1、123 4學習目的：學習目的：1 1、諧振功率放大器的工作原理、諧振功率放大器的工作原理2 2、高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性、高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性3 3、高頻功率放大器的電路組成、高頻功率放大器的電路組成51 1、使用高頻功率放大器的目的、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。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。 在無線電廣播和通信發(fā)射機中，為了獲得大功在無線電廣播和通信發(fā)射機中，為了獲得大功率的高頻信號，必須采用高頻功率放大器。高率的高頻信號，必須采用高頻功率放大器。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按工

2、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和寬帶高頻功率放大器。窄帶高頻功率放大器通常以頻功率放大器通常以LCLC并聯(lián)諧振回路作負載，并聯(lián)諧振回路作負載，因此又稱為諧振功率放大器。寬帶高頻功率放因此又稱為諧振功率放大器。寬帶高頻功率放大器以傳輸線變壓器為負載，因此又稱為非諧大器以傳輸線變壓器為負載，因此又稱為非諧振功率放大器。振功率放大器。62 2、高頻功率信號放大器使用中需要解決的兩個問題、高頻功率信號放大器使用中需要解決的兩個問題高效率輸出高效率輸出高功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都是輸高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都

3、是輸出功率大和效率高。出功率大和效率高。 不同點：工作頻率和帶寬、負載、工作狀態(tài)不同點：工作頻率和帶寬、負載、工作狀態(tài)聯(lián)想對比：聯(lián)想對比：73 3、諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處、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。載均為諧振回路。不同之處：為激勵信號幅度大小不同；放大器工作點不同；不同之處：為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。晶體管動態(tài)范圍不同。 ic eb t o o ic t VBZ 諧振功率放大器諧振功率放大器波形圖波形

4、圖小信號諧振放大器小信號諧振放大器波形圖波形圖 ic Q eb t o o ic t 8 ic Q eb t o o ic t 小信號諧振放大器小信號諧振放大器波形圖波形圖 9 ic eb t o o ic t VBZ 諧振功率放大器諧振功率放大器波形圖波形圖10工作狀態(tài)工作狀態(tài) 功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。方式，為了進一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。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

5、的主要技術(shù)指標是輸出功率與效率功率放大器的主要技術(shù)指標是輸出功率與效率 工程上普遍采用近似的分析方法工程上普遍采用近似的分析方法折線法來分析其工作折線法來分析其工作原理和工作狀態(tài)原理和工作狀態(tài) 114 4、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同共同之處共同之處: :都要求輸出功率大和效率高。都要求輸出功率大和效率高。 功率放大器實質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的功率放大器實質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。器的效率。 諧振功率放大器通常用來放大

6、窄帶高頻信號諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號( (信號的通信號的通帶寬度只有其中心頻率的帶寬度只有其中心頻率的1%1%或更小或更小) )，其工作狀態(tài)通常選，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)為丙類工作狀態(tài)( ( c c9090 ) )，為了不失真的放大信號，它的，為了不失真的放大信號，它的負載必須是諧振回路。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。乙類工作狀態(tài)；

7、寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負載。125.2.1 5.2.1 獲得高效率所需要的條件獲得高效率所需要的條件5.2.2 5.2.2 功率關(guān)系功率關(guān)系13諧振功率放大器的基本電路晶體管的作用是在將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。諧振回路LC是晶體管的負載電路工作在丙類工作狀態(tài)外部電路關(guān)系式：晶體管的內(nèi)部特性：coscosBBBbmCCCcmvVVtvVVt 輸入輸出()ccBBZig vV轉(zhuǎn)移特性方程14故晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線表達式：故晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線表達式： 轉(zhuǎn)移 特性 ic VBZ o 理想化 ic max ic t o +c c o +c c vBmax Vb

8、mm vB vb VBB t 諧振功率放大器轉(zhuǎn)移特性曲線諧振功率放大器轉(zhuǎn)移特性曲線故得：故得：cosBBBZcbmVVV必須強調(diào)指出，必須強調(diào)指出，集電極電流集電極電流i ic c雖然雖然是脈沖狀，但由于諧振回路的這是脈沖狀，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。形的輸出。諧振功率放大器各部分的電壓與電諧振功率放大器各部分的電壓與電流的波形圖如下圖所示流的波形圖如下圖所示15 VBZ VBB t VCC t t t vB ib ic vc Vcm Vcm vb 高頻高頻功率放大器功率放大器中各分中各分電壓與電流的關(guān)系電壓與電流的關(guān)系cCCceVv（

9、a a）16 t 或電壓 電流 VBZ o iCmax vC min ic c vC Vcm VCC ic vc vB max 2 VBB vB Vbm vb 32 2 52 (b) 高頻功率放大器中各部高頻功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系分電壓與電流的關(guān)系17 + C + + ic L + iL LCLC回路能量轉(zhuǎn)換過程回路能量轉(zhuǎn)換過程回路的這種濾波作用也可從能量的觀點來解釋。回路的這種濾波作用也可從能量的觀點來解釋?；芈肥怯苫芈肥怯蒐 L、C C二個儲能元件組成。二個儲能元件組成。 當晶體管由截止轉(zhuǎn)入導電時，由于回當晶體管由截止轉(zhuǎn)入導電時，由于回路中電感路中電感L L的電流不能突變，因此

10、，輸?shù)碾娏鞑荒芡蛔?，因此，輸出脈沖電流的大部分流過電容出脈沖電流的大部分流過電容C C，即使，即使C C充電。充電電壓的方向是下正上負。這充電。充電電壓的方向是下正上負。這時直流電源時直流電源V VCCCC給出的能量儲存在電容給出的能量儲存在電容C C之中。過了一段時間，當電容兩端的電之中。過了一段時間，當電容兩端的電壓增大到一定程度壓增大到一定程度( (接近電源電壓接近電源電壓) )，晶，晶體管截止。體管截止。 由于這種周期性的能量補充，所以振蕩回路能維持振蕩。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)當補充的能量與消耗的能量相等時，

11、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。平衡，因而維持了等幅的正弦波振蕩。18 功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制功率放大器的作用原理是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)榻涣餍偶姌O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?。號功率輸出去。由前述所知：由前述所知?有一部分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電有一部分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電極耗散功率。表示轉(zhuǎn)換能力，引入集電極效率的概念。極耗散功率。表示轉(zhuǎn)換能力，引入集電極效率的概念。P P= = =直流電源供給的直流功率；直流電源供給的直流功率；P

12、 Po o= =交流輸出信號功率；交流輸出信號功率；P Pc c= =集電極耗散功率；集電極耗散功率；根據(jù)能量守衡定理：根據(jù)能量守衡定理：故集電極效率：故集電極效率：oococPPPPP19由上式可以得出以下兩點結(jié)論：由上式可以得出以下兩點結(jié)論：1) 1) 設(shè)法盡量降低集電極耗散功率設(shè)法盡量降低集電極耗散功率P Pc c，則集電極效率，則集電極效率 c c自自 然會提高。這樣，在給定然會提高。這樣，在給定P P= =時，晶體管的交流輸出功時，晶體管的交流輸出功 率率P Po o就會增大；就會增大；2） 由式由式1coccPP可知可知 如果維持晶體管的集電極耗散功率如果維持晶體管的集電極耗散功率

13、P Pc c不超過規(guī)定值，那么不超過規(guī)定值，那么提高集電極效率提高集電極效率 c c，將使交流輸出功率，將使交流輸出功率P Po o大為增加。諧振功大為增加。諧振功率放大器就是從這方面入手，來提高輸出功率與效率的。率放大器就是從這方面入手，來提高輸出功率與效率的。 oococPPPPP20如何減小集電極耗散功率如何減小集電極耗散功率P Pc c 可見使可見使i ic c在在v vc c最低的時候才能通過，那么，集電極耗散功最低的時候才能通過，那么，集電極耗散功率自然會大為減小。率自然會大為減小。晶體管集電極平均耗散功率：晶體管集電極平均耗散功率：01TCCv dtTi 故：要想獲得高的集電極效

14、率，諧振功率放大器的集故：要想獲得高的集電極效率，諧振功率放大器的集電極電流應該是脈沖狀。導通角小于電極電流應該是脈沖狀。導通角小于180180 ，處于丙類工，處于丙類工作狀態(tài)。作狀態(tài)。 諧振功率放大器工作在丙類工作狀態(tài)時諧振功率放大器工作在丙類工作狀態(tài)時 c c9090 ，集電，集電極余弦電流脈沖可分解為傅里葉級數(shù)：極余弦電流脈沖可分解為傅里葉級數(shù)： t 或電壓 電流 VBZ o iCmax vC min ic c vC Vcm VCC ic vc vB max 2 VBB vB Vbm vb 32 2 52 (b) 21直流功率：直流功率：輸出交流功率：輸出交流功率：V Vcmcm 回路兩

15、端的基頻電壓回路兩端的基頻電壓 I Icm1 cm1 基頻電流基頻電流R Rp p 回路的諧振阻抗回路的諧振阻抗 放大器的集電極效率：放大器的集電極效率：110112()2cmcmoccCCcVIPgPVI22cmCCVV集電極電壓利用系數(shù)集電極電壓利用系數(shù)110()cmccIgI波形系數(shù)，通角波形系數(shù)，通角 c c的函數(shù)；的函數(shù)； c c越小越小g g1 1( ( c c) )越大越大 越大越大( (即即V Vcmcm越大或越大或v vminmin越小越小) ) c c越小效率越小效率 c c越高。因此，丙越高。因此，丙類諧振功率放大器提高效率類諧振功率放大器提高效率 c c的途徑即為減小的

16、途徑即為減小 c c角角；使；使LCLC回路諧振在信號的回路諧振在信號的基頻基頻上，即上，即i ic c的最大值應對應的最大值應對應v vc c的最小值的最小值。放大高頻信號；非線性工作狀態(tài)；基極偏置為負值；半通放大高頻信號；非線性工作狀態(tài)；基極偏置為負值；半通角角 c c9090 ，即丙類工作狀態(tài)；負載為，即丙類工作狀態(tài)；負載為LCLC諧振回路。諧振回路。故諧振功率放大器的工作特點：故諧振功率放大器的工作特點：235.3.2 5.3.2 集電極余弦電流脈沖的分解集電極余弦電流脈沖的分解5.3.3 5.3.3 高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性5.3.4 5.

17、3.4 各極電壓對工作狀態(tài)的影響各極電壓對工作狀態(tài)的影響5.3.5 5.3.5 工作狀態(tài)的計算工作狀態(tài)的計算( (估算估算) )舉例舉例5.3.1 5.3.1 晶體管特性曲線的理想化及其解析式晶體管特性曲線的理想化及其解析式24 對諧振功率放大器進行分析計算，關(guān)鍵在于求出電流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的直流分量I Ic0c0和基頻分量和基頻分量I Icm1cm1。 工程上都采用工程上都采用近似估算和實驗調(diào)整近似估算和實驗調(diào)整相結(jié)合的方法對高相結(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。分析法

18、。 所謂折線法是將電子器件的特性曲線理想化，用一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。法。25折線化的前提要求：工作在低頻區(qū)折線化的前提要求：工作在低頻區(qū)低頻區(qū)低頻區(qū):f :f工作工作0.5f0.5f ( (可忽略內(nèi)部電抗可忽略內(nèi)部電抗) )中頻區(qū)中頻區(qū):0.5f:0.5f ff工作工作0.2f0.2fT T( (考慮內(nèi)部電抗考慮內(nèi)部電抗) )高頻區(qū)高頻區(qū):0.2f:0.2fT Tff工作工作f回路損耗電阻回路損耗電阻r r1 1 2222111() ()()kkkAIMIRM回路送至負載

19、的功率電子器件送至回路的總功率rrrrrrr 衡量回路傳輸能力優(yōu)劣的標準，通常以輸出至負載的有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中介回路的傳輸效率 k k，簡稱中介回路效率。，簡稱中介回路效率。1101 1111111 ()ppLLLRQQCLLRQQC 無負載時的回路諧振阻抗無負載時的回路 值有負載時的回路諧振阻抗有負載時的回路 值rrrrrr80 從回路傳輸效率高的觀點來看，應使從回路傳輸效率高的觀點來看，應使QQL L盡可能地小。盡可能地小。但從要求回路

20、濾波作用良好來考慮，則但從要求回路濾波作用良好來考慮，則QQL L值又應該足夠大。值又應該足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，從兼顧這兩方面出發(fā)，QQL L值一般不應小于值一般不應小于1010。在功率很。在功率很大的放大器中，大的放大器中，Q QL L也有低到也有低到1010以下的。以下的。 例例6.5.16.5.11110111pLkpRQrRQ rrrrr故有故有: :81 下圖是兩種下圖是兩種 形網(wǎng)絡(luò)是其中的形式之一形網(wǎng)絡(luò)是其中的形式之一( (也可以用也可以用T T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)) )。圖中圖中R R2 2代表終端代表終端( (負載負載) )電阻，電阻，R R1 1代表由代表由R R2 2折合到左

21、端的等效折合到左端的等效電阻，故接線用虛線表示。電阻，故接線用虛線表示。 R1 C1 C2 R2 L1 (a) 11(1)2(2)222(1)1112(3)11212CRXQLRXCRQLRQ RRLXLQQ XLLC82 下圖是兩種下圖是兩種 形網(wǎng)絡(luò)是其中的形式之一形網(wǎng)絡(luò)是其中的形式之一( (也可以用也可以用T T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)) )。圖中圖中R R2 2代表終端代表終端( (負載負載) )電阻，電阻，R R1 1代表由代表由R R2 2折合到左端的等效折合到左端的等效電阻，故接線用虛線表示。電阻，故接線用虛線表示。 R1 C1 R2 C2 L1 (b) 1(1)112(2)122122(3)

22、122(1)11RXCQLQ RRLXCQQ XLLCRXLRQLR 圖中的圖中的R R2 2一般代表終端一般代表終端( (負載負載) )電阻，電阻，R R1 1則代表由則代表由R R2 2折合到左端的等折合到左端的等效電阻，現(xiàn)以效電阻，現(xiàn)以 (a)(a)為例進行計算公式的推導為例進行計算公式的推導 兩種兩種型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò)(a)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2 將并聯(lián)回路將并聯(lián)回路R R1 1C C1 1與與R R2 2C C2 2變換為串聯(lián)形式，變換為串聯(lián)形式，由串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式可得由串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式可得L1C1R1C2R21212c12c121111RRXXQR

23、R C12C12121C1XXRRX 2212c22c22RRXXR C12C22222C2XXRRX 網(wǎng)絡(luò)匹配時，網(wǎng)絡(luò)匹配時，R R1 1= R R2 2 由諧振條件得由諧振條件得 : :842. 2. 級間耦合網(wǎng)絡(luò)級間耦合網(wǎng)絡(luò) 多級功放中間級的一個很大問題是后級放大器的輸入阻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)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。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)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)，則由

24、于負發(fā)生變化。此時，若前級原來工作在欠壓狀態(tài)，則由于負載的變化，其輸出電壓將不穩(wěn)定。載的變化，其輸出電壓將不穩(wěn)定。 對于中間級而言，最主要的是應該保證它的電壓輸出穩(wěn)對于中間級而言，最主要的是應該保證它的電壓輸出穩(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。問題。 欠 壓 過 壓 0 臨界 Ic m 1 Ic m 0 VC m Rp 0 c P= Po Pc 欠 壓 過 壓 臨界 Rp 85對于中間級應采取如下措施：對于中間級應采取如下措施：1) 1) 使中間級放大器工作于過壓狀態(tài)，使它近似為一個恒使中間級放大器工作于過壓狀態(tài)，使它近

25、似為一個恒 壓源。壓源。2) 2) 降低級間耦合回路的效率?；芈沸式档秃?，其本身降低級間耦合回路的效率?；芈沸式档秃?，其本身 的損耗加大。這樣下級輸入阻抗的變化相對于回路本的損耗加大。這樣下級輸入阻抗的變化相對于回路本 身的損耗而言就不顯得重要了。中間級耦合回路的效身的損耗而言就不顯得重要了。中間級耦合回路的效 率一般為率一般為 k k=0.1-0.5=0.1-0.5，平均在，平均在0.30.3上下。也就是說，中上下。也就是說，中 間級的輸出功率應為后一級所需激勵功率的間級的輸出功率應為后一級所需激勵功率的2-102-10倍。倍。 86甲、乙、丙類甲、乙、丙類 放大器的比較放大器的比較87

26、 甲到乙到丙類是通過不斷減小導通角甲到乙到丙類是通過不斷減小導通角 c c ，通過減少，通過減少i ic c的流通的流通時間時間( (P Pc)c)，使，使 。 c c太小時太小時, , 雖高雖高, ,但但I Icm1,cm1,P Po o反而下降。反而下降。 為提高為提高I Icm1cm1，必須加大激勵電壓必須加大激勵電壓( (太大會擊穿管子太大會擊穿管子) )。 丁丁(D)(D)類，戊類，戊(E)(E)類采用固定類采用固定 c c =90=90o o(Icm1(Icm1固定固定) )，而盡量減，而盡量減小小PcPc的方法，提高的方法，提高,即：管子工作于開關(guān)狀態(tài)即：管子工作于開關(guān)狀態(tài) 導通

27、時進入飽和區(qū)：導通時進入飽和區(qū)： v vc c=V=Vcesces, , 截止時進入截止區(qū)：截止時進入截止區(qū)： i ic c=0=0 使使PcPc大大減小大大減小, ,使使,理想時理想時 接近接近100%100%。88 晶體管丁類放大器都是由兩個晶體管組成的，它們輪晶體管丁類放大器都是由兩個晶體管組成的，它們輪流導電，來完成功率放大任務?？刂凭w管工作于開關(guān)流導電，來完成功率放大任務?？刂凭w管工作于開關(guān)狀態(tài)的激勵電壓波形可以是正弦波，也可以是方波。晶狀態(tài)的激勵電壓波形可以是正弦波，也可以是方波。晶體管丁類放大器有兩種類型的電路：一種是電流開關(guān)型，體管丁類放大器有兩種類型的電路：一種是電流開關(guān)

28、型，另一種是電壓開關(guān)型。另一種是電壓開關(guān)型。 89一、電流開關(guān)型電路一、電流開關(guān)型電路 工作原理：工作原理：主要波形主要波形90在在 中心點處的電壓平均值等于電源電壓中心點處的電壓平均值等于電源電壓 集電極回路兩端交流電壓的峰值為集電極回路兩端交流電壓的峰值為 它的均方根值為它的均方根值為 2()()2()()()()1()cos2()()2CCMCE satCE satMCE satCE satmCCCE satCE satVVVtVd tVVVVVVV()()2()()cmMCE satCCCE satVVVVV()2()()222()()22cmcccCE satcmCCpcmCCccC

29、E satppVVVVVIRVIVVRR91由此可見，晶體管的飽和壓降 越小， 就越高。若 0 ，則100 。這是丁類放大器的主要優(yōu)點。 功率與效率功率與效率92電壓開關(guān)型丁類放大器電壓開關(guān)型丁類放大器二、電壓開關(guān)型電路二、電壓開關(guān)型電路 93 V VT T1 1和和V VT T2 2輪流導通、截止。輪流導通、截止。L L、C C、R R串聯(lián)串聯(lián)( (電流電流) )諧振，諧振，諧振于基波頻率諧振于基波頻率( (選頻選頻) )。 工作波形工作波形94輸出電壓峰值為輸出電壓峰值為 02cos()CCLLSVvRtRR02()CCmLLSVvRRR95電源供給的電流為半波正弦，因此集電極平均電流為電

30、源供給的電流為半波正弦，因此集電極平均電流為 輸出到諧振回路的交流功率為輸出到諧振回路的交流功率為 直流輸入功率直流輸入功率因此集電極效率為因此集電極效率為 222221cos2()()CCCCCCLSLSVVItd tRRRR202222()omCCLLLSVVRPRRR222()CCCCCCLSVPVIRR0()LCLSPRPRR96集電極功率耗散為集電極功率耗散為 22202222222()()()()CCCCLCCSCLSLSLSLSVVRVRPPPRRRRRRRR()()SSCCCCCLSLSRRPVIPRRRR979899100 以以LCLC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相

31、對通頻帶只有百諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對通頻帶只有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱為窄帶高頻功率放大器。由于調(diào)諧系統(tǒng)分之幾甚至千分之幾，所以又稱為窄帶高頻功率放大器。由于調(diào)諧系統(tǒng)復雜，窄帶功率放大器的運用就受到了很大的限制復雜，窄帶功率放大器的運用就受到了很大的限制 。 近年來一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實現(xiàn)不調(diào)諧工作的寬頻帶近年來一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實現(xiàn)不調(diào)諧工作的寬頻帶功率放大器得到了迅速的推廣。功率放大器得到了迅速的推廣。 寬帶功率放大器，實際上就是一種以非調(diào)諧單元作為輸出匹配電路寬帶功率放大器，實際上就是一種以非調(diào)諧單元作為輸出匹配電路的功率放大器。它是以頻率

32、特性很寬的傳輸線變壓器，代替了電阻、電的功率放大器。它是以頻率特性很寬的傳輸線變壓器，代替了電阻、電容或電感線圈作為其輸出電路容或電感線圈作為其輸出電路 。 寬頻帶功率放大器沒有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個重要寬頻帶功率放大器沒有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個重要的問題。為此，放大管的工作狀態(tài)就只能選在非線性畸變比較小的甲的問題。為此，放大管的工作狀態(tài)就只能選在非線性畸變比較小的甲類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，也就是說寬頻帶放大器是以犧牲效率作類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，也就是說寬頻帶放大器是以犧牲效率作為代價來換取寬頻帶輸出的為代價來換取寬頻帶輸出的 。 1011. 1. 普通變壓器不能在較

33、寬頻內(nèi)工作的原因普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因 圖圖 (b)(b)中中L L、L Ls1s1、r r1 1是變壓器初級繞組的電感、漏感和損耗電阻；是變壓器初級繞組的電感、漏感和損耗電阻；L Ls2s2、r r2 2 是折合到初級后，次級繞組的漏感和損耗電阻；是折合到初級后，次級繞組的漏感和損耗電阻；C C是變壓器各分布電容折是變壓器各分布電容折合到初級后的總和；合到初級后的總和；R RL L是折合到初級后的等效負載電阻。是折合到初級后的等效負載電阻。 在高頻端由于初級繞組電感的感抗很強，因此在高頻端等效電路中可在高頻端由于初級繞組電感的感抗很強，因此在高頻端等效電路中可以認為電感以認為電感

34、L L是開路，如圖是開路，如圖(c)(c)。在低頻端，由于頻率較低，各漏感和損。在低頻端，由于頻率較低，各漏感和損耗電阻很小，也可略去不計，可以認為電容耗電阻很小，也可略去不計，可以認為電容C C開路，如圖開路，如圖 (d)(d)；(a)(a)原理電路原理電路(b)(b)等效電路等效電路(c)(c)高頻端等效電路高頻端等效電路(d)(d)低頻端等效電路低頻端等效電路(e) (e) 頻率響應曲線頻率響應曲線u us sR Rs sR RL Lu uo oR Rs sR Rs sR Rs su us su us su us sr r1 1L Ls1s1L LL Ls2s2r r2 2C CR R

35、L Lr rL Ls sL LC CR R L LR R L Lf fs sf fu uo o一般變壓器的等效電路一般變壓器的等效電路 可見工作頻率越低，電感可見工作頻率越低，電感L L的旁路作用就越大，于是輸出電壓將隨著工的旁路作用就越大，于是輸出電壓將隨著工作頻率的降低而下將。在高頻端作頻率的降低而下將。在高頻端負載負載R R L L接在接在L Ls s和和C C組成的串聯(lián)諧振回路容組成的串聯(lián)諧振回路容抗元件的兩端抗元件的兩端，在串聯(lián)諧振頻率，在串聯(lián)諧振頻率f fs s的附近，負載兩端的電壓急劇增加，并在的附近，負載兩端的電壓急劇增加，并在f fs s上達到最大值。但是，偏離諧振頻率上達到

36、最大值。但是，偏離諧振頻率f fs s，電壓將急劇減小，電壓將急劇減小 102為使變壓器工作于高頻并展寬頻帶需采取的措施：為使變壓器工作于高頻并展寬頻帶需采取的措施： 盡量減小線圈的漏感與分布電容；盡量減小線圈的漏感與分布電容； 采取使用鐵氧體磁心，匝數(shù)少，匝間距大采取使用鐵氧體磁心，匝數(shù)少，匝間距大 減小磁心的功率損耗；減小磁心的功率損耗； 采用高頻鐵氧體磁心采用高頻鐵氧體磁心 為展寬低頻響應，初級線圈電感大。為展寬低頻響應，初級線圈電感大。 采用高導磁率磁心，加大環(huán)形磁心截面積、適當增采用高導磁率磁心，加大環(huán)形磁心截面積、適當增加匝數(shù)。加匝數(shù)。103傳輸線變壓器 解決普通變壓器不能滿足工作

37、頻率高、頻帶寬的矛盾。解決普通變壓器不能滿足工作頻率高、頻帶寬的矛盾。1.1.傳輸線變壓器結(jié)構(gòu)傳輸線變壓器結(jié)構(gòu) 用兩根平行線繞在用兩根平行線繞在高導磁率的磁環(huán)上。高導磁率的磁環(huán)上。1042.2.傳輸線變壓器電路表示形式傳輸線變壓器電路表示形式 低頻端采用變壓器的工作模式，高頻端采用傳輸線低頻端采用變壓器的工作模式，高頻端采用傳輸線模式，利用分布電容傳輸高頻信號。模式，利用分布電容傳輸高頻信號。1053. 寬頻帶傳輸線變壓器的工作原理 傳輸線變壓器與普通變壓器在傳輸能量的方式上是不相同的，傳輸線傳輸線變壓器與普通變壓器在傳輸能量的方式上是不相同的，傳輸線變壓器負載兩端的電壓不是次級感應電壓，而是

38、傳輸線的終端電壓。變壓器負載兩端的電壓不是次級感應電壓，而是傳輸線的終端電壓。 兩根導線緊靠在一起，所以導線任意長度處的線兩根導線緊靠在一起，所以導線任意長度處的線間電容很大，且在整個線上均勻分布。其次，兩根間電容很大，且在整個線上均勻分布。其次，兩根等長導線同時繞在高磁導率磁芯上，所以導線上均等長導線同時繞在高磁導率磁芯上，所以導線上均勻分布的電感量也很大，這種電路通常又叫分布參勻分布的電感量也很大，這種電路通常又叫分布參數(shù)電路。數(shù)電路。 u us su us su us sR RL LR RL LR RL LR Rs sR Rs sR Rs s(a) (a) 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖(c) (

39、c) 普通變壓器的原理電路普通變壓器的原理電路(b) (b) 原理電路圖原理電路圖u u1 1u u2 2u u1 1u u2 2u u1 1u u2 2 在傳輸線變壓器中，線間的分布電容不影響高頻能量的傳輸，電磁波以在傳輸線變壓器中，線間的分布電容不影響高頻能量的傳輸，電磁波以電磁能交換的形式在導線間介質(zhì)中傳播的。電磁能交換的形式在導線間介質(zhì)中傳播的。 106(1) 1(1) 1：1 1傳輸線變壓器傳輸線變壓器 4. 常用傳輸線變壓器分析 1 1：1 1傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。當傳輸線無損時，可以認為傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。當傳輸線無損時，可以認為u u1 1= =u u2 2和

40、和i i1 1= =i i2 2。u us sR RL LR Rs su u1 1u u2 2i i1 1i i2 2如果傳輸線的特性阻抗：如果傳輸線的特性阻抗： 傳輸線輸出端的等效阻抗為：傳輸線輸出端的等效阻抗為：輸入端（輸入端（1 1、3 3端）的等效阻抗為端）的等效阻抗為 ：為了實現(xiàn)傳輸線變壓器與負載的匹配，要求：為了實現(xiàn)傳輸線變壓器與負載的匹配，要求： 為了實現(xiàn)信號源與傳輸線變壓器的匹配，要求：為了實現(xiàn)信號源與傳輸線變壓器的匹配，要求： 1 1：1 1傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應該滿足傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應該滿足 ：滿足最佳功率傳輸條件的傳輸線特性阻抗為：滿足最佳功率傳輸條件的傳

41、輸線特性阻抗為： 1 1：1 1傳輸線變壓器具有最大的功率輸出。但實際上，在各種放大電路中傳輸線變壓器具有最大的功率輸出。但實際上，在各種放大電路中R RL L正好等于信號源內(nèi)阻的情況是很少的。因此，正好等于信號源內(nèi)阻的情況是很少的。因此，1 1：1 1傳輸線變壓器很少用傳輸線變壓器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用來作為倒相器，或進行不平衡作阻抗匹配元件，而更多的是用來作為倒相器，或進行不平衡- -平衡以及平平衡以及平衡衡- -不平衡轉(zhuǎn)換。不平衡轉(zhuǎn)換。 107u us sR Rs su us su us su us sR Rs sR Rs sR RL LR RL LR RL LR RL LR

42、 Rs su u1 1u u1 1u u2 2u u2 2i i2 2i i1 1i i1 1+ + i i2 2(2) 1(2) 1：4 4和和4 4：1 1傳輸線變壓器傳輸線變壓器 1 1：4 4傳輸線變壓器是把負載阻抗降為傳輸線變壓器是把負載阻抗降為1/41/4倍以便和信號源相匹配。在負倍以便和信號源相匹配。在負載匹配的條件下，有載匹配的條件下，有 u u1 1= =u u2 2= =u u和，和，i i1 1= =i i2 2= =i i 由于變壓器的由于變壓器的1 1端與端與4 4端相連，端相連，輸入端輸入端1 1端與端與3 3端的電壓為端的電壓為u u，負載負載R RL L上的電壓

43、為上的電壓為u u1 1+ +u u2 2=2=2u u，輸入端輸入端1 1的電流為的電流為i i1 1+ +i i2 2=2=2i i，且且u u1 1u u1 1u u2 2u u2 2i i2 22 2u ui i1 1i i1 1+ + i i2 2+ +2 2u u- -i i傳輸線變壓器的輸入阻抗為傳輸線變壓器的輸入阻抗為 ：傳輸線變壓器把負載傳輸線變壓器把負載R RL L變換為變換為R RL L/4/4，實現(xiàn)了，實現(xiàn)了1 1：4 4的阻抗變換。的阻抗變換。 如果把輸入端和輸出端對調(diào)就成為如果把輸入端和輸出端對調(diào)就成為4 4：1 1傳輸線變壓器。傳輸線變壓器。4 4：1 1傳輸線變

44、壓傳輸線變壓器把負載阻抗升高器把負載阻抗升高4 4倍和信號源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器具倍和信號源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器具有有4 4：1 1的阻抗變換作用。的阻抗變換作用。 i i1085.9.1 5.9.1 功率合成與分配網(wǎng)絡(luò)應滿足的條件功率合成與分配網(wǎng)絡(luò)應滿足的條件5.9.2 5.9.2 功率合成功率合成( (或分配或分配) )網(wǎng)絡(luò)原理網(wǎng)絡(luò)原理5.9.3 5.9.3 功率合成電路舉例功率合成電路舉例109在高頻功率放大器中，當需要的輸出功率超過單個電在高頻功率放大器中，當需要的輸出功率超過單個電子器件所能輸出的功率時，可以將幾個電子器件的輸出功子器件所能輸出的功率時

45、，可以將幾個電子器件的輸出功率疊加起來，以獲得足夠大的輸出功率。這就是功率合成率疊加起來，以獲得足夠大的輸出功率。這就是功率合成技術(shù)。技術(shù)。舉例：舉例：110111112113AIBIDICIC21IC21IAVBVDVCV114AIBIDICICI21CI21AVBVDVCVDCBDCACDBCDA21212121VVVVVVIIIIII115BADBACABDBAC22VVVVVVIIIIIIDCBDCACDBCDA21212121VVVVVVIIIIII116RRRRRDCBA212117118119120 倍頻器（倍頻器（ Frequency DoublerFrequency Doubler ）是一種輸出信號頻率等于）是一種輸出信號