1、第第3 3章章 高频功率放大器高频功率放大器 使用高频功率放大器的目的：使用高频功率放大器的目的：为了获得足够大的高频输出功率。为了获得足够大的高频输出功率。高频和低频功率放大器的共同特点：高频和低频功率放大器的共同特点：输出功率大，效率高。输出功率大，效率高。其区别：其区别：1）工作频率和相对频带不同：工作频率和相对频带不同：低频功率放大器：低频功率放大器：工作频率低，带宽相对较宽。工作频率低，带宽相对较宽。高频功率放大器：高频功率放大器：工作频率高，带宽相对较窄。工作频率高，带宽相对较窄。因而，高频放大器一般都采用选频网络作为负载回路。因而，高频放大器一般都采用选频网络作为负载回路。2）这
2、两种放大器所选用的工作状态不同：这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类状态；低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（特殊情况下可在乙类）高频功率放大器则一般都工作于丙类（特殊情况下可在乙类）n分类分类根据对象特点，一般采用根据对象特点，一般采用谐振功率放大器谐振功率放大器；也可采用也可采用宽带功率放大器宽带功率放大器。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：1 1）放大的信号均为高频信号；放大的信号均为高频信号；2 2）都采用谐振回路作负载都采用谐振回路
3、作负载。不同之处不同之处:1 1）作用与要求不同。）作用与要求不同。小信号谐振放大器主要用于高频小信号的选频放大，要小信号谐振放大器主要用于高频小信号的选频放大，要求有较高的选择性和谐振增益。求有较高的选择性和谐振增益。谐振功率放大器主要用于高频信号的功率放大。要求效谐振功率放大器主要用于高频信号的功率放大。要求效率高，输出功率大。率高，输出功率大。不同之处（续）不同之处（续）2 2）工作状态不同。）工作状态不同。小信号谐振放大器输入信号很小，要求失真小，故工作在小信号谐振放大器输入信号很小，要求失真小，故工作在甲类状态；甲类状态；谐振功率放大器为大信号放大器，为了提高效率，工作在谐振功率放大
4、器为大信号放大器，为了提高效率，工作在丙类状态。丙类状态。3 3）对谐振回路要求不同。）对谐振回路要求不同。小信号谐振放大器中谐振回路主要用来选择有用信号，抑小信号谐振放大器中谐振回路主要用来选择有用信号，抑制干扰信号，要求它有较高的选择性，故的制干扰信号，要求它有较高的选择性，故的Q Q值较高；值较高；谐振功率放大器的谐振回路主要是用于抑制谐波，实现阻谐振功率放大器的谐振回路主要是用于抑制谐波，实现阻抗匹配，输出大功率，所以回路的抗匹配，输出大功率，所以回路的Q Q值较低。值较低。icQebtooict小信号谐振放大器波形图小信号谐振放大器波形图 icebtooictVBZ谐振功率放大器波形
5、图谐振功率放大器波形图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 放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，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大器。为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。工作状态工作状态半导通角半导通角理想效率理想效率负载负载应用应用甲类甲类18018050%50%电阻电阻低频低频小信号低功小信号低功率放大率放大乙类乙类909078.5%78.5%推挽，回路推挽，回路低频、高频低频、高频大功率放大大功率放大丙类丙类9078
6、.5%78.5%选频回路选频回路高频高频大功率放大大功率放大 高频功率放大器大多工作于丙类，但丙类放大器的电流波形失高频功率放大器大多工作于丙类，但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。为负载的谐振功率放大。n谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路，因此不能使用线性等效电路来分析。性电路，因此不能使用线性等效电路来分析。n主要分析方法：主要分析方法：1 1）图解法，利用电子器件的特性曲线来对它的工作状）图解法，利用电子
7、器件的特性曲线来对它的工作状态进行计算；态进行计算；2 2）解析近似分析法，是用折线段来表示电子器件的特）解析近似分析法，是用折线段来表示电子器件的特性曲线，称为折线法。性曲线，称为折线法。n主要技术指标：输出功率、效率、中心频率主要技术指标：输出功率、效率、中心频率3.1 3.1 丙类谐振功率放大器的工作原理丙类谐振功率放大器的工作原理一、基本工作原理一、基本工作原理1 1、电路组成、电路组成高频功率放大器的原理线路高频功率放大器的原理线路,除电源和偏置电路外除电源和偏置电路外,它由它由晶体管、谐振回路晶体管、谐振回路和和输入回路输入回路三部分组成的。三部分组成的。n工作在工作在丙类状态丙类
8、状态,在一个信号周期内功放管导通角小于在一个信号周期内功放管导通角小于1801800 0n静态静态时发射结反偏时发射结反偏,工作在工作在截止区截止区;n输入激励输入激励大信号，大信号，一般在一般在0.5V0.5V以上；以上；n基极电流和集电极电流均为基极电流和集电极电流均为高频脉冲信号高频脉冲信号；n谐振回路作谐振回路作负载选取有用频率分量负载选取有用频率分量，兼有阻抗变换作用，兼有阻抗变换作用 基极较小的激励信号基极较小的激励信号V Vb b控制三极管得到较大的集电极控制三极管得到较大的集电极电流电流iC，实现了，实现了电源直流能量到输出交流能量的转换电源直流能量到输出交流能量的转换。为了为
9、了获得高输出效率，放大器通常工作在丙类，只有小部分获得高输出效率，放大器通常工作在丙类，只有小部分时间导通。时间导通。此时此时集电极电流集电极电流iC为一系列脉冲电流为一系列脉冲电流。谐振回路谐振回路LCLC是晶体管的负载，负载采用是晶体管的负载，负载采用LCLC谐振回路的原因谐振回路的原因：1)1)滤波滤波/选频作用选频作用：滤除：滤除iC中的谐波，选出基波；中的谐波，选出基波；2)2)阻抗匹配阻抗匹配作用作用：使输出负载经阻抗变换后与最佳谐振电阻：使输出负载经阻抗变换后与最佳谐振电阻相等，满足最大功率传输。相等，满足最大功率传输。基极电源基极电源VBBVBB应小于截止区电压应小于截止区电压
10、以保证晶体管工作于丙类状态，一以保证晶体管工作于丙类状态，一般般V VBBBB略小于略小于0 0。集电极电压集电极电压VCCVCC是功率放大器是功率放大器的能量来源。的能量来源。2 2、电流、电压波形、电流、电压波形cos BEBBiBBimuVuVUt当基极输入一余弦高频信号当基极输入一余弦高频信号ui时时 当当uBE的瞬时值大于基极和发射极之间的导通电压的瞬时值大于基极和发射极之间的导通电压uBE(on)时，时，晶体管导通，产生基极电流晶体管导通，产生基极电流iB。因为管子只在小半周期内导通，因而因为管子只在小半周期内导通，因而iB为脉冲电流。为脉冲电流。基极基极导通后，晶体管便由截止区进
11、入放大区，集电极将流过电流导通后，晶体管便由截止区进入放大区，集电极将流过电流iC，放大后的放大后的iC也为脉冲电流。也为脉冲电流。iC为周期函数，可用傅立叶级数展开成包括直流、基波和为周期函数，可用傅立叶级数展开成包括直流、基波和高次谐波的表达式高次谐波的表达式01201()coscos 2cosCCcmcmCcmnnitIItItIIn t 当集电极回路调谐在输入信号频率当集电极回路调谐在输入信号频率 上时，谐振回路对基波上时，谐振回路对基波电流而言，等效为一纯电阻。电流而言，等效为一纯电阻。对于其他各次谐波而言，回路失谐而呈现很小的电抗，并可对于其他各次谐波而言，回路失谐而呈现很小的电抗
12、，并可看成短路。看成短路。直流分量只能通过回路电感线圈去路，其直流电阻较小，对直流分量只能通过回路电感线圈去路，其直流电阻较小，对直流也可看成短路。直流也可看成短路。集电极电流流经谐振回路时，只有集电极电流流经谐振回路时，只有基波电流基波电流才产生压降，才产生压降，因而因而LCLC谐振回路两端输出不失真的高频信号电压。若回路谐振谐振回路两端输出不失真的高频信号电压。若回路谐振电阻为电阻为Re，则，则11coscos,cc mecmcmc meuIRtUtUIR 其中cosCECCcCCcmuVuVUta.a.三极管输入特性三极管输入特性b.b.基极脉冲电流及谐波分量基极脉冲电流及谐波分量c.c
13、.集电极脉冲电流及谐波分量集电极脉冲电流及谐波分量d.d.LCLC谐振回路两端电压波形谐振回路两端电压波形e.e.晶体管集电极和发射极之间晶体管集电极和发射极之间的瞬时电压波形的瞬时电压波形二、余弦电流脉冲的分解二、余弦电流脉冲的分解()cosccBBimBE onigtUVU()()()cbeBE onBEBE oncg uUuUi()0 BEBE oncuUicos BEBBiBBimuVuVUt()cosBE oBmnBiVUU余弦电流脉冲的主要参量余弦电流脉冲的主要参量 和和 ，如图，如图maxCicct0Ci 当当 时，时，coscosccimig Utmax0cCtii而当时，ma
14、x1cosCcimg UiOtCicm axCicmaxcoscos1 cosCCtii利用傅立叶级数可展开为利用傅立叶级数可展开为01cosCCcnmniIIn t应用傅里叶级数方法可求出各个分量，它们都是应用傅里叶级数方法可求出各个分量，它们都是 的函数。的函数。0max0()CCIi1max1()C mCIi max()CnmCnIi()称为余弦脉冲电流分解系数，其大小是导通角的函数。称为余弦脉冲电流分解系数，其大小是导通角的函数。三、输出功率与效率三、输出功率与效率 由于输出回路调谐在基波频率上，输出电路中的高次谐由于输出回路调谐在基波频率上，输出电路中的高次谐波处于失谐状态，相应的输
15、出电压很小。因此，在谐振功率波处于失谐状态，相应的输出电压很小。因此，在谐振功率放大器中只需要研究直流及基波功率。放大器中只需要研究直流及基波功率。输出功率输出功率P Po o等于集电极基波分量在负载上的平均功率，即：等于集电极基波分量在负载上的平均功率，即：22cmcmc1mc1mee11222oUPUIIRR集电极直流电源供给功率集电极直流电源供给功率P PD D等于集电极直流分量等于集电极直流分量I IC0C0与与V VCCCC的的乘积，即：乘积，即：C0DCCPI V 集电极耗散功率集电极耗散功率P PC C等于集电极直流供给功率等于集电极直流供给功率P PD D与基波输出与基波输出功
16、率功率P Po o之差，即之差，即:CDoPPP 集电极效率集电极效率 C C等于输出功率等于输出功率P Po o与直流电源供给功率与直流电源供给功率P PD D之之比，即：比，即：C1C02omcmCDCCPIUPI V110()11()2()2cmCCCUgV cmCCUV其中为集电极电压利用系数为集电极电压利用系数c1m110C0()()=()IgI 为波形系数为波形系数1()g值越小，越大，放大器的效率也越高。1在时，可看不同工作状态下放大器的效率分别为:甲类工作状态甲类工作状态乙类工作状态乙类工作状态丙类工作状态丙类工作状态1180,()1,=50%Cg190,()1.57,=78.
17、5%Cg160,()1.8,=90%Cgmax3.1.1V=245=70,=0.9CCoCDCCeVPWPPiR如图所示，已知，求该功率放大器的、和谐振回路谐振电阻例：01(70)0.25,(70)0.44查表可得，10()110.440.979%2()20.25C 56.30.79oDCPPW6.351.3CDoPPPW1max1()2oCCCPiV max121.05()oCCCPiAV cmc1m1max46.8()CCeCUVRIi cmc1m12oPUIcmCCUVc1m1max()CIi 3.2 3.2 谐振功率放大器的特性分析谐振功率放大器的特性分析 谐振功率放大器的输出功率、效
18、率及集电极损耗谐振功率放大器的输出功率、效率及集电极损耗都与集电极负载负载谐振阻抗都与集电极负载负载谐振阻抗R Rp p、输入信号的幅度、输入信号的幅度v vb b、基极偏置电压基极偏置电压V VCCCC、以及集电极电源电压、以及集电极电源电压V VBBBB等的大小密等的大小密切相关，其中集电极负载阻抗的影响尤为重要。切相关，其中集电极负载阻抗的影响尤为重要。一、谐振功率放大器的工作状态与负载特性一、谐振功率放大器的工作状态与负载特性谐振功率放大器的工作状态是由负载阻抗谐振功率放大器的工作状态是由负载阻抗Re、激励电、激励电压压Vim、供电电压、供电电压VCC、VBB等等4个参量决定的。个参量
19、决定的。若若VCC、VBB、Vim参变量不变，则放大器的工作状态就由负参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻载电阻Re决定。此时放大器的电流、输出电压、功率、效决定。此时放大器的电流、输出电压、功率、效率等随率等随Re而变化的特性，叫做放大器的而变化的特性，叫做放大器的负载特性（曲线）负载特性（曲线）。1 1、欠压、临界和过压工作状态、欠压、临界和过压工作状态绿线：欠压状态绿线：欠压状态未进入饱和状态的工未进入饱和状态的工作状态。作状态。为尖顶余弦脉冲。为尖顶余弦脉冲。蓝线：临界状态蓝线：临界状态刚好不进入饱和状态刚好不进入饱和状态的工作状态。的工作状态。仍为尖顶余弦脉冲，仍为尖顶余弦脉冲
20、，但顶端变化平缓。但顶端变化平缓。棕线：过压状态棕线：过压状态进入饱和状态的工作状态。进入饱和状态的工作状态。为中间凹陷的余弦脉冲。为中间凹陷的余弦脉冲。根据集电极电流是否进入饱和区根据集电极电流是否进入饱和区 在在临界状态临界状态，晶体管的输出功率最大，功放一般工作，晶体管的输出功率最大，功放一般工作于此状态。于此状态。minCECCcmUVUminminmin,CECEsCECEsCECEsUuUuUu功放工作在欠压状态；功放工作在临界状态；功放工作在过压状态。ecmRU变化时，会引起输出电压的变化，则使工作状态发生变化2 2、负载特性、负载特性指指VCC、VBB、Uim不变时，不变时，谐
21、振负载谐振负载Re变化对放大器性能的影响变化对放大器性能的影响=Icmc1meUReR 增大则由临界状态变为设初始状态为临界状态时，有设初始状态为临界状态时，有minCECCcmCESUVUUcmU则增大minCEU则减小minCECESUU即，过压状态欠压状态=Icmc1meUReR 减小则由临界状态变为设初始状态为临界状态时，有设初始状态为临界状态时，有minCECCcmCESUVUUcmU则减小minCEU则增大minCECESUU即，过压状态欠压状态eR由小到大，则工作状态由欠压临界过压观察集电极余弦脉冲变化观察集电极余弦脉冲变化 min231ppccpccpcecesppcRiURR
22、UuURUURR临界临界饱和小小过压状态出现凹顶临界状欠压态较大状态增长缓慢由欠压至临界时emaxCcRi增大，但、变化不大，仅有略微减小01cc meIIR、随 的增大而略减小，故可近似认为维持常数。由临界至过压后eeCRiR增大，开始随 的增大而急剧下降01cc meIIR、随 的增大而急剧下降。1c mcmeIUR欠压时，变化很小，因而随增加而增加。1c mecmecmIRURU过压时，随增加而显著下降，因而随增加而缓慢上升，也可近似认为保持不变。1cmc meUIR0DCCcPVI0CCDecVPRI不变，则随变化的曲线与的变化曲线规律相同。2212122cmoc mecmUPIRU1
23、c meoecmeoeIRPRURPR欠压时，随变化缓慢，所以 随增加而增加。过压时，随变化缓慢，所以 随增加而下降。=-CDoPP P=DoeCDPPRPP由与 曲线相减可得到。在=0时，。oCDPPDeCeooDeoDoDCPRRPPPRPPPP欠压时，随变化缓慢，故随 的变化与 的变化规律相似。到达临界后，与都随 的增加而下降。刚开始时，的下降没有快，而后 的下降比快。故是略有增大后下降。231pR过压状态效率高损耗小，近似临界状态输出功率最大，效率较高欠压状态输出电流受影响小，近似恒恒压源特性流源特性22()1122cmCCCESeoptooUVURPP匹配负载：n临界状态：输出功率最
24、大，效率较高，临界状态：输出功率最大，效率较高，一般末级功率放大采用。一般末级功率放大采用。n过压状态：可分为强过压和弱过压两种。过压状态：可分为强过压和弱过压两种。在弱过压状态下在弱过压状态下,V Vcmcm基本不随基本不随R Re e变化，变化，可视为恒压源，效率可达最高，但输出功率有所可视为恒压源，效率可达最高，但输出功率有所下降，一般用于中间级放大。下降，一般用于中间级放大。n三种工作状态的比较三种工作状态的比较n欠压状态：欠压状态：I Ic c1 1m m基本不随基本不随R Re e变化，可视为恒流源；变化，可视为恒流源；输出功率与效率较低，随输出功率与效率较低，随R Re e增加而
25、增大；增加而增大；集电极耗散功率大，随集电极耗散功率大，随R Re e增加而减小。增加而减小。很少工作于该状态，可用于基极调幅。很少工作于该状态，可用于基极调幅。二、二、V VCCCC对放大器工作状态的影响对放大器工作状态的影响 （集电极调制特性）（集电极调制特性）指指V VBBBB、U Uimim、R Re e固定，固定，V VCCCC变化对放大器性能的影响。变化对放大器性能的影响。CCV 增大则由临界状态变为设初始状态为临界状态时，有设初始状态为临界状态时，有minCECCcmCESUVUUminCEU则增大minCECESUU即，过压状态欠压状态CCV减小则由临界状态变为设初始状态为临界
26、状态时，有设初始状态为临界状态时，有minCECCcmCESUVUUminCEU则减小minCECESUU即，过压状态欠压状态CCV 由小到大，则工作状态由过压临界欠压集电极余弦脉冲变化集电极余弦脉冲变化三、三、U Uimim对放大器工作状态的影响对放大器工作状态的影响 （振幅特性，也称放大特性）（振幅特性，也称放大特性）VCC、VBB、Re固定，固定，Uim变化对放大器性能的影响。变化对放大器性能的影响。imU 减小设初始状态为临界状态时，有设初始状态为临界状态时，有minCECCcmCESUVUUmin?CEU则maximBEBBimUUVU增大时，imU 由小到大，则工作状态由欠压临界过
27、压maxCi增大，并出现凹陷欠压时用于放大，过压时用于限幅。欠压时用于放大，过压时用于限幅。max01,Cimimcc miUUII与成正比，即减小，减小四、四、V VBBBB对放大器工作状态的影响对放大器工作状态的影响 （基极调制特性）（基极调制特性）只改变激励信号振幅只改变激励信号振幅V Vbbbb时时,放大器性能的变化特性。放大器性能的变化特性。特点：特点：随着随着VBB增大，先后经历：增大，先后经历：欠压欠压临界临界过压。过压。作为基极调制时作为基极调制时,应工作于欠压区。应工作于欠压区。01max cccCbccCbIIUUUIIUU在、增长较快，非线性；工作状态时：在由于 顶部凹陷
28、、增加缓慢欠压，基本状态,乙类过压状不随态,变化。讨论题讨论题1 1：谐振功率放大器原工作在临界状态，若集电极回路稍有失谐，谐振功率放大器原工作在临界状态，若集电极回路稍有失谐，放大器的放大器的Ic0，Ic1m将如何变化，将如何变化，Pc将如何变化？有何危险？将如何变化？有何危险？回路谐振时，回路等效阻抗为纯电阻，且最大，谐振功率放大器工作回路谐振时，回路等效阻抗为纯电阻，且最大，谐振功率放大器工作在临界状态。在临界状态。当回路失谐时，回路等效阻抗减小，谐振功率放大器将工作在欠压状当回路失谐时，回路等效阻抗减小，谐振功率放大器将工作在欠压状态。根据负载特性，态。根据负载特性，Ic0，Ic1m略
29、增大，略增大，Po减小，减小，Pc增大。增大。若回路严重失谐，回路的等效阻抗很小，若回路严重失谐，回路的等效阻抗很小，PC过大，有可能损坏功率管。过大，有可能损坏功率管。所以谐振功率放大器调谐时，不要使回路严重失谐，调谐时动作要快，所以谐振功率放大器调谐时，不要使回路严重失谐，调谐时动作要快，必要时可降低直流电源电压必要时可降低直流电源电压VCC或降低输入电压振幅或降低输入电压振幅Uim。讨论题讨论题2 2：谐振功率放大器原工作在临界状态，如图谐振功率放大器原工作在临界状态，如图3.1.1所示，若外接电所示，若外接电阻阻RL增大或减小，放大器的工作状态如何变化？增大或减小，放大器的工作状态如何
30、变化？Ic0，Ic1m，Po，Pc将如何变化？将如何变化？由图可知，当由图可知，当RL增大时，回路的谐振电阻增大时，回路的谐振电阻Re将减小，谐振功率放大器将减小，谐振功率放大器的工作将由临界状态变为欠压状态。根据负载特性，的工作将由临界状态变为欠压状态。根据负载特性，Ic0，Ic1m略增大，略增大，Po减减小，小，Pc增大。增大。反之，当反之，当RL减小时，回路的谐振电阻减小时，回路的谐振电阻Re将增大，谐振功率放大器的工将增大，谐振功率放大器的工作将由临界状态变为过压状态。根据负载特性，作将由临界状态变为过压状态。根据负载特性，Ic0，Ic1m，Po减小，减小，Pc减小，减小，但减小不多。
31、但减小不多。讨论题讨论题3 3：谐振功率放大器输出功率为谐振功率放大器输出功率为Po，现增大，现增大VCC，发现放大器的输，发现放大器的输出功率增加，为什么？如发现输出功率增加不明显，又为什么？出功率增加，为什么？如发现输出功率增加不明显，又为什么？现增大现增大VCC，输出功率增大，说明谐振功率放大器原处于过压状态。，输出功率增大，说明谐振功率放大器原处于过压状态。在过压状态，在过压状态，VCC增大，增大，Ucm、Ic1m都增大，所以输出功率增大。都增大，所以输出功率增大。现增大现增大VCC，输出功率增加不明显，说明谐振功率放大器原处于临界，输出功率增加不明显，说明谐振功率放大器原处于临界或欠
32、压状态。此时，或欠压状态。此时，VCC增大，增大，iC脉冲变化不大，则脉冲变化不大，则Ucm、Ic1m增加也不明显，增加也不明显，所以输出功率增加很小。所以输出功率增加很小。已知谐振功率放大器工作在过压状态，现将其调整到临界状态，已知谐振功率放大器工作在过压状态，现将其调整到临界状态，应改变哪些参数？不同的调整方法得到的输出功率是否相同？应改变哪些参数？不同的调整方法得到的输出功率是否相同？在条件允许的情况下，分别调节在条件允许的情况下，分别调节Re、VCC、VBB和和Uim都可使谐振功率都可使谐振功率放大器退出过压达到临界状态。放大器退出过压达到临界状态。讨论题讨论题4 4：根据负载特性，其
33、他特性不变，只调节谐振电阻根据负载特性，其他特性不变，只调节谐振电阻Re，使其减小，放大，使其减小，放大器的工作状态将会逐渐退出过压，达到临界。器的工作状态将会逐渐退出过压，达到临界。根据集电极调制特性，只调节根据集电极调制特性，只调节VCC、使其增大，放大器的工作状态将使其增大，放大器的工作状态将会逐渐退出过压，达到临界。会逐渐退出过压，达到临界。根据基极调制特性和放大特性，降低根据基极调制特性和放大特性，降低VBE或或Uim，也可使放大器的工作，也可使放大器的工作状态将会逐渐退出过压，达到临界。状态将会逐渐退出过压，达到临界。实际调整中，实际调整中，4个参数也可同时进行调节，以便获得最理想
34、的工作状态。个参数也可同时进行调节，以便获得最理想的工作状态。四种单独调节方法所获得的各自临界状态的参数是不相同的，所以输四种单独调节方法所获得的各自临界状态的参数是不相同的，所以输出功率也是不相同的。出功率也是不相同的。其中，降低其中，降低VBE或或Uim所获得的临界状态，所获得的临界状态，iC脉冲的高度比较小，导通脉冲的高度比较小，导通角变小，所以输出功率比较小。增大角变小，所以输出功率比较小。增大VCC所获得的临界状态，由于所获得的临界状态，由于Ucm幅度幅度较大，所以输出功率较大。较大，所以输出功率较大。3.3 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路由谐振功率放大器电路由直流馈电电路直流
35、馈电电路和和滤波匹配网络滤波匹配网络组成。组成。要使放大器正常工作，晶体管各电极必须有相应的馈电电要使放大器正常工作，晶体管各电极必须有相应的馈电电源。馈电方式应遵循以下原则：源。馈电方式应遵循以下原则：1)直流电流直流电流IC0是产生能量的源泉，它由是产生能量的源泉，它由VCC经管外电路输至集电极，应该除了晶体经管外电路输至集电极，应该除了晶体管的内阻外，没有其他电阻消耗能量。因此，管的内阻外，没有其他电阻消耗能量。因此，要求管外电路要求管外电路对对IC0的等效电路的等效电路如图所示。如图所示。2)高频基波分量高频基波分量IC1m应通过负载回路，以产生所需要应通过负载回路，以产生所需要的高频
36、输出功率。因此，的高频输出功率。因此，IC1m只应在负载回路上产生电只应在负载回路上产生电压降，其余部分对于压降，其余部分对于IC1m来说，都应该是短路的。因此，来说，都应该是短路的。因此，要求要求IC1m的等效电路的等效电路如图所示。如图所示。3)高频谐波分量高频谐波分量ICnm是是“副产品副产品”，不应消耗功率。，不应消耗功率。管外电路对管外电路对ICnm来说，应尽可能接近短路。因此，要求来说，应尽可能接近短路。因此，要求ICnm的等效电路的等效电路如图所示。如图所示。两种形式两种形式:串联串联馈电电路和馈电电路和并联并联馈电电路。馈电电路。串联串联馈电电路：馈电电路：是指直流电源是指直流
37、电源V VCCCC、负载谐振回路（滤波匹配网络）、负载谐振回路（滤波匹配网络）和功率管和功率管(晶体管晶体管)在电路形式上为串接的馈电方式。在电路形式上为串接的馈电方式。并联并联馈电电路：馈电电路：如果把上述三部分并接在一起。如果把上述三部分并接在一起。一、直流馈电电路一、直流馈电电路 包括包括集电极集电极和和基极基极馈电线路。馈电线路。1 1、集电极直流馈电电路、集电极直流馈电电路 两种形式两种形式:串联串联馈电电路和馈电电路和并联并联馈电电路。馈电电路。LC:高频扼流圈高频扼流圈，它对直流是短路的，但对高频则呈现很大的阻，它对直流是短路的，但对高频则呈现很大的阻抗，接近于开路，对高频信号具
38、有抗，接近于开路，对高频信号具有“扼制扼制”作用。作用。CC1:旁路电容旁路电容，对高频具有短路作用，对高频具有短路作用，提供高频通路。提供高频通路。另外，它与另外，它与LC构成构成电源滤波电路电源滤波电路，用以避免信号电流通过直流电源而用以避免信号电流通过直流电源而产生级间反馈，造成工作不稳定。产生级间反馈，造成工作不稳定。CC2:隔直流电容隔直流电容，对信号频率的容抗很小，接近短路。，对信号频率的容抗很小，接近短路。无论是串馈还是并馈，交流电压无论是串馈还是并馈，交流电压和直流电压总是串联叠加在一起和直流电压总是串联叠加在一起的，即的，即cos()CECCcCCcmuVuVut两种馈电电路
39、的不同仅是两种馈电电路的不同仅是谐振回路的接入方式谐振回路的接入方式。串馈电路中，谐振回路处于直流高电位上，谐振回路元件串馈电路中，谐振回路处于直流高电位上，谐振回路元件不不能直接接地。能直接接地。并馈电路中，由于并馈电路中，由于CC2隔断直流，谐振回路处于直流低电位隔断直流，谐振回路处于直流低电位上，谐振回路元件可以直接接地。因而，电路的安装就比串上，谐振回路元件可以直接接地。因而，电路的安装就比串馈馈电路方便。电路方便。2 2、基极偏置电路、基极偏置电路 要使放大器工作在丙类，功率管基极应加反向偏压或小于要使放大器工作在丙类，功率管基极应加反向偏压或小于导通电压的正向偏压。导通电压的正向偏
40、压。()cos()BEBBimBEBE onuVutuu 基极偏置电压基极偏置电压V VBBBB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V VCCCC分压供给。在功放级输出功率大于分压供给。在功放级输出功率大于1W1W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。基极馈电线路也有串联和并联两种形式。基极馈电线路也有串联和并联两种形式。自给偏压：自给偏压：基极或发射极直流电流流过电阻产生。基极或发射极直流电流流过电阻产生。自给偏压只能提供反向偏压。自给偏压只能提供反向偏压。（a a）利用基极电流）利用基极电流iB的直流分量的直流分量I
41、B0在基极偏置电阻上产生所在基极偏置电阻上产生所需的偏置电压需的偏置电压V VBBBB。根据直流分量根据直流分量IB0的流向，的流向，可知偏压可知偏压V VBBBB是反向的。是反向的。0BBBbVIR(b)利用高频扼流圈利用高频扼流圈LB中固有直流电阻来获得很小的反向偏中固有直流电阻来获得很小的反向偏置电压，可称为零偏压电路。置电压，可称为零偏压电路。VBB很小，且不够稳定。很小，且不够稳定。(c)当需要提供正向基极偏置电压时，可采用如图所示的分压当需要提供正向基极偏置电压时，可采用如图所示的分压式偏置电路。式偏置电路。VCC经经RB1、RB2的分压，取的分压，取RB2上的上的压降作为正向偏置
42、电压。压降作为正向偏置电压。为了保证丙类工作，其值应为了保证丙类工作，其值应小于功率管的导通电压。小于功率管的导通电压。CB：旁路电容旁路电容，对高频具有短路，对高频具有短路作用。作用。二、滤波匹配网络二、滤波匹配网络1 1、对滤波匹配网络的要求、对滤波匹配网络的要求 谐振回路实际上起到了滤波和匹配的双重作用，故又称为谐振回路实际上起到了滤波和匹配的双重作用，故又称为滤波匹配网络。除了用滤波匹配网络。除了用LC谐振回路外，还常用复杂的网络。谐振回路外，还常用复杂的网络。使实际负载电阻使实际负载电阻R RL L变成放大器所需要的最佳负载电阻变成放大器所需要的最佳负载电阻R Reopteopt使放
43、大器工作在临界状态，以便高效率输出所需功率，称为使放大器工作在临界状态，以便高效率输出所需功率，称为阻抗匹配阻抗匹配。抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它应有良好的抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它应有良好的滤波作用。滤波作用。有效地传送功率到负载，滤波匹配网络本身的固有损耗有效地传送功率到负载，滤波匹配网络本身的固有损耗应尽可能小。应尽可能小。2222a1SSSSSSSSSRXYjRjXRXRX由()可得2 2、LCLC网络的阻抗变换作用网络的阻抗变换作用1)1)串、并联电路的阻抗转换串、并联电路的阻抗转换b1111PPPPPYjRjXRX由()可得22221SSSPPSSSRRXRR
44、RXR由此，可得到串联阻抗转换为并联阻抗的关系式由此，可得到串联阻抗转换为并联阻抗的关系式22221SSSPPSSSXRXXXRXXSeSXQR2=(1)SeRQ21(1)SeXQ21PSeRRQ反之，可得到并联阻抗转换为串联阻抗的关系式反之，可得到并联阻抗转换为串联阻抗的关系式211PSeXXQPePRQX 说明说明Q Qe e值取定后，值取定后，R RS S与与R RP P、X XS S与与X XP P之间可以相互转换，转换之间可以相互转换，转换后的电抗性质不变。后的电抗性质不变。例例1 1：已知工作频率为：已知工作频率为100MHZ100MHZ，L LS S=100nH=100nH，R
45、RS S=10=10，求，求出出R RP P与与L LP P。当当Q Qe e11时，时，L LS S与与L LP P的值相差不大，的值相差不大，可认为电抗元件参数近似不变可认为电抗元件参数近似不变。但电阻值却发生了较大的变化。与电抗串联的小电阻但电阻值却发生了较大的变化。与电抗串联的小电阻R RS S可可变换成与电抗并联的大电阻变换成与电抗并联的大电阻R RP P，反之亦然。，反之亦然。SSeSSXLQRR692100 10100 106.28102=(1)404PSeRRQ21(1)102.5 nHPSeXXQ例例2 2：已知工作频率为：已知工作频率为50MHZ50MHZ，C CP P=5
46、0pF=50pF，R RP P=200=200，求，求出出R RS S与与C CS S。与电抗并联的大电阻与电抗并联的大电阻R RP P变换成与电抗串联的小电阻变换成与电抗串联的小电阻R RS S1/PPePPRRQXC612200 250 1050 103.14218.41PSeRRQ255 pF11PSeCCQ2)L2)L形滤波匹配网络的阻抗变换形滤波匹配网络的阻抗变换 低阻变高阻低阻变高阻L L形滤波匹配网络形滤波匹配网络 R RL L为外接实际负载电阻。与电感支路相串联，可减小高次谐为外接实际负载电阻。与电感支路相串联，可减小高次谐波的输出，对提高滤波性能有利。波的输出，对提高滤波性能
47、有利。2=(1)eLLeRRRQ21(1)eLLQeLLQR在工作频率上，有在工作频率上，有eLRR就等效于10LC1eeLLQRRR若时，有 L L形网络从低电阻负载变为高电阻负载，其变换倍数决形网络从低电阻负载变为高电阻负载，其变换倍数决定于定于Q Qe e值的大小。值的大小。1eeLRQR 为了实现阻抗匹配，在已知为了实现阻抗匹配，在已知R RL L和和R Re e时，有时，有eLLQR1eeLRQReLQ RLeeQCR例例3 3：已知工作频率为：已知工作频率为50MHZ50MHZ，实际负载为，实际负载为R RL L=10=10，放大，放大器处于临界时，要求谐振阻抗为器处于临界时，要求
48、谐振阻抗为200200，决定，决定L L形滤波匹形滤波匹配网络的参数。配网络的参数。1=4.36eeLRQR139 nHeLQ RL21(1)146 nHeLLQ69 pFeeQCR 如果外接负载电阻如果外接负载电阻R RL L比较大，而放大器要求的负载电阻比较大，而放大器要求的负载电阻R Re e较小，可采用高阻变低阻较小，可采用高阻变低阻L L形滤波匹配网络。形滤波匹配网络。2=/(1)eLLeRRRQ21(1)eCCQ1/eLLQRRCC在工作频率上，有在工作频率上，有eLRR就等效于10LC1eeLLQRRR若时，有 L L形网络从高电阻负载变为低电阻负载。形网络从高电阻负载变为低电阻
49、负载。1LeeRQR 为了实现阻抗匹配，在已知为了实现阻抗匹配，在已知R RL L和和R Re e时，有时，有eLQRC1LeeRQReLQCReeQ RL 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 Q值很低值很低(通常通常Q Q10)10)，因此，因此电路的滤波特性很差，所以在实际的发射机中，常常选电路的滤波特性很差，所以在实际的发射机中，常常选用用T 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)RL Rp匹配网络(a)RL Rp匹配网络3)
50、3)形匹配网络形匹配网络 C1 C2 RL L1 RL C2(1-n)L1 n*L1 C1 4)T4)T形匹配网络形匹配网络 C1 C2 RL L1 C1 aL1 bL1 C2 RL 三、谐振功率放大器电路举例三、谐振功率放大器电路举例L L形匹配形匹配网络网络集电极并馈集电极并馈基极自给基极自给偏压偏压T T形匹配形匹配网络网络160 MHz160 MHz谐振功放电路谐振功放电路VL2Ec13.5 VLbC1C214150pF50 90400 pFL1L332250 pF32250 pFC3C450(a)50 MHz50 MHz谐振功放电路谐振功放电路 工作频率为工作频率为50 MHz的晶体
