通信基本電路第五章高頻功率放大器第1頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二5.1概述

5.2高頻功率放大器原理及分析方法5.3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性重點內(nèi)容第2頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二主要功能：放大高頻信號，并以大的功率輸出為目的；功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為交流輸出。能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。主要用途：在各種無線電發(fā)射機中，高頻載波信號由高頻振蕩器產(chǎn)生，一般情況下，高頻振蕩器所產(chǎn)生的高頻信號的功率很小，不能滿足發(fā)射機天線對發(fā)射功率的要求，所以發(fā)射之前需要進行功率放大。高頻功率放大器：概述第3頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二諧振功率放大器

高頻功率放大器按工作頻帶的寬窄可分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。窄帶高頻功率放大器通常以LC并聯(lián)諧振回路作負載，因此又稱為諧振功率放大器。第4頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同5共同之處:都要求輸出功率大和效率高。

諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)(c＜90)，為了不失真的放大信號，它的負載必須是諧振回路。非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負載為無調(diào)諧負載，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負載。第5頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二第6頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二使用高頻功率放大器的目的放大高頻大信號,使發(fā)射機末級獲得足夠大的發(fā)射功率。高頻功率放大器使用中需要解決的兩個問題：輸出效率和功率；即高輸出效率和功率第7頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二icebtooictVBZ諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號均為高頻信號，而且放大器的負載均為諧振回路。不同之處：激勵信號幅度大小不同；放大器工作點不同；晶體管動態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號諧振放大器波形圖icQebtooict第8頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二icQebtooict小信號諧振放大器波形圖第9頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二icebtooictVBZ諧振功率放大器波形圖第10頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC0，一般功放常采用。第11頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二第12頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二功率放大器的主要技術(shù)指標是輸出功率與效率。諧振功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路第13頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二分析方法由于高頻功率放大器通常工作在丙類，即非線性區(qū)，對于它的分析一般采用兩種方法：圖解法和解析近似法（折線法）主要的技術(shù)指標:輸出功率和效率，以及非線性失真第14頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二5.1概述

5.2高頻功率放大器原理及分析方法5.3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性重點內(nèi)容第15頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二獲的高效率所需要的條件工作原理：利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘柟β瘦敵鋈?。直流電源提供功耗：一部分變?yōu)榻涣鬏敵龉β?，一部分以熱能消耗在集電極上。第16頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二獲的高效率所需要的條件第17頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二獲的高效率高輸出功率所需要的條件第18頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二獲的高效率高輸出功率所需要的條件第19頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二高效率第20頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二獲的高效率所需要的條件諧振功率放大電路原理圖第21頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二(b)tw或電壓電流0VBZVCCV－BBVbmVcmvbEmaxqiCicmaxciCvCEvBEvCEmin1.iC

與vBE同相，與vCE反相；2.iC脈沖最大時，vCE最??；3.導(dǎo)通角和vCEmin越小，Pc越?。坏?2頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二ωlowhigh3ωnω2ω0第23頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二注意點：集電極電流雖然是脈沖狀，包含很多諧波，失真很大，但由于在集電極電流內(nèi)采用的是并聯(lián)諧振回路（或其他形式的選頻網(wǎng)絡(luò)），如使此并聯(lián)回路諧振于基頻，那么它對基頻呈現(xiàn)很大的純電阻性阻抗，而對諧波的阻抗則很小，可以看作短路，因此，并聯(lián)諧振電路由于通過所產(chǎn)生的電位降也幾乎只包含基頻，這樣，的失真雖然很大，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形輸出。第24頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二例：求各次諧波與基波的阻抗之比第25頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二如果Q=10則可以得：可得，諧波的阻抗只有基波阻抗的百分之幾。第26頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二

回路的這種濾波作用也可從能量的觀點來解釋。當晶體管由截止轉(zhuǎn)入導(dǎo)電時，由于回路中電感L的電流不能突變，因此，輸出脈沖電流的大部分流過電容C，即使C充電。充電電壓的方向是下正上負。這時直流電源VCC給出的能量儲存在電容C之中。過了一段時間，當電容兩端的電壓增大到一定程度(接近電源電壓)，晶體管截止，電容通過電感放電，下一周期到來重復(fù)以上過程。由于這種周期性的能量補充，所以振蕩回路能維持振蕩。當補充的能量與消耗的能量相等時，電路中就建立起動態(tài)平衡，因而維持了等幅的正弦波振蕩。第27頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二功率關(guān)系VbmvbewtwtiC0-qc+qcVBB0-qc+qcvbe轉(zhuǎn)移特性iCVBZo理想化第28頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二功率關(guān)系第29頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二直流功率：輸出交流功率：集電極效率：集電極電壓利用系數(shù)波形系數(shù)第30頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二越大(即Vcm越大或ecmin越小)c越小效率c越高。因此，丙類諧振功率放大器提高效率c的途徑為：1、減小c角；2、使LC回路諧振在信號的基頻上，即ic的最大值應(yīng)對應(yīng)ec的最小值。·放大高頻大信號,屬于非線性工作狀態(tài)；·基極偏置為負值,半通角c＜90，即丙類工作狀態(tài)；·電流脈沖是尖頂余弦脈沖；·負載為LC諧振回路。故諧振功率放大器的工作特點：第31頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二(b)tw或電壓電流0VBZVCCV－BBVbmVcmvbEmaxqiCicmaxciCvCEvBEvCEmin第32頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二5.1概述

5.2高頻功率放大器原理及分析方法5.3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性重點內(nèi)容第33頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二折線法所謂折線法是將電子器件的特性曲線理想化，用一組折線代替晶體管靜態(tài)特性曲線后進行分析和計算的方法。工程上都采用近似估算和實驗調(diào)整相結(jié)合的方法對高頻功率放大器進行分析和計算。折線法就是常用的一種分析法。對諧振功率放大器進行分析計算，關(guān)鍵在于求出電流的直流分量Ic0和基頻分量Icm1。5.3諧振功率放大器的折線近似分析法第34頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二折線分析法的主要步驟：

1、測出晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線ic-eb及輸出特性曲線ic-ec，并將這兩組曲線作理想折線化處理。

2、作出動態(tài)特性曲線。

3、根據(jù)激勵電壓vb的大小在已知理想特性曲線上畫出對應(yīng)電流脈沖ic和輸出電壓vc的波形。

4、求出ic的各次諧波分量Ic0、Ic1、Ic2……由給定的負載諧振阻抗的大小，即可求得放大器的輸出電壓、輸出功率、直流供給功率、效率等指標。第35頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二晶體管實際特性和理想折線根據(jù)理想化原理晶體管的靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性可用交橫軸于VBZ的一條直線來表示(VBZ為截止偏壓)。由上圖可見，根據(jù)理想化原理，在放大區(qū),集電極電流只受基極電壓的控制,與集電極電壓無關(guān);在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線第36頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二則臨界線方程可寫為

ic=gcrecgcr為臨界線的斜率則轉(zhuǎn)移特性方程可寫為：

ic=gc(eb–VBZ)(eb＞VBZ)(1)gc-轉(zhuǎn)移特性方程的斜率式(1)和(2)是折線近似法的基礎(chǔ)第37頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極電流是否進入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種：1)欠壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流在臨界線的右方，交流輸出電壓較低。2)過壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流進入臨界線之左的飽和區(qū)，交流輸出電壓較高。3)臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓狀態(tài)的分界點，集電極最大點電流正好落在臨界線上。第38頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二當晶體管特性曲線理想化后，丙類工作狀態(tài)的集電極電流脈沖是尖頂余弦脈沖。這適用于欠壓或臨界狀態(tài)。尖頂余弦脈沖晶體管的內(nèi)部特性為：它的外部電路關(guān)系式ic=gc(eb–VBZ)(1)eb=–VBB+Vbmcost(2)ec=VCC–Vcmcost(3)將式(2)代入式(1)，得

ic=gc(–VBB+Vbmcost–VBZ) (4)當t=c時，ic=0，代入上式得

0=gc(–VBB+Vbmcosc–VBZ) (5)

集電極余弦電流脈沖的分解第39頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二因此，知道了Vbm、VBB與VBZ各值，c的值便完全確定。將式(4)與式(5)相減，即得

ic=gcVbm(cost–cosc）(7)

當t=0時，ic=icmax，因此

icmax=gcVbm(1–cosc)(8)

將式(7)與式(8)相除，即得或

即為尖頂余弦脈沖的解析式，它完全取決于脈沖高度icmax與通角c。第40頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二若將尖頂脈沖分解為傅里葉級數(shù)由傅里葉級數(shù)的求系數(shù)法得其中：尖頂脈沖的分解系數(shù)第41頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二尖頂脈沖的分解系數(shù)當c≈120時，Icm1/icmax達到最大值。在Icmax與負載阻抗Rp為某定值的情況下，輸出功率將達到最大值。這樣看來，取c=120應(yīng)該是最佳通角了。但此時放大器處于甲級工作狀態(tài)效率太低。右圖可見：第42頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二尖頂脈沖的分解系數(shù)：－波形系數(shù)由曲線可知：極端情況c=0時，此時=1，c可達100%因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取70左右。由于第43頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二1.諧振功率放大器的動態(tài)特性晶體管的靜態(tài)特性是在集電極電路內(nèi)沒有負載阻抗的條件下獲得的。如，維持基極電壓eb不變，改變集電極電壓ec

，就可求出ic–ec靜態(tài)特性曲線族。如果集電極電路有負載阻抗，則當改變eb使ic變化時，由于負載上有電壓降，就必然同時引起ec的變化。在考慮了負載的反作用后，所獲得的vCE、vBE與ic的關(guān)系曲線就叫做動態(tài)特性。

諧振功率放大器的動態(tài)特性與負載特性第44頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二

高頻放大器的工作狀態(tài)是由負載阻抗Rp、激勵電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個參量決定的。如果VCC、VBB、vb3個參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負載電阻Rp決定。此時，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨Rp而變化的特性，就叫做放大器的負載特性。

第45頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二當放大器工作于諧振狀態(tài)時，它的外部電路關(guān)系式為eb=–VBB+Vbmcost

ec=VCC–Vcmcost消去cost可得，eb=–VBB+Vbm另一方面，晶體管的折線化方程為ic=gc(eb–VBZ)得出在ic–ec坐標平面上的動態(tài)特性曲線(負載線或工作路)方程：=gd(ec–V0)第46頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二動態(tài)線作法：AB為動態(tài)特性曲線，也稱為工作路。⑴取B點，作斜率為gd的直線；⑵取Q、A兩點，連成直線。特殊點說明⑴A點：＝0，eb達到最大，eC達到最小，iC達到最大；⑵Q點：＝90，eC＝VCC，虛擬電流IQ＝gc（－VBB－VBZ）ic–vCE坐標平面上的動態(tài)特性曲線的作法與相應(yīng)的ic波形

ic=gd(ec–V0)第47頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二動態(tài)特性曲線的畫法vceic?A?BOVcc?Qgd集電極調(diào)幅作用是通過改變VCC來改變第48頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二功率放大器的負載特性在VCC、VBB、vb為一定，只變化放大器的負載電阻而引起的放大器輸出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負載特性。電壓、電流隨負載變化波形1)

在負載電阻RP由小至大變化時，負載線的斜率由大變小，如圖中123。不同的負載，放大器的工作狀態(tài)是不同的,所得的ic波形、輸出交流電壓幅值、功率、效率也是不一樣的。第49頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二2)欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)①欠壓狀態(tài)B點以右的區(qū)域。在欠壓區(qū)至臨界點的范圍內(nèi)，根據(jù)Vc=RpIc1，放大器的交流輸出電壓在欠壓區(qū)內(nèi)必隨負載電阻RP的增大而增大，其輸出功率、效率的變化也將如此。②臨界狀態(tài)負載線和ebmax正好相交于臨界線的拐點。放大器工作在臨界狀態(tài)時，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。根據(jù)Rp與ebmax相交在不同區(qū)域，可分為三種工作狀態(tài):第50頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二③過壓狀態(tài)電壓、電流隨負載變化波形過壓狀態(tài)放大器的負載較大，如動態(tài)線3就是這種情況。動態(tài)線穿過臨界點C后，電流沿臨界線下降，因此集電極電流ic呈下凹頂狀，過壓愈重，則ic波頂下凹愈厲害，嚴重時，ic波形可分裂為兩部分。根據(jù)傅里葉級數(shù)對ic波形分解可知，波形下凹的ic，其基波分量Ic1會下降，下凹愈深，則Ic0、Ic1的下降也就愈激烈因此放大器的輸出功率和效率也要減小。第51頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二iCvcevbemax過壓區(qū)臨界區(qū)欠壓區(qū)欠壓過壓0臨界Rp欠壓過壓0臨界Rp高頻功率放大器的負載特性第52頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二根據(jù)上述分析，可以畫出諧振功率放大器的負載特性曲線負載特性曲線欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。Vcm第53頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二過壓狀態(tài)的優(yōu)點是，當負載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。負載特性曲線Vcm第54頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二臨界狀態(tài)的特點是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機的末級常設(shè)計成這種狀態(tài)，在計算諧振功率放大器時，也常以此狀態(tài)為例。負載特性曲線第55頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)的特點：結(jié)論：欠壓：恒流，Vcm變化，Po較小，ηc低，Pc較大；過壓：恒壓，Icm1變化，Po較小，ηc可達最高；臨界：Po最大，ηc較高；最佳工作狀態(tài)發(fā)射機末級中間放大級負載特性曲線欠壓過壓0臨界Rp欠壓過壓0臨界Rp高頻功率放大器負載特性第56頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二1.導(dǎo)通角c的調(diào)整若保持Vb不變增大偏置VBB；或保持VBB不變增大激勵電壓振幅Vbm；或同時增大VBB和Vbm，這三種情況均可使導(dǎo)通角c增大，若相反，則可使c減小。但是采取上述三種方法中的任一個方法，當c增大時，ic脈沖電流的振幅Im會加大，輸出功率Po當然也會加大，而當c減小時，Im和Po均將減小。有時希望增大c，但要保持Im不變，則應(yīng)在增加VBB的同時，適當減小激勵Vbm。放大器工作狀態(tài)及導(dǎo)通角的調(diào)整第57頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二2.欠壓、臨界、過壓工作狀態(tài)的調(diào)整調(diào)整欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)，大致有以下幾種方法：改變集電極負載Rp；改變供電電壓VCC；改變偏壓VBB；改變激勵Vbm。

(1)改變Rp，但Vbm、VCC、VBB不變當負載電阻Rp由小至大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。在臨界狀態(tài)時輸出功率最大。

(2)改變VCC，但Rp、Vbm、VBB不變當集電極供電電壓VCC由小至大變化時，放大器的工作狀態(tài)由過壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入欠壓。放大器工作狀態(tài)及導(dǎo)通角的調(diào)整第58頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二VCC變化時對工作狀態(tài)的影響在欠壓區(qū)內(nèi)，輸出電流的振幅基本上不隨VCC變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區(qū)，輸出電流的振幅將隨VCC的減小而下降，故輸出功率也隨之下降。第59頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二vceiCvbemax?QVCC??QVCC?QVCC????iC1.

改變ＶCC對工作狀態(tài)的影響過壓欠壓0臨界VCC過壓欠壓0臨界VCC各極電壓對工作狀態(tài)的影響VCC由小大時，對應(yīng)工作狀態(tài)由過壓臨界欠壓。在欠壓區(qū)內(nèi)，輸出電流的振幅基本上不隨VCC變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區(qū)，輸出電流的振幅將隨VCC的減小而下降，故輸出功率也隨之下降。第60頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二(3)Vbm變化，但VCC、VBB、Rp不變或VBB變化，但VCC、Vb、Rp不變這兩種情況所引起放大器工作狀態(tài)的變化是相同的。因為無論是Vbm還是VBB的變化，其結(jié)果都是引起eb的變化。由

eb=VBB+Vbmcost

ebmax=VBB+Vbm當VBB或Vbm由小到大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。第61頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二2.

改變Ｖbm對工作狀態(tài)的影響vceiCvbemax1vbemax2?QVCCvbemax4????iCvbemax3??欠壓過壓0臨界Vbm欠壓過壓0臨界Vbm各極電壓對工作狀態(tài)的影響第62頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二例1有一個用硅NPN外延平面型高頻功率管3DA1做成的諧振功率放大器，設(shè)已知ＶCC＝24Ｖ，Ｐｏ＝２Ｗ，工作頻率＝１MHz。試求它的能量關(guān)系。由晶體管手冊已知其有關(guān)參數(shù)為fＴ≥70MHz，Ap（功率增益）≥13dB，ＩCmax＝750ｍＡ,ＶCE(sat)(集電極飽和壓降)≥1.5Ｖ,ＰCM＝１W。解：

１）由前面的討論已知，工作狀態(tài)最好選用臨界狀態(tài)。作為工程近似估算，可以認為此時集電極最小瞬時電壓2）工作狀態(tài)的計算(估算)舉例第63頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二解：3）選c=70o，4）未超過電流安全工作范圍。5）6）7）8）9）工作狀態(tài)的計算(估算)舉例第64頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二第65頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二第66頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二第67頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二（3）第68頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二諧振功率放大器的主要指標是功率和效率。以臨界狀態(tài)為例：1)首先要求得集電極電流脈沖的兩個主要參量icmax和c導(dǎo)通角c集電極電流脈沖幅值Icm諧振功率放大器的計算第69頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二2)電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù)0(c)、1(c)、…、n(c)可查表求得，并求得個分量的實際值。3)諧振功率放大器的功率和效率直流功率：P==Ic0VCC交流輸出功率：集電極效率：第70頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二

2)根據(jù)求得Vb

3)根據(jù)icmax=gcVb(1–cosc)求得icmax、Ic1、Ic0

c=70，cos70=0.342，

Ic1=icmax1(70)=20.436=0.872AIc0=icmax0(70)=20.253=0.506A

1)根據(jù)圖可求得轉(zhuǎn)移特性的斜率gc例5-1某諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。已知該放大器采用晶體管的參數(shù)為：fT≥150MHz，功率增益Ap≥13dB，管子允許通過的最大電流IcM=3A，最大集電極功耗為Pcmax=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的負偏置VBB=1.4V，c=70，VCC=24V，=0.9，試計算放大器的各參數(shù)。第71頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二4)求交流電壓振幅：Vcm=VCC=240.9=21.6V

對應(yīng)功率、效率。P==VCCIC0=240.506=12W

Po=Pc=P=–Po=2.6W<Pcmax

(安全工作)

則5)激勵功率因為Ap=13dB，即

第72頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二5.5高頻功率放大器的電路組成一、基本組成:

諧振功率放大器是由輸入諧振回路、非線性器件（晶體管、場效應(yīng)管）和輸出諧振回路組成。輸入、輸出回路在諧振功率放大器中的作用是：

1、提供放大器所需的正常偏置；

2、實現(xiàn)濾波選取基波分量；

3、實現(xiàn)阻抗匹配。管外電路直流饋電電路濾波匹配網(wǎng)絡(luò)饋電電路：PowerSupplyCircuit第73頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二直流饋電電路直流饋電電路：把直流電源加到各電極上去的線路叫饋電電路，它為晶體管各級提供合適的偏置。包括集電極饋電電路和基極饋電電路。饋電電路根據(jù)連接方式的不同可分為：串饋和并饋。串饋：晶體管、直流電源和回路三部分串聯(lián)。并饋：晶體管、直流電源和回路三部分并聯(lián)。但無論哪種電路形式,直流偏壓與交流電壓總是串聯(lián)迭加的,假定交流電壓是單頻信號,即滿足下面關(guān)系式：第74頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二直流饋電電路基本原則：第75頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二直流饋電電路基本原則：①直流要有直流通路，交流要有交流通路，且高頻信號不能通過直流電源。②基波分量要有效地流過負載回路③諧波對于負載回路是短路第76頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二L’高頻扼流圈，對直流是短路，對高頻信號呈現(xiàn)大的阻抗，開路。C’高頻旁路電容，對高頻小信號短路。直流電源VCC、負載回路和功率管在電路形式上為串接的饋電方式。集電極饋電電路：串饋數(shù)值上視工作頻率而定，一般要保證L’的阻抗遠大于Rp,C’的阻抗遠小于Rp。①直流要有直流通路，交流要有交流通路，且高頻信號不能通過直流電源。②基波分量要有效地流過負載回路③諧波對于負載回路是短路第77頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二L’高頻扼流圈，對直流是短路，對高頻信號呈現(xiàn)大的阻抗，開路。C’高頻旁路電容，對高頻小信號短路。C’’隔直電容。直流電源VCC、負載回路和功率管在電路形式上為并聯(lián)的饋電方式。集電極饋電電路：并饋①直流要有直流通路，交流要有交流通路，且高頻信號不能通過直流電源。②基波分量要有效地流過負載回路③諧波對于負載回路是短路與串饋電路相同第78頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二作用：為放大電路提供合適的偏置電壓，使功率管工作在丙類。基極饋電電路基極的反向偏壓供給方式外加偏置自給偏置第79頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二基極饋電電路：自偏置第80頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二3．自給偏置電路(1)自給偏壓的產(chǎn)生vb0

ib

0，為脈沖電流，可分解為IB0、Ib1m、Ib2m

、···

(2)自給偏置vb(t)=0，VBE=0；vb(t)由小至大

IB0

隨之增大

VBE=IB0RB

負向增大。自給偏置效應(yīng)：這種偏置電壓隨輸入信號電壓振幅而變化的效應(yīng)。第81頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二5.5.2匹配網(wǎng)絡(luò)輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)作用：

為了使諧振功放的輸入端能夠從信號源或前級功放得到有效的功率,輸出端能夠向負載輸出不失真的最大功率或滿足后級功放的要求,在諧振功放的輸入和輸出端必須加上匹配網(wǎng)絡(luò)。

①使負載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截撦d的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。

②抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它應(yīng)有良好的濾波作用。

③有效地傳送功率到負載，但同時又應(yīng)盡可能地使這幾個電子器件彼此隔離，互不影響。第82頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二5.5.2輸出匹配網(wǎng)絡(luò)

1．位置（輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)）

對交流通路而言，濾波匹配網(wǎng)絡(luò)(Filter-MatchedNetwork)介于功率管T

和外接負載RL

之間。2．對濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的要求

(1)變換

將外接負載RL

變換為放大管所要求的負載Re，以保證放大器高效率地輸出所需功率。第83頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二諧波抑制度Hn：工程上表示濾波性能好壞的參數(shù)。設(shè)

IL1m

和ILnm

分別為通過外接負載電流中基波和n

次諧波分量的振幅，相應(yīng)的基波和n

次諧波功率分別為PL

和PLn，則對n

次諧波的諧波抑制度定義為

(2)濾波

充分濾除不需要的高次諧波分量，以保證在外接負載上輸出所需基波功率。

Hn

越小，網(wǎng)絡(luò)對n

次諧波的抑制能力越強。通常n

選2，即對二次諧波的抑制度。第84頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二

(3)高效

將功率管給出的信號功率Po高效地傳送到外接負載上，即要求網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率K=PL/Po

接近1。

第85頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級功放與天線或其他負載間的網(wǎng)絡(luò)，這種匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、型、T型網(wǎng)絡(luò)及由它們組成的多級網(wǎng)絡(luò)，也有用雙調(diào)諧耦合回路的。第86頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二復(fù)合輸出回路第87頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二阻抗匹配由于高頻功率放大器工作于非線性狀態(tài)，因此線性電路的阻抗匹配（負載阻抗與電源內(nèi)阻相等）這一概念不能適用于它。高頻功率放大器的阻抗匹配概念是：在給定的電路條件下，改變負載回路的可調(diào)元件使電子器件送出額定的輸出功率Po至負載。這就叫做達到了匹配狀態(tài)。第88頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二復(fù)合輸出回路第89頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二匹配網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸效率圖中，r’為等效到諧振回路的負載電阻，r1為諧振回路本身的損耗電阻。

衡量回路傳輸能力優(yōu)劣的標準，通常以輸出至負載的有效功率與輸入到回路的總交流功率之比來代表。這比值叫做中介回路的傳輸效率k，簡稱中介回路效率。第90頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二

從回路傳輸效率高的觀點來看，應(yīng)使QL盡可能地小。但從要求回路濾波作用良好來考慮，則QL值又應(yīng)該足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，QL值一般不應(yīng)小于10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。要想回路的傳輸效率高，則空載Qo越大越好，有載QL越小越好，也就是說，中介回路本身的損耗越小越好第91頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二例5.5.1第92頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二例5.5.1第93頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二欠壓過壓0臨界Rp輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與級間耦合網(wǎng)絡(luò)由于末級和中間級的電平和負載狀態(tài)不同，因而對它們的要求也就有差別。

多級功放中間級的一個很大問題是后級放大器的輸入阻抗是變化的，是隨激勵電壓的大小及管子本身的工作狀態(tài)變化而變化的。這個變化反映到前級回路，會使前級放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。此時，若前級原來工作在欠壓狀態(tài)，其輸出電壓將不穩(wěn)定。

對于中間級而言，最主要的是應(yīng)該保證它的輸出電壓穩(wěn)定，以供給下級功放穩(wěn)定的激勵電壓，而效率則降為次要問題。欠壓過壓0臨界Rp第94頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與級間耦合網(wǎng)絡(luò)措施：1.中間放大級工作于過壓狀態(tài)，此時它等效為一個理想電壓源，其輸出電壓幾乎不隨負載變化。這樣，盡管后級的輸入阻抗是變化的，但該級所得到的激勵電壓仍然是穩(wěn)定的。2.降低級間耦合回路的效率。因為回路效率降低，意味著回路本身損耗加大，這樣就使下級輸入電路的損耗功率相對來說顯得不重要了，也就是減弱了下級對本級工作狀態(tài)的影響，中間級的效率一般取為0.1～0.5，也就是中間級的輸出功率應(yīng)為后一級所需激勵功率的2~10倍。第95頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二5.5.1直流饋電電路5.5.2輸出回路和級間耦合回路集電極饋電電路基極饋電電路級間耦合網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成第96頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二1.集電極饋電電路

根據(jù)直流電源連接方式的不同，集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。直流饋電電路第97頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二(1)串饋電路指直流電源VCC、負載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者首尾相接的一種直流饋電電路。C1、LC為低通濾波電路，A點為高頻地電位，既阻止電源VCC中的高頻成分影響放大器的工作，又避免高頻信號在LC負載回路以外不必要的損耗。C1、LC的選取原則為LC

＞10回路阻抗

1/

c1＜1/10回路阻抗(2)

并饋電路指直流電源VCC、負載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者為并聯(lián)連接的一種饋電電路。如圖LC為高頻扼流圈，C1為高頻旁路電容，C2為隔直流通高頻電容，

LC、C1、C2的選取原則與串饋電路基本相同。第98頁，共108頁，2023年，2月20日，星期二饋電線路的基本組成原則1）其直流通路應(yīng)如圖（a）所示。2）其基波分量的交流流通路應(yīng)如圖（b）所示。如原理圖所示：3）其諧波分量的交流流通路應(yīng)如圖（c