1、第三章 高頻調(diào)諧功率放大器,第三章 高頻調(diào)諧功率放大器 3.1 概述 3.2 調(diào)諧功率放大器的工作原理 3.3 功率和效率 3.4 調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析 3.5 調(diào)諧功率放大器的實(shí)用電路 3.6 功率晶體管的高頻效應(yīng) 3.7 倍頻器 3.8 集成高頻功率放大電路及應(yīng)用簡(jiǎn)介,二、本章重點(diǎn)和難點(diǎn),（一）本章重點(diǎn) 1.調(diào)諧功放的用途與特點(diǎn)(與小信號(hào)調(diào)諧放大器進(jìn)行 比較)； 2.調(diào)諧功放的工作原理； 3.功率和效率，區(qū)別五種功率和兩種效率； 4.工作狀態(tài)(過(guò)壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài))和阻 抗變換問(wèn)題； 5.直流饋電電路；自給偏壓環(huán)節(jié)基流偏壓與射 流偏壓； 6.倍頻器。,（二）本章難點(diǎn) 1.工

2、作狀態(tài)分析特別是過(guò)壓狀態(tài)； 2.自給偏壓環(huán)節(jié)； 3.調(diào)諧功率放大器動(dòng)態(tài)負(fù)載線。,一、作用 高頻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)換為高頻交流輸出。 高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。它的作用是放大信號(hào)，使之達(dá)到足夠功率輸出，以滿足天線發(fā)射或其他負(fù)載的要求。,3.1 概述,高頻功率放大器的分類(lèi)（按其工作頻帶的寬窄劃分）： 窄帶和寬帶兩種 窄帶高頻功率放大器： 通常以選頻電路作為輸出回路，故又稱(chēng)為調(diào)諧功率放 大器； 寬帶高頻功率放大器： 輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因 此又稱(chēng)為非調(diào)諧功率放大器。 注意： 本章主要討論調(diào)諧功率放大器。,高頻調(diào)諧功率放

3、大器和小信號(hào)調(diào)諧放大器的異同之處： 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： 小信號(hào)調(diào)諧放大器的輸入信號(hào)很小，在微伏到毫伏數(shù)量級(jí)，晶 體管工作于線性區(qū)，它的功率很小，但通過(guò)阻抗匹配，可以獲 得很大的功率增益（3040db）；小信號(hào)放大器一般工作在 甲類(lèi)狀態(tài)，效率很低。,調(diào)諧功率放大器的輸入信號(hào)很大，為幾百毫伏到幾伏，晶體管 工作延伸到非線性區(qū)域截至和飽和區(qū)。這種放大器的輸出 功率大，以滿足天線發(fā)射或其他負(fù)載的要求，效率較高，一般 工作在丙類(lèi)狀態(tài)。,高頻調(diào)諧功率放大器和低頻放大器的異同之處： 相同之處： 輸出功率大，效率要高。,不同之處： 1、工作頻率與

4、相對(duì)帶寬不同。 2、放大器的負(fù)載不同。 低頻負(fù)載：電阻、變壓器。高頻負(fù)載：諧振回路 3、放大器的工作狀態(tài)不同 它的主要技術(shù)指標(biāo)有： 輸出功率、效率和諧波抑制度（輸出中的諧波分量應(yīng)盡量小）等。 調(diào)諧功率放大器的電子器件： 晶體管或電子管。,1.輸入信號(hào)強(qiáng)，電壓在幾百毫伏幾伏數(shù)量級(jí)附近; 2.為了提高放大器的工作效率，它通常工作在丙類(lèi)，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域飽和區(qū)、截止區(qū); 3.要求：輸出功率大、效率高。,二、特點(diǎn),功率較低的場(chǎng)合一般用晶體管，功率大的場(chǎng)合用電子管。,高頻功率放大器因工作于大信號(hào)的非線 性狀態(tài)，用解析法分析較困難，故工程上普 遍采用近似的分析方法折線法來(lái)分析其 工作原理和工作

5、狀態(tài)。,三、分析方法,3.2 調(diào)諧功率放大器的工作原理,一、電路 二、折線近似分析法直線段近似法 三、晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)、導(dǎo)通角、 余弦脈沖電流的分析 四、槽路電壓,注意:該電路和小信號(hào)調(diào)諧放大器的不同(bias),3.2.1 電路,各元件的作用：,Ec 是直流電源電壓； Eb 是基極偏置電源電壓。 輸入信號(hào)經(jīng)變壓器T1 耦合到晶體管基-射極， 這個(gè)信號(hào)也叫激勵(lì)信號(hào)。 L、C 組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負(fù)載， 這個(gè)回路也叫槽路。 放大后的信號(hào)通過(guò)變壓器耦合到負(fù)載 RL上以 達(dá)到阻抗匹配的要求。,注意： 在實(shí)際工作中，為了節(jié)省電源，可以不加偏置，或采 用自給偏壓代替Eb。,3.2.2 晶體管特性

6、的折線化 折線近似分析法： 將電子器件的特性理想化，每條特性曲線用一組折線 來(lái)代替。忽略特性曲線彎曲部分的影響，簡(jiǎn)化了電流 的計(jì)算，雖然精度較低，但仍可滿足工程的需要。,圖3-2 晶體管特性及其折線化,轉(zhuǎn)移特性曲線： OA 、AB近似 輸出特性曲線： EO 、OC、 CD近似 臨界線： 斜線穿過(guò)每一條靜態(tài)輸出特性曲線的拐點(diǎn)臨界點(diǎn)， 稱(chēng)為臨界線 臨界狀態(tài)： 當(dāng)放大器在激勵(lì)電壓 ube 和集電極電壓 uc 為最大 值的瞬間工作在臨界點(diǎn)時(shí)，稱(chēng)為工作在臨界狀態(tài)；,放大狀態(tài)： 工作在臨界線右邊時(shí)，稱(chēng)為放大狀態(tài)。 飽和狀態(tài)或過(guò)壓狀態(tài)： 工作在臨界線左邊即坐標(biāo)原點(diǎn)與臨界線之間的任意一點(diǎn)時(shí)，稱(chēng)為工作在. 臨界

7、方程： ic = gcruce, gcr 具有電導(dǎo)的量綱 在轉(zhuǎn)移特性的放大區(qū)，折線化后的AB線斜率為g(約為幾十至幾百毫 安/伏)。此時(shí)，理想靜態(tài)特性可用下式表示：,折線近似分析法的優(yōu)點(diǎn)： 略。,3.2.3 晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)、導(dǎo)通角 設(shè)輸入信號(hào)為：,加到晶體管基-射極電壓為 ： Eb 基極反偏電壓 三極管導(dǎo)通條件： ub Eb + Uj,無(wú)信號(hào)：晶體管截止 有信號(hào)：激勵(lì)信號(hào) Eb+Uj 導(dǎo)通,特別注意,圖3-3 折線法分析非線性電路電流電壓波形,注意： 管子只在一個(gè)周期的一小部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，故集電極電流是 周期性的余弦脈沖。 導(dǎo)通角： 把集電極電流導(dǎo)通時(shí)間的一半稱(chēng)為集電極電流的導(dǎo)通角用 表示,

8、放大器工作在甲類(lèi)： 管子在整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 放大器工作在乙類(lèi)： 管子在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 放大器工作在丙類(lèi)： 管子導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周期,導(dǎo)通角的解：,故：,分析： （Uj+Eb）一定， 激勵(lì)愈強(qiáng)（Ubm）， 愈大 Ubm一定， （Uj+Eb）愈強(qiáng) ， 愈小,3.2.4 集電極余弦脈沖電流分析 時(shí)， 管子截止，ic = 0 時(shí)， 管子導(dǎo)通，ic 0,即： - wt , ic 0 ,其余時(shí)間ic = 0 ,故ic 的波形是被切除了 下半部分的余弦脈沖。 下面求余弦脈沖的幅度：,當(dāng) t = 0 時(shí),ic 最大，以Icmax 表示，可得 Icmax = g bm(1-cos) 這樣電流ic又可寫(xiě)成： 傅立葉

9、級(jí)數(shù)展開(kāi)式為：,基波分量幅度為：,n 次諧波分量幅度為：,上述各式都包含兩部分： 最大電流Icmax、以 為變量的函數(shù)。 上述各式的第二部分分別用 表示：,直流成分為 基波成分為 2次諧波為 、 、 稱(chēng)作余弦脈沖分解系數(shù)，它們是導(dǎo)通角 的函數(shù)。 為了使用方便，將幾個(gè)常用分解系數(shù)與 的關(guān)系繪制在圖3-4中。,圖3-4 余弦脈沖分解系數(shù)曲線,、 的特點(diǎn) 1） 2） 當(dāng) ， ，,結(jié)論： 1. 調(diào)諧功率放大器的激勵(lì)信號(hào)大，它的轉(zhuǎn)移特性曲線可用折線 近似。 2. 在余弦信號(hào)激勵(lì)時(shí)，只要知道電流的導(dǎo)通角 ，就可以求 得各次諧波分解系數(shù) 。 3. 若電流的峰值已知，電流得各次諧波分量就完全確定。 3.2.5

10、 槽路電壓 槽路是調(diào)諧在信號(hào)基波頻率的，槽路對(duì)基波具有最大的阻抗，并且表現(xiàn)為純電阻性，而對(duì)于其它諧波，其阻抗要小的多。 故槽路電壓基本上是一個(gè)正弦波即基波,晶體管集電極電壓： uce = Ec - Ucmcoswt,特別注意,Ucm : 槽路電壓幅值（抽頭 部分）， Ucm = Ic1m Rc,Rc: 是集電極等效負(fù)載電阻，也即槽路調(diào)諧在基波頻率時(shí)，并聯(lián)諧 振電阻折算到抽頭部分的數(shù)值。,0,注意： 上述計(jì)算中沒(méi)有考慮晶體管的輸出阻抗，這是因?yàn)檎{(diào)諧功率放 大器的負(fù)載一般遠(yuǎn)小于晶體管輸出阻抗，在計(jì)算中可以忽略它 的影響。,3.3 功率和效率 從能量轉(zhuǎn)換方面看： 放大器是通過(guò)晶體管把直流功率轉(zhuǎn)換成交

11、流功率，通 過(guò)槽路把脈沖功率轉(zhuǎn)換為正弦功率，然后傳輸給負(fù)載。 說(shuō)明： 在能量的轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生損耗，所 以放大器的效率不能達(dá)到100。功率放大器功率大， 電源供給、管子發(fā)熱等問(wèn)題也大。為了盡量減小損耗， 合理地利用晶體管和電源，必須分析功率放大器的功率 和效率問(wèn)題。,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PS ； 通過(guò)晶體管轉(zhuǎn)換的交流功率，即晶體管集電極輸出的 交流功率 Po； 通過(guò)槽路送給負(fù)載的交流功率，即RL上得到的功率PL ； 晶體管在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損耗功率，即晶體管損耗功 率PC ； 槽路損耗功率PT。,五項(xiàng)功率的相互關(guān)系 :,圖3-5 調(diào)諧功率放

12、大器中的功率關(guān)系,集電極效率: 晶體管轉(zhuǎn)換能量的效率叫集電極效率，以 c 表示， 其計(jì)算式為:,槽路效率: 槽路將交流功率Po 傳送給負(fù)載的效率，叫槽路效率以 T 表示，其計(jì)算式為:,下面分析 c 、 T 與哪些因素有關(guān)，以便設(shè)計(jì)出高效率 的放大器:,1.集電極效率,電源供給功率PS和交流輸出功率Po可分別表 示為,集電極效率c為,注意：,集電極電流利用系數(shù) ： 是余弦脈沖基波分量和直流分量分解系數(shù)之比，代 表著集電極電流基波幅值與直流電流之比，所以這個(gè) 比值叫集電極電流利用系數(shù)。,分析： 1. 是 的函數(shù),2.,3.,4.,圖3-4 余弦脈沖分解系數(shù)曲線,集電極電壓利用系數(shù) :,基波電壓幅值

13、為 ：,說(shuō)明：,Ucm/Ec不能任意提高 的原因：,一般管子飽和電壓可按1V計(jì)算，高頻時(shí)可適當(dāng)增大，例如，某放大區(qū)電源電壓 ，管子飽和壓降1V， 電壓利用系數(shù)為,特別注意,根據(jù)以上分析，在調(diào)整較好的調(diào)諧放大器中 對(duì)比，甲類(lèi)放大器 為180,查曲線可知 由此可見(jiàn)丙類(lèi)放大器的 比甲類(lèi)約高一倍， 這正是丙類(lèi)優(yōu)于甲類(lèi)的地方。 同理，丙類(lèi)也高于乙 類(lèi)。,2、 槽路效率,負(fù)載折算到槽路的等效回路:,L,Um是回路兩端的電壓值,將上兩式代入式（3-28）可得,分析：,綜上所述，為了盡可能利用小功率容量 的管子和電源，輸出較大的功率，應(yīng)力求 和 高。 高要適當(dāng)選取 ，電壓利用系數(shù) 盡可能大； 高，要求槽路空載

14、品質(zhì)因數(shù)Q0 大，即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。,3.4 調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析 3.4.1 調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性 調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性： 是晶體管內(nèi)部特性和外部特性結(jié)合起來(lái)的特性（即實(shí) 際放大器的工作特性）。 晶體管內(nèi)部特性： 是在無(wú)載情況下，晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性（見(jiàn) 圖3-2） 晶體管外部特性： 是在有載情況下，晶體管輸入、輸出電壓（ube ， uce ）同時(shí)變化時(shí)，ic ube ，ic uce特性。,圖3-2 晶體管特性及其折線化,放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性由下列三個(gè)方程求得:,內(nèi)部特性方程：,外部特性方程：,將 ube代入式 :,說(shuō)明： Q點(diǎn)位于橫坐標(biāo)的下方，即對(duì)應(yīng)于靜態(tài)工作

15、點(diǎn)的電流為負(fù)，這 實(shí)際上是不可能的，它說(shuō)明Q點(diǎn)是個(gè)假想點(diǎn)，反映了丙類(lèi)放大 器處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極無(wú)電流。,分析： 在回路參數(shù)、偏置、激勵(lì)、電源電壓確定后，ic = f(uce) ，它表 明放大器的動(dòng)態(tài)特性是一條直線，只需找出兩個(gè)特殊點(diǎn)，就可 把動(dòng)態(tài)線繪出。例如，要確定靜態(tài)工作點(diǎn) 和起始導(dǎo)通點(diǎn) 。 對(duì)于靜態(tài)工作點(diǎn)Q，其特征是uce = Ec，故有：,Q點(diǎn)的坐標(biāo)為：,圖3-7調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性,晶體管集電極電壓： uce = Ec - Ucmcoswt,特別注意,對(duì)于起始導(dǎo)通點(diǎn) B，其特征是ic = 0，得,解方程得:,動(dòng)態(tài)線： 連接Q點(diǎn)和B點(diǎn)的直線并向上延長(zhǎng)與ubemax (ubemax

16、= Ubm-Eb )相 交于C點(diǎn)，則直線BC段就是晶體管處于放大區(qū)的動(dòng)態(tài)線。,從上式可以看出，調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)電阻 不僅與導(dǎo)通角 有關(guān)，而且與等效負(fù)載電阻Rc有關(guān)。 (動(dòng)態(tài)線斜率的倒數(shù)即為調(diào)諧放大器的動(dòng)態(tài)電阻 Rc。),由圖3-7可見(jiàn)，放大區(qū)的動(dòng)態(tài)特性，類(lèi)似于低頻 放大器的負(fù)載特性，但是與它有著嚴(yán)格的區(qū)別。其 動(dòng)態(tài)線不僅是負(fù)載的函數(shù)，而且是導(dǎo)通角的函數(shù)。 丙類(lèi)放大器的動(dòng)態(tài)電阻是,3.4.2 調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)及其判別方法 1.調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài) 根據(jù)調(diào)諧功率放大器在工作時(shí)是否進(jìn)入飽和區(qū)，可將放大 器分為欠壓、過(guò)壓和臨界三種工作狀態(tài)。 欠壓： 晶體管工作不進(jìn)入飽和區(qū)，即在

17、任何時(shí)刻都工作在 放大狀態(tài),臨界： 若剛進(jìn)入飽和區(qū)邊緣，則稱(chēng)為 過(guò)壓： 工作時(shí)有部分時(shí)間進(jìn)入飽和區(qū)，則稱(chēng)為. 2. 工作狀態(tài)判別方法 uce ( Ec Ucm) ucemin = Ec - Ucm ucemin Uces ,欠壓工作狀態(tài) ucemin Uces ,臨界工作狀態(tài) ucemin Uces ,過(guò)壓工作狀態(tài),3.4.3 Rc,Ec,Eb和Ubm變化對(duì)放大器狀態(tài)的影響,故三種狀態(tài)取決于： Ec 、Eb、 Ubm、 Rc,當(dāng)調(diào)諧功率放大器的電源電壓、偏置電壓和激勵(lì)電壓幅值一定后，放大器的集電極電流，槽路電壓、輸出功率、效率隨晶體管等效負(fù)載電阻的變化特性被稱(chēng)做調(diào)諧功率放大器的負(fù)載特性。,1.

18、 Rc 變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響調(diào)諧功放的負(fù)載特性,動(dòng)態(tài)線的斜率的倒數(shù)：,圖3-8不同負(fù)載電阻時(shí)的動(dòng)態(tài)特性,圖3-9 放大器的負(fù)載特性曲線,1）. 不同工作狀態(tài)下電流、電壓與Rc的關(guān)系 在欠壓區(qū)Rc增大，Icmax、 略有減小，相應(yīng)地Ic0、 Ic1 也隨Rc增大而減小。 Ucm = Rc Ic1m 在臨界點(diǎn)后Rc再增大，ic波形下凹,Icmax下降較快，相應(yīng)地 Ic0、Ic1 也很快下降，且Rc增大愈多，下降愈迅速。 故在過(guò)壓狀態(tài)， Ic0、Ic1隨Rc增大而減小， Ucm隨Rc增大而略有 增加 2）. 不同狀態(tài)下功率、效率與Rc的關(guān)系 （1）功率和Rc的關(guān)系,（2） 效率與Rc的關(guān)系,注

19、意： 在臨界狀態(tài)，輸出功率po最大，集電極效率c也較高，這時(shí)的 放大器工作在最佳狀態(tài)。因此，放大器工作在臨界狀態(tài)的等效 電阻，就是放大器阻抗匹配的最佳負(fù)載電阻。,結(jié)論： 1. 2. 3.,4.,是指當(dāng)Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能隨集電極電源電壓Ec 變化的特性。 因?yàn)镽c不變，動(dòng)態(tài)負(fù)載特性曲線的斜率不變，又因?yàn)镋b、Ubm不變，ubemax = Ubm - Eb也不變，因而，對(duì)應(yīng)于ucemin的動(dòng)態(tài)點(diǎn)必定在ube = ubemax的那條輸出特性曲線上移動(dòng)。,Ec變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響集電極調(diào)制特性 集電極調(diào)制特性 ：,Ec 變化，ucemin 也隨之變化。使得ucemin和Uc

20、m的相對(duì)大小發(fā)生變化。 當(dāng)Ec較大時(shí)， ucemin 具有較大數(shù)值， ucemin Uces ，放大器工作在欠壓狀態(tài)。 隨著Ec減小，ucemin 也減小，當(dāng)ucemin=Uces ，放大器工作在臨界狀態(tài)。 Ec再減小, ucemin Uces 時(shí)，放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)。,圖3-10 Ec改變時(shí)對(duì)工作狀態(tài)的影響,Ec =Ec2 時(shí)，放大器工作在臨界狀態(tài)； Ec Ec2 時(shí)，放大器工作在欠壓狀態(tài)； Ec Ec2 時(shí)，放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)。 即當(dāng)Ec由大變小時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過(guò)壓，ic波形也由余弦脈沖波形變?yōu)橹虚g出現(xiàn)凹陷的脈沖波?？梢?jiàn)Ec控制ic波形的變化。,圖3-11 集電極調(diào)制特性

21、,由于Ec控制ic 波形的變化，Ic1m、Ic0以及Ucm=Ic1mRc 也同樣隨Ec變化而變化。如圖3-11所示。 這是集電極調(diào)制特性。該特性是晶體管集電極調(diào)幅的理論依據(jù)。 由圖可見(jiàn)，只有在過(guò)壓狀態(tài)Ec對(duì)Ucm才能有較大的控制作用，所以集電極調(diào)幅應(yīng)工作在過(guò)壓狀態(tài)。,3. Eb變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 基極調(diào)制特性,基極調(diào)制特性是指當(dāng)Ec、Ubm、Rc保持 恒定，放大器的性能隨基極偏置電壓Eb變化 的特性。 因?yàn)?，當(dāng)Ubm一定時(shí)， ubemax 隨Eb 改變，從而導(dǎo)致 icmax 和 的變化。,在欠壓狀態(tài)下，由于ubemax較小，所以 icmax和也較小，從而Ic0、Ic1m都較小。 當(dāng)E

22、b 增大，icmax和 也增大，從而Ic0 和 Ic1m也隨之增大，當(dāng)Eb 增大到一定程度，放 大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過(guò)壓，電流波形 出現(xiàn)凹陷。,但此時(shí)，icmax和還會(huì)增大，所以Ic0、Ic1m 隨著Eb增大略有增加。又由于 Rc不變，所以 Ucm的變化規(guī)律與Ic1m一樣。如圖3-12示。該特 性是晶體管基極調(diào)幅的理論依據(jù)。 由圖可以看出，在欠壓區(qū)，高頻振幅Ucm基 本隨Eb成線性變化，所以Eb對(duì)Ucm有較強(qiáng)的控制 作用，這就是基極調(diào)幅的工作原理。,uce,ic,結(jié)論：,在欠壓區(qū)，高頻振幅Ucm基本隨Eb成線性變化，所以Eb對(duì)Ucm有較強(qiáng)的控制作用，這就是基極調(diào)幅的工作原理。,圖3-12

23、基極調(diào)制特性,4. Ubm變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 振幅特性,調(diào)諧功放的振幅特性是指當(dāng)Ec、 Eb 、 Rc 保持恒定，放大器的性能隨激勵(lì)振幅 Ubm變化的特性。 因?yàn)?，Eb和Ubm決定了放大器的ubemax，因此改變 Ubm的情況和改變Eb的情況類(lèi)似。,圖3-13 調(diào)諧功放的振幅特性,由圖可見(jiàn)： 在欠壓區(qū)，高頻振幅Ucm基本隨Ubm線性變化， 所以為使輸出振幅Ucm反映輸入信號(hào)Ubm的變化，放 大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。 當(dāng)調(diào)諧功放用作限幅器，將振幅在較大范圍內(nèi) 變化的輸入信號(hào)變換為振幅恒定的輸出信號(hào)時(shí)，放 大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作在過(guò)壓狀態(tài)。,3.5 調(diào)諧功率放大

24、器的實(shí)用電路,高頻功率放大器電路包括直流饋電電路，偏置電路、輸 出和輸入匹配電路（或網(wǎng)絡(luò)）。 3.5.1 直流饋電電路 分類(lèi)： 直流饋電電路分為串饋和并饋兩種。 串饋： 是指電源、晶體管和負(fù)載是串聯(lián)連接； 并饋： 是把三者并聯(lián)在一起,雖然串饋和并饋電路形式不同，但輸出電壓都是直流電壓和交流電壓的疊加，關(guān)系式均為,圖3-14 直流饋電電路,并饋電路中由于有C2 隔斷直流，諧振回路處于直流地電位上，因而濾波元件可以直接接地，這樣它們?cè)陔娐钒迳系陌惭b比串饋電路方便。但高頻扼流圈ZL、隔直電容C2又都處在高頻電壓下，對(duì)調(diào)諧回路又有不利影響。特別是饋電支路與諧振回路并聯(lián)，饋電支路的分布電容，將使放大器c

25、-e端總電容增大，限制了放大器在更高頻段工作。,1.優(yōu)缺點(diǎn),串饋電路中，由于諧振回路通過(guò)旁路電容 直接接地，所以饋電支路的分布參數(shù)不會(huì)影響諧振回路的工作頻率。串饋電路適于工作在頻率較高的情況。但串饋電路的缺點(diǎn)是諧振回路處于直流高電位上，諧振回路元件不能直接接地，調(diào)諧時(shí)外部參數(shù)影響較大，調(diào)整不便。,高頻扼流圈和旁路電容的作用： 由于調(diào)諧功率放大器電流脈沖中含有各次諧波分量，當(dāng)它們通 過(guò)具有一定內(nèi)阻的電源時(shí)，就會(huì)在電源兩端疊加上高頻電壓， 對(duì)其他線路造成影響。所以，串、并饋電路中都有高頻扼流圈 和旁路電容。高頻扼流圈對(duì)高頻有“扼制”作用。而旁路電容 對(duì)高頻有短路作用。 扼流圈和旁路電容的選取原則是

26、： 扼流圈阻抗應(yīng)比相應(yīng)支路的阻抗大一個(gè)數(shù)量級(jí)（即大10倍）， 而旁路電容應(yīng)比相應(yīng)支路阻抗小一個(gè)數(shù)量級(jí)。這樣，就算有扼 制和短路作用了。,例如，串饋電路集電極電路旁路電容C1的電抗可 按下式計(jì)算，即 （3-36） 式中Rc是輸出回路的有載等效阻抗。 扼流圈ZL的電抗應(yīng)比 Rc 大，即 （3-37） 對(duì)于并饋電路，隔直電容C2 的容抗對(duì)工作頻率應(yīng) 近似短路，即 （3-38） 而扼流圈，則應(yīng)為 （3-39）,以上各經(jīng)驗(yàn)公式的系數(shù)主要為不同使用條件而設(shè)的。高扼圈的電感量，原則上是大一些好，但太大線圈圈數(shù)過(guò)多，分布電容增大，影響扼流作用。因此當(dāng)工作頻率較高時(shí)，系數(shù)應(yīng)取下限，即510為宜，當(dāng)工作頻率較低時(shí)

27、系數(shù)應(yīng)取上限或更大一些如20100。,3.5.2 自給偏壓環(huán)節(jié) 自給偏壓法： 丙類(lèi)放大器基極電路的電源 ，很少使用獨(dú)立電源，而多采用射極或基極電流的直流成分，通過(guò)一定阻值的電阻而造成的壓降作為放大器的自給偏壓。這種方法叫自給偏壓法。,自給偏壓可分為射極電流自給偏壓和基極電流自給偏壓。,射極電流自給偏壓環(huán)節(jié)和基極電流自給偏壓環(huán)節(jié)均可從以下5個(gè)方面進(jìn)行分析,1) 電路 2）工作原理 3）參數(shù)選取 4）信號(hào)源有無(wú)直流通路高頻扼流圈？ 高頻扼流圈的作用是將射極偏壓引向基 極，同時(shí)也為基極直流提供通路。 5）使用, 射極電流自給偏壓環(huán)節(jié),1）電路,2）工作原理 射極電流的直流成分Ie0 通過(guò)偏置電阻Re

28、 形成Ie0 Re ，其極性對(duì)晶體管是一個(gè)反偏壓， 偏壓的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)Re來(lái)達(dá)到。如所需的偏 壓為Eb ，則Eb 由下式確定，即 3）參數(shù)選取 Ce對(duì)交流旁路，為了保證偏壓不隨交流波 動(dòng)，其放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)足夠大，要求f 是放大 器的工作頻率。,4）信號(hào)源有無(wú)直流通路,如果信號(hào)源無(wú)直流通路，則應(yīng)加一個(gè)高 頻扼流圈ZL，ZL的作用是將射極偏壓引向基 極，同時(shí)也為基極直流提供通路。,5）使用 欠壓,射流偏壓環(huán)節(jié)對(duì)Ieo的變化起負(fù)反饋?zhàn)饔谩?（相當(dāng)于有效激勵(lì)增大）, 基極電流自給偏壓環(huán)節(jié),1）電路,2) 工作原理 基極直流成分Ib0通過(guò)Rb造成的電壓Ib0 Rb，對(duì) 基極是個(gè)反偏壓。調(diào)整Rb可以改變

29、偏壓的大小， 故Eb 應(yīng)根據(jù)所需的偏壓來(lái)選取，即 3）參數(shù)選取 為了減小電壓Eb 隨交流電流波動(dòng)，Cb Rb的時(shí) 間常數(shù)應(yīng)滿足,4）信號(hào)源有無(wú)直流通路 如果信號(hào)源無(wú)直流通路，則應(yīng)加一個(gè)高頻 扼流圈 ZL。 5）使用過(guò)壓 基流偏壓環(huán)節(jié)對(duì)Ib0的變化起負(fù)反饋?zhàn)饔谩?（相當(dāng)于有效激勵(lì)減?。?3.5.3 輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò),輸入匹配電路的作用： 實(shí)現(xiàn)信號(hào)源輸出阻抗與放大器輸入阻抗之間的匹配，以期獲得 最大的激勵(lì)功率。 輸出匹配電路的作用: 將負(fù)載RL變換為放大器所需的最佳負(fù)載電阻，以保證放大器輸 出功率最大。 分類(lèi)： 并聯(lián)諧振回路形式的匹配電路和具有濾波器形式的匹配電路。 前者多用于前級(jí)、中間級(jí)放大器

30、以及某些需要可調(diào)電路的輸出 級(jí)，后者多用于大功率、低阻抗寬帶輸出級(jí)，如無(wú)線電發(fā)射機(jī) 多用此種電路。,并聯(lián)諧振回路匹配電路 上圖是一個(gè)具有單諧振的變壓器耦合匹配電路， 其中（a）為回路原理圖。（b）是晶體管輸出端的等效回路圖。,注意： 由于調(diào)諧功率放大器的晶體管工作在非線性狀態(tài)，匹配的概念 與線性電路不完全相同。由調(diào)諧功率放大器的負(fù)載特性知道， 放大器工作在臨界狀態(tài)輸出功率最大，效率也較高。因此，放 大器工作在臨界狀態(tài)的等效電阻，就是放大器阻抗匹配所需的 最佳負(fù)載電阻，以Rcp表示。 最佳負(fù)載電阻Rcp ，可以用下述方法計(jì)算:,PO、QL、RL、諧振頻率已知,(2) 確定最佳負(fù)載電阻 Rcp,問(wèn)題： 在實(shí)際電路中，如何達(dá)到集電極等效負(fù)載Rc= Rcp呢？,0, 濾波器型匹配網(wǎng)絡(luò) 在甚高頻或大功率輸出級(jí)，廣泛利用L、C變換網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧和阻抗匹配。這種電路形式很多。 就其結(jié)構(gòu)來(lái)看： L 型、 型、 T型三種類(lèi)型。典型電路如圖3-20所示。 RL:負(fù)載電阻 Rs:信號(hào)源輸出電阻。 當(dāng)電路用作級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)， RL是下一級(jí)放大器的輸入電阻， Rs是前一級(jí)放大器的輸出電阻。當(dāng)電路用在輸入級(jí)或輸出級(jí) 時(shí)， RL、 Rs的具體含義視工