1、2023-1-23高频电子线路第三章高频功率放大器高频电子线路第三章高高频电子线路第三章高频功率放大器频功率放大器高频电子线路第三章高频功率放大器倍频高频放大调制话筒声音发射 天线音频放大高频振荡缓冲3.1 3.1 概述概述高频电子线路第三章高频功率放大器3.1 3.1 概述概述 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：电流增益：电流增益：+1 三种组态的基本放大电路三种组态的基本放大电路CECCCB高频电子线路第三章高频功率放大器1.谐振（高频）功放与非谐振（低频）功放的比较谐振（高频）功放与非谐振（低频）功放的
2、比较相同相同:要求输出功率大，效率高要求输出功率大，效率高非线性非线性(大信号大信号)不同不同:低频（音频）低频（音频）:20Hz20kHz高频（射频）高频（射频）:（以调幅为例（以调幅为例）已调信号已调信号lowhighAM广播广播信号信号:535kHz1605kHz，BW=10kHz谐振与非谐振谐振与非谐振(工作状工作状态态)高频窄带信号高频窄带信号工作频率与相对频宽不同工作频率与相对频宽不同,3.1 3.1 概述概述中心频率越高，则相对中心频率越高，则相对频宽越小。因此高频功率频宽越小。因此高频功率放大器一般都采用选频网放大器一般都采用选频网络作为负载回路络作为负载回路高频电子线路第三章
3、高频功率放大器功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点u输入为大信号输入为大信号u要求输出功率尽可能大要求输出功率尽可能大,管子工作在接近极限状管子工作在接近极限状态态u效率要高效率要高u非线性失真要小非线性失真要小uBJTBJT的散热问题的散热问题(管子的保护管子的保护)E高频电子线路第三章高频功率放大器(a)甲类甲类 class-A amplifier(b)乙类乙类 class-B amplifier(c)甲乙类甲乙类 class-AB amplifier(d)丙类丙类 class-C amplifier2.分类分类3.1 3.1 概述概述 流通角流通角:一个周期一个周期内内 有电流流
4、通的相有电流流通的相角角.高频电子线路第三章高频功率放大器3.1 3.1 概述概述3.要解决的问题要解决的问题F 减小失真（线性度）减小失真（线性度）F 管子的保护管子的保护F 提高输出功率提高输出功率F 提高效率提高效率高频电子线路第三章高频功率放大器 丙类丙类(C类类)放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。4.效率与失真矛盾的解决效率与失真矛盾的解决lowhigh3n2 203.1 3.1 概述概述高频电子线路第三章高频功率放大器4.效率与失真矛盾的解决效率与失真矛盾的解决有源器有源器件件谐振回谐振回路路窄带谐振放大窄带谐振放大器器丙类丙类 通过谐
5、振负载，从丙类余弦周期脉冲里恢复基波完整周通过谐振负载，从丙类余弦周期脉冲里恢复基波完整周期信号。期信号。32154Tr1Tr2CLyLT输 入 回输 入 回路路输 出 回输 出 回路路晶体管晶体管3.1 3.1 概述概述高频电子线路第三章高频功率放大器3.1 3.1 概述概述 功能：将直流功率转换为交流信号功率。功能：将直流功率转换为交流信号功率。主要指标：输出功率与效主要指标：输出功率与效率率 工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真）工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真）分析方法：分析方法：折线近似分析法。折线近似分析法。(大信号大信号)高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器高
6、频电子线路第三章高频功率放大器3.2 3.2 谐振功率放大谐振功率放大器的工作原理器的工作原理3.2.1 获得高效率所需要的条件获得高效率所需要的条件3.2.2 功率关系功率关系高频电子线路第三章高频功率放大器3.2.1 3.2.1 获得获得高效率所需要的高效率所需要的条件条件Vbmvbewt 小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于：于：工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类。因此，采用负因此，采用负电源作基极偏置。电源作基极偏置。w tiC0-qc+qcVBB0-qc+qcvbe转移特性iCVBZo
7、理想化失真失真E高频电子线路第三章高频功率放大器3.2.1 3.2.1 获得获得高效率所需要的高效率所需要的条件条件高频电子线路第三章高频功率放大器(b)tw或电压电流0VBZVCCVBBVbmVcmvbE maxqiCic 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.导通角和导通角和vCEmin越小，越小，Pc越小；越小；3.2.1 3.2.1 获得获得高效率所需要的高效率所需要的条件条件高频电子线路第三章高频功率放大器3.2.2 3.2.2 功率关系功率关系电路正常工作电路正常工作（丙类
8、、（丙类、谐振谐振）时，时，外部电路关系式：外部电路关系式：谐振回路谐振回路E高频电子线路第三章高频功率放大器直流功率：直流功率：输出交流功率：输出交流功率：集电极效率：集电极效率：集电极电压利用系数集电极电压利用系数波形系数波形系数3.2.2 3.2.2 功率关系功率关系高频电子线路第三章高频功率放大器3.3 3.3 晶体管谐振功晶体管谐振功率放大器的折线近似率放大器的折线近似分析法分析法3.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解3.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性高频功率放大器的动态特性与负载特性3.3.4 各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响3.3
9、.5 工作状态的计算工作状态的计算(估算估算)举例举例高频电子线路第三章高频功率放大器3.3 3.3 晶体管谐振功晶体管谐振功率放大器的折线近似率放大器的折线近似分析法分析法3.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解3.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性高频功率放大器的动态特性与负载特性3.3.4 各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响高频电子线路第三章高频功率放大器为了对高频功率放大器进行为了对高频功率放大器进行定量分析定量分析与计算，与计算，关键在于求出关键在于求出电流的直流分量电流的直流分量I Ic0c0与基频分量与基频分量I Ic1mc1m。最好能有
10、一个明确的数学表达式来显示二者与通最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角角c c的关系，以便于电路设计和调试时，对放大的关系，以便于电路设计和调试时，对放大器工作状态的选择指明方向。器工作状态的选择指明方向。考虑到考虑到谐振功率放大器工作于丙类（非线性、谐振功率放大器工作于丙类（非线性、大信号）状态大信号）状态，采取图解法与数学解析分析相折中，采取图解法与数学解析分析相折中的办法：的办法：折线近似分析法。折线近似分析法。3.3 3.3 晶体管谐振晶体管谐振功率放大器的折功率放大器的折线近似分析法线近似分析法高频电子线路第三章高频功率放大器3.3 3.3 晶体管谐振晶体管谐振功率放大器的折
11、功率放大器的折线近似分析法线近似分析法晶体管静态特晶体管静态特性曲线折线法性曲线折线法输出特性曲线输出特性曲线转移特性曲线转移特性曲线（基极电压或电流一定时，（基极电压或电流一定时，i ic c与与u ucece的关系）的关系）（集电极电压一定时，（集电极电压一定时，i ic c与与u ubebe的关系）的关系）高频电子线路第三章高频功率放大器3.3.1 3.3.1 晶体管特晶体管特性曲线的理想化性曲线的理想化及其解析式及其解析式iC=gcrvCE欠压欠压临界临界过压过压高频电子线路第三章高频功率放大器EndiC=gc(vBEVBZ)(vBE VBZ)3.3.1 3.3.1 晶体管特晶体管特性
12、曲线的理想化性曲线的理想化及其解析式及其解析式高频电子线路第三章高频功率放大器Vbmvbewtw tiC0-qc+qcVBBo-qc+qcvbe转移特性iCVBZ0理想化 以上建立了晶体管的简化分析模型，下面求解以上建立了晶体管的简化分析模型，下面求解集电极余集电极余弦脉冲电流中的各个频率分量弦脉冲电流中的各个频率分量。首先，写出其表达式。首先，写出其表达式。iC=gc(vBEVBZ)(vBE VBZ)=gc(VbmcostVBZVBB)=gcVbm(costcos qc)=gcVbm(1cos qc)当wt=0时，iC=iC max 取决于脉冲高度取决于脉冲高度iC max与通角与通角qc当
13、wt=qc时，iC=03.3.2 3.3.2 集电极集电极余弦电流脉冲的余弦电流脉冲的分解分解高频电子线路第三章高频功率放大器3.3.2 3.3.2 集电极集电极余弦电流脉冲的余弦电流脉冲的分解分解图3.3.3 尖顶余弦脉冲由傅里叶级数求系数，得由傅里叶级数求系数，得其中：其中：尖顶余弦脉冲的尖顶余弦脉冲的分解系数分解系数波形系数波形系数高频电子线路第三章高频功率放大器 下面分析基波分量下面分析基波分量I Ic1mc1m、集电极效率集电极效率c c和输出功率和输出功率P Po o随通角随通角q qc变化的情况，从而选择合适的工作状态。变化的情况，从而选择合适的工作状态。尖顶脉冲的分解系数当当q
14、 qc120 时，时，Icm1/iCmax最大。最大。在在iCmax与负载阻抗与负载阻抗Rp为某定值的情为某定值的情况下况下，输出功率将达到最大值。，输出功率将达到最大值。但此时放大器处于甲乙类状态，但此时放大器处于甲乙类状态，效率太低。效率太低。3.3.2 3.3.2 集电极集电极余弦电流脉冲的余弦电流脉冲的分解分解高频电子线路第三章高频功率放大器图6-9 尖顶脉冲的分解系数由曲线可知：极端情况由曲线可知：极端情况q qc=0时，时，如果此时如果此时=1，c可达可达100%。为了兼顾功率与效率，为了兼顾功率与效率，最佳通角取最佳通角取70 左右。左右。End3.3.2 3.3.2 集电极集电
15、极余弦电流脉冲的余弦电流脉冲的分解分解 下面分析基波分量下面分析基波分量I Ic1mc1m、集电极效率集电极效率c c和输出功率和输出功率P Po o随通角随通角q qc变化的情况，从而选择合适的工作状态。变化的情况，从而选择合适的工作状态。高频电子线路第三章高频功率放大器3.3.3 3.3.3 高频功率高频功率放大器的动态特性放大器的动态特性与负载特性与负载特性 因此，下面分析四个参数因此，下面分析四个参数R Rp p和电压和电压V VCC CC、V VBBBB、V Vbmbm的变化对的变化对工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明各种工作工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明
16、各种工作状态的特点，为工作状态的调整提供参考。状态的特点，为工作状态的调整提供参考。集电极效率集电极效率c c和输出功率和输出功率P Po o是否能最佳实现最终取决于是否能最佳实现最终取决于功放中外部电路参数功放中外部电路参数R Rp p和电压和电压 V VBBBB、V Vbm bm、V VCC CC。高频电子线路第三章高频功率放大器3.3.3 3.3.3 高频功率高频功率放大器的动态特性放大器的动态特性与负载特性与负载特性1.高频功放的动态特性高频功放的动态特性-为一折线为一折线 下面通过折线近似分析法定性分析其动态特性，首先，建下面通过折线近似分析法定性分析其动态特性，首先，建立由立由Rp
17、和和VCC、VBB、Vbm 所表示的输出动态负载曲线。所表示的输出动态负载曲线。vceicVoAVCCQVcm1vcmingd高频电子线路第三章高频功率放大器2.高频功放的负载特性高频功放的负载特性vBEiC-VBBVBZvbeiCgCVbmvbemaxiCmaxvceiCVCCQvceminVcesgdvbemaxgcr过过压压区区临界临界区区欠压欠压区区3.3.3 3.3.3 高频功率高频功率放大器的动态特性放大器的动态特性与负载特性与负载特性vbemax高频电子线路第三章高频功率放大器2.高频功放的负载特性高频功放的负载特性vBEiC-VBBVBZvbeiCgCVbmvbemaxiCma
18、xvceiCVCCQvceminVcesgdvbemaxgcr过过压压区区临界临界区区欠压欠压区区3.3.3 3.3.3 高频功率高频功率放大器的动态特性放大器的动态特性与负载特性与负载特性vbemax高频电子线路第三章高频功率放大器2.高频功放的负载特性高频功放的负载特性iCvcevbemax过过压压区区临界临界区区欠压欠压区区欠压过压0临界Rp欠压过压0临界Rp3.3.3 3.3.3 高频功率高频功率放大器的动态特性放大器的动态特性与负载特性与负载特性高频电子线路第三章高频功率放大器End欠压、过压、临界三种工作状态的特点：欠压、过压、临界三种工作状态的特点：结论：结论：欠压：恒流，欠压：
19、恒流，Vcm变化，变化，Po较小，较小，c低，低，Pc较大；较大；过压：恒压，过压：恒压，Icm1变化，变化，Po较小，较小，c可达最高；可达最高；临界：临界：Po最大，最大，c较高；较高；最佳工作状态最佳工作状态发射机末级发射机末级中间放大级中间放大级2.高频功放的负载特性高频功放的负载特性3.3.3 3.3.3 高频功率高频功率放大器的动态特性放大器的动态特性与负载特性与负载特性图图3.3.7 负载特性曲线负载特性曲线欠压过压0临界Rp欠压过压0临界Rp高频电子线路第三章高频功率放大器3.3.3 3.3.3 高频功率高频功率放大器的动态特性放大器的动态特性与负载特性与负载特性例：有一个用硅
20、例：有一个用硅NPN外延平面型高频功率管外延平面型高频功率管3DA1做做成的谐振功率放大器，已知成的谐振功率放大器，已知Vcc=24V，Po=2W,工作频工作频率率1MHz。试求它的能量关系。由晶体管手册已知其。试求它的能量关系。由晶体管手册已知其有关参数为：有关参数为：分析：由前面的讨论可知，工作状态最好选用临界分析：由前面的讨论可知，工作状态最好选用临界状态。作为工程近似估算，可以认为此时集电极最小状态。作为工程近似估算，可以认为此时集电极最小瞬时电压瞬时电压高频电子线路第三章高频功率放大器高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器一、直流馈电电路一、直流
21、馈电电路 要想使高频功率放大器正常工作，晶体管要想使高频功率放大器正常工作，晶体管各电极必须有相应的馈电电源。无论是集电极各电极必须有相应的馈电电源。无论是集电极电路还是基极电路，它们的馈电方式都分为电路还是基极电路，它们的馈电方式都分为串串联联馈电和馈电和并联并联馈电。但无论哪种馈电方式，都馈电。但无论哪种馈电方式，都应该遵循下列几条基本组成原则：应该遵循下列几条基本组成原则：高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器（1 1）直流电流）直流电流I IC0C0是生产能量的源泉，它由是生产能量的源泉，它由V VCCCC经管外经管外电路输至集电极，应该是除了晶体
22、管的内阻外，没有其电路输至集电极，应该是除了晶体管的内阻外，没有其他电阻消耗能量。因此要求管外电路对直流来说等效电他电阻消耗能量。因此要求管外电路对直流来说等效电路如图（路如图（a a）所示。）所示。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器（2 2）高频基波分量）高频基波分量I Ic1mc1m应通过负载回路，以产生所需应通过负载回路，以产生所需要的高频输出功率。因此，要的高频输出功率。因此，I Ic1mc1m只应在负载回路上产生只应在负载回路上产生电压降，其余的部分对于电压降，其余的部分对于I Ic1mc1m来说，都应该是短路的。来说，都应该是短路的。所以，
23、对于所以，对于I Ic1mc1m的等效电路应如图（的等效电路应如图（b b）所示。）所示。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器（3 3）高频谐波分量）高频谐波分量I Icnmcnm是是“副产品副产品”，不应消耗功率，不应消耗功率（倍频器除外）。因此管外电路对（倍频器除外）。因此管外电路对I Icnmcnm来说，应该尽可来说，应该尽可能接近于短路，如图（能接近于短路，如图（c c）所示。）所示。要满足以上三条原则，可以采用串联馈电与并联馈要满足以上三条原则，可以采用串联馈电与并联馈电两种电路，简称电两种电路，简称串馈串馈和和并馈并馈。高频电子线路第三章高频
24、功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 所谓串馈，就是说电子器件、负载回路和直流所谓串馈，就是说电子器件、负载回路和直流电源三部分是串联起来的。并联串馈，就是将这三部电源三部分是串联起来的。并联串馈，就是将这三部分并联起来。分并联起来。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 对于基极电路来说，同样也有串馈和并对于基极电路来说，同样也有串馈和并馈两种形式。馈两种形式。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 在以上的电路中，偏置电压在以上的电路中，偏置电压V VBBBB都用电池的形都用电池的形式来表示。实际
25、上，式来表示。实际上，V VBBBB单独用电池供给是不方便的，单独用电池供给是不方便的，因而常采用一下的方法来产生因而常采用一下的方法来产生V VBBBB:（1 1）利用基极电流的直流分量）利用基极电流的直流分量I IB0B0在基极偏置电阻在基极偏置电阻R Rb b上产生所需要的偏置电压上产生所需要的偏置电压V VBBBB。如图。如图(a)(a)所示。所示。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器（2 2）利用基极电流在基极扩散电阻）利用基极电流在基极扩散电阻 上产生所需上产生所需要的要的V VBBBB。如图。如图(b)(b)所示。由于所示。由于 很小，因此
26、所得到很小，因此所得到的的V VBBBB也小，且不够稳定。因而一般只在需要小的也小，且不够稳定。因而一般只在需要小的V VBBBB（接近乙类工作）时，才采用这种电路。（接近乙类工作）时，才采用这种电路。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器（3 3）利用发射极电流的直流分量）利用发射极电流的直流分量I IE0E0在发射极偏置在发射极偏置电阻电阻R Re e上产生所需要的上产生所需要的V VBBBB。如图。如图(c)(c)所示。这种自给所示。这种自给偏置的有点是能能够自动维持放大器的工作稳定。偏置的有点是能能够自动维持放大器的工作稳定。（a）、（）、（b）是
27、并馈，（）是并馈，（c）是串馈。）是串馈。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器二、匹配网络二、匹配网络 高频功率放大器的级与级之间或放大级高频功率放大器的级与级之间或放大级与负载之间，都要采用一定形式的回路，这与负载之间，都要采用一定形式的回路，这个回路一般是四端网络。如果四端网络是用个回路一般是四端网络。如果四端网络是用来与下级放大器的输入端相连接，则叫做级来与下级放大器的输入端相连接，则叫做级间耦合网络；如果是用以输出功率至负载，间耦合网络；如果是用以输出功率至负载，则叫做输出匹配网络。则叫做输出匹配网络。高频电子线路第三章高频功率放大器1 1、输入
28、匹配网络与级间耦合网络、输入匹配网络与级间耦合网络 末级以前的各级（主振级除外）都叫做末级以前的各级（主振级除外）都叫做中间级。虽然这些中间级的用途不尽相同，中间级。虽然这些中间级的用途不尽相同，例如可作为缓冲、倍频、功率放大等，但它例如可作为缓冲、倍频、功率放大等，但它们的们的集电极回路都是用来馈给下一级所需要集电极回路都是用来馈给下一级所需要的激励功率的。的激励功率的。这些回路就叫做级间耦合回这些回路就叫做级间耦合回路。而对于下级被推动级来说，这些回路就路。而对于下级被推动级来说，这些回路就是输入匹配网络。因此，以下的讨论不再区是输入匹配网络。因此，以下的讨论不再区分级间耦合回路与输入匹配
29、网络。分级间耦合回路与输入匹配网络。3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 由于末级和中间级的电平和负载状态不同，因由于末级和中间级的电平和负载状态不同，因而对它们的要求也就有差别。对于而对它们的要求也就有差别。对于输出回路输出回路，应力，应力求输出功率大，效率高。对于天线阻抗（求输出功率大，效率高。对于天线阻抗（RA、CA）在正常情况下是不变的，故可以使它与集电极回路在正常情况下是不变的，故可以使它与集电极回路匹配，使末级工作于临界状态，以获得最大的输出匹配，使末级工作于临界状态，以获得最大的输出功率。这时，回
30、路的传输效率功率。这时，回路的传输效率 也很高。但对于也很高。但对于级级间耦合回路间耦合回路来说，情形就不同了。级间耦合回路的来说，情形就不同了。级间耦合回路的负载是下一级的基极输入阻抗，它的值随机理电压负载是下一级的基极输入阻抗，它的值随机理电压的大小和电子器件本身工作状态的变化而改变，反的大小和电子器件本身工作状态的变化而改变，反映到前级回路（级间耦合回路），就使这个回路的映到前级回路（级间耦合回路），就使这个回路的等效阻抗变化，从而引起前级工作状态的变化。如等效阻抗变化，从而引起前级工作状态的变化。如果前级工作于欠压状态，那么它的输出将不稳定，果前级工作于欠压状态，那么它的输出将不稳定，
31、这是我们所不希望的。这是我们所不希望的。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 为了达到保证送给下级以稳定激励电压的为了达到保证送给下级以稳定激励电压的目的，对于中间级应采取如下措施：目的，对于中间级应采取如下措施：（1）中间放大级工作于过压状态，此时它等）中间放大级工作于过压状态，此时它等效为一个理想电压源，其输出电压几乎不随负效为一个理想电压源，其输出电压几乎不随负载变化。载变化。（2 2）降低级间耦合回路的效率）降低级间耦合回路的效率 。因为回路。因为回路效率降低，意味着回路本身损耗加大，这样就效率降低，意味着回路本身损耗加大，这样就使下级输入电路的
32、损耗功率相对来说显得不重使下级输入电路的损耗功率相对来说显得不重要了，也就是减弱了下级对本级工作状态的影要了，也就是减弱了下级对本级工作状态的影响。中间级的响。中间级的 一般取为一般取为0.1-0.50.1-0.5。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器2 2、输出匹配网络、输出匹配网络 放大器与负载之间所用的回路，可用下图的四放大器与负载之间所用的回路，可用下图的四端网络来表示。这个四端网络应完成的任务是：端网络来表示。这个四端网络应完成的任务是：（1 1）使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，）使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证放大器
33、传输到负载的功率最大，即它起着以保证放大器传输到负载的功率最大，即它起着匹配匹配网络网络的作用。的作用。（2 2）抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它应）抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它应有良好的有良好的滤波滤波作用。作用。（3 3）在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保）在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能有效地证它们都能有效地传输功率传输功率到负载，但同时又应尽可到负载，但同时又应尽可能地使这几个能地使这几个电子器件电子器件彼此彼此隔离隔离，互不影响。，互不影响。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 本节完成前两个任务，第三个
34、任务，留在功本节完成前两个任务，第三个任务，留在功率合成器一节中解决。率合成器一节中解决。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 最常见的输出回路形式是复合输出回路，如下图最常见的输出回路形式是复合输出回路，如下图所示。这种电路是将天线（负载）回路通过互感或其所示。这种电路是将天线（负载）回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。他形式与集电极调谐回路相耦合。中介回中介回路路天线回路天线回路调谐元件调谐元件天线辐射天线辐射电阻和等电阻和等效电容效电容高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 除了复合输出外，还可以用其
35、他形式的四端网除了复合输出外，还可以用其他形式的四端网络，例如络，例如 形、形、T T形网络等。但不论是哪种选频网络，形网络等。但不论是哪种选频网络，从集电极向右方看去，它们都应当等效于一个并联谐从集电极向右方看去，它们都应当等效于一个并联谐振回路。如图所示。振回路。如图所示。高频电子线路第三章高频功率放大器3.4 3.4 谐振功谐振功率放大器率放大器 下图所示两种下图所示两种 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形网络）。形网络）。高频电子线路第三章高频功率放大器3.5 3.5 丙类倍丙类倍频器频器 倍频器是一种输出频率等于输入频率整数倍的倍频器是一种输出频
36、率等于输入频率整数倍的电路，用以提高频率。电路，用以提高频率。为什么要采用倍频器呢？采用倍频器有以下优点：为什么要采用倍频器呢？采用倍频器有以下优点：（1）发射极主振器的频率可以降低，有利于）发射极主振器的频率可以降低，有利于稳频稳频。（2）在采用石英晶体稳频时，振荡频率越高，石英）在采用石英晶体稳频时，振荡频率越高，石英晶体越薄，越易振碎。晶体越薄，越易振碎。2-4MHz高频电子线路第三章高频功率放大器3.5 3.5 丙类倍丙类倍频器频器（3 3）如果中间级既可以工作于放大状态，也可工作）如果中间级既可以工作于放大状态，也可工作于倍频状态，那么，就可以在于倍频状态，那么，就可以在不扩展主振器
37、波段的情不扩展主振器波段的情况下，扩展发射机的波段。况下，扩展发射机的波段。这对这对稳频稳频是有力的，因为是有力的，因为振荡器波段越窄，频率稳定度就越高。振荡器波段越窄，频率稳定度就越高。(4)(4)倍频器的输入与输出频率不同，因而减弱了寄生倍频器的输入与输出频率不同，因而减弱了寄生耦合，使发射机的稳定性提高。耦合，使发射机的稳定性提高。（5 5）如果是调频或调相发射机，则可采用倍频器来）如果是调频或调相发射机，则可采用倍频器来加大频移或相移，亦即加深调制度。加大频移或相移，亦即加深调制度。（6 6）在超高频段（米波或厘米波段）难以获得足够）在超高频段（米波或厘米波段）难以获得足够的功率，可采
38、用参量倍频器将频率较低，功率较大的的功率，可采用参量倍频器将频率较低，功率较大的信号转变为频率较高，功率亦较大的输出信号。信号转变为频率较高，功率亦较大的输出信号。高频电子线路第三章高频功率放大器3.5 3.5 丙类倍丙类倍频器频器 我们知道，丙类放大器的电流是脉冲状，我们知道，丙类放大器的电流是脉冲状，所包含的谐波很丰富。如果使集电极回路不所包含的谐波很丰富。如果使集电极回路不是谐振于基频，而是谐振于是谐振于基频，而是谐振于n n次谐波，那么，次谐波，那么，回路对基频和其他谐波的阻抗很小，而对回路对基频和其他谐波的阻抗很小，而对n n次次谐波的阻抗则达到最大，且呈电阻性。于是谐波的阻抗则达到
39、最大，且呈电阻性。于是回路的电压和功率就是回路的电压和功率就是n n次谐波。这就起到了次谐波。这就起到了倍频的作用。倍频的作用。高频电子线路第三章高频功率放大器3.5 3.5 丙类倍丙类倍频器频器倍频器的输入、输出电压瞬时值可写为：倍频器的输入、输出电压瞬时值可写为：而晶体管极间顺势电压可写成为：而晶体管极间顺势电压可写成为：式中，式中，为回路两端的为回路两端的n n次谐波电压振幅。次谐波电压振幅。高频电子线路第三章高频功率放大器3.5 3.5 丙类丙类倍频器倍频器 利用高频功率放大器的分析结果，利用高频功率放大器的分析结果，n次倍频器次倍频器输出的功率和效率为：输出的功率和效率为：由余弦脉冲
40、分解系数可知，无论通角由余弦脉冲分解系数可知，无论通角 为何值，为何值，均小于均小于 ，也就是在同样条件下，丙类倍频器的输出，也就是在同样条件下，丙类倍频器的输出功率和效率都低于丙类放大器的输出功率和效率。功率和效率都低于丙类放大器的输出功率和效率。高频电子线路第三章高频功率放大器3.5 3.5 丙类丙类倍频器倍频器 为了提高输出功率和效率，为了提高输出功率和效率，丙类倍频器在通角丙类倍频器在通角 的选取上，必须满足的选取上，必须满足：在在n=2n=2时，时，应取应取60600 0左右；在左右；在n=3n=3时，时，应取应取40400 0左右。这时与左右。这时与 时的放大器输出功率相时的放大器
41、输出功率相比较有比较有:高频电子线路第三章高频功率放大器3.6 3.6 宽带宽带高频功率高频功率放大器放大器 现代通信的发展趋势之一是在宽波段工现代通信的发展趋势之一是在宽波段工作范围内能采用作范围内能采用自动调谐技术自动调谐技术，以便于迅速转，以便于迅速转换工作频率。为了满足上述要求，可以在换工作频率。为了满足上述要求，可以在发射发射极的中间各级采用极的中间各级采用宽带宽带高频功率放大器高频功率放大器，他不，他不需要调谐回路，就能在很宽的波段范围内获得需要调谐回路，就能在很宽的波段范围内获得线性放大。当然，所付出的代价是线性放大。当然，所付出的代价是输出功率和输出功率和功率增益都降低功率增益
42、都降低了。因此，一般来说宽带功率了。因此，一般来说宽带功率放大器适用于放大器适用于中、小功率级中、小功率级。对于大功率设备。对于大功率设备来说，可以采用宽带功放作为推动级，同样也来说，可以采用宽带功放作为推动级，同样也能节约调谐时间。能节约调谐时间。高频电子线路第三章高频功率放大器3.6 3.6 宽带宽带高频功率高频功率放大器放大器1、高频传输线变压器的特性及原理、高频传输线变压器的特性及原理 最常见的宽带高频功率放大器是最常见的宽带高频功率放大器是利用宽利用宽带变压器做耦合电路的放大器带变压器做耦合电路的放大器。宽带变压器。宽带变压器有两种形式：一种是利用普通变压器的原理，有两种形式：一种是
43、利用普通变压器的原理，只是采用高频磁心，可工作到短波波段；另只是采用高频磁心，可工作到短波波段；另一种是利用传输线原理与变压器原理二者结一种是利用传输线原理与变压器原理二者结合所谓传输线变压器，这是最常用的一种宽合所谓传输线变压器，这是最常用的一种宽带变压器。带变压器。高频电子线路第三章高频功率放大器3.6 3.6 宽带宽带高频功率高频功率放大器放大器图图 低频变压器及其频率特性示例低频变压器及其频率特性示例普通铁心变压器不普通铁心变压器不能用于高频，只能能用于高频，只能采用高磁导率磁心采用高磁导率磁心高频电子线路第三章高频功率放大器3.6 3.6 宽带宽带高频功率高频功率放大器放大器 为了使
44、为了使变压器工作于高频，并展宽工作频带变压器工作于高频，并展宽工作频带，人们把传输线的原理应用于变压器。这种变压器是用人们把传输线的原理应用于变压器。这种变压器是用传输线绕在高磁导率的铁心磁环上构成，下图是一个传输线绕在高磁导率的铁心磁环上构成，下图是一个1 1：1 1的传输线变压器的构造示意图。的传输线变压器的构造示意图。高频电子线路第三章高频功率放大器图图 1 1：1 1传输线变压器传输线变压器高频电子线路第三章高频功率放大器3.6 3.6 宽带宽带高频功率高频功率放大器放大器 应该指出，传输线变压器的工作原理既然是传应该指出，传输线变压器的工作原理既然是传输线原理与变压器原理的结合，那么
45、它的工作也可输线原理与变压器原理的结合，那么它的工作也可分为两种方式：一种是按照查传输线方式来工作，分为两种方式：一种是按照查传输线方式来工作，即在它两个线圈中通过大小相等、方向相反的电流，即在它两个线圈中通过大小相等、方向相反的电流，磁心中的磁场正好相互抵消。因此，磁心没有功率磁心中的磁场正好相互抵消。因此，磁心没有功率损耗，磁心对传输线的工作没有什么影响。这种工损耗，磁心对传输线的工作没有什么影响。这种工作方式称为作方式称为传输线模式传输线模式。另一种是按照变压器方式。另一种是按照变压器方式工作，此时线圈中有激磁电流，并在磁心中产生公工作，此时线圈中有激磁电流，并在磁心中产生公共磁场，有铁
46、心功率损耗。这种工作方式称为共磁场，有铁心功率损耗。这种工作方式称为变压变压器模式器模式。传输线变压器通常同时存在着这两种模式，。传输线变压器通常同时存在着这两种模式，或者说，传输线变压器正是利用这两种模式来适应或者说，传输线变压器正是利用这两种模式来适应不同的功用的。不同的功用的。高频电子线路第三章高频功率放大器3.6 3.6 宽带宽带高频功率高频功率放大器放大器 1：1传输线变压器的传输线变压器的最佳匹配条件是：最佳匹配条件是：（2 2）1 1：4 4传输变压器传输变压器 4 4：1 1传输线变压器，可以起一个阻抗变换传输线变压器，可以起一个阻抗变换作用，即使作用，即使（3 3）4 4：1
47、 1传输变压器传输变压器高频电子线路第三章高频功率放大器图图 1 1：4 4 阻抗变换器阻抗变换器高频电子线路第三章高频功率放大器高频电子线路第三章高频功率放大器3.7 3.7 功功率合成率合成器器1 1、功率合成与分配网络应满足的条件、功率合成与分配网络应满足的条件 在高频功率放大器中，当需要的输出功率超在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子器件所能输出的功率时，可以将几个电过单个电子器件所能输出的功率时，可以将几个电子器件的输出功率叠加起来，以获得足够大的输出子器件的输出功率叠加起来，以获得足够大的输出功率。这就是功率合成技术。功率。这就是功率合成技术。高频电子线路第三章高频功率
48、放大器3.7 3.7 功功率合成率合成器器2 2、功率合成网络原理、功率合成网络原理 （1 1）反相激励合成网络）反相激励合成网络 由电路的对称性，有：由电路的对称性，有：通过电阻通过电阻R/2的总电流为的总电流为0。亦即亦即C端无输出功率。因此端无输出功率。因此A、B两端所输出的功率全两端所输出的功率全部数送到部数送到D端的电阻端的电阻2R中。中。此时，此时，D端的电阻端的电阻2R正好正好与与A A、B B两端电阻两端电阻R RA A+R+RB B=2R=2R相相匹配。匹配。高频电子线路第三章高频功率放大器3.7 3.7 功功率合成率合成器器（2 2）同相激励合成网络）同相激励合成网络 根据同样的方法可以证明，如果在根据同样的方法可以证明，如果在A A、B B两端馈两端馈以同相激励电压，则在以同相激励电压，则在R/2R/2上获得合成功率，而在上获得合成功率，而在R RD D上无输出功率。上无输出功率。R RC C=R/2=R/2正好与等效激励信号内阻相正好与等效激励信号内阻相匹配。匹配。高频电子线路第三章高频功率放大器3 3、功率合成网络举例、功率合成网络举例3.7 3.7 功功率合成率合成器器反相功率合成器典型电路举例反相功率合成器典型电路举例2023-1-23高频电子线路第三章高频功率放大器
