1、4.1概述概述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4.3晶体管谐振功率放大器的晶体管谐振功率放大器的 折线近似分析法折线近似分析法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Chapter4 谐振功率放大器谐振功率放大器4.6 晶体管倍频器晶体管倍频器 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。电压增益：电压增益：1)/(beLcrRR1)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR1)/(beLcrRR电流增益：电流增益：+1 三种组态的基本放大电路三
2、种组态的基本放大电路CECCCB4.1概述概述2、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题：、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题：高效率输出高功率输出高效率输出高功率输出联想对比：联想对比：谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；谐振功率放大器与低频功率放大器；谐振功率放大器与低频功率放大器；4.1概述概述1、使用谐振功率放大器的目的、使用谐振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。音音频频放放大大 高高频频振振荡荡 倍倍频频 高高频频放放大大 调调制制 缓缓冲冲 传传输输线线 话话筒
3、筒 声声音音 （直直流流电电源源未未画画）3、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：激励信号幅度大小不同；激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。晶体管动态范围不同。ic VBE t o o ic tVBZ 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 ic Q VBE t o o ic tt ic Q vbe t
4、 o o ic t 小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 2c是在一周期内的集电极电流流通角，因此，c可称为半流通角或截止角(意即t=c时，电流被截止)。为方便起见，以后将c简称为通角 2c ic vBEE t o o ic t VBZ 谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图2c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的效率。放大器的效率。功率放大器的主要技术指标是输
5、出功率与效率功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处不同之处：不同之处：工作频率与相对频宽不同；工作频率与相对频宽不同；放大器的负载不同；放大器的负载不同；放大器的工作状态不同。放大器的工作状态不同。5、工作状态：、工作状态：功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作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大器。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。表2-1 不同工作状态时放大器的特点工作状态半导通角理想效率负 载应 用甲类c=18
6、050%电阻低频乙类c=9078.5%推挽，回路低频，高频甲乙类90c18050%78.5%推挽低频丙类c9078.5%选频回路高频丁类开关状态90%100%选频回路高频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，属于非线性电路谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,其工作状其工作状态通常选为丙类工作状态态通常选为丙类工作状态(c90)，为了不失真的放大信，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。号，它的负载必须是谐振回路。非谐振功率放大器可分为低频功率放大器和宽带高频非谐振功率放大器可分为低频功率放大器
7、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，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输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。线为负载。谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法1、原理电路、原理电路+vb iB +VBB +VCC +vcE C +vc L 输出 iE ic VBE 谐振功率放大器的基本电路谐振功率放大器的基本电路(1)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量源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。的过
8、程中起开关控制作用。(2)谐振回路谐振回路LC是晶体管的负载是晶体管的负载(3)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：tVVvtVVvcmCCCEbmBBBEcoscos)(BZBEccVvgi4.2谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理根据晶体管的转移特性曲线可得：根据晶体管的转移特性曲线可得：Vbmcosc=BBV+VBZ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：bmBZBBcVVVcos必须强调指出：必须强调指出：集电极电流集电极电流ic虽然是脉虽然是脉冲状，但由于谐振回路冲状，但由
9、于谐振回路的这种滤波作用，仍然的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。能得到正弦波形的输出。转移 特性 ic VBZ o 理想化 ic max ic t o c+c o c+c Vbm Vbm vBE vc VBB t VBZ VBB t VCC t t t vBE ib ic vCE Vcm Vcm vb 谐振功率放大器中各部分谐振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cCCCEvVv（a a）2、电流与电压波形：、电流与电压波形：12 +C+ic L +iL LC回路能量转换过程回路能量转换过程 回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解
10、释。回路是由回路是由L、C二个储能元件组成。二个储能元件组成。当晶体管由截止转入导电时，由于回路中当晶体管由截止转入导电时，由于回路中电感电感L的电流不能突变，因此，输出脉冲电流的电流不能突变，因此，输出脉冲电流的大部分流过电容的大部分流过电容C，即使，即使C充电。充电电压充电。充电电压的方向是下正上负。这时直流电源的方向是下正上负。这时直流电源VCC给出的给出的能量储存在电容能量储存在电容C之中。过了一段时间，当之中。过了一段时间，当电容两端的电压增大到一定程度电容两端的电压增大到一定程度(接近电源电接近电源电压压)，晶体管截止，电容通过电感放电，下一，晶体管截止，电容通过电感放电，下一周期
11、到来重复以上过程。周期到来重复以上过程。由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振荡。当补由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起动态平衡，因而充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。维持了等幅的正弦波振荡。3、LC回路的能量转换过程回路的能量转换过程4、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
12、之转变为交流信号功率输出去。信号功率输出去。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。为了表示晶体管放大器的转换能力引入集电极耗散功率。为了表示晶体管放大器的转换能力引入集电极效率电极效率cP=直流电源供给的直流功率；直流电源供给的直流功率；Po=交流输出信号功率；交流输出信号功率；Pc=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：P=Po+Pc故集电极效率：故集电极效率：cooocPPPPP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：2）由式由式cccoP1P可知可知如果维持晶体管的集电极耗散
13、功率如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定值，不超过规定值，那么提高集电极效率那么提高集电极效率 c，将使交流输出功率，将使交流输出功率Po大为增加。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。率的。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Pc，则集电极效率，则集电极效率 c自自然会提高。这样，在给定然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出功率时，晶体管的交流输出功率Po就会增大；就会增大；如何减小集电极耗散功率如何减小集电极耗散功率Pc可见使可见使ic在在vCE最低的时候才能通过，那么，集电极
14、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：dtvTTCEc01i故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极故：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。导通角小于电流应该是脉冲状。导通角小于180，处于丙类工作，处于丙类工作状状态。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 c90，集电，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：ic=Ico+Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+直流功率：直流功
15、率：P=VCC Ic0输出交流功率：输出交流功率：p21cmp2cm1cmcmoRI21R2VIV21PVcm -回路两端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：)(g21IVIV21PPc10cCC1cmcmocCCcmVV0c1cmc1II)(g集电极电压利用系数集电极电压利用系数:为通角为通角 c的函数；的函数；c越小越小g1(c)越大越大波形系数波形系数:越大越大(即即Vcm越大或越大或vcEmin越小越小)c越小越小,效率效率 c越高。因此，越高。因此，丙类谐振功率放大器提高效率丙类谐振功率
16、放大器提高效率 c的途径为：的途径为：1、减小、减小 c角；角；2、使、使LC回路谐振在信号的基频上，回路谐振在信号的基频上，即即ic的最大值应对应的最大值应对应vcE的最小值。的最小值。t 或电压 电流 VBZ o ic max vcE min ic c vcE Vcm VCC ic vc vBE max 2 VBZ vB Vbm vb 232 25(b)vCE(b)t或电压电流0VBZVCCVBBVbmVcmvbE maxiCic maxciCvCEvBEvCE min1.iC 与与vBE同相，与同相，与vCE反相；反相；2.iC 脉冲最大时，脉冲最大时，vCE最小；最小；3.导通角和导通
17、角和vCEmin越小，越小，Pc越小；越小；tVVcosbmBBBEvtVVcoscmCCCEvtTPTd10CECcvivCE放大高频大信号放大高频大信号,属于非线性工作状态；属于非线性工作状态；基极偏置为负值基极偏置为负值,半通角半通角 c90，即丙类工作状态；即丙类工作状态；电流脉冲是尖顶余弦脉冲；电流脉冲是尖顶余弦脉冲；负载为负载为LC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：4.3.1折线法折线法所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组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法。折线代替晶体管
18、静态特性曲线后进行分析和计算的方法。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分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。析法。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。4.3谐振功率放大器的折线近似分析法谐振功率放大器的折线近似分析法折线分析法的主要步骤：折线分析法的主要步骤：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 vBE及输出特性曲及输出特性曲线线ic v
19、CE，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、作出动态特性曲线。、作出动态特性曲线。3、根据激励电压、根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画的大小在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲出对应电流脉冲ic和输出电压和输出电压vc的波形。的波形。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、输出功载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标。率、直流供给功率、效率等指标。理想化折线（虚线）ic gc 0 VBZ ic 过压区 临界线 欠压区 vBE
20、 vCE 0(a)(b)gcr vBE 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)。由上图可见，根据理想化原理，在放大区由上图可见，根据理想化原理，在放大区,集电极电流集电极电流只受基极电压的控制只受基极电压的控制,与集电极电压无关与集电极电压无关;在饱和区，集电极在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。4.3.2晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线晶体管特性曲线的理想
21、化及其特性曲线则临界线方程可写为则临界线方程可写为 ic=gcrvCE (2)gcr为临界线的斜率为临界线的斜率则转移特性方程可写为则转移特性方程可写为 ic=gc(vBEVBZ)(vBEVBZ)(1)gc-转移特性方程的斜率转移特性方程的斜率式式(1)和和(2)是折线近似法的基础，应很好地掌握。是折线近似法的基础，应很好地掌握。在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进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，将放大区的工作状态分为三种：入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：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，集电极最大点电流在临界线的右方，交流
22、输出电压较低且变化较大。交流输出电压较低且变化较大。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。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。ic 过压区 临界线 欠压区 vBE vCE 0 gcr 当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极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。电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用
23、于欠压或临界状态。ic maxto2c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ic=gc(vBEVBZ)(1)vBE=VBB+Vbmcos t (2)vCE=VCCVcmcos t (3)将式将式(2)(2)代入式代入式(1)(1)，得，得 i ic c=g=gc c(V(VBBBB+V+Vbmbmcoscos tVtVBZBZ)(4)(4)当当 t=t=c c时，时，i ic c=0=0，代入上式得，代入上式得 0=g0=gc c(V(VBBBB+V+Vbmbmcoscos c cVVBZBZ)(5)(5)即即 4.3.3集电极余弦
24、电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解bmBZBBcVVVcos(6)转移 特性 ic VBZ o 理想化 ic max ic t o c+c o c+c Vbm Vbm vBE vc VBB t 因此，知道了因此，知道了V Vbmbm、V VBBBB与与V VBZBZ各值，各值，c c的值便完全确定。的值便完全确定。将式将式(4)(4)与式与式(5)(5)相减，即得相减，即得 i ic c=g=gc cV Vbmbm(cos(cos tcostcos c c)(7)(7)当当 t=0t=0时，时，i ic c=i ic maxc max，因此，因此 i ic maxc max=g=gc cV
25、 Vbmbm(1cos(1cos c c)(8)(8)cccctcos1coscosmaxiiccmaxcccos1costcosii 将式将式(7)(7)与式与式(8)(8)相除，即得相除，即得或 式式(9)(9)即为尖顶余弦脉冲的解析式，即为尖顶余弦脉冲的解析式，它完全取决于脉冲高度它完全取决于脉冲高度i ic maxc max与通角与通角 c c。(9)ic maxto2c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ic=Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+由傅里叶级数的求系数法得由傅里叶级数的求系数法得)cos1)(1(sincoscossin
26、2)()cos1(sincos)()cos1(cossin)(210ccccccnccccccccccnnnnn其中：其中：n2.01.00.50.40.30.20.1020406080100c10180120160100123140尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数)()(maxmax10max0CnCcmnCCcmCCCiIiIiI n 2.0 1.0 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 40 60 80 100 c 1 0 180 120 160 1 0 0 1 2 3 140 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
27、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乙类工作状态效率太于甲乙类工作状态效率太低。低。右图可见：右图可见：n2.01.00.50.40.30.20.1020406080100c10180120 160100123140尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数)(21)()(21211101ccnccCCcmcmocgIVIVPP：)()()(011cccg波形系数波形系数由曲线可知：由曲线可知：极端情况
28、极端情况 c=0时，时，2)()()(gc0c1c1此时此时=1，c可达可达100%因此，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。左右。由于由于4.4.1直流馈电电路直流馈电电路4.4.2输出回路和级间耦合回路输出回路和级间耦合回路集电极馈电电路集电极馈电电路基极馈电电路基极馈电电路级间耦合网络级间耦合网络输出匹配网络输出匹配网络4.4高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成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
29、。LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)串馈(b)并馈4.4.1直流馈电电路直流馈电电路(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 LC 10 回路阻抗回路阻抗 1
30、/c1 1/10 回路阻抗回路阻抗(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。馈电线路的基本组成原则馈电线路的基本组成原则1）其直流通路应如图（）其直流通路应如图（a）所示。）所示。2）其基波分量的交流通路应）其基波分量的交流通路应如图（如图（b）所示。）所示。如原理图所示：如原
31、理图所示：3）其谐波分量的交流通路应）其谐波分量的交流通路应如图（如图（c）所示。）所示。输出回路为例输出回路为例集电极电路对各频率成分电流的等效电路集电极电路对各频率成分电流的等效电路无论是无论是串馈还是并馈都必须满足外部电路方程：串馈还是并馈都必须满足外部电路方程：输出回路满足输出回路满足：vcE=VCCVcmcos tLCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)串馈(b)并馈(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优点：在并馈电路中，信号回路两端均处于直流地电位，优点：在并馈电路中，信号回路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，因此回即零
32、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，调谐电容路安装比较方便，调谐电容C上无高压，安全可靠；上无高压，安全可靠；缺点缺点:在并馈电路中，在并馈电路中，LC处于高频高电位上，它对地的分布处于高频高电位上，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；串联电路的特点正好与并馈电路相反。路的特点正好与并馈电路相反。LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)串 馈(b)并 馈2.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
33、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。利用发射极直流电流在发射极偏置电阻上产生所需的利用发射极直流电流在发射极偏置电阻上产生所需的偏置的方法，称为自偏置。这种方法具有在输入信号幅度偏置的方法，称为自偏置。这种方法具有在输入信号幅度变化时自动稳定输出电压的作用。变化时自动稳定输出电压的作用。3.输入回路的馈电线路输入回路的馈电线路1 1）串联馈电如图（）串联馈电如图（a a）所示。）所示。基极电路两种馈电形式基极电路两种馈电形式2
34、2）并联馈电如图（）并联馈电如图（b b）所示。）所示。vBE=VBB+Vbmcos t输入回路满足输入回路满足：3 3）偏置电路中的自生反偏压）偏置电路中的自生反偏压图（图（b b）C CB2B2和和R RB B 、C CB1B1、L LB B产生稳定的产生稳定的I IB B0，I IB B0 R RB B自生反偏压；自生反偏压；C CB2B21BC1BLBCBLECBC图（图（c c）主要由）主要由C CE E和和R RE E产生稳定的产生稳定的I IE E0，I IE E0 R RB B自生反偏压；自生反偏压；图（图（d d）C CB B和和L LB B产生稳定的产生稳定的I IB B0
35、，I IB B0在在L LB B损耗电阻自生反偏压；损耗电阻自生反偏压；1.级间耦合网络级间耦合网络对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输出对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输出稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为次稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为次要问题。要问题。多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入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状阻抗是变化的，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。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状这个变化反映到前级回路
36、，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压状态，则由于态发生变化。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。负载的变化，其输出电压将不稳定。4.4.2输出回路和级间耦合回路输出回路和级间耦合回路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)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状态，使它近似为一个，使它近似为一个恒压源。恒压源。2)降低级间耦合回路的效率降低级间耦合回路的效率。回路效率降低后，其本。回路效率降低后，其本身身 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加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回路本身的损
37、耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路的效率一般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为 k=0.1-0.5，平均在，平均在0.3上下。也就是说，中间级的输出功上下。也就是说，中间级的输出功率应为后一级所需激励功率的率应为后一级所需激励功率的3-10倍。倍。2.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，这种匹配网络有负载间的网络，这种匹配网络有L型、型、型、型、T型网络及由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。它们组成的多级网络，也有用双调谐耦合回路的。输出匹配网络的主要功能与要
38、求是输出匹配网络的主要功能与要求是匹配、滤波、隔离匹配、滤波、隔离和高效率。和高效率。高频调谐功率放大器的阻抗匹配就是高频调谐功率放大器的阻抗匹配就是在给定的电路条在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，将负载阻抗件下，改变负载回路的可调元件，将负载阻抗ZL转换成放转换成放大管所要求的最佳负载阻抗大管所要求的最佳负载阻抗Rp，使管子送出的功率，使管子送出的功率P0能尽能尽可能多的馈至负载。这就叫做达到了匹配状态，或简称匹可能多的馈至负载。这就叫做达到了匹配状态，或简称匹配。配。R1C1C2R2L1(a)2CXLQ2R112LQ1RLQ1LX)3(1)12LQ(1R2R2R2CX)2(LQ1
39、R1CX)1(1)形匹配网络形匹配网络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。下图是两种下图是两种 形网络其中的形式之一形网络其中的形式之一(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。R1C1R2C2L1(b)1)12LQ(1R2R2R1
40、LX)3(12CXLQ2R12LQ1RLQ2CX)2(LQ1R1CX)1(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。Ln
41、C1CARACnL1r1L2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。)复合输出回路复合输出回路可以看到：从晶体管集电极向右方看去，等效为一个并联可以看到：从晶体管集电极向右方看去，等效为一个并联谐振回路，如图所示。谐振回路，如图所示。C1L1rr1ik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
42、，它反映到L L1 1C C1 1中中介回路的等效电阻为介回路的等效电阻为A22RM r因而等效回路的谐振阻抗为因而等效回路的谐振阻抗为A22111111pRMCL)(CLRrrr 改变改变M M就可以在不影响回路调谐的情况下，调整中介回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。路的等效阻抗，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。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R RA A上就希望上就希望
43、反射电阻反射电阻r r 回路损耗电阻回路损耗电阻r r1 1 2121122 p MRMIIAkkAkrrrrrrro op p 功率功率电子器件送至回路的总电子器件送至回路的总 回路送至负载的功率回路送至负载的功率衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的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。这比值叫做中介回路的传输效率叫做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。C1L1rr1ik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。尽可能
44、地小。但从要求回路滤波作用良好来考虑，则但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。从兼顾这两方面出发，从兼顾这两方面出发，QL值一般不应小于值一般不应小于10。在功率很大。在功率很大的放大器中，的放大器中，QL也有低到也有低到10以下的。以下的。0111111QQRRrLppkrrrrr故有故有:rrrrrr 11111110111 LQQCLRLQQCLRLpp值值有有负负载载时时的的回回路路抗抗有有负负载载时时的的回回路路谐谐振振阻阻值值无无负负载载时时的的回回路路抗抗无无负负载载时时的的回回路路谐谐振振阻阻M M变化对工作状态的影响变化对工作状态的影响A221
45、11111pRMCL)(CLRrrrA22RM r欠 压过 压0临界Ic 1Ic 0VCRp0cP=PoPc欠 压过 压临界Rp负载特性曲线负载特性曲线cpppp p p p p p AAPA-PA-天线功率天线功率PoPo集电极集电极输出功率输出功率功率功率P=-P=-电源供给功率电源供给功率 k-中介回路效率中介回路效率 c-集电极效率集电极效率总效率总效率1.160MHz1.160MHz，13W13W谐振功率放大电路谐振功率放大电路 放大器的功率增益达放大器的功率增益达9dB9dB，可向，可向5050 负载供出负载供出13W13W功率，电路如图所示。功率，电路如图所示。50C117pL1
46、16nH3DA107Lc280nH Lb280nHC245pVCC+28VCc0.01L297nHC316pC410p5013W基极采用自给偏置电路基极采用自给偏置电路，I Ib0b0在在L Lb b的直流电阻上产生很小的负向偏置电压，的直流电阻上产生很小的负向偏置电压，C C1 1、C C2 2、L L1 1构成构成T T型匹配网络，调节型匹配网络，调节C C1 1和和C C2 2，使本级的输入阻抗等于前级放大器使本级的输入阻抗等于前级放大器所要求的所要求的5050 匹配电阻匹配电阻，以传输最大的功率。以传输最大的功率。集电极采用集电极采用并馈电路并馈电路。L LC C，为高频扼流圈为高频扼
47、流圈C CC C为高频旁路电容。对于交流信号为高频旁路电容。对于交流信号，放大器的输出端采用放大器的输出端采用L L型匹配网络，调节型匹配网络，调节C C3 3、C C4 4可使可使5050 的负载阻抗变换为功率的负载阻抗变换为功率放大管所要求的最佳匹配阻抗放大管所要求的最佳匹配阻抗R Rp p。4.5 4.5 谐振功率放大器实例谐振功率放大器实例放大器的功率增益为放大器的功率增益为7dB7dB，可给，可给5050 负载输出负载输出25W25W功率，功率，电路如图所示。电路如图所示。50C114150pL13DA100L2 LbC290400pVCC13.5VCcL3C332250pC4322
48、50p5025W本电路基极部分与上图相同，集电极的馈电是本电路基极部分与上图相同，集电极的馈电是串馈形式串馈形式，L2不不是高频扼流圈，而是网络元件，是高频扼流圈，而是网络元件，L2、L3、C3、C4构成构成 型匹配网络。型匹配网络。2.50MHz，25W调谐功率放大电路调谐功率放大电路在发射系统中常采用晶体管丙类倍频器来获得所需要的发射信在发射系统中常采用晶体管丙类倍频器来获得所需要的发射信号频率。号频率。采用倍频器的原因：采用倍频器的原因：(1)降低主振器的频率，对频率稳定指标是有利的。降低主振器的频率，对频率稳定指标是有利的。(2)为了提高发射信号频率的稳定程度，主振器常采用石英晶体为了
49、提高发射信号频率的稳定程度，主振器常采用石英晶体振荡器，但限于工艺，石英谐振器的频率目前只能达到几十振荡器，但限于工艺，石英谐振器的频率目前只能达到几十MHz，为了获得频率更高的信号，主振后需要倍频。为了获得频率更高的信号，主振后需要倍频。(3)加大调频发射机信号的频移或相移，即加深调制度。加大调频发射机信号的频移或相移，即加深调制度。(4)倍频器的输入信号与输出信号的频率是不相同的，因而可削倍频器的输入信号与输出信号的频率是不相同的，因而可削弱前后级寄生耦合，对发射机的稳定工作是有利的。弱前后级寄生耦合，对发射机的稳定工作是有利的。(5)展宽通频带展宽通频带倍频器常有三种形式：倍频器常有三种
50、形式：1、乘法器实现倍频；、乘法器实现倍频；2、丙类放大器倍频，、丙类放大器倍频，3、参量倍频器，是、参量倍频器，是利用晶体管的结电容随电压变化的非线性来实现倍频。利用晶体管的结电容随电压变化的非线性来实现倍频。4.6 晶体管倍频器晶体管倍频器载 频振荡器放大或倍频器调制器16.333MHz16.333MHz49MHz丙类倍频器丙类倍频器4.6.1原理框图原理框图某系统发射信号频率为某系统发射信号频率为49MHz，该频率由，该频率由16.333MHz三三倍频而来。倍频而来。16.333MHz振荡器输出接激励级，若将输出负载振荡器输出接激励级，若将输出负载回路调谐在三次谐波频率上即可得到回路调谐
