1、通信电子线路通信电子线路X第二章第二章第第2 2章章 射频功率放大器射频功率放大器 (Power Amplifier)2.1 高频功率放大器的特点高频功率放大器的特点2.2 丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器2.3 丁类谐振功率放大器丁类谐振功率放大器2.4 谐振功率放大器的电路组成谐振功率放大器的电路组成2.5 宽带高频功率放大器宽带高频功率放大器高频功率放大器的特点本节主要内容：本节主要内容：甲、乙、丙类放大器甲、乙、丙类放大器放大器工作效率放大器工作效率在原理上，它与其它放大器一样，都是在输入信号的作在原理上，它与其它放大器一样，都是在输入信号的作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信
2、号的功率。用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号的功率。但是，它们在性能要求和器件运用特性上都是不同的。但是，它们在性能要求和器件运用特性上都是不同的。安全安全高功率高功率不失真（或失真在允许范围内）不失真（或失真在允许范围内）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。cooDocPPPPP 功放是能量转换器功放是能量转换器。在输入信号的作用下，直。在输入信号的作用下，直流电源提供的直流功率流电源提供的直流功率PD中，一部分被转换为输出中，一部分被转换为输出信号功率信号功率Po(O
3、utput signal power)，其余部分消耗，其余部分消耗在功率管中，成为功率管的耗散功率在功率管中，成为功率管的耗散功率Pc(Power Dissipation)，即管耗。，即管耗。c放大器的集电极效率放大器的集电极效率 (Collection efficiency)就是来评价这种转换能力的性能指标：就是来评价这种转换能力的性能指标：可见可见 c 越大，给出越大，给出Po所需的所需的PD就越小。就越小。PD变小，可节省能源，延长器件寿命。变小，可节省能源，延长器件寿命。若若PD一定一定:Po增大，利用率高。增大，利用率高。Pc下降下降 ，则可选用，则可选用PCM小的功率管，小的功率管
4、，降低成本。降低成本。作为放大器，作为放大器，功率增益功率增益是最重要的性能指是最重要的性能指标，但却是标，但却是第二位第二位的。的。二.功率管的运用特性功率管的运用特性 在功放中，往往在功放中，往往选择不同的静态工作选择不同的静态工作点，使功放运用在特点，使功放运用在特性不同的区段上，来性不同的区段上，来实现甲，乙，丙，丁实现甲，乙，丙，丁等不同运用状态。在等不同运用状态。在输入余弦波激励下输入余弦波激励下,集集电极输出电流电极输出电流iC 的波形的波形不同：不同：管子的运用状态不同，相应的最大集电极效率管子的运用状态不同，相应的最大集电极效率也就不同。假定管子集电极电流为也就不同。假定管子
5、集电极电流为iC，电压为，电压为vCE则则tdvitdviPCECCECC2121丙类效率最高丙类效率最高。为晶体管集电极电流导通角，为晶体管集电极电流导通角，iC导通时间越小，导通时间越小，PC就越低。就越低。谐振功率放大器通常工作于谐振功率放大器通常工作于丙类丙类工作状态，属于非线性电路工作状态，属于非线性电路功率放大器的主要技术指标是功率放大器的主要技术指标是输出功率输出功率与与效率效率 2.2 2.2 丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器(Resonate Power Amplifier)本节主要内容：本节主要内容：丙类放大器工作原理丙类放大器工作原理工作状态分析工作状态分析性能分析性
6、能分析 LC LC回路为匹配网络，它们与回路为匹配网络，它们与外接电阻共同组成并联谐外接电阻共同组成并联谐振回路振回路。晶体管的作用是在将供电晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控流能量的过程中起开关控制作用。制作用。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：tVVtvVvobmBBbBBbecos)()(D Db be em mc cV Vv vg gi i 为了实现丙类工作，基极偏置电压为了实现丙类工作，基极偏置电压VBB应设置在功率管的截止区。应设置在功率管的截止区。2-1 集电极电流是一串周期重复的余弦脉冲序列
7、，脉冲宽集电极电流是一串周期重复的余弦脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期。度小于半个周期。tVVtvVvobmBBbBBbecos)(DbeVv时，时，bmBBDVVVcos ,BBV ,bmV或集电极电流集电极电流ic虽然是脉冲状，但集电极输出电压近似为余弦虽然是脉冲状，但集电极输出电压近似为余弦波形，且与输入电压同频、反相。波形，且与输入电压同频、反相。ic=Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+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，关键在于求出电流的直对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出
8、电流的直流分量流分量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频功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析法。率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线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代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。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 eb及输出特性曲线及输出特性曲线ic ec，并
9、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、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、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、直流供给功率、效率等指标直流供给功率、效率等指标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二、晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线
10、二、晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线理 想 化 折 线（虚 线）icgceb0VB Zic过 压 区临 界 线欠 压 区ebec0(a)(b)gcr晶体管实际特性和理想折线晶体管实际特性和理想折线由图由图6-7(b)可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流可见，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。只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱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：和区，将放大区的工作状态分为三种：1)欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，
11、交欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，交 流输出电压较低且变化较大。流输出电压较低且变化较大。2)过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱 和区，交流输出电压较高且变化不大。和区，交流输出电压较高且变化不大。3)临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最临界工作状态：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。大点电流正好落在临界线上。若临界线的斜率为若临界线的斜率为gcr，则临界线方程可写为，则临界线方程可写为 ic=gcrec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
12、特性可用交横轴于VBZ的的一条直线来表示一条直线来表示(VBZ为截止偏压为截止偏压)。则则 ic=gc(ebVBZ)(ebVBZ)常数cbcceegi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三、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流脉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。冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。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当当 t=0时，时，ic=ic
13、 max 因此因此 ic max=gcVbm(1cos c)tVVtvVvobmBBbBBbecos)()(D Db be em mc cV Vv vg gi i 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)(iI)(iI)(iIcnmaxCcmnc1maxC1cmc0maxC0C)cos1)(1n(nsinncosncosnsin2)()cos1(sincos)()cos1(cossin)(c2ccc
14、ccnccccc1ccccc0其中：其中：n2.01.00.50.40.30.20.102040 6080100c10180120160100123140尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数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，输出功率将达情况下，输出功率将达到最大值。这样看来，到最大值。这样
15、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：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)(g21)()(21IVIV21PPc1cnc10cCC1cmcmoc 由于：由于：)()()(gc0c1c1波形系数波形系数由曲线可知：极端情况由曲线可知：极端情况 c=0时，时，2)()()(gc0c1c1此时此时=1，c可达可达
16、100%因此，为了兼顾功率与效因此，为了兼顾功率与效率，最佳通角取率，最佳通角取70 左右。左右。二.性能分析 (近似分析)假设：谐振回路具有假设：谐振回路具有理想滤波特性理想滤波特性。只产生。只产生基波电压，其他分量忽略不计。基波电压，其他分量忽略不计。tVVvbmBBbecostVVvcmCCcecos谐振电阻：谐振电阻：1ccmeIVR 直流功率：直流功率：cccmcccDVIIVP00 oDCPPPecccmoRIIVP211212DocPPcmcII00cmcII11其中其中输出功率：输出功率：损耗功率：损耗功率：集电极效率：集电极效率：c ccmcmCCCCcmcmCCCCc cg
17、 gI IV VI IV V 1 10 01 10 01 12 21 12 21 12 21 1 令集电极电源电压利用系数：令集电极电源电压利用系数：CCcmVVcmCCoIVP121oP ,c因此导通角因此导通角 决定了决定了时，8070较大。P ,oc 越大越大(即即Vcm越大越大)c越小效率越小效率 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的途径即为减小的途径即为减小 c角。角。波形系数，通角波形系数，通角 c的函数；的函数；c越小越小g1(c)越大越大 c cg g 1 1bmVcmIV 5.0BBVdcP W6oPV 5.0 ,95.0DV
18、晶体管高频功率放大器，电源晶体管高频功率放大器，电源 电压利用系数电压利用系数 输出功率输出功率 。求电源提供的功率。求电源提供的功率 ，峰值峰值 和导通角和导通角 。若偏压。若偏压 ，求输入信号所需的振幅求输入信号所需的振幅 。V,24CCV,mA3000cI例题 W2.7243.00cccdcVIP W2.162.7odccPPP%3.832.76dcoPP0121 75.12 0166407.0cos419.0)(1239.0)(0查表得知：查表得知：解解mA 1255239.0300)(0cocmIImA 9.5251255419.0)(11cmcIIV 46.2407.05.05.0
19、cosBBDbmVVV3 工作状态 动态线（动态线（Dynimic Line）：）：根据根据Vbe和和Vce的值在以的值在以Vbe为参变量的输出特性曲线上为参变量的输出特性曲线上找出对应的动态点和由此确定的找出对应的动态点和由此确定的ic值并画出值并画出ic的波形。的波形。其中，动态点的连线称为谐振功率放大器的动态线。其中，动态点的连线称为谐振功率放大器的动态线。2-2假设一：谐振回路具有理想滤波特性，其上只能产假设一：谐振回路具有理想滤波特性，其上只能产生基波分量；生基波分量；假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线表示，其高频效应可忽略。表示
20、，其高频效应可忽略。A点：C点：B点：cmCCCEbmBBBEVVuVVUt 0，cos 0 ccmCCCEVVuit，cmCCCEVVuit 0 c，2-22812/29/2022 8:19 AMX当当A A2 2点处于临界区称为点处于临界区称为临界临界（Critical）状态状态当当A A1 1点处于放大区称为点处于放大区称为欠压欠压（Undervoltage）状态状态当当A A3 3点处于饱和区称为点处于饱和区称为过压过压（Overvoltage）状态状态在在A没有进入饱和区时，动态特性曲线斜率为没有进入饱和区时，动态特性曲线斜率为)cos1(1)cos1()cos1(11eeccmcm
21、cmRRIIVIk利用利用A，B两点直线计算斜率：两点直线计算斜率：），（，），（0 cos mincmCCcmCEVVBIVA2-21.A1在欠压区，在欠压区，ic为余弦脉冲，脉冲高度随为余弦脉冲，脉冲高度随Vcm增大略增大略有减小。有减小。2.A2临界状态。临界状态。3.A3过压区，过压区，ic为中间凹陷的脉冲波，随着为中间凹陷的脉冲波，随着Vcm增大脉冲增大脉冲波的凹陷加深，高度减小。波的凹陷加深，高度减小。当当VBE向向VBEmax增大，增大，VCE向着向着VCEmin减小时，对减小时，对应的动态点先到达临界点应的动态点先到达临界点(图中图中E点点)，ic值最大，而后值最大，而后进入饱
22、和区，进入饱和区，ic值减小，出现凹陷。直到值减小，出现凹陷。直到A3点，点，ic值达值达到最小。到最小。思考题：思考题：在过压区为什么会出现凹陷？在过压区为什么会出现凹陷？2-3icmax高频功放临界状态的计算高频功放临界状态的计算CCcrCcmCCCceCcVSVVSvSi)1()(minmaxcrCCccmcoViVIP)(2121max1CCcmVV1ccmeIVR CCcDVIP0oDCPPPDocPP所需的激励电压所需的激励电压vbm,VBB可从晶体管转移特性曲线上可从晶体管转移特性曲线上得到得到tVVvbmBBbecoscosbmDBBVVVcosBBDbmVVV当当vbe=VD
23、时，时，t为了三极管能安全工作，应要求为了三极管能安全工作，应要求CEOceBVVmaxCMCPP CceEV2max2 CEOCBVE 则1.负载特性：四.对性能影响的定性分析BBbmCCeVVVR ,eRk)cos1(11BBbmCCVVV ,eR一定，放大器性能随一定，放大器性能随 变化变化的特性。的特性。eR改变，相当于改变动态特性的斜率改变，相当于改变动态特性的斜率 k123kkk123eeeRRR集电极电流由余弦脉冲变化为中间凹陷的脉冲波。集电极电流由余弦脉冲变化为中间凹陷的脉冲波。eR增大欠压欠压过压过压临界临界在欠压区eccmRIV1ecoRIP221eR与与 近似成正比关系近
24、似成正比关系(在欠压区在欠压区)0cCCDIVP 在欠压区与在欠压区与 一样略有减小一样略有减小0cIDocPPCP在在过过压压区区略有减小。略有减小。CPosatCECCocmeoptPVVPVR2)(2)(2121ci出现凹陷。出现凹陷。10,ccII而而 略有增加略有增加eRcmVcDoPP ,从而从而 略有增加略有增加且且 比比 减小得慢。减小得慢。oPDPeRoPc在临界点在临界点 最大，最大，较大，放大器接近最佳性能，相较大，放大器接近最佳性能，相应的应的 称为功放的匹配负载称为功放的匹配负载 eoptR a.a.集电极调制集电极调制 b.b.基极调制基极调制集电极调制：集电极调制
25、：一定。一定。变化对性能的影响变化对性能的影响ebmBBRVV ,CCVVcm,Ic1,Ic0Ic0Ic1Vcm临过压欠压VCCVCC增大工作在过压区（近似线性）基极调制特性：基极调制特性：Re，VCC，Vbm一定，一定，VBB的变化的变化 Vbm一定，一定，VBB由负值向正值方向增大时，集电极由负值向正值方向增大时，集电极电流脉冲不仅宽度电流脉冲不仅宽度 增大，而且还因增大，而且还因Vbemax增加而使增加而使其高度增大，因而其高度增大，因而Ic1，Ic0增大，结果使增大，结果使Vcemin减小，减小，放大器由欠压进入过压，但在进入过压的过程中，随放大器由欠压进入过压，但在进入过压的过程中，
26、随着着iC的凹陷加深。的凹陷加深。Ic1，Ic0增大十分缓慢，可近似认为增大十分缓慢，可近似认为不变。不变。)(VBB增大bmV3.放大特性放大特性eCCBBRVV,一定，一定，变化变化(与与 情况类似情况类似)BBVVBB 一定，一定，Vbm增大时，集电极电流脉冲不仅宽度增大时，集电极电流脉冲不仅宽度 增大，而且还因增大，而且还因Vbemax增加而使其高度增大，增加而使其高度增大，因而因而Ic1，Ic0增大，结果使增大，结果使Vcemin减小，放大器由欠减小，放大器由欠压进入过压，但在进入过压的过程中，随着压进入过压，但在进入过压的过程中，随着iC的凹的凹陷加深。陷加深。Ic1，Ic0增大十
27、分缓慢，可近似认为不变。增大十分缓慢，可近似认为不变。5012/29/2022 8:19 AMX当谐振功率放大器作为线性放大器，用来放大振幅按当谐振功率放大器作为线性放大器，用来放大振幅按调制信号规律变化的调幅信号时，为了使输出信号调制信号规律变化的调幅信号时，为了使输出信号V Vcmcm反映输入信号振幅反映输入信号振幅Vbm变化，放大器必须工作在欠压区变化，放大器必须工作在欠压区 当谐振功率放大器作振幅限幅器时当谐振功率放大器作振幅限幅器时（Amplitude Limiter）,将将振幅振幅Vbm在较大范围变化变换为振幅恒定的输出信号时，放大器在较大范围变化变换为振幅恒定的输出信号时，放大器
28、必须工作在过压状态必须工作在过压状态 某谐振频率放大器的动特性如图所示，试回答并计算某谐振频率放大器的动特性如图所示，试回答并计算以下各选项以下各选项：(1)此时功放工作于何种状态？写出此时功放工作于何种状态？写出A，B，C三点坐标三点坐标,画出画出ic的波形。的波形。(2)计算计算 和和 。(3)若要求功率放大器的效率最大，应如何调若要求功率放大器的效率最大，应如何调整？整？CDPP ,eR例题)0 ,()0 ,cos(),(cmCCcmCCcmcmCCVVCVVBIVVAABC动特性：由动特性知正好达到临界饱和线，动特性：由动特性知正好达到临界饱和线，故工作在临界状态，故工作在临界状态，i
29、c的波形如下。的波形如下。解解44.0)5.0(2)5.0(6.0)(cosbmBBDVVV64V 152minmaxCECEcmVVV由由 和和 可求得可求得maxCEuminCEu(2)由图可知：由图可知：V,5.0BBVV,6.0DV,A .02cmIV 18CCV 29.182410.01511cmcmccmeIVIVR(3)弱过压状态效率最大（但输出功率下降）弱过压状态效率最大（但输出功率下降）%7435.815.6DocPP W2.215.635.8oDCPPP W35.8232.021800CCcmcCCDVIIVP W15.6215410.022211cmcmcmcoVIVIP
30、一谐振功放，原来工作在临界状态，后来发现该功一谐振功放，原来工作在临界状态，后来发现该功放的输出功率下降，效率反而提高，但电源电压放的输出功率下降，效率反而提高，但电源电压VCC，输出电压振幅输出电压振幅Vcm及及Vbemax不变，问这是什么原因造不变，问这是什么原因造成的，此时功放工作在什么状态？成的，此时功放工作在什么状态？效率效率)(21)()(21101gc由于由于 所以所以 不变。不变。CCcmVV例题 VCC、输出电压振幅、输出电压振幅Vcm及及Vbemax不变，不变，功放工作状态不变。功放工作状态不变。解解 与与 成反比，是递减曲线。成反比，是递减曲线。)(1g )(,1gc，因
31、此因此 减小。减小。bmBBDVVV cos要减小要减小 BBV bmV不变但bmBBbeVVvmax只能只能 ,bmBBVV输出功率输出功率 12221ecmccmoRVIVPcmV 不变，故不变，故 增大造成的。增大造成的。eR某高频谐振功放工作于临界状态，输出功率为某高频谐振功放工作于临界状态，输出功率为15 W，且且VCC=24 V，导通角，导通角=70，功放管参数，功放管参数 SC=1.5 A/V,试问：试问：（1）直流功率直流功率PD,耗损耗损 PC,临界谐振电阻临界谐振电阻Re（2）若输入信号振幅增加一倍。功放工作状态如何若输入信号振幅增加一倍。功放工作状态如何 变化？此时输出功
32、率为多少？变化？此时输出功率为多少？（3）若谐振电阻增加一倍，功放的工作状态如何改若谐振电阻增加一倍，功放的工作状态如何改 变？变？（4）若回路失谐，会有何危险若回路失谐，会有何危险?c例题5912/29/2022 8:19 AMX436.01其中(1)A15.3,V9.21cmcmIV得联立上面的两个方程，A 37.1436.015.3)(11cmcIIA 79.0253.015.3)(00cmcIIcmcmcmcoVIVIP)(212111)(mincmCCCceCcmVVSVSI解解 W96.180cCCDIVP W96.31596.18oDCPPP%7996.1815DocPP 94.
33、1537.184.211ccmeIVR,2 bmbmVV(2)根据功放振幅特性，放大器根据功放振幅特性，放大器 过压状态，此时输出功率基本不变。过压状态，此时输出功率基本不变。,2 eeRR(3)根据功放的负载特性，放大器根据功放的负载特性，放大器工作到过压状态，输出功率为原来的一半。工作到过压状态，输出功率为原来的一半。(4)若回路失谐，进入欠压状态，若回路失谐，进入欠压状态，增大可能烧坏管增大可能烧坏管子。用子。用VC 指示调谐最明显，指示调谐最明显，VC 最大即谐振。最大即谐振。CPcibeu3.0 V2.5 V2.0 V1.5 V1.0 Vceu一谐振功放的工作频率为一谐振功放的工作频
34、率为10 MHz，晶体管输出特性，晶体管输出特性如图所示，试画出如图所示，试画出 时的临界和过压状态下的输出电流波形和电压波形。时的临界和过压状态下的输出电流波形和电压波形。V 102sin5.25.07tube例题分析：临界状态下功放的动态特性曲线是两个折线段组分析：临界状态下功放的动态特性曲线是两个折线段组成的，其中电流是完整的脉冲；而过压状态时，动特性成的，其中电流是完整的脉冲；而过压状态时，动特性曲线进入到饱和区的部分用临界饱和线代替后，电流为曲线进入到饱和区的部分用临界饱和线代替后，电流为具有凹陷的脉冲。但无论是哪种状态，由于负载为选频具有凹陷的脉冲。但无论是哪种状态，由于负载为选频
35、网络，故输出电压都是完整的余弦信号。网络，故输出电压都是完整的余弦信号。解解 输入为输入为 时，时，V 102sin5.25.07tube2-4过压状态下，输出电流为出现凹陷的余弦脉冲，由过压状态下，输出电流为出现凹陷的余弦脉冲，由于负载的选频作用，输出电压还是余弦信号于负载的选频作用，输出电压还是余弦信号.如图所示：如图所示：临界状态下，输出电流为余弦脉冲，由于输入信号临界状态下，输出电流为余弦脉冲，由于输入信号频率等于功放的工作频率，故输出电压为余弦信号；频率等于功放的工作频率，故输出电压为余弦信号；2.4 2.4 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路（Resonate Power Amp
36、lifier Circuit）一、直流馈电电路一、直流馈电电路二、匹配网络二、匹配网络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互感耦合输出网络互感耦合输出网络LC匹配网络匹配网络馈电电路的基本原则馈电电路的基本原则1）直流有自己的通路，通路上不应该有交流信号。）直流有自己的通路，通路上不应该有交流信号。2）基波交流信号有自己的通路，通路上不应有直流通路。）基波交流信号有自己的通路，通路上不应有直流通路。3）有效地消除高次谐波）有效地消除高次谐波Icn。Ic0IcnIc1LCRP串馈（串馈（Series Supply）：直流电源，回路和晶）：直流电源，回路和晶体管在电路上形式为串接方
37、式。体管在电路上形式为串接方式。并馈（并馈（Parallel Supply):直流电源，回路和晶体直流电源，回路和晶体管在电路上形式为并接方式。管在电路上形式为并接方式。一、直流馈电电路一、直流馈电电路（Power Supply Circuit）在信号频率上，在信号频率上，LC感抗很大，近似开路。感抗很大，近似开路。CC很小接近短路。很小接近短路。目的是避免信号电路通过直流电源而产生级间反馈，造成目的是避免信号电路通过直流电源而产生级间反馈，造成工作不稳定。工作不稳定。串馈（串馈（Series Supply）：）：并馈（并馈（Parallel Supply）：）：在信号频率上，在信号频率上，C
38、C1，CC2容抗很小，接近短路。容抗很小，接近短路。LC感抗很大。感抗很大。接近开路。接近开路。基极偏置电压（自给偏置）基极偏置电压（自给偏置）基极回路偏压设置的几种形式：基极回路偏压设置的几种形式：零偏压零偏压(自给偏压自给偏压)发射极自给偏压发射极自给偏压二.滤波器型匹配网络滤波器型匹配网络 (Filter-Matched Network)FMNoPeRmLI1LnILPLR（1）将将RL变换为放大器所要求的负载变换为放大器所要求的负载Re（2）滤波能力滤波能力mLLnmLLnnIIPPH1lg20lg10Hn 越小越好越小越好（3）要求网络传输效率要求网络传输效率 1 oLkPP1.互感
39、耦合输出回路L1，C1中介回路中介回路 互感耦合输出回路互感耦合输出回路L2，L3，C2天线回路天线回路反射电阻反射电阻：AfRMr2)()()(2111111AfeRMrCLrrCLRfffKfKoLKrrrrrIrIPP1122)(设无负载时：设无负载时：111rcLRe有负载时：有负载时：)(111ferrcLR则则oeeefffkQQRRrrrrrr111111oeeeQQRR11eofQQrr2.滤波器型匹配网络滤波器型匹配网络:(L型，型，T型，型，型型)PXPRSXSRSSPPjXRjXR111串并联转换串并联转换)1 1(2 2L LS SP PQ QR RR R 2 21 1
40、1 1L LS SP PQ QX XX XPPSSLXRRXQ并联的电阻大于串联的电阻并联的电阻大于串联的电阻电抗性质不变，且电抗值相差小电抗性质不变，且电抗值相差小L型匹配网络：型匹配网络：两个异性电抗支路连接成两个异性电抗支路连接成“L”型结构网络。型结构网络。由由LLeRQR)1(2得得1LeLRRQ适用适用LeRRLLSRQXLePQRX有一谐振功放，要求的临界状态电阻为有一谐振功放，要求的临界状态电阻为Re，负载为天线，呈现，负载为天线，呈现纯电阻性纯电阻性RL，且，且RLRe，应该如何设计匹配网络？，应该如何设计匹配网络？T型网络型网络T型网络型网络和和型网络型网络改正下图所示线路
41、中的错误，不得改变馈电形式，重改正下图所示线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。新画出正确的线路。例题分析：这是一个两级功放，分析时可以一级分析：这是一个两级功放，分析时可以一级 一级地考虑，且要分别考虑输入回路，一级地考虑，且要分别考虑输入回路，输出回路是否满足交流要有交流通路，输出回路是否满足交流要有交流通路，直流要有直流通路，而且交流不能流直流要有直流通路，而且交流不能流 过直流电源的原则。过直流电源的原则。解解第一级放大器的基极回路：输入的交流信第一级放大器的基极回路：输入的交流信 号将流过直流电源，应加扼流圈和滤波电号将流过直流电源，应加扼流圈和滤波电 容容CB2；直流
42、电源；直流电源VBB被输入互感耦合回路被输入互感耦合回路 的电感短路，应加隔直电容的电感短路，应加隔直电容CB1。2-17第一级放大器的集电极回路：输出的交流将流第一级放大器的集电极回路：输出的交流将流过直流电源过直流电源VCC，应加扼流圈，应加扼流圈LC1；加上扼流圈；加上扼流圈后，交流没有道路，故还应增加一旁路电容后，交流没有道路，故还应增加一旁路电容CC1。第二级放大器的集电极回路：输出的交流将流过直流电源，第二级放大器的集电极回路：输出的交流将流过直流电源，应加扼流圈应加扼流圈L LC2C2 及滤波电容及滤波电容C CC2C2 ；此时，直流电源将被输；此时，直流电源将被输出回路的电感短
43、路，加隔直电容出回路的电感短路，加隔直电容C CC3.C3.例题 设初，次级均调谐于工作频率设初，次级均调谐于工作频率1 MHz，已，已知知 ，放大管，放大管3DA1的工作条件是的工作条件是()，试求，试求M，L1，C1为多少才能使天线为多少才能使天线与与3DA1相匹配？设相匹配？设QO100，QL10，回路接入系数，回路接入系数p0.2。37AR 6.126eR由由12LQpRLeeeRpR2)()(1(1212fLfLerrQrrQR解解 111LCpF 504103.50)102(11626121LC911011LofQQrrH 3.5010102)2.0(6.1266221LeQPRL
44、foLrrLQ11 44.2816.3991rrf由由 得得AfRMr22H 16.5ARrM 16.3100103.50102 6611oQLr 11rLQo 高频功放工作于临界状态，已知高频功放工作于临界状态，已知V,20CCV W,1oP工作频率工作频率试求试求L型匹配网络的元件数值。型匹配网络的元件数值。,50 LR,0.95,MHz 10of L型匹配网络如下型匹配网络如下图所示：图所示：V 192095.0CCcmVV例题解解LocmeRPVR 5.180121922262.11505.1801LeLRRQ 815062.1LLSRQXH 29.1 oSSXL 86.11162.1
45、2.108LePQRXpf 3.1421oPPXC设谐振功率放大器的输入功率设谐振功率放大器的输入功率Po=2 W,集电极电源电压集电极电源电压VCC=24 V,功放管的饱和压降功放管的饱和压降VCES=1.5 V,工作频率为工作频率为50 MHz，RL=50，若采用若采用 型匹配型匹配网络，试估计网网络，试估计网络元件络元件C1，C2，L的数值。的数值。(选选Qe1=10)例题解解 56.12622)5.124(2)(22oCESCCePvVR221 eLSQRRLeeSeeRQQRQR22212111)1(656.121056.12611eePQRXpf 252111PoXC2-141RR
46、Q237.61)1(22eLeeQ得到得到 122111eeLeSSQQRQRX222221eeLeSSQQRQRX 35.201222121LeeeSSLRQQQXXXH 65oLXL 02.8237.65022eLPQRXpf 379122PoXC2-14小结小结射频功放的工作原理射频功放的工作原理射频功放的指标射频功放的指标射频功放的工作状态射频功放的工作状态集成功放芯片集成功放芯片直流馈电电路直流馈电电路匹配网络匹配网络射频功放的电路组成射频功放的电路组成负载特性负载特性基极调制特性基极调制特性集电极调制特性集电极调制特性 2.5 宽带高频功率放大器宽带高频功率放大器：要求在很宽的波段
47、范围内对载波宽带高频功率放大器：要求在很宽的波段范围内对载波 或已调或已调波信号尽可能一致的线性放大。波信号尽可能一致的线性放大。用于多频道通信系统及频段通信系统中。用于多频道通信系统及频段通信系统中。%100fBW窄带高频功率放大器：窄带高频功率放大器：适用于固定频率或频率变化较小的高频设备。适用于固定频率或频率变化较小的高频设备。传输线变压器：扩大放大器的工作频率；传输线变压器：扩大放大器的工作频率；功率合成器。功率合成器。一、传输线变压器(Transmission-Line Transformer)v变压器：变压器：v改变输入输出端：改变输入输出端：成为传输线变压器成为传输线变压器工作频
48、率：几百兆几千兆工作频率：几百兆几千兆1.工作原理等效 在高频时，考虑分布电感，电容的影响。在高频时，考虑分布电感，电容的影响。ZC为传输线的特性阻抗：为传输线的特性阻抗：是一个频率无关是一个频率无关 的电阻。的电阻。CLZC假设传输线无损耗假设传输线无损耗(理想情况下理想情况下)，且终端阻抗匹配，且终端阻抗匹配 (ZC=RL），则沿传输线任一位置上的电压和），则沿传输线任一位置上的电压和 电流幅度才会处处相等，而且呈现在电流幅度才会处处相等，而且呈现在1，3端间端间 的输入阻抗的输入阻抗Zi=ZC。因此可以认为无损耗和终。因此可以认为无损耗和终 端匹配的传输线具有无限宽的工作频带。端匹配的传
49、输线具有无限宽的工作频带。在实际情况下，为了扩展它的上限频率，首先应在实际情况下，为了扩展它的上限频率，首先应 使使R RL L 尽可能接近尽可能接近Z ZC C，其次应尽可能缩短输，其次应尽可能缩短输 出线的长度出线的长度l ，l 在满足上述在满足上述条件下，条件下，可近似认为，传输线各个位置上的电阻均可近似认为，传输线各个位置上的电阻均相相 等等,其值用其值用V V表示，同时传输线各个位置表示，同时传输线各个位置上上 的电流均相等，用的电流均相等，用I I表示。表示。min812.传输线变压器的应用传输线变压器的应用A.实现实现1:1倒相作用倒相作用B.实现平衡和不平衡的转换实现平衡和不平
50、衡的转换平衡输入转换为不平衡输出平衡输入转换为不平衡输出不平衡输入转换为平衡输出不平衡输入转换为平衡输出C.传输线变压器还可作为阻抗变换器。传输线变压器还可作为阻抗变换器。由于受到结构限制，它只能实现某些特定阻抗比的转换由于受到结构限制，它只能实现某些特定阻抗比的转换,2IVRLLiRIVIVR42421:4 LiRR求证：求证：16:1LiRR2-18IVRL4IVRi4证毕161 LiRRd.功率合成功率合成(1)(1)魔魔T T网络：网络：RRRZbacRRc21RRd2(2)(2)功率分配：功率分配：同相分配图同相分配图cBAPREPP212212反相分配图反相分配图DBAPREPP2
