1、高頻功率放大器高頻功率放大器 第三章第三章 高頻功率放大器高頻功率放大器3.1 高頻調(diào)諧功放工作原理高頻調(diào)諧功放工作原理 3.2 丙類諧振功放工作狀態(tài)分析丙類諧振功放工作狀態(tài)分析3.3 調(diào)諧功放的電路組成調(diào)諧功放的電路組成3.4 倍頻器倍頻器3.5 寬帶高頻功率放大器寬帶高頻功率放大器高頻功率放大器高頻功率放大器3.1 高頻調(diào)諧功放工作原理高頻調(diào)諧功放工作原理1、使用高頻功率放大器的目的 放大高頻大信號(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。2、高頻功率信號(hào)放大器使用中需要解決的兩個(gè)問題高效率輸出高功率輸出 高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和效率高。聯(lián)想對(duì)比：一、高頻功率放大器

2、簡介一、高頻功率放大器簡介高頻功率放大器高頻功率放大器3、高頻諧振功率放大器與小信號(hào)諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，而且放大器的負(fù) 載均為諧振回路。不同之處：為激勵(lì)信號(hào)幅度大小不同；放大器工作點(diǎn)不同； 晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。 ic uBE t o o ic t Uj 諧振功率放大器波形圖小信號(hào)諧振放大器波形圖 ic Q uBE t o o ic t 圖圖3.1.1 兩類放大器波形圖兩類放大器波形圖 高頻功率放大器高頻功率放大器工作狀態(tài)工作狀態(tài) 根據(jù)電流導(dǎo)通角的不同，功率放大器一般分為以下幾類：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。功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)

3、是輸出功率與效率。功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。高頻功率放大器高頻功率放大器二、基本原理電路二、基本原理電路 上圖中，UCC是直流電源電壓，UBB是基極偏置電源電壓。圖圖3.1.2 高頻調(diào)諧功放基本電路高頻調(diào)諧功放基本電路 RLcoscoscoscjcimjiimBEimBBBEBBig uUig UtUUuUtuUtU輸入信號(hào)為：則有：臨界方程：故：高頻功率放大器高頻功率放大器三、晶體管的導(dǎo)通特點(diǎn)三、晶體管的導(dǎo)通特點(diǎn)cos,cosiimBEiiBBmBjBuUtuUtUuUU設(shè)輸入電壓為：則有：只有時(shí)，晶體從上圖可見，管才導(dǎo)通。圖圖3.1.3 諧振功率放大器輸入、輸出諧振功率放大

4、器輸入、輸出 電壓、電流波形電壓、電流波形 高頻功率放大器高頻功率放大器四、集電極電流分析四、集電極電流分析 晶體管工作情況與頻率關(guān)系很大，通常將其工作頻率分為三個(gè)區(qū)域： 若非特別說明，晶體管高頻功率放大器的工作原理分析將在低頻區(qū)進(jìn)行。0.50.50.20.2TTTTffffffffff低頻區(qū)：中頻區(qū)：其中： 為截止頻率； 為特征頻率。高頻區(qū)：高頻功率放大器高頻功率放大器cos00cos(3.1.3)imjBBBBccjimg UtUUtiiUUU設(shè) 時(shí)，則有：，解方程得導(dǎo)通角為：式將 代入(式3.1.1)，得：cosBEimBBuUtUcos(3.1.2)cimjBBig UtUU式3.1.

5、390jBBjBBBBBBUUUUUU由(式）可知，在一定的時(shí),輸入信號(hào)越強(qiáng),則越大；在一定的激勵(lì)下越大, 越小。在放大器的調(diào)整中,通過調(diào)整就可控制 到所需值。由于晶體管起始導(dǎo)通電壓的影響,即使等于零,導(dǎo)通角也小于。高頻功率放大器高頻功率放大器圖圖3.1.3 諧振功率放大器輸入、輸出諧振功率放大器輸入、輸出 電壓、電流波形電壓、電流波形 coscoscos0cos00BEBEBEimBBcimjBBimjcBBimjcBBjcuUtUig UtUUtuUtUUituUtUUitUi由于可知：當(dāng)時(shí)，有，；當(dāng)時(shí)，有，；當(dāng)時(shí)，有，；高頻功率放大器高頻功率放大器集電極余弦電流分析maxmaxmaxma

6、xmaxcoscoscos1cos,coscos01coscoccoosssimjccjccBBcBBcimcccimccimimg UtUUIitUUIiiigUttiIIgUIigUtU尖頂余可先求得余弦脈沖電流的幅度，然后對(duì) 表達(dá)式進(jìn)行變換。首先:由于當(dāng)時(shí)，電流 為最大值，以表示：將余弦脈沖電流的幅度代所以有：入，則有：max1maxmaxcos11coscossincos221cos1cosccccocnmncococccIiiIIn tItIi dtIdtI弦脈沖的解析式顯然它完全決定于脈沖高度和通角 。電流 的傅氏級(jí)數(shù)展開式為：直流分量電流幅值為：高頻功率放大器高頻功率放大器201

7、1maxmax01sincos1cos2 sincossincos1 1cossincossincos2sin( ),( ),( )1cos1cos2,3,nc mccnmcnnnnn nnIIIInn 同理可求得各次諧波分量的幅值： 對(duì)應(yīng)于直流分量、基波分量、 次諧波分量的 函數(shù)，分別用分解系數(shù)、表示，即：2000max1111maxmaxmaxcoscossin1 1cos( )( )( ),( )coccc mc mcncnmcnmncncnmcnnn nIIIIIInnIIIII 稱為直流分量分解系數(shù)，直流分量電流幅值為：稱為基波分量分解系數(shù)，基波分量電流幅值為：稱為 次諧波分量分解系

8、數(shù)， 次諧波分量電流幅值為：顯然。高頻功率放大器高頻功率放大器將幾個(gè)常用分解系數(shù) 與 的關(guān)系繪制成上圖，由已知的 可查出相應(yīng)的 值。高頻功率放大器高頻功率放大器12coscos 2cosccoc mcmcnmiIItItIn tictccic1ic2ic3IcoIcmax圖圖3.1.4 集電極電流各次諧波分量波形集電極電流各次諧波分量波形高頻功率放大器高頻功率放大器iC頻譜頻譜 2 3LC回回路阻路阻抗抗 Rp111coscosccpcmpcmui RIRtUtcosCECCcmuUUt0+ui-RpCL+uCE-UCCUBB-uc1+ic+uBE _ictccic1ic2ic3IcoIcma

9、xuiUj-UBBIcmaxuBEtibtictuCEuc1tUCCUcmUbmuBEic-UBBUjuiC UbmgC 高頻功率放大器高頻功率放大器五、槽路電壓分析五、槽路電壓分析 根據(jù)已學(xué)過的并聯(lián)諧振回路知識(shí)，可知集電極諧振回路即槽路的阻抗可以表示為：00()12LLRZ jjQRQ其中， 、分別為考慮了放大管輸出電導(dǎo)和實(shí)際負(fù)載在內(nèi)的回路并聯(lián)電阻及有載品質(zhì)因數(shù)。02()2,3,12(1)eLRZjnnQ n對(duì)于其他各次諧波電流，回路的阻抗是：，其中RL高頻功率放大器高頻功率放大器0202()2,3,12(1)1()2(1)12(1)eLLeLLRZjnnQnRRQZjnQnQnn諧振時(shí)阻抗

10、模為：，其中又,故由上式可見 越大，阻抗越小，因此與基波相比，集電極電流各次諧波分量在回路端產(chǎn)生的壓降可以忽略，而對(duì)于直流分量，由于回路電感支路的阻抗很小，其直流壓降也可忽略。所以，雖然集電極電流是余弦脈沖，但借助于槽路的選頻作用，仍可獲得基本余弦的電壓輸出。高頻功率放大器高頻功率放大器 +C+ + icL +iLLC回路能量轉(zhuǎn)換過程回路的這種濾波作用也可從能量的觀點(diǎn)來解釋。回路的這種濾波作用也可從能量的觀點(diǎn)來解釋。高頻功率放大器高頻功率放大器六、諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率六、諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率1、幾種功率及其聯(lián)系 調(diào)諧功率放大器有如下五種功率需要考慮： 電源供給的直流功率電源

11、供給的直流功率Pdc； 晶體管集電極輸出功率晶體管集電極輸出功率PO； 負(fù)載的交流功率負(fù)載的交流功率PL； 晶體管損耗功率晶體管損耗功率PC； 槽路損耗功率槽路損耗功率PT 。高頻功率放大器高頻功率放大器2、集電極效率 11max110max0011010111122222 80cdcCCcoOcmc mcmccmcdcCCcoCCcCCOcmc mcmcCCcmCCPUIPUIUIUPUIUIUPUIUUUU晶體管轉(zhuǎn)換能量的效率即為集電極效率：上式說明與、成正比。其中稱為集電極電流利用系數(shù),它是 的函數(shù),通常為了兼顧輸出功率和效率兩方面，通常取 =70。cmcU為集電極電壓利用系數(shù)，當(dāng)增大時(shí)

12、， 也增大，從而使提高，但電壓利用系數(shù)有極限值，為1，一般 范圍在0.91之間。高頻功率放大器高頻功率放大器1100103.1.112 ,112-111110.91512111.8 1180.11290.9150.82 0.8722cccmcmCCmcccCCUVVUVUUUU例 某放大器集電極直流電源電壓管子飽和壓降為 ，設(shè)=1做一個(gè)對(duì)比：甲類放大器.81.9,試計(jì)算集電極電壓利用系數(shù)及集電，查曲線可極效率。解： 電壓利用系數(shù)為：集電知，有為故極效率：1 0.9150.407可見丙類放大器的效率比甲類高一倍。高頻功率放大器高頻功率放大器3、槽路效率 OTLTOOPPPPP 可見，要提高槽路效

13、率 ，就要求空載品質(zhì)因數(shù)大，故應(yīng)選擇低損耗的L、C元件。高頻功率放大器高頻功率放大器小結(jié)：小結(jié)：011 ,1,2OLCdcOOcTcCcTCcTcTPPPPPPPPQQLC知道和故是選用晶體管容量的依據(jù)；為輸出較大功率，要小，應(yīng)力求和高，高要求選擇合適的 ，高要求槽路空載品質(zhì)因數(shù)大，應(yīng)選擇低耗的、 元件；高頻功率放大器高頻功率放大器01max0243000.953.1.2,0.560.524 0.37.2-7.2 61.2cccjodccc mcBBimdcCCcCdcoocdcUV ImAUVPwPPIIUVUPUIwPPPwPP 例 某放大器電源電壓電壓利用系數(shù)為，輸出功率，是求電源供給功

14、率，集電極耗散功率 ，集電極電流基波振幅、最大值與導(dǎo)通角 。若偏壓，求基極輸入信號(hào)電壓振幅。解： 1100010max01max1683.3%7.21( )1.754472( )30066( )0.419( )0.2391.255( )0.239( )1.255 0.4190.5260.5 0.5cos0.407cos2.460.407cmcCCccc mcjBBimimUUIIAIIAUUUVU 又，查書 頁圖表，且，且高頻功率放大器高頻功率放大器思考題：Q1:為何低頻功放不可工作與丙類工作狀態(tài)，而高頻功放可以？Q2:提高放大器的功率和效率該如何做？高頻功率放大器高頻功率放大器3.2 丙類諧

15、振功放工作狀態(tài)分析丙類諧振功放工作狀態(tài)分析 本節(jié)主要討論調(diào)諧功放的負(fù)載特性，具體內(nèi)容如下：本節(jié)主要討論調(diào)諧功放的負(fù)載特性，具體內(nèi)容如下：3.2.1 晶體管的集電極動(dòng)態(tài)特性晶體管的集電極動(dòng)態(tài)特性3.2.2 高頻功放的負(fù)載特性高頻功放的負(fù)載特性3.2.3 各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響3.2.4 晶體管功放的高頻特性晶體管功放的高頻特性高頻功率放大器高頻功率放大器3.2.1 晶體管的集電極動(dòng)態(tài)特性晶體管的集電極動(dòng)態(tài)特性 晶體管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性是在其集電極沒有外接負(fù)載的情況下獲得的，也稱為靜態(tài)特性。 在考慮了負(fù)載的反作用后，所獲得的在考慮了負(fù)載的反作用后，所獲得的uCE、uBE

16、與與ic的關(guān)系曲的關(guān)系曲線就叫線就叫動(dòng)態(tài)特性曲線動(dòng)態(tài)特性曲線。最常用的是當(dāng)uCE、uBE同時(shí)變化時(shí)，表示ic-uCE關(guān)系的動(dòng)態(tài)特性曲線，也可稱為負(fù)載線負(fù)載線。高頻功率放大器高頻功率放大器一、放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性方程一、放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性方程 0()coscoscos()()cjBEimBEBBcmCECCBEimcimjjBBBBCCCEcmcmcmimjBBCCimCEcmcmCEdig uUuUUtuUUtuUig Ut UUgUuUUUUUUUU UUgugUUguU內(nèi)部特征方程(即晶體管折線化方程)：外部特征方程(放大器處于諧振狀態(tài)時(shí))：將表達(dá)式代入內(nèi)部特征方程有：動(dòng)態(tài)00(*)-imdcmcm

17、cmimjBBCCimUggUUU UU UUUUU特性方程顯然上式表示了一個(gè)斜率為：，截距為的直線，。動(dòng)態(tài)特性方程負(fù)斜率的物理意義為：從負(fù)載方面看放大器相當(dāng)于一負(fù)電阻，亦即它相當(dāng)于交流電能發(fā)生器，可以輸出電能至負(fù)載。下面依據(jù)動(dòng)態(tài)特性方程繪制出動(dòng)態(tài)特性曲線，表示ic-uCE關(guān)系的動(dòng)態(tài)特性曲線，也稱為負(fù)載線負(fù)載線。高頻功率放大器高頻功率放大器二、動(dòng)態(tài)特性曲線 圖圖3.2.1 丙類放大器的動(dòng)態(tài)特性丙類放大器的動(dòng)態(tài)特性0()cCEdiguU()2cos00()CEQCCcQBBjCEBCCcmcBCEACCcmcAimBBjQBuUQtigUUuUUBtiuUUAtig UUU取靜態(tài)工作點(diǎn) 和起始導(dǎo)

18、通點(diǎn) ：點(diǎn)：時(shí)點(diǎn)：時(shí)或 點(diǎn)：時(shí)cos(cos)CECCcmcimBBjuUUtig UtUUimdcmUggU 高頻功率放大器高頻功率放大器放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性斜率值的倒數(shù)為：maxmax(1 cos )()(1 cos )(1 cos )(1 cos )cos(1 cos )CEBCEAcmABABcBcAimBBjcimcmcmABBBjABimcimuuUuiiig UUUIgUUUuUUigUIU又因?yàn)?imdcmUggU 動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率為：max111max,( )(1 cos )(1 cos )(1 cos )()PcmABABccmc mPc mPPcCCCuRiIUIRIRRRI

19、RRU 包含實(shí)際負(fù)載丙類放大器動(dòng)態(tài)負(fù)載若令則有：可見動(dòng)態(tài)電阻除取決于回路諧振阻抗外，還與導(dǎo)通角有關(guān)。高頻功率放大器高頻功率放大器3.2.2 高頻功放的負(fù)載特性高頻功放的負(fù)載特性 在其他條件不變,只變化放大器的負(fù)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(fù)載特性負(fù)載特性。一、諧振電阻一、諧振電阻RP對(duì)集電極電流的影響對(duì)集電極電流的影響 當(dāng)RP改變時(shí)，動(dòng)態(tài)線斜率會(huì)改變，但動(dòng)態(tài)線上的Q點(diǎn)位置不變，這時(shí)，動(dòng)態(tài)線會(huì)以Q點(diǎn)為軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)。高頻功率放大器高頻功率放大器 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半導(dǎo)通角 t A2 A1 A4 3 2 1 負(fù)載增大 uBE max UCC

20、Q uCE min Ucm2 1.欠壓狀態(tài) 2.臨界狀態(tài) 3.過壓狀態(tài) Rp Ucm1 Ucm3 uCE uCE A5 A3 B 圖圖3.2.2 電壓、電流隨負(fù)載變化波形電壓、電流隨負(fù)載變化波形11( )1(1 cos )PPCCRRRR 動(dòng)態(tài)特性曲線斜率為：其中，為動(dòng)態(tài)負(fù)載，為考慮了放大管輸出電導(dǎo)及實(shí)際負(fù)載電阻在內(nèi)的并聯(lián)諧振電阻。 當(dāng)當(dāng)RP過大時(shí)，動(dòng)態(tài)特性曲線過大時(shí)，動(dòng)態(tài)特性曲線實(shí)際變?yōu)榱藢?shí)際變?yōu)榱薆A4A5所示折線。所示折線。1()CEQCCcQBBjcmc mPQuUigUUUIR點(diǎn)坐標(biāo)為：高頻功率放大器高頻功率放大器 可見，在負(fù)載電阻RP由小至大變化時(shí)，負(fù)載線的斜率由小變大；不同的負(fù)載

21、，放大器的工作狀態(tài)不同。 二、調(diào)諧功放的三種狀態(tài)二、調(diào)諧功放的三種狀態(tài) 根據(jù)調(diào)諧功放工作時(shí)是否進(jìn)入飽和區(qū)，可將放大器分為：根據(jù)調(diào)諧功放工作時(shí)是否進(jìn)入飽和區(qū)，可將放大器分為：欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)。 欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài) 若在整個(gè)周期內(nèi)，晶體管工作不進(jìn)入飽和區(qū)，即在任何時(shí)刻都工作在放大狀態(tài)，稱放大器工作在欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)，上圖中A2點(diǎn)以右的區(qū)域。 高頻功率放大器高頻功率放大器 臨界狀態(tài)臨界狀態(tài) 若剛進(jìn)入飽和區(qū)的邊緣，稱放大器工作在臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)。此時(shí)放大器輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。 過壓狀態(tài)過壓狀態(tài) 若晶體管工作時(shí)有部分時(shí)間進(jìn)入飽和區(qū)，稱放大器

22、工作在過壓狀態(tài)過壓狀態(tài)。此時(shí)放大器的負(fù)載較大，放大器的輸出功率和效率也要減小。三、工作狀態(tài)的判別方法三、工作狀態(tài)的判別方法 minminmin1()23CECESCECESCECESuUuUuU集電極飽和壓降 時(shí)，工作在欠壓工作狀態(tài)；時(shí)，工作在臨界工作狀態(tài)；時(shí)，工作在過壓工作狀態(tài)。高頻功率放大器高頻功率放大器 ic ic 3 2 1 Icmax 0 180 90 半導(dǎo)通角 t A2 A1 A4 3 2 1 負(fù)載增大 uBE max VCC Q uCE min Ucm2 1.欠壓狀態(tài) 2.臨界狀態(tài) 3.過壓狀態(tài) Rp Ucm1 Ucm3 uCE uCE A5 A3 B 圖圖3.2.2 電壓、電流

23、隨負(fù)載變化波形電壓、電流隨負(fù)載變化波形minminmin1()23CECESCECESCECESuUuUuU集電極飽和壓降 時(shí)，工作在欠壓工作狀態(tài)；時(shí)，工作在臨界工作狀態(tài)；時(shí)，工作在過壓工作狀態(tài)。高頻功率放大器高頻功率放大器圖圖3.2.3 RP變化時(shí)的變化時(shí)的iC波形波形結(jié)論：當(dāng)負(fù)載電阻RP從小到大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)將從欠壓狀態(tài)進(jìn)入臨界狀態(tài)，再進(jìn)入過壓狀態(tài)。在欠壓區(qū)，電流IC0和IC1m略有下降；進(jìn)入過壓后，電流IC0和IC1m急劇下降并出現(xiàn)頂部凹陷，而且凹陷程度隨RP增大而加深。高頻功率放大器高頻功率放大器四、負(fù)載特性四、負(fù)載特性 在其他條件不變,只變化放大器的負(fù)載電阻而引起的放大器輸

24、出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負(fù)載特性負(fù)載特性。 欠 壓 過 壓 0 臨界 Ic1m Ic0 UC m Rp 0 c Pdc Po Pc 欠 壓 過 壓 臨界 Rp 圖圖3.2.4 負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線102112cmc mPdcCCcooc mPcdcocdcRPUIPPRPPPPUII高頻功率放大器高頻功率放大器小結(jié)：小結(jié)：1欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率則較大，輸出電壓隨負(fù)載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種欠壓狀態(tài)。極調(diào)幅，需采用這種欠壓狀態(tài)。2過壓狀態(tài)過壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱

25、過壓時(shí)，效率可達(dá)最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機(jī)的中間級(jí)、集電極調(diào)幅級(jí)常采用過壓狀態(tài)發(fā)射機(jī)的中間級(jí)、集電極調(diào)幅級(jí)常采用過壓狀態(tài)。3臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)的特點(diǎn)是輸出功率最大，效率也較高，是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機(jī)的末級(jí)常設(shè)計(jì)成臨界狀態(tài)發(fā)射機(jī)的末級(jí)常設(shè)計(jì)成臨界狀態(tài)。 欠 壓 過 壓 0 臨 界 Ic1m Ic0 UC m Rp 0 c Pdc Po Pc 欠 壓 過 壓 臨 界 Rp 高頻功率放大器高頻功率放大器221112112212Pocmoc mPPPcmoPc moRPUPIRRRUPRIP例：放大器工作于臨界狀態(tài)，根據(jù)理想化負(fù)載特性曲線，求出當(dāng)增加一倍； 減小一半時(shí)， 如何變化？解：根據(jù)負(fù)載特性

26、可知，當(dāng)增加一倍，放大器由臨界轉(zhuǎn)入過壓狀態(tài)，幾乎不變， 約下降一半；當(dāng)減小一半時(shí)，放大器將由臨界轉(zhuǎn)入欠壓狀態(tài)，幾乎不變，所以 也將約下降一半。 欠 壓 過 壓 0 臨界 Ic 1 m Ic 0 UC m Rp 0 c Pd c Po Pc 欠 壓 過 壓 臨界 Rp 圖圖3.2.3 負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線高頻功率放大器高頻功率放大器一、 集電極調(diào)制特性 若UBB、RP和Uim固定, 輸出電壓振幅Ucm隨集電極電壓UCC變化的規(guī)律被稱為集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性。 實(shí)際上，只有在過壓狀態(tài)實(shí)際上，只有在過壓狀態(tài)UCC對(duì)對(duì)Ucm才能有較大控制作才能有較大控制作用，所以集電極調(diào)幅應(yīng)用在過壓狀態(tài)。用

27、，所以集電極調(diào)幅應(yīng)用在過壓狀態(tài)。 3.2.3 各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響圖圖3.2.5 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性高頻功率放大器高頻功率放大器圖圖3.2.5 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性高頻功率放大器高頻功率放大器 0 0 (a ) (b ) 欠 壓 狀 態(tài) 過 壓 狀 態(tài) UC C 欠 壓 狀 態(tài) 過 壓 狀 態(tài) UC C Ic 0 Ic 1 m Po Pd c Pc 圖圖3.2.6 UCC變化時(shí)電流、功率的變化變化時(shí)電流、功率的變化102112cmc mPdcCCcooc mPcdcocdcRPUIPPRPPPPUII高頻功率放大器高頻功率放大器二、振幅特性 Uim

28、變化，但UCC、UBB、RP不變化，放大器性能隨激勵(lì)振幅Uim變化的特性稱為調(diào)諧功放的振幅特性振幅特性。由于 uBE= Uimcost-UBB ，故有 uBE max= Uim-UBB ic uBE4 max uCE UCC uBE3 max uBE2 max uBE1max x 0 uCE4 uCE3 uCE2 uCE1 t Q 欠壓區(qū) 過壓區(qū) 11( )1(1 cos )PCRR 動(dòng)態(tài)特性曲線斜率為：高頻功率放大器高頻功率放大器 (a) 過壓狀態(tài) 欠壓狀態(tài) Uim IC0 O Ic1m (b) 過壓狀態(tài) 欠壓狀態(tài) Uim Po O Pdc Pc i P Ucm 圖圖3.2.7 Uim變化時(shí)

29、電流、功率的變化變化時(shí)電流、功率的變化 可見，在欠壓區(qū)，Ucm隨Uim的變化規(guī)律近似線性。 高頻功率放大器高頻功率放大器三、三、 基極調(diào)制特性 若UCC、RP和Uim固定, 輸出電壓振幅Ucm隨基極偏壓UBB變化的規(guī)律被稱為基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性。 基極調(diào)制的目的是使Ucm隨UBB的變化規(guī)律而變化, 功放應(yīng)工作在欠壓狀態(tài), 才能使UBB對(duì)Ucm有控制作用。 高頻功率放大器高頻功率放大器圖圖3.2.8 UBB變化對(duì)工作狀態(tài)的影響變化對(duì)工作狀態(tài)的影響 (1cos )coscimjBBimigUUUU ic uBE4 max uCE UCC uBE3 max uBE2 max uBE1max x

30、0 uCE4 uCE3 uCE2 uCE1 t Q 欠壓區(qū) 過壓區(qū) uBE max= Uim-UBB高頻功率放大器高頻功率放大器3.3 調(diào)諧功放的電路組成調(diào)諧功放的電路組成 調(diào)諧功放的電路一般由饋電線路、偏置電路、輸入、輸出調(diào)諧功放的電路一般由饋電線路、偏置電路、輸入、輸出匹配電路幾部分組成匹配電路幾部分組成，本節(jié)將對(duì)各部分展開討論，具體內(nèi)容如下：3.3.1 調(diào)諧調(diào)諧功放的饋電線路功放的饋電線路3.3.2 輸出、輸入與級(jí)間耦合回路輸出、輸入與級(jí)間耦合回路高頻功率放大器高頻功率放大器3.3.1 調(diào)諧功放的饋電線路調(diào)諧功放的饋電線路一、直流饋電電路 無論何種饋電電路都可以分為以下兩種電路形式： 串

31、聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種基本饋電方式串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種基本饋電方式；串聯(lián)饋電串聯(lián)饋電是指晶體管、直流電源和負(fù)載回路三部分串聯(lián), 并聯(lián)饋電并聯(lián)饋電是指晶體管、直流電源和負(fù)載回路三部分并聯(lián)。高頻功率放大器高頻功率放大器1. 集電極饋電電路集電極饋電電路 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。LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a) 串饋(b) 并饋圖圖3.3.1 集電極電路的兩種饋電形式集電極電路的兩種饋電形式 高頻功率放大器高頻功率放大器串饋電路 指直流電源UCC、負(fù)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的選取原則為:

32、 1/ (LC) 回路阻抗1/10 LC1/ (C) 10(2) 并饋電路 指直流電源UCC、負(fù)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。 LC、C1、C2的選取原則與串饋電路基本相同。高頻功率放大器高頻功率放大器 (3) 串、并饋直流供電路的優(yōu)缺點(diǎn) 并饋電路優(yōu)點(diǎn)：安裝比較方便，調(diào)諧電容C上無高壓，安全可靠； 并饋電路缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：是在并饋電路中，LC處于高頻高電位上，它對(duì)地的分布電容較大，將會(huì)直接影響回路諧振頻率的穩(wěn)定性； 串聯(lián)電路的特點(diǎn)正好與并饋電路相反。高頻功率放大器高頻功率放大器2. 基極饋電電路基極饋電電路 基極饋電電路也分串饋和并饋兩種。圖圖3.3.2 基極電路的饋電形

33、式基極電路的饋電形式 高頻功率放大器高頻功率放大器一、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(jí)功放與天線或其他負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級(jí)功放與天線或其他負(fù)載間的網(wǎng)絡(luò)間的網(wǎng)絡(luò)，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的主要功能與要求是匹配、濾波和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的主要功能與要求是匹配、濾波和高效率。高效率。 圖圖3.3.3 放大器與負(fù)載通過四端網(wǎng)絡(luò)耦合放大器與負(fù)載通過四端網(wǎng)絡(luò)耦合3.3.2 輸出、輸入與級(jí)間耦合回路輸出、輸入與級(jí)間耦合回路高頻功率放大器高頻功率放大器1、輸出網(wǎng)絡(luò)的作用1使負(fù)載阻抗與放大器所需最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳到負(fù)載的功率最大，以起匹配網(wǎng)絡(luò)作用；2濾波作用（它可抑制工作頻率范圍外無用頻率）

34、；3在有幾個(gè)電子器件同時(shí)輸出功率時(shí)，保證它們都能有效地傳送功率到負(fù)載，同時(shí)又能盡量使它們彼此隔離。2、輸出網(wǎng)絡(luò)的形式1復(fù)合輸出回路 復(fù)合輸出回路是最常見的輸出回路形式；這種電路是將天線(負(fù)載)回路通過互感或其他形式與集電極調(diào)諧回路相耦合。高頻功率放大器高頻功率放大器圖中，介于電子器件與天線回路之間的L1C1回路就叫做中介回中介回路路；RA、CA分別代表天線的輻射電阻與等效電容；Ln、Cn為天線回路的調(diào)諧元件。LnC1CARACnL1r1L2圖圖3.3.4 復(fù)合輸出回路復(fù)合輸出回路高頻功率放大器高頻功率放大器分析：上圖從集電極向右看，可以將該網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)并聯(lián)諧振回路，等效圖如下：1122112

35、21111()()ACALCMrRLLRMC rrC rR根據(jù)耦合回路理論知，當(dāng)天線回路調(diào)諧到串聯(lián)諧振狀態(tài)時(shí)，它反映到中介回路的等效電阻為：故等效回路的諧振阻抗為： 顯然，改變M(耦合系數(shù))，可以在不影響回路調(diào)諧的情況下，調(diào)整中介回路的等效阻抗RC，以達(dá)到阻抗匹配的目的。注意：高頻功放的阻抗匹配概念指：在給定的電路條件下，改變負(fù)載回路的可調(diào)元件，使電子器件送出額定輸出功率至負(fù)載。高頻功率放大器高頻功率放大器中介回路傳輸效率中介回路傳輸效率 衡量回路傳輸能力優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，通常以輸出至負(fù)載的有效功率與輸入到回路的總交流功率之比來代表，該值即為中介回路傳輸效率，簡稱中介回路效率。2 120111111

36、10111 110111111();();kCLkokoLCLI rRrQrRQIrrrrrrLLRC rQLRQLC rrLQrLQrr 。若有如右示電路則其中，無負(fù)載時(shí)回路諧振阻抗有負(fù)載時(shí)回路諧振阻抗無負(fù)載時(shí)品質(zhì)因數(shù)值有負(fù)載時(shí)品質(zhì)因數(shù)值LkoPP回路送至負(fù)載的功率電子器件送至回路的總功率高頻功率放大器高頻功率放大器110min1,37 ,3124 ,2 ,1.5 ,1 ,31100,10,0.21.5-24 1.522.5AoCCCESCMLCECEScmCCCEMHz RDAUV PwUV PwMLCDAQQpuUVUUUV例：如圖3.3.4，設(shè)初、次級(jí)回路都諧振于此處放大器用晶體管，其工作條件為其相關(guān)參數(shù)為：試求、 、值為多少才能使天線與匹配。設(shè)設(shè)接入系數(shù)。解：由于是工程近似計(jì)算，故可以認(rèn)為2222611121220011110126.62126.650.3(0.2) 21010150411 10 193.16,9 3.1628.445.16cmCoCLCLLLAAURVPRRP QLLHP QCpFLQQMrrrRQrrQLrrQrRMH 故有：諧振時(shí)，且高頻功率放大器高頻功率放大器 2T型或型網(wǎng)絡(luò) RpRpLLCRL(小)CRL(大)(b) RLRp匹配網(wǎng)