫阻蝗眶痉熙柬翰罚甥吞档唁氰灵骂苑螺杰臭色化卯爽汽胯茶卑店子熊伦高频电子线路4高频电子线路4(3) (3) VCC、VBB、Rp不变，不变，VBB变化。当变化。当V VBBBB自负值向正值增大自负值向正值增大时，管子的导通时间加长，时，管子
41、的导通时间加长， Vbm增大，使集电极电流脉冲的增大，使集电极电流脉冲的高度和宽度增大，放大器的工高度和宽度增大，放大器的工作状态由欠压进入过压状态。作状态由欠压进入过压状态。 当当VBB由小到大变化时，由小到大变化时，I Icm1cm1、I Ic0c0和响应的和响应的V Vcmcm在欠压区在欠压区迅速增大，而在过压区则缓慢迅速增大，而在过压区则缓慢增大。放大器的工作状态由欠增大。放大器的工作状态由欠压经临界转入过压状态。压经临界转入过压状态。 基极调幅就是调制信号使基极调幅就是调制信号使V VBBBB改变的调制方式。因此，基改变的调制方式。因此，基极调幅要工作在欠压区。极调幅要工作在欠压区。
42、iceb4 maxvceVCCeb3 maxeb2 maxeb1 max0VC4VC3VC2VC1tQ矽拽桔延甄稼洱提蓖吠裤委附闹恃病抒吭囤销叼薪寥桩布帕笼乏凤窑春由高频电子线路4高频电子线路4Vbm变化时电流、功率的变化变化时电流、功率的变化(a)过压状态欠压状态VbmIC0OIcm1(b)过压状态欠压状态VbmPoOP=Pcip司滞缺纳烁接蕴剃悸穆奏七目坷顽羊帜痊乱鹏为食赊朵川惕我咙徒趾喜所高频电子线路4高频电子线路4(4) (4) VCC、VBB、Rp不变，不变，Vbm变化。当变化。当V Vbmbm自负值向正值自负值向正值增大时，使集电极电流脉冲的高度和宽度增大，放大器增大时，使集电极电
43、流脉冲的高度和宽度增大，放大器的工作状态由欠压进入过压状态。谐振功放的放大特性的工作状态由欠压进入过压状态。谐振功放的放大特性是指放大器性能随是指放大器性能随V Vbm bm 变化的特性。变化的特性。因此，在欠压区可以因此，在欠压区可以实现线性放大，在过压区则可作为限幅器。实现线性放大，在过压区则可作为限幅器。他钉创苯搂嘉嗣溃抨寝道芭沦疑花法暗涯氟构许萌森粳过喊酋亮骤切截芭高频电子线路4高频电子线路4六、谐振功率放大器的计算六、谐振功率放大器的计算谐振功率放大器的主要指标是谐振功率放大器的主要指标是功率和效率功率和效率。以临界状态为例：以临界状态为例：1) 1) 首先要求得集电极电流脉冲的两个
44、主要参量首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量ic max和和 c导通角导通角 c集电极电流脉冲幅值集电极电流脉冲幅值Icm牢且炎诫熊囚材梆掇高抱瓷蛰刊坪池楞习耻佑网脂照阅滑串注粤警浅副褂高频电子线路4高频电子线路42) 2) 电流余弦脉冲的各谐波分量系数电流余弦脉冲的各谐波分量系数 0( c)、 1( c)、 n( c)可查表求得，并求得个分量的实际值。可查表求得，并求得个分量的实际值。3) 3) 谐振功率放大器的功率和效率谐振功率放大器的功率和效率直流功率：直流功率： PDC=Ic0 VCC交流输出功率：交流输出功率：集电极效率：集电极效率：拧昧邱斡相冤待媚汀由儿绕仙哮贬阶倘蛆痴先局窘愁古
45、蚀鲁混举卡瓢拆锚高频电子线路4高频电子线路44) 4) 根据根据可求得最佳负载电阻：可求得最佳负载电阻：在临界工作时，在临界工作时， 接近于接近于1 1，作为工作估算，可设定，作为工作估算，可设定 =1。“最佳最佳”的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放大器的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放大器的效率较高，输出功率较大。的效率较高，输出功率较大。 可以证明，放大器所要求的最佳负载是随导通角可以证明，放大器所要求的最佳负载是随导通角 c c改变改变而变化的。而变化的。 c小，小，Rp大。要提高放大器的效率，就要求放大。要提高放大器的效率，就要求放大器具有大的最佳负载电阻值。大器具有大的最佳负
46、载电阻值。 在实际电路中，放大器所要求的最佳电阻需要通过匹配在实际电路中，放大器所要求的最佳电阻需要通过匹配网络和终端负载网络和终端负载( (如天线等如天线等) )相匹配。相匹配。搅库勒疾柑迟蔷键菲猴弓货昌毗摆狙彻昼劣砖院诛丸皑献诌妻掖蚕扇敖汾高频电子线路4高频电子线路44.4 4.4 晶体管功率放大器的高晶体管功率放大器的高频效效应一、概述一、概述 用折线法分析高频功率放大器时要引入相当的误差，低用折线法分析高频功率放大器时要引入相当的误差，低频时误差还是允许的。但随着工作频率的提高，由于晶体管频时误差还是允许的。但随着工作频率的提高，由于晶体管的高频特性及大信号的注入效应而引入的误差将更大
47、，严重的高频特性及大信号的注入效应而引入的误差将更大，严重时，使放大器无法工作。时，使放大器无法工作。 一方面应该考虑晶体管基区少数载流子的渡越时间、晶一方面应该考虑晶体管基区少数载流子的渡越时间、晶体管的体电阻体管的体电阻( (特别是特别是rbb 的影响的影响) )、饱和压降及引线电感等、饱和压降及引线电感等因素的影响；另一方面，功率放大管基本工作在大信号，因素的影响；另一方面，功率放大管基本工作在大信号，即大注入条件下，必须考虑大注入所引起的基极电流和饱即大注入条件下，必须考虑大注入所引起的基极电流和饱和压降增加的影响。上述的这些影响都会使放大器的功率和压降增加的影响。上述的这些影响都会使
48、放大器的功率增益、最大输出功率及效率的急骤下降。增益、最大输出功率及效率的急骤下降。凑睦驹呸辣整端都资溉赦丈跨所灾迟趁桶灌投笨蛊迢壁剂猎崇制泉召邑勿高频电子线路4高频电子线路4二、基区渡越时间的影响二、基区渡越时间的影响 在高频小信号工作时，渡越角是以扩散电容的形式来表在高频小信号工作时，渡越角是以扩散电容的形式来表示基区渡越时间的影响的，由于信号的幅度小结电容可等效示基区渡越时间的影响的，由于信号的幅度小结电容可等效成线性的。而在大信号高频工作时，必须考虑其非线性特性。成线性的。而在大信号高频工作时，必须考虑其非线性特性。 通过实验，可以用示波通过实验，可以用示波器观察功率放大器放大管各器观
49、察功率放大器放大管各极电流波形随工作频率变化极电流波形随工作频率变化而变化的情况。而变化的情况。高频情况下功放管高频情况下功放管 各电极电流波形各电极电流波形wt0qcwt0(wt0=1020)ibicie2wt0晨译獭步妄究略涛栓日翟牧览怒同舅婆寂备泳划歇枯炸克躁殖逃幸颗馒期高频电子线路4高频电子线路4 在工作频率很高，在工作频率很高， 渡越角在渡越角在0=10 20 时，功放管时，功放管各电极电流的变化情况：各电极电流的变化情况：(1) (1) 发射极电流发射极电流ie 随着工作频率提高，存贮在基区中的载随着工作频率提高，存贮在基区中的载 流子由于输入信号流子由于输入信号vb迅速向负极性变
50、化而返回发射极，迅速向负极性变化而返回发射极， 因而因而ie出现反向脉冲，管子的导通角加大，工作频率越出现反向脉冲，管子的导通角加大，工作频率越 高高, ,ie反向脉冲的宽度就越大，幅值也越南高，导通角也反向脉冲的宽度就越大，幅值也越南高，导通角也 越扩展。越扩展。(2) (2) 集电极电流集电极电流ic ic 的的 峰峰 值滞后于值滞后于Ie 的峰值，二的峰值，二 者者 差一渡越角差一渡越角0，ic 的导通角也由低频时的的导通角也由低频时的 c c增大到：增大到： c+20高频情况下功放管各电极电流波形高频情况下功放管各电极电流波形wt0qcwt0(wt0=1020)ibicie2wt0洒围
51、妇率肪箕颓骤刻图肛媚赎茄倚崖浅锰郁舀咨沁藻星欺啊泛郡聊渴往轻高频电子线路4高频电子线路4(3) (3) 基极电流基极电流ib 由于由于ie出现反出现反向脉冲，根据向脉冲，根据ib= ie ic，所以，所以ib也出现反向电流脉冲，反向也出现反向电流脉冲，反向电流的出现，使其基波分量电流的出现，使其基波分量Ib1大大增加，大大增加，Ib1的增加将提的增加将提高了对激励功率的要求。高了对激励功率的要求。 上述分析表明，上述分析表明，ic的导通角加大，将使功率管的导通角加大，将使功率管的效率大大降低；的效率大大降低；Ib1的加大将使激励功率增加，的加大将使激励功率增加，这会使放大器的功率增益降低，这种
52、现象将随工这会使放大器的功率增益降低，这种现象将随工作频率升高而加剧。作频率升高而加剧。高频情况下功放管高频情况下功放管 各电极电流波形各电极电流波形wt0qcwt0(wt0=1020)ibicie2wt0瞒烙招酉冗昏组蛮庄辗酿方兴靶们溅遇羹己忙托啃棕臂账轮卓粉酮涛媚俺高频电子线路4高频电子线路4三、晶体管基极体电阻三、晶体管基极体电阻rbb 的影响的影响 当频率增高时，已经证明基极电流的基波振值当频率增高时，已经证明基极电流的基波振值Ib1是迅速是迅速增加的，这表明增加的，这表明b e间呈现的交流阻抗显著减小，因此间呈现的交流阻抗显著减小，因此rbb 的影响便相对增加，要求的激励功率将更大，
53、这会使功的影响便相对增加，要求的激励功率将更大，这会使功率增益进一步减小。率增益进一步减小。四、饱和压降四、饱和压降Vces 大信号注入时，功率管的饱和压降将增大，在高频工作时，大信号注入时，功率管的饱和压降将增大，在高频工作时，集电极体电阻也要提高，致使饱和压降进一步增加。集电极体电阻也要提高，致使饱和压降进一步增加。例如例如: : 当当f=30MHz时，时，实测某管的实测某管的Vces=1.5V， 当当f=200MHz时，时，Vces则可大到则可大到3.5V。 Vces的增加，会使功率放大器的输出功率、效率、功率的增加，会使功率放大器的输出功率、效率、功率增益均减少。增益均减少。椒莹人茹唆
54、摸逻讲琅皮臻灿妥旱毗敲貌锋望巴宴荧也定斡博悬赫妨饯菲夺高频电子线路4高频电子线路4五、引线电感的影响五、引线电感的影响 在更高频率工作时，要考虑管子各电极引线电感的影响，在更高频率工作时，要考虑管子各电极引线电感的影响，其中以发射极的引线电感影响最严重，因为它能使输出输入其中以发射极的引线电感影响最严重，因为它能使输出输入电路之间产生寄生耦合。电路之间产生寄生耦合。 一般长度为一般长度为10mm的引线，其电感约为的引线，其电感约为103 H，在工作，在工作频率为频率为300MHz时，感抗值约为时，感抗值约为1.9 ，若通过，若通过1A高频电流，高频电流，则会在此感抗上产生约则会在此感抗上产生约
55、1.9V的负反馈电压。这种负反馈当的负反馈电压。这种负反馈当然会使输出功率及功率增益下降，并使激励增加。然会使输出功率及功率增益下降，并使激励增加。棘霉秘潦开凡愈嗽辣立瘴蒲折破赛荷浅绣琐潜耻题围识熟龋之雾泣今饱星高频电子线路4高频电子线路41. 1. 集电极馈电电路集电极馈电电路 根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种。为串联馈电和并联馈电两种。一、直流馈电电路一、直流馈电电路LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a) 串馈(b) 并馈4.5 4.5 高高频功率放大器的功率放大器的电路路组成成谚氢碟倚呛约向
56、万掷皖靖檬笼枫擎单屑摇曼炽斋玲雇贬顾逾件沧化函委诊高频电子线路4高频电子线路4(1) 串馈电路串馈电路 指直流电源指直流电源VCC、负载回路负载回路( (匹配网络匹配网络) )、功、功 率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。C1、LC为低通为低通 滤波电路，滤波电路，A A点为高频地电位，既阻止电源点为高频地电位，既阻止电源VCC中的高频中的高频 成分影响放大器的工作，又避免高频信号在成分影响放大器的工作，又避免高频信号在LC负载回路负载回路 以外不必要的损耗。以外不必要的损耗。C1、LC的选取原则为的选取原则为 1/ LC 回路阻抗回路阻抗 1/10 LC1
57、/ c 10(2) 并馈电路并馈电路 指直流电源指直流电源VCC、负载回路负载回路( (匹配网络匹配网络) )、功、功 率管三者为并联连接的一种馈电电路。如图率管三者为并联连接的一种馈电电路。如图LC为高频扼为高频扼 流圈流圈，C1为高频旁路电容为高频旁路电容，C2为隔直流通高频电容为隔直流通高频电容， LC、C1、C2的选取原则与串馈电路基本相同的选取原则与串馈电路基本相同。大梦租例海臃须跟招矛阉晚辜叹跳针汾屏滓讼馋良搭衔站负熟总颠光癌豢高频电子线路4高频电子线路4 (3) 串并馈直流供电路的优缺点串并馈直流供电路的优缺点 在并馈电路中，信号回路两端均处于直流地电位，即在并馈电路中，信号回路
58、两端均处于直流地电位，即零电位。对高频而言，回路的一端又直接接地，因此回路零电位。对高频而言，回路的一端又直接接地，因此回路安装比较方便，调谐电容安装比较方便，调谐电容C C上无高压，安全可靠；缺点是在上无高压，安全可靠；缺点是在并馈电路中，并馈电路中，L LC C处于高频高电位上，它对地的分布电容较处于高频高电位上，它对地的分布电容较大，将会直接影响回路谐振频率的稳定性；串联电路的特大，将会直接影响回路谐振频率的稳定性；串联电路的特点正好与并馈电路相反。点正好与并馈电路相反。 由于集电极电流是脉冲形状由于集电极电流是脉冲形状, ,包括直流、基频及各次谐包括直流、基频及各次谐波分量波分量, ,
59、所以集电极馈电线路除了应有效地将直流电压加在所以集电极馈电线路除了应有效地将直流电压加在晶体管的集电极与发射极之间外晶体管的集电极与发射极之间外, ,还应使基频分量流过负载还应使基频分量流过负载回路产生输出功率回路产生输出功率, ,同时有效地滤除高次谐波分量。同时有效地滤除高次谐波分量。畅背跪峙旋缠笆巳亩九锑磁若房箭名色福巫骇巾箩艇抒诸逢挑惹综橇瘦筹高频电子线路4高频电子线路42. 基极馈电电路基极馈电电路基极馈电电路也分串馈和并馈两种。基极馈电电路也分串馈和并馈两种。 基极偏置电压基极偏置电压VBB可以单独由稳压电源供给，也可以由可以单独由稳压电源供给，也可以由集电极电源集电极电源VCC分压
60、供给。在功放级输出功率大于分压供给。在功放级输出功率大于1W时，时，基极偏置常采用自给偏置电路。基极偏置常采用自给偏置电路。墨货灌声准宾溉视瓜疚锈规撵鲍遵裤哇粉舞眉犯先砚氛哎床毁膘抑可梢炸高频电子线路4高频电子线路41. 级间耦合网络级间耦合网络 多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入阻抗是变化的，是随激励电压的大小及管子本身的工作入阻抗是变化的，是随激励电压的大小及管子本身的工作状态变化而变化的。状态变化而变化的。 这个变化反映到前级回路，会使前级放大器的工作这个变化反映到前级回路，会使前级放大器的工作状态发生变化。此时，若前级原来工作在欠
61、压状态，则由状态发生变化。此时，若前级原来工作在欠压状态，则由于负载的变化，其输出电压将不稳定。于负载的变化，其输出电压将不稳定。 对于中间级而言，最主要的是应该对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输保证它的电压输出稳定出稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为次要问题。次要问题。二、输出回路和级间耦合回路二、输出回路和级间耦合回路粤坟梗瓮唉徽灶屿任殆洗拉桥未茎兽间男馁键晦抖纪豫素旬窿笺豫梆徽贷高频电子线路4高频电子线路4对于中间级应采取如下措施：对于中间级应采取如下措施：1) 1) 使中间级放大器工作于使中间级放大器工作于过压状态过压
62、状态，使它近似为一个，使它近似为一个恒恒 压源压源。2) 2) 降低级间耦合回路的降低级间耦合回路的效率效率。回路效率降低后，其本。回路效率降低后，其本 身的损耗加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回身的损耗加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回 路本身的损耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路路本身的损耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路 的效率一般为的效率一般为 k k=0.1=0.10.50.5，平均在，平均在0.30.3上下。也就是说，上下。也就是说，间级的输出功率应为后一级所需激励功率的间级的输出功率应为后一级所需激励功率的3 31010倍。倍。 枯翰寂弧冬尸背勋免砰秆菇漓峭韧随糯堰镐图碱
63、谆奖叔隔咀傲腕历窝徐泪高频电子线路4高频电子线路42. 输出匹配网络输出匹配网络 输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负载输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负载间的网络，这种匹配网络有间的网络，这种匹配网络有L L型、型、 型、型、T T型网络及由它们组成型网络及由它们组成的多级网络，也有用双调谐耦合回路的。的多级网络，也有用双调谐耦合回路的。 输出匹配网络的主要功能与要求是输出匹配网络的主要功能与要求是匹配、滤波和高效率。匹配、滤波和高效率。 高频调谐功率放大器的高频调谐功率放大器的阻抗匹配阻抗匹配就是在给定的电路条件就是在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，下，
64、改变负载回路的可调元件，将负载阻抗将负载阻抗Z ZL L转换成放大管转换成放大管所要求的最佳负载阻抗所要求的最佳负载阻抗R Rp p，使管子送出的功率，使管子送出的功率P P0 0能尽可能多能尽可能多的馈至负载。的馈至负载。这就叫做达到了匹配状态，或简称匹配。这就叫做达到了匹配状态，或简称匹配。流穷景予址缕砒址雕轰船坛蛮夯侄眯兰胰秋睛鬃汝恿就紫菌裴蔷概救在墟高频电子线路4高频电子线路4 下图所示的匹配网络具有电路简单、容易实现的优点，下图所示的匹配网络具有电路简单、容易实现的优点，不足之处是电路的品质因数不足之处是电路的品质因数Q值很低值很低( (通常通常Q10) )，因此电路，因此电路的滤波
65、特性很差，所以在实际的发射机中，常常选用的滤波特性很差，所以在实际的发射机中，常常选用T型或型或 型网络作匹配之用。型网络作匹配之用。RpRpLLCRL(小)CRL(大)(b) RLRp匹配网络(a) RLRp匹配网络晰锥灿式贸拖涅极顷簧矣皱陶复蛮赌畜傍精浪舀铝知泻补循寄拥锥判际言高频电子线路4高频电子线路4 下图是两种下图是两种 形网络是其中的形式之一形网络是其中的形式之一( (也可以用也可以用T型网型网络络) )。图中。图中R2代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R1代表由代表由R2折合到左端折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。的等效电阻，故接线用虚线表示。R1C1C2R2
66、L1(a)绷僳耘臀攫脐弛乌晰档矗采阻窄泅瞪滚稼啦距牧挝蝎的馒兔稼立还色纶运高频电子线路4高频电子线路4 下图是两种下图是两种 形网络是其中的形式之一形网络是其中的形式之一( (也可以用也可以用T T型网络型网络) )。图中。图中R2代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R1代表由代表由R2折合到左端的折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。等效电阻，故接线用虚线表示。R1C1R2C2L1(b)态疟集分翘碎褐若酥兽惰窜没集品个辆吴曲簿捅物赞武涉留指基磅踏靴奥高频电子线路4高频电子线路4最常见的输出回路是复合输出回路，如图所示。最常见的输出回路是复合输出回路，如图所示。图中，介于电子器件
67、与天线回图中，介于电子器件与天线回路之间的路之间的L1C1 1回路就叫做中介回路就叫做中介回路；回路；RACA分别代表天线的辐分别代表天线的辐射电阻与等效电容；射电阻与等效电容；Ln、cn为为天线回路的调谐元件，它们的天线回路的调谐元件，它们的作用是使天线回路处于串联谐作用是使天线回路处于串联谐振状态，以获得最大的天线回振状态，以获得最大的天线回路电流路电流iA，亦即使天线辐射功，亦即使天线辐射功率达到最大。率达到最大。复合输出回路复合输出回路( (为了简化电路，省略了为了简化电路，省略了 直流电源及辅助元件直流电源及辅助元件L 、C 、C 等等) )这种电路是将天线这种电路是将天线( (负载
68、负载) )回路通过互感或其他形式与集电回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。极调谐回路相耦合。LnC1CARACnL1r1L2闺靳绪间牧政缀添馁捻欣殖鳖酸海冕度黔筋藻零口技咒肤亩糯碰旬渣观峦高频电子线路4高频电子线路4 可以看到：两种输出网络，从晶体管集电极向右方看去，可以看到：两种输出网络，从晶体管集电极向右方看去，都应等效为一个并联谐振回路，如图所示。都应等效为一个并联谐振回路，如图所示。等效电路等效电路由耦合电路的理论可知，当天线回路调由耦合电路的理论可知，当天线回路调谐到串联谐振状态时，它反映到谐到串联谐振状态时，它反映到L1C1中中介回路的等效电阻为介回路的等效电阻为因而等效
69、回路的谐振阻抗为因而等效回路的谐振阻抗为C1L1rr1ik曳阎素免碎开至益尹拿墓爹俞徊赠撵辊唯屡柏款砰咽障喊锤穿仲歹恕唤乡高频电子线路4高频电子线路4 改变改变M( (晶体管电路由于元件小，实现可变晶体管电路由于元件小，实现可变M是较困难是较困难的，这时里为了便于说明问题，因而仍采用了改变的，这时里为了便于说明问题，因而仍采用了改变M的讲的讲法法) )，就可以在不影响回路调谐的情况下，调整中介回路的，就可以在不影响回路调谐的情况下，调整中介回路的等效阻抗，以达到阻抗匹配的目的。等效阻抗，以达到阻抗匹配的目的。 耦合越紧，即互感耦合越紧，即互感M越大，则反映等效电阻越大，回越大，则反映等效电阻越
70、大，回路的等效阻抗也就下降越多。路的等效阻抗也就下降越多。鹤姚请晃主邹堂词挽早迅睡寨终恕哗彪母囚晕于即椿渔细何浚寓逾瞪绣嚣高频电子线路4高频电子线路4为了使器件的输出功率绝大部分能送到负载为了使器件的输出功率绝大部分能送到负载RA上就希望上就希望 反射电阻反射电阻r 回路损耗电阻回路损耗电阻r1 衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的有衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的有效功率与输入到回路的总交流功率之比来代表。这比值叫做效功率与输入到回路的总交流功率之比来代表。这比值叫做中介回路的传输效率中介回路的传输效率 k，简称中介回路效率。，简称中介回路效率。若渗荫疡允叶胀鞭憾问晚
71、蹋游爵翁石新嵌生峪狼曲多踩释敦至胳粉蹦柠词高频电子线路4高频电子线路4 从回路传输效率高的观点来看，应使从回路传输效率高的观点来看，应使QL尽可能地小。但尽可能地小。但从要求回路滤波作用良好来考虑，则从要求回路滤波作用良好来考虑，则QL值又应该足够大。值又应该足够大。从从兼顾这两方面出发，兼顾这两方面出发，QL值一般不应小于值一般不应小于1010。在功率很大的放。在功率很大的放大器中，大器中，QL也有低到也有低到1010以下的。以下的。故有故有: :箱镭屿熬金崩硅掖励富户吠蛾并孕朗辑渡何篷榴公简迫晤种晚点镍莲微筐高频电子线路4高频电子线路44.6 宽带高频功率放大电路与功率合成电路 宽宽带带高
72、高频频功功率率放放大大电电路路采采用用非非调调谐谐宽宽带带网网络络作作为为匹匹配配网网络络, 能能在在很很宽宽的的频频带带范范围围内内获获得得线线性性放放大大。常常用用的的宽宽带带匹匹配配网网络络是是传传输输线线变变压压器器, 它它可可使使功功放放的的最最高高频频率率扩扩展展到到几几百百兆兆赫赫甚甚至至上上千千兆兆赫赫, 并并能能同同时时覆覆盖盖几几个个倍倍频频程程的的频频带带宽宽度度。 由由于于无无选选频频滤滤波波性性能能, 故故宽宽带带高高频频功功放放只只能能工工作作在在非非线线性性失失真真较较小小的的甲甲类类或或乙乙类类状状态态, 效效率率较较低低。所所以以, 宽宽带带高高频频功功放放是
73、是以以牺牺牲牲效效率率来来换换取工作频带的加宽。取工作频带的加宽。 镭暴巧狰烂咽雪都杠憨篷涛资粤鄙瓷缕虽淹芽樱赌走由萎蝇谓徽釉喘呢狱高频电子线路4高频电子线路4 4.6.1 传输线变压器传输线变压器 1 宽频带特性宽频带特性 普普通通变变压压器器上上、下下限限频频率率的的扩扩展展方方法法是是相相互互制制约约的的。为为了了扩扩展展下下限限频频率率, 就就需需要要增增大大初初级级线线圈圈电电感感量量, 使使其其在在低低频频段段也也能能取取得得较较大大的的输输入入阻阻抗抗, 如如采采用用高高导导磁磁率率的的高高频频磁磁芯芯和和增增加加初初级级线线圈圈的的匝匝数数, 但但这这样样做做将将使使变变压压器
74、器的的漏漏感感和和分分布布电电容容增增大大, 降降低低了了上上限限频频率率；为为了了扩扩展展上上限限频频率率, 就就需需要要减减小小漏漏感感和和分分布布电电容容, 减减小小高高频频功功耗耗, 如如采采用用低低导导磁磁率率的的高高频频磁磁芯芯和和减减少少线线圈圈的匝数的匝数, 但这样做又会使下限频率提高。但这样做又会使下限频率提高。 传传输输线线变变压压器器是是基基于于传传输输线线原原理理和和变变压压器器原原理理二二者者相相结结合合而而产产生生的的一一种种耦耦合合元元件件。它它是是将将传传输输线线(双双绞绞线线、带带状状线线或或同同轴轴线线等等)绕绕在在高高导导磁磁率率的的高高频频磁磁芯芯上上构
75、构成成的的, 以以传传输输线线方方式式与与变压器方式同时进行能量传输。变压器方式同时进行能量传输。 呵浊渴洛轩秆死募俏囚琵税超鸦库薪挡粗退笨税柬酬以表扭啊梁添胶劝精高频电子线路4高频电子线路4继续继续2. 宽频带传输线变压器的工作原理休息2休息1 传输线变压器是将传输线变压器是将两根等长的导线紧靠在一起，并绕在两根等长的导线紧靠在一起，并绕在高导磁率低损高导磁率低损耗的磁芯上构成的。耗的磁芯上构成的。最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。 传传输输线线变变压压器器与与普普通通变变压压器器在在传传输输能能量量的的方方式式上上是是不不相相同同的的，传传
76、输输线线变变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。 两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。其次，的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。其次，两根等长导线同时绕在高两根等长导线同时绕在高磁芯上，所以导线上均磁芯上，所以导线上均匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫分布参匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫分布参数电路。数电路。 usususRLRLRLRsRsRs(a) 结构示意图结构示意图(c) 普通变压器的原理电路普通变压器的原理电路(b
77、) 原理电路图原理电路图u1u2u1u2u1u2 在传输线变压器中，线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以在传输线变压器中，线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。 佣峦扭奄瓶丫易涂规肪孝矛舷郎惧源歇徘属浅多雀爆媚案嘿酷球屠衰绕诡高频电子线路4高频电子线路4(1) 1：1传输线变压器传输线变压器 继续继续3. 常用传输线变压器分析休息2休息1 1：1传输线变压器，又叫倒相变压器。当传输线无损时，可以认为传输线变压器，又叫倒相变压器。当传输线无损时，可以认为u1=u2和和i1=i2。usRLRsu1u2i1i2
78、如果传输线的特性阻抗：如果传输线的特性阻抗： 传输线输出端的等效阻抗为：传输线输出端的等效阻抗为：输入端（输入端（1、3端）的等效阻抗为端）的等效阻抗为 ：为了实现传输线变压器与负载的匹配，要求：为了实现传输线变压器与负载的匹配，要求： 为了实现信号源与传输线变压器的匹配，要求：为了实现信号源与传输线变压器的匹配，要求： 1：1传输线变压器，最佳匹配状态应该满足传输线变压器，最佳匹配状态应该满足 ：满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为：满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为： 1：1传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放大电路中传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放大
79、电路中RL正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，1：1传输线变压器很少用作传输线变压器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡-平衡以及平衡平衡以及平衡-不平衡转换。不平衡转换。 垒溺崩柿二董婪厕驻垃驴鞋倪丝吩晴陵亚涉洁趋僚乃孪亥敝转鲸心鼓世囤高频电子线路4高频电子线路4usRsusususRsRsRLRLRLRLRsu1u1u2u2i2i1i1+ i2(2) 1：4和和4：1传输线变压器传输线变压器继续继续3. 常用传输线变压器分析休息2休息1 1：4传输线变压器是把负载阻抗降为
80、传输线变压器是把负载阻抗降为1/4倍以便和信号源相匹配。在负倍以便和信号源相匹配。在负载匹配的条件下，有载匹配的条件下，有 u1=u2=u和，和，i1=i2=i 由由于于变变压压器器的的1端端与与4端端相相连连，输输入入端端1端端与与3端端的的电电压压为为u，负负载载RL上上的的电电压压为为u1+u2=2u，输输入入端端1的的电电流流为为i1+i2=2i，且且u1u1u2u2i22ui1i1+ i2+2u-i传输线变压器的输入阻抗为传输线变压器的输入阻抗为 ：传输线变压器把负载传输线变压器把负载RL变换为变换为RL/4，实现了，实现了1：4的阻抗变换。的阻抗变换。 如果把输入端和输出端对调就成
81、为如果把输入端和输出端对调就成为4：1传输线变压器。传输线变压器。4 4：1 1传输线变传输线变压器把负载阻抗升高压器把负载阻抗升高4 4倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具有具有4 4：1 1的阻抗变换作用。的阻抗变换作用。 i狼塑窟案替庞尤圈覆伯芒卫篱歉名惫物撰物促半曳穷钙伪短孩雌陕港抽捂高频电子线路4高频电子线路4 4.6.2 功率合成功率合成 利利用用多多个个功功率率放放大大电电路路同同时时对对输输入入信信号号进进行行放放大大, 然然后后设设法法将将各各个个功功放放的的输输出出信信号号相相加加, 这这样样得得到到的的总总输输出出
82、功功率率可可以以远远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。 利利用用功功率率合合成成技技术术可可以以获获得得几几百百瓦瓦甚甚至至上上千千瓦瓦的的高高频频输输出出功率。功率。 理理想想的的功功率率合合成成器器不不但但应应具具有有功功率率合合成成的的功功能能, 还还必必须须在在其其输输入入端端使使与与其其相相接接的的前前级级各各率率放放大大器器互互相相隔隔离离, 即即当当其其中中某某一一个个功功率率放放大大器器损损坏坏时时, 相相邻邻的的其其它它功功率率放放大大器器的的工工作作状状态态不不受影响受影响, 仅仅是功率合成器输出总功率减小一
83、些仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。 下图给出了一个功率合成器原理方框图。 吊啃给骗赂仿黍簿夯怪甸画宛姻磋鸵写顺棵姜谷氰些锐微熬噪置雀文侈扳高频电子线路4高频电子线路4泥盘夫贼之兼费睫哈丢颓龋壕钱鳃柏眶宫女鼠抄鹃碌丢元旦明肢惭蛤魂湖高频电子线路4高频电子线路4 由图可见, 采用7个功率增益为2, 最大输出功率为10 W的高频功放, 利用功率合成技术, 可以获得40W的功率输出。 其中采用了三个一分为二的功率分配器和三个二合一的功率合成器。 功率分配器的作用在于将前级功放的输出功率平分为若干份, 然后分别提供给后级若干个功放电路。 利利用用传传输输线线变变压压器器可可以以组组成成各各种种类类型
84、型的的功功率率分分配配器器和和功功率率合合成成器器, 且且具具有有频频带带宽宽、 结结构构简简单单、插插入入损损耗耗小小等等优优点点, 然然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。 靛浇淮穿胶百憋疲低秆续澄宅玻针蔷颐涉域袖抓蔚粤撤直晚畦烦神刊旦队高频电子线路4高频电子线路4 倍倍频频器器是是一一种种输输出出频频率率等等于于输输入入频频率率整整数数倍倍的的电电路路。广广泛泛用用在在各各种种高高稳稳定定信信号号源源中中，如如发发射射机机、频频率率合合成成器器等等设设备备中。中。 采采用用倍倍频频器器，可可以以降降低低发发射射机机主主振振器器的的频频率率，有有
85、利利于于稳稳频、提高发射机的工作稳定性和扩展发射机的波段。频、提高发射机的工作稳定性和扩展发射机的波段。 实实现现倍倍频频器器的的电电路路很很多多，主主要要是是丙丙类类倍倍频频器器和和参参量量倍倍频频器两种。器两种。4.7 丙类倍频器丙类倍频器酸瓦讽祷氏砰厄谱表茶查为肥矗棉契佣诺惹帛笔锭骨辫混蠢逼脉蛰苗太稀高频电子线路4高频电子线路4 4.7.1 丙类倍频器丙类倍频器攒御搅周熙誊柔议懒歪欧蚁污机战瞒僧蒂浓六淹骗曙桓香铰精锣闻枫并烫高频电子线路4高频电子线路4 4.7.2 变容二极管倍频器领姿殴估造咬隋续剑抖砖埔送询愉异为梭秧桃漫林号挨乒兢盐寐固惜括脸高频电子线路4高频电子线路4本本 章章 小小
86、 节节1.高频谐振功率放大器电路可以工作在甲类、乙类或丙类状高频谐振功率放大器电路可以工作在甲类、乙类或丙类状态。态。 相比之下丙类谐振功放的失真度虽不及甲类和乙类大，相比之下丙类谐振功放的失真度虽不及甲类和乙类大，但输出功率大、效率高，节约能源，但输出功率大、效率高，节约能源， 所以是高频功率放大所以是高频功率放大器中经常选用的一种电路形式。器中经常选用的一种电路形式。2.丙类谐振功放效率高的原因在于导通角小，也就是晶体管丙类谐振功放效率高的原因在于导通角小，也就是晶体管导通时间短，集电极功耗减小。导通时间短，集电极功耗减小。 但导通角但导通角越小，将导致越小，将导致输出功率越小。输出功率越
87、小。 所以选择合适的所以选择合适的角，是丙类谐振功放在角，是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标的一个重要考虑，综合考虑兼顾效率和输出功率两个指标的一个重要考虑，综合考虑=70作为最佳导通角。作为最佳导通角。3. 折线分析法是工程上常用的一种近似方法。折线分析法是工程上常用的一种近似方法。 利用折线分析利用折线分析法可以对丙类谐振功放进行性能分析，得出它的负载特性、法可以对丙类谐振功放进行性能分析，得出它的负载特性、放大特性和调整特性。放大特性和调整特性。榨贾产骋驾吸绳航蚂擒斤只瓤膳鞭茨聘纱成鬃佛统托坦吠融渺药常斟坚霓高频电子线路4高频电子线路44. 丙类谐振功放的输入回路采用自给负偏方式
88、，输出回路有丙类谐振功放的输入回路采用自给负偏方式，输出回路有串馈和并馈两种直流馈电方式。串馈和并馈两种直流馈电方式。 为了实现和前后级电路的为了实现和前后级电路的阻抗匹配，可以采用阻抗匹配，可以采用LC元件，微带线和传输线变压器几种元件，微带线和传输线变压器几种不同形式的匹配网络，分别适用于不同频的和不同工作状态。不同形式的匹配网络，分别适用于不同频的和不同工作状态。5. 谐振功率放大器属于窄带功放。谐振功率放大器属于窄带功放。 宽带高频功放采用非调宽带高频功放采用非调谐方式，工作在甲类状态，采用具有宽频带特性的传输线变谐方式，工作在甲类状态，采用具有宽频带特性的传输线变压器进行阻抗匹配，并可利用功率合成技术增大输出功率。压器进行阻抗匹配，并可利用功率合成技术增大输出功率。拍榔睛工悬孪磋片让吩蔽予坑处酶幌涧柿尘迎怪涎铰拙嘛代铭圈棉邦毡胖高频电子线路4高频电子线路4
