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1、7/22/202223.1 概述概述 v 功能功能 高频功率放大器的主要功能是用小功率的高频输入信号去高频功率放大器的主要功能是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器，将直流电源供给的能量转换为大功率控制高频功率放大器，将直流电源供给的能量转换为大功率高频能量输出，高频能量输出， 它主要应用于各种无线电发射机中。它主要应用于各种无线电发射机中。v特点：特点：为了获得大功率，则输入信号为大信号，则放大这种信号的为了获得大功率，则输入信号为大信号，则放大这种信号的放大器工作于非线性状态。放大器工作于非线性状态。7/22/20223v主要技术指标主要技术指标高频输出功率：高频输出功率：Po效率效
2、率： 输出功率输出功率 Po /直流电源功率直流电源功率PD功率增益：功率增益： 输出功率输出功率 Po/输入功率输入功率 Pi 选频特性选频特性 v高频功率放大器希望输出的谐波分量尽可能小，以免对其高频功率放大器希望输出的谐波分量尽可能小，以免对其它频道产生干扰。国际对谐波辐射规定是：它频道产生干扰。国际对谐波辐射规定是： 对中波广播来说，在空间任一点的谐波场强不得超过基波场强的对中波广播来说，在空间任一点的谐波场强不得超过基波场强的0.02%。无论电台的功率有多大，在距电台一公里处的谐波场强不得大于无论电台的功率有多大，在距电台一公里处的谐波场强不得大于50v/m。在一般情况下，假如任一谐
3、波的辐射功率不超过在一般情况下，假如任一谐波的辐射功率不超过25mW，即可认为满足上，即可认为满足上述要求。述要求。 7/22/202243.2 3.2 丙类谐振功率放大电路丙类谐振功率放大电路 根据放大管集电极电流导通时间的长短，功放分为甲类、根据放大管集电极电流导通时间的长短，功放分为甲类、乙类、丙类等。乙类、丙类等。v高频功率放大器的工作状态？高频功率放大器的工作状态？7/22/20225甲类：在输入信号的整个周期中，集电极都有电流流通的甲类：在输入信号的整个周期中，集电极都有电流流通的放大器称为甲类放大器，此时电流导通角为放大器称为甲类放大器，此时电流导通角为180180o o； ic
4、 ic t 转移特性 Uon O uBE 甲类甲类 Ubm UBB QAUBBUbm+Uon信号无失信号无失真放大真放大7/22/20226乙类：在输入信号的整个周期中，只有输入信号正半周集乙类：在输入信号的整个周期中，只有输入信号正半周集电极有电流流通，此时电流导通角为电极有电流流通，此时电流导通角为9090o o； ic ic t 转移特性 Uon O uBE 乙类乙类 90o Ubm QBUBB=Uon信号失真放信号失真放大大7/22/20227丙类：在输入信号的整个周期中，只有小于输入信号正半丙类：在输入信号的整个周期中，只有小于输入信号正半周集电极有电流流通，此时电流导通角小于周集电
5、极有电流流通，此时电流导通角小于9090o o ic ic t 转移特性 Uon O uBE 乙类乙类 Ubm UBB QCUBB Uon信号失真放信号失真放大大7/22/20228v甲类能够对信号无失真放大，而乙类以及丙类放大信甲类能够对信号无失真放大，而乙类以及丙类放大信号时出现了失真！号时出现了失真！v而放大器的一个非常重要的指标就是信号的失真度！而放大器的一个非常重要的指标就是信号的失真度！? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?7/22/20229傅立叶级数傅立叶级数tAtfsin4)(1 f1(t) 4A/ O t )3sin31(sin4)(2ttAtf f2(t) A O t
6、 )5sin513sin31(sin4)(3tttAtff3(t) A O t )7sin715sin513sin31(sin4)(4ttttAtff4(t) A O t 7/22/202210 ic t 20 0 30 0 其频谱为其频谱为 中心频率为0的带通滤波器 0 20 30 0 丙类功率放大丙类功率放大器输出电流器输出电流v结论：丙类功放无失真放大信号的条件是：加入带通滤波结论：丙类功放无失真放大信号的条件是：加入带通滤波器将丙类功放非线性状态所产生谐波成分滤除。器将丙类功放非线性状态所产生谐波成分滤除。 O t通过滤波器后的通过滤波器后的电流为：电流为：7/22/202211思考：
7、为什么低频功放不能工作在丙类状态？思考：为什么低频功放不能工作在丙类状态？以音频放大为例，若工作在丙类状态，则其频谱为以音频放大为例，若工作在丙类状态，则其频谱为基波基波二次谐波二次谐波三次次谐三次次谐波波u会产生频谱混叠，不能够无失真恢复原低频信号。会产生频谱混叠，不能够无失真恢复原低频信号。7/22/202212 C L UCC UBB uCE UBE ub R 图图 3-1 3-1 晶体管高频功率放大器的原理电路晶体管高频功率放大器的原理电路丙类功放的组成：放大器带通滤波器丙类功放的组成：放大器带通滤波器v高频小信号放大器：高频小信号放大器：滤除外加干扰以及混频干扰滤除外加干扰以及混频干
8、扰削弱前后级电路对削弱前后级电路对LCLC回路特性的影响回路特性的影响v高频功率放大器：高频功率放大器：滤除晶体管工作在非线性特性产生的谐波分量滤除晶体管工作在非线性特性产生的谐波分量功率匹配功率匹配滤波以及滤波以及阻抗变换阻抗变换输入输入信号信号基极静态基极静态偏置偏置集电极静集电极静态偏置态偏置7/22/202213 C L UCC UBB uCE UBE ub R uc 二、二、 工作原理工作原理 集电极回路电压为集电极回路电压为 tUUtRIUuUucmCCmccccCCCEcoscos1tUUubmBBBEcos基极回路电压为基极回路电压为 输入信号为输入信号为 U Ub b =U
9、=Ubmbm cost cost i ic c 7/22/202214直流功耗直流功耗P PD D：交流功率交流功率P Po o： RIUIUIPmccmmcccO12112121集电极效率集电极效率： ccCcmmcDOUIUIPP0121集电极功耗集电极功耗P PC C：)1 (DODCPPPP实现大功率、高效率的途径：实现大功率、高效率的途径：降低静态工作点降低静态工作点增大输入信号振幅增大输入信号振幅思考：丙类功放工作在谐振状态，如果失谐会有什么后思考：丙类功放工作在谐振状态，如果失谐会有什么后果？果？PDUCCIC0 7/22/202215v高频功率放大器一般工作在输入信号为大信号，
10、工作状态高频功率放大器一般工作在输入信号为大信号，工作状态为丙类状态。为丙类状态。 ic 转移特性 Uon O uBE 斜率斜率g分段折线化处理分段折线化处理onBEonBEonBEcUuUuUugi0)(7/22/202216 ic ic t 转移特性转移特性 Uon O uBE 丙类功放的工作状态丙类功放的工作状态 Ubm 斜率为斜率为 g UBB Icm tUUubmBBBEcos)cos(onbmBBCUtUUgi（1）当）当t=时，时， ic=0 BBonbmUUUcos2）当）当t=0时，时， ic=Icm )cos1 ()1 (bmbmBBonbmcmgUUUUgUIUbmcos
11、)cos1 (bmcmUgIUbm（1-cos）)(onbmBBcmUUUgI7/22/202217v由傅立叶级数知识知周期性脉冲可以分解成直流、由傅立叶级数知识知周期性脉冲可以分解成直流、 基波基波(信号频率分量信号频率分量)和各次谐波分量，和各次谐波分量， 即：即：tnItItIIIcnmmcmcccos2coscos210其中：其中：)()cos1 (cossin00cmcmcIII)()cos1 (cossin11cmcmmcIII)()cos1)(1(cossin2cossin22ncmcmcnmInnnnnII7/22/202218称为余弦电流脉冲分解系数。称为余弦电流脉冲分解系数
12、。0()为直流分量分解系数；为直流分量分解系数；a1()为基波分量分解系数；为基波分量分解系数；an()为为n次谐波分量分解系数。次谐波分量分解系数。)()()(011g集电极利用系数：集电极利用系数： cccmUU定义波形系数：定义波形系数： 则得出集电极效率和输出功率的另一种表达式：则得出集电极效率和输出功率的另一种表达式： )(2121101gUIUIccccmmcRIPcmo)(2121201cmcII7/22/202219尖顶余弦脉冲的分解系数尖顶余弦脉冲的分解系数()与波形系数与波形系数g1() ()0.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100
13、.0500.050.10020 40 60 80 100120140 160180/g1()2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0020406080 100 120 140 160 180/1023越小，效率越高越小，效率越高为为120o时输出功率最大时输出功率最大v综合考虑功率以及效率，在综合考虑功率以及效率，在70o时能够输出较大时能够输出较大的功率以及较高的效率。的功率以及较高的效率。例例17/22/202220 三、高频功放的性能分析三、高频功放的性能分析v问题提出：问题提出：若丙类谐振功放输入为振幅为若丙类谐振功放输入为振幅为Ubm的单频余弦信号，那的单频
14、余弦信号，那么输出单频余弦信号的振幅么输出单频余弦信号的振幅Ucm与与Ubm有什么关系？有什么关系？Ucm的大小受哪些参数影响？的大小受哪些参数影响？7/22/202221onBEonBEonBEcUuUuUugi0)()3(tUUubmBBBEcos) 1 (tRIUtUUuUumccccmCCcCCCEcoscos)2(1由以下表达式：由以下表达式：v当晶体管确定以后，当晶体管确定以后，Ucm与与UBB、UCC、 R和和Ubm四个四个参数都有关系。参数都有关系。7/22/202222 下图所示为折线化转移特性和输出特性曲线：下图所示为折线化转移特性和输出特性曲线： ic ic t icm
15、UBB 转移特性 Uon O uBE 斜率 g t UBm uBE uCE uCE t 0 UCCC Q UCm A Q O C -gdB动态线动态线7/22/202223放大区内动态线放大区内动态线AB的表达式可用以下步骤求得：的表达式可用以下步骤求得：cmCECCbmBBBEmccccmCCcCCCEbmBBBEUUUUUutRIUtUUuUutUUucoscoscos1即：即：)(0UugiCEdc其中：其中：cmbmdUUgg bmcmonbmBBbmCCUUUUUUUU07/22/202224而根据上图还可以写出斜率值而根据上图还可以写出斜率值gd的另一种形式：的另一种形式：)cos
16、1 (cmcmdUIg代入代入:)(11cmmcIImccmIUR1则得：则得：RgRdd)cos1)(11因此：动态电导因此：动态电导gd与与R、都有关系，且都有关系，且gd与与R不等。不等。7/22/2022251负载特性负载特性v当放大器直流电源电压当放大器直流电源电压UCC和和UBB以及激励电压以及激励电压Ubm固定固定不变，放大器的集电极电流不变，放大器的集电极电流Ic0、Ic1m、回路电压、回路电压Ucm、输出、输出功率功率Po、效率、效率随负载电阻变化的特性称为放大器的负载随负载电阻变化的特性称为放大器的负载特性。它是高频功率放大器的重要特性之一。特性。它是高频功率放大器的重要特
17、性之一。v下图表示在三种不同负载电阻时，根据折线法作出的三条下图表示在三种不同负载电阻时，根据折线法作出的三条不同的动态负载线不同的动态负载线A1B1、A2B2、A3B3，以及相应的集电极，以及相应的集电极电流脉冲波形。电流脉冲波形。7/22/202226 ic t uCE uCE t 0 UCCC Q UCm1 斜率-gd A2 t icm A1 A3 B3 B2 B1 UCm2 UCm2 UBB uBE 三种不同斜率情况下的动态线及波形分析三种不同斜率情况下的动态线及波形分析 o 7/22/202227（1）动态特性曲线）动态特性曲线1代表代表R较小因而较小因而Ucm也较小的情形，称也较小
18、的情形，称为欠压工作状态。它与静态曲线交点为欠压工作状态。它与静态曲线交点A1决定了集电极电流脉决定了集电极电流脉冲的高度。显然，这时电流波形为尖顶余弦脉冲；冲的高度。显然，这时电流波形为尖顶余弦脉冲；（2）随着）随着R的增加，动态线斜率逐渐减小，输出电压的增加，动态线斜率逐渐减小，输出电压Ucm也逐渐增加。直到它与临界线交于一点也逐渐增加。直到它与临界线交于一点A2时，放大器工作时，放大器工作于临界状态。此时电流波形仍为尖顶余弦脉冲；于临界状态。此时电流波形仍为尖顶余弦脉冲；（3）负载电阻）负载电阻R继续增加，输出电压进一步增大，即进继续增加，输出电压进一步增大，即进入过压工作状态。动态线入
19、过压工作状态。动态线3就是这种情形。其波形发生发生就是这种情形。其波形发生发生凹陷，是由于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的。凹陷，是由于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的。7/22/202228 Ucm 欠压 临界 过压 Ic1m Ic0 0 欠压 临界 过压 0 PD PO PC (a) (b) 7/22/202229现将三种工作状态的优缺点综合如下：现将三种工作状态的优缺点综合如下：例例2作为末级功放，要求输出足够大的功率和具有较高的效率，作为末级功放，要求输出足够大的功率和具有较高的效率，显然采用临界工作状态是合理的。显然采用临界工作状态是合理的。过压状态具有较高的效率，并具有恒压
20、性质，因此它较适过压状态具有较高的效率，并具有恒压性质，因此它较适合用于中间级。这时它能向后级提供比较稳定的激励电压。合用于中间级。这时它能向后级提供比较稳定的激励电压。欠压状态的输出功率与效率都比较低，而且集电极耗散功欠压状态的输出功率与效率都比较低，而且集电极耗散功率大，输出电压又不够稳定，因此较少采用，但在某些场合，率大，输出电压又不够稳定，因此较少采用，但在某些场合，例如基极调幅，就是工作在欠压状态。例如基极调幅，就是工作在欠压状态。7/22/2022302、各级电压对工作状态的影响、各级电压对工作状态的影响以上着重讨论了负载阻抗对放大器工作状态的影响。现在以上着重讨论了负载阻抗对放大
21、器工作状态的影响。现在我们来研究各级电压变化时，对放大器工作状态的影响。我们来研究各级电压变化时，对放大器工作状态的影响。（1） 改变改变UCC对工作状态的影响对工作状态的影响通常，通常，UCC保持不变。但在集电极调幅电路中，则是依靠改保持不变。但在集电极调幅电路中，则是依靠改变变UCC来实现调幅过程。因此有必要研究当负载、来实现调幅过程。因此有必要研究当负载、UBB、Ubm保保持不变，只改变持不变，只改变UCC时，放大器工作状态的变化。时，放大器工作状态的变化。7/22/202231 ic ic t icm UBB 转移特性 Uon O uBE 斜率 g t UBm uBE uCE uCE
22、t 0 UCCC Q UCm 斜率-gd A B CDEF7/22/202232 欠压 临界 过压 Ic1m Ic0 O Ucc Ucc 对工作状态的影响 Ucm 欠压 临界 过压 O PD PO PC (b) Vcc 7/22/202233 （ 2）改变）改变Ubm或或UBB对工作状态的影响对工作状态的影响UCC、UBB与与R不变，改变激励电压不变，改变激励电压Ubm，设原先工作在，设原先工作在临界状态临界状态7/22/202234 ic t uCE uCE t 0 UCCC Q 斜率-gd A2 t icm B2 UCm UBB uBE 三种不同斜率情况下的动态线及波形分析三种不同斜率情况
23、下的动态线及波形分析 o Ubm减小减小Ubm增加增加当当Ubm增加，这增加，这时放大器将进入时放大器将进入过压状态。过压状态。当当Ubm减小，这减小，这时放大器将进入时放大器将进入欠压状态。欠压状态。7/22/202235这样，就得到如图所示的电流变化曲线。在过压区，这样，就得到如图所示的电流变化曲线。在过压区，Ic1m、Ic0接接近于恒定；在欠压区，电流随近于恒定；在欠压区，电流随Ubm的下降而下降。的下降而下降。 欠压 临界 过压 Ic1m Ic0 O 欠压 临界 过压 O PD PO PC (a) (b) Ubm Ubm对工作状态的影响 Ubm Ucm 7/22/202236下面研究下
24、面研究UBB的变化对放大器工作状态的影响：的变化对放大器工作状态的影响：例例3假定假定UCC、Ubm、R不变。当不变。当UBB从反向偏置向正向偏置变从反向偏置向正向偏置变化时，化时，Icm增大，而且工作状态从欠压转入过压，因此，增大，而且工作状态从欠压转入过压，因此，UBB的变化对集电极电流脉冲波形以及的变化对集电极电流脉冲波形以及Ic1m、Ic0、各功率等量的、各功率等量的影响与影响与Ubm的影响是类似的。显然，在过压区的影响是类似的。显然，在过压区Ubm或或UBB的变的变化对化对Ic1m的影响很小。只有在欠压区，的影响很小。只有在欠压区，Ubm或或UBB才能有效地才能有效地控制控制Ic1m
25、的变化。因此基极调幅（相当于改变的变化。因此基极调幅（相当于改变UBB）与已调波）与已调波放大（相当于改变放大（相当于改变Ubm）都应工作在欠压状态。）都应工作在欠压状态。7/22/202237四、直流馈电线路与匹配网络四、直流馈电线路与匹配网络1集电极馈电电路集电极馈电电路对于集电极电路，由于其电流是脉冲形状，包含各种频率对于集电极电路，由于其电流是脉冲形状，包含各种频率成分，电路的组成原则是：成分，电路的组成原则是：7/22/202238v直流直流Ic0是产生直流功率的；是产生直流功率的； VCC （a） IC0 v Ic0由由UCC经过管外电路提经过管外电路提供给集电极，应该是除了晶体供
26、给集电极，应该是除了晶体管的内阻外，没有其它电阻消管的内阻外，没有其它电阻消耗能量。耗能量。7/22/202239v高频基波分量高频基波分量Ic1m应通应通过负载电路，以产生所过负载电路，以产生所需要的高频输出功率。需要的高频输出功率。 C L （b） IC1m vIc1m只应在负载回路产生电只应在负载回路产生电压降，其余的部分对于压降，其余的部分对于Ic1m来来说，都应该是短路的。说，都应该是短路的。7/22/202240 （c） ICnm v外电路对高次谐波外电路对高次谐波Ic1m尽可能接近短路尽可能接近短路7/22/202241要满足以上几条原则，可以采用串联馈电与并联馈电两种要满足以上
27、几条原则，可以采用串联馈电与并联馈电两种电路，简称串馈与并馈。电路，简称串馈与并馈。 C L CC （a）串馈）串馈 uC Lc A UCC C L CC2 （b）并馈）并馈 uC CC1 UCC Lc B C v串馈，将电子器件、负载回路和电源三部分是串联起来。串馈，将电子器件、负载回路和电源三部分是串联起来。v并馈，将电子器件、负载回路和电源三部分并联起来并馈，将电子器件、负载回路和电源三部分并联起来7/22/2022422基极馈电电路基极馈电电路v利用基极电流的直流分量利用基极电流的直流分量即基极偏置电阻即基极偏置电阻Rb上产生所上产生所需要的偏置电压需要的偏置电压UBB C （a） R
28、b L 7/22/202243v利用基极电流在基利用基极电流在基极扩散电阻极扩散电阻rbb上产生上产生所需要的所需要的UBB （b） rbb L 优点是简单、元件用得少优点是简单、元件用得少缺点是数值较小且不够稳缺点是数值较小且不够稳定，因而一般只在需要小的定，因而一般只在需要小的UBB时才采用这种电路。时才采用这种电路。7/22/202244v利用发射极电流的直流分利用发射极电流的直流分量量Ic0在发射极偏置电阻在发射极偏置电阻Re上上产生所需要的产生所需要的UBB Ce （c） Re L 例例4v优点是可以自动维持放优点是可以自动维持放大器的工作稳定。大器的工作稳定。7/22/202245
29、五匹配网络五匹配网络高频功率放大器中都采用一定形式的回路，以使它的输出功率高频功率放大器中都采用一定形式的回路，以使它的输出功率能有效地传输到负载。一般来说，放大器与负载之间所用的回能有效地传输到负载。一般来说，放大器与负载之间所用的回路可以用图所示的四端网络来表示。路可以用图所示的四端网络来表示。 Rs 放大器的匹配网络放大器的匹配网络 输入匹配网络 输出匹配网络 RL Vs RL Ri Rs 7/22/202246v由于高频功率放大器工作于非线性状态，因此线性电路的由于高频功率放大器工作于非线性状态，因此线性电路的阻抗匹配（负载阻抗与电源内阻相等）概念已不适用。阻抗匹配（负载阻抗与电源内阻
30、相等）概念已不适用。v非线性工作时，电子器件的内阻变动剧烈：导通时，内阻非线性工作时，电子器件的内阻变动剧烈：导通时，内阻很小；截止时内阻近于无穷大。很小；截止时内阻近于无穷大。v高频功放的阻抗匹配的概念是：在给定的电路条件下，改高频功放的阻抗匹配的概念是：在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，使电子器件送出额定的输出功率变负载回路的可调元件，使电子器件送出额定的输出功率PO至负载。这就叫达到了匹配状态。至负载。这就叫达到了匹配状态。v常用的的匹配网络有前面介绍的常用的的匹配网络有前面介绍的T型、型、L型选频匹配网络。型选频匹配网络。7/22/2022473.3 宽带高频功率放大电路与功
31、率合成电路宽带高频功率放大电路与功率合成电路v窄带高频功率放大器窄带高频功率放大器v宽带高频功率放大器宽带高频功率放大器适用于固定频率或频率变化范围较小的高频设备适用于固定频率或频率变化范围较小的高频设备一般工作在丙类状态一般工作在丙类状态适用于频率相对变化范围较大的短波、超短波的高频设备适用于频率相对变化范围较大的短波、超短波的高频设备工作在甲类、甲乙类工作在甲类、甲乙类7/22/202248一普通变压器不能在较宽频带内工作的原因一普通变压器不能在较宽频带内工作的原因 以高频变压器为负载的放大器其最高工作频率可达几百以高频变压器为负载的放大器其最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率
32、更高时，由于普通变压器的千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于普通变压器的线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下降。线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下降。7/22/202249 RS US RL 1：n Uo （a）原理图 RS US L RL C r2 r1 LS1 LS21 （b）等效电路图 L、LS1、r1是变压器初级绕组的电感量、漏感和损耗电阻；是变压器初级绕组的电感量、漏感和损耗电阻；LS2、r2是折合到初级后次级绕组的漏感和损耗电阻；是折合到初级后次级绕组的漏感和损耗电阻；C是变压是变压器等效分布电容，它是变压器各分布电容折合到初级后的总和。器等效分布电容
33、，它是变压器各分布电容折合到初级后的总和。RL是折合到初级后的等效负载电阻；是折合到初级后的等效负载电阻；US、RS是信号源电压及其是信号源电压及其内阻。内阻。7/22/202250在低频端，由于频率在低频端，由于频率较低，各漏感和损耗较低，各漏感和损耗电阻很小，也可略去电阻很小，也可略去不计；不计； RS US L RL 在低频端，由于频率较低，故感抗很小，总的等效阻抗较在低频端，由于频率较低，故感抗很小，总的等效阻抗较小，故输出电压就很小。小，故输出电压就很小。7/22/202251在高频端由于初级绕组电在高频端由于初级绕组电感的感抗很大，因此在高感的感抗很大，因此在高频等效电路中可以认为
34、电频等效电路中可以认为电感感L是开路的；是开路的； RS US RL C r LS (d) 高频等效电路 在高频端，负载在高频端，负载RL接在接在Ls和和C组成的串联谐振回路的容抗组成的串联谐振回路的容抗元件的两端，因此输出特性具有串联谐振的件质，在谐振频元件的两端，因此输出特性具有串联谐振的件质，在谐振频率率fs附近，负载两端的电压急剧增加，并在附近，负载两端的电压急剧增加，并在fs上达到最大。上达到最大。 7/22/202252其频率特性如图所示：其频率特性如图所示： US fS f v由于频率响应特性在高端有一个峰起，且频率高于由于频率响应特性在高端有一个峰起，且频率高于fs后，信后，信
35、号的输出幅度就急剧地下降，这就是导致一般变压器高频响号的输出幅度就急剧地下降，这就是导致一般变压器高频响应变差不能在更高的频率上工作的原因。应变差不能在更高的频率上工作的原因。7/22/202253v通过增加初级线圈匝数的办法，可以改善变压器的低频响应，通过增加初级线圈匝数的办法，可以改善变压器的低频响应，但匝数的增高，势必使分布电容但匝数的增高，势必使分布电容C加大，也就使高频响应恶化，加大，也就使高频响应恶化，v高高磁芯，使变压器的工作频带大大展宽，但任何磁芯都有其磁芯，使变压器的工作频带大大展宽，但任何磁芯都有其最佳的工作频段，高于此频段工作时，磁芯的损耗将大大增加，最佳的工作频段，高于
36、此频段工作时，磁芯的损耗将大大增加，使传输效率急剧下降使传输效率急剧下降7/22/202254二、传输线变压器二、传输线变压器能不能设法减少分布电容和漏感的影响，而把这个不利因素能不能设法减少分布电容和漏感的影响，而把这个不利因素变为有利因素呢？宽带传输线变压器就是根据这种设想制作变为有利因素呢？宽带传输线变压器就是根据这种设想制作出来的。传输线变压器是将传输线绕在高导磁率低损耗的磁出来的。传输线变压器是将传输线绕在高导磁率低损耗的磁心上构成的。传输线可以用同轴线、带状传输线或双绞线。心上构成的。传输线可以用同轴线、带状传输线或双绞线。这种变压器的最高工作频率可以扩展到几百兆赫甚至上千兆这种变
37、压器的最高工作频率可以扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。利用下图所示的一种简单的传输线变压器，可以说明这赫。利用下图所示的一种简单的传输线变压器，可以说明这种特殊变压器能同时扩展上、下限频率的原理。种特殊变压器能同时扩展上、下限频率的原理。7/22/202255 Vs RL 1U 2U1 2 3 4 Rs 传输线方式传输线方式 Vs RL 1 3 2 4 Rs 1U 2U变压器方式变压器方式 7/22/202256 Vs RL 1U 2U1 2 3 4 Rs (a)传输线方式传输线方式 在以传输线工作时，信号从在以传输线工作时，信号从1、3端输入，端输入，2、4端输出。如果信号端输出。如果信号的波长
38、与传输线的长度可以相比的波长与传输线的长度可以相比拟，则两根导线固有的分布电感拟，则两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路。输线的分布参数等效电路。 1U 2U1 2 3 4 传 输 线 方 式 等 效 电 路 7/22/202257根据传输线定理，则传输线的特性阻抗决定于：根据传输线定理，则传输线的特性阻抗决定于：CjGLjrZcr单位线长的损耗电阻；单位线长的损耗电阻； G单位线长区间两线间的漏电导；单位线长区间两线间的漏电导； L单位线长的分布电感；单位线长的分布电感； C单位线长区间两线间的分布电容；单位线长区间两线间的分布
39、电容；7/22/202258对于理想的、无损耗的传输线，则其特性阻抗可进一步简化对于理想的、无损耗的传输线，则其特性阻抗可进一步简化为：为： CLZc由此可见，传输线的特性阻抗仅决定于导线的结构与两线间由此可见，传输线的特性阻抗仅决定于导线的结构与两线间的介质，而与其传输的信号电平无关。的介质，而与其传输的信号电平无关。 7/22/202259传输线在信号源与负载间起了一个阻抗变压器的作用，即负载电阻传输线在信号源与负载间起了一个阻抗变压器的作用，即负载电阻RL经传输线变换后在输入端的等效电阻，应等于信号源内阻经传输线变换后在输入端的等效电阻，应等于信号源内阻RS，或者信号源内阻经传输线变换后
40、在其输出端的等效电阻应等于负载或者信号源内阻经传输线变换后在其输出端的等效电阻应等于负载电阻电阻RL，这样传输系统将达到匹配。根据传输线原理可知，当信，这样传输系统将达到匹配。根据传输线原理可知，当信号源内阻号源内阻RS、负载电阻、负载电阻RL已知时，满足最佳功率传输条件的传输已知时，满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为：线特性阻抗为： LscRRZ.故为了实现负载电阻故为了实现负载电阻RL和信号源内阻和信号源内阻RS的完全匹配，传输线本身的的完全匹配，传输线本身的特性阻抗就应该为某一特性值。对于特性阻抗就应该为某一特性值。对于1：1传输线变压器，则当特性传输线变压器，则当特性阻抗与负载阻抗
41、即信号源内阻相等时，则传输线工作于匹配状态。阻抗与负载阻抗即信号源内阻相等时，则传输线工作于匹配状态。此时负载上得到的功率与输入功率相等且不因频率的变化而变化。此时负载上得到的功率与输入功率相等且不因频率的变化而变化。7/22/202260对理想功率合成器的要求是：对理想功率合成器的要求是：1、N个同类型的放大器，它们的输山振幅相等，每个放大器个同类型的放大器，它们的输山振幅相等，每个放大器供给匹配负载额定功率供给匹配负载额定功率PO，则，则N个放大器输至负载的总功率个放大器输至负载的总功率为为NPO。2、合成器中各单元放大器应相互隔离，某一单元放大器如、合成器中各单元放大器应相互隔离，某一单
42、元放大器如若损坏，应不影响相邻放大器的工作。这些放大器仍应向负若损坏，应不影响相邻放大器的工作。这些放大器仍应向负载提供白己的额定功率载提供白己的额定功率PO。三、功率合成器三、功率合成器7/22/202261下图为一功率合成器方框图。下图为一功率合成器方框图。 5W 10W 5W 10W 10W 5W 5W 10W 10W 4W 20W 40W 负载 20W 5W 10W 5W 10W 图 313 功率合成器框图 7/22/202262功率分配则是功率合成的反过程。其作用是将某信号功功率分配则是功率合成的反过程。其作用是将某信号功率平均地、互不影响地分配给各个独立负载。使各负载率平均地、互不
43、影响地分配给各个独立负载。使各负载得到均等的、同相或反相的分信号。在任一功率合成器得到均等的、同相或反相的分信号。在任一功率合成器中，实际上也包含了一定数量的功率分配器。功率分配中，实际上也包含了一定数量的功率分配器。功率分配技术近年来已被广泛地采用。例如，在电视天线共用器技术近年来已被广泛地采用。例如，在电视天线共用器系统中，就采用一套功率分配器，将接收天线所接收的系统中，就采用一套功率分配器，将接收天线所接收的电视信号，均匀地、互不影响地分配到各电视用户。电视信号，均匀地、互不影响地分配到各电视用户。7/22/202263如上所述，功率分配器、功率合成器均由一定数量的宽如上所述，功率分配器
44、、功率合成器均由一定数量的宽频带合成网络、分配网络及线性功率放大器构成。其中频带合成网络、分配网络及线性功率放大器构成。其中合成网络与分配网络多以传输线变压器为基础构成。两合成网络与分配网络多以传输线变压器为基础构成。两者的差别仅在于端口的连接方式不同。故通常把这类网者的差别仅在于端口的连接方式不同。故通常把这类网络通称为络通称为“混合网络混合网络”。7/22/2022641高频谐振功率放大电路可以工作在甲类、乙类或丙类状高频谐振功率放大电路可以工作在甲类、乙类或丙类状态。相比之下，丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类态。相比之下，丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类大，但效率高，节约能源
45、，所以是高频功放中经常选用的一大，但效率高，节约能源，所以是高频功放中经常选用的一种电路形式。种电路形式。2丙类谐振功放效率高的原因在于导通角丙类谐振功放效率高的原因在于导通角，也就是晶体管，也就是晶体管导通时间短，集电极功耗减小。但导通角导通时间短，集电极功耗减小。但导通角越小，将导致输越小，将导致输出功率越小。所以选择合适的出功率越小。所以选择合适的角，是丙类谐振功放在兼顾角，是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标时的一个重要考虑。效率和输出功率两个指标时的一个重要考虑。小结小结7/22/2022653折线分析法是工程上常用的一种近似方法。利用折折线分析法是工程上常用的一种近似方法。利
46、用折线分标法可以对丙类谐振功放进行性能分析，得出它线分标法可以对丙类谐振功放进行性能分析，得出它的负载特性、放大特性和调制特性。若丙类谐振功效的负载特性、放大特性和调制特性。若丙类谐振功效用来放大等幅信号用来放大等幅信号(如调频信号如调频信号)时，应该工作在临界时，应该工作在临界状态；若用来放大非等幅信号状态；若用来放大非等幅信号(如调幅信号如调幅信号)时，应该时，应该工作在欠压状态；若用来进行基极调幅，应该工作在工作在欠压状态；若用来进行基极调幅，应该工作在欠压状态；若用来进行集电极调幅，应该工作在过压欠压状态；若用来进行集电极调幅，应该工作在过压状态。折线化的动态线在性能分析中起了非常重要
47、的状态。折线化的动态线在性能分析中起了非常重要的作用。作用。7/22/2022664丙类谐振功放的输入回路常采用自给负偏压方式，输丙类谐振功放的输入回路常采用自给负偏压方式，输出回路有串馈和并馈两种直流馈电方式。为了实现和前后出回路有串馈和并馈两种直流馈电方式。为了实现和前后级电路的阻抗匹配，可以采用级电路的阻抗匹配，可以采用LC分立元件、微带线或传分立元件、微带线或传输线变压器几种不同形式的匹配网络，分别适用于不同频输线变压器几种不同形式的匹配网络，分别适用于不同频段和不同工作状态。段和不同工作状态。5谐振功放属于窄带功效。宽带高频功放采用非调谐方谐振功放属于窄带功效。宽带高频功放采用非调谐
48、方式，工作在甲类状态，采用具有宽频带特性的传输线变压式，工作在甲类状态，采用具有宽频带特性的传输线变压器进行阻抗匹配，并可利用功率合成技术增大输出功率。器进行阻抗匹配，并可利用功率合成技术增大输出功率。 7/22/202267 例例1 在下图中在下图中, 若若Uon=0.6 V, g=10mAV, ICm=20mA, 又又UCC=12V, 求当求当分别为分别为180, 90和和60时的输出功率和相时的输出功率和相应的基极偏压应的基极偏压UBB, 以及以及为为60时的集电极效率。时的集电极效率。(忽略集电忽略集电极饱和压降极饱和压降) ic ic t 转移特性 Uon O uBE 丙类功放的工作
49、状态丙类功放的工作状态 Ubm 斜率为 g UBB 返回返回7/22/202268例例2 设某谐振功率放大器的动态特性如图所示。已知：设某谐振功率放大器的动态特性如图所示。已知：UBB=-0.5V，UOn0.6V，Ubm=2.5V。回答并计算以下几项：。回答并计算以下几项：（1）此时功率放大器工作于何种状态？画出）此时功率放大器工作于何种状态？画出ic的波形；的波形；（2）计算）计算、Po、PD和和R；（3）若要求功率放大器的效率最大，应如何调整？）若要求功率放大器的效率最大，应如何调整？ ic uCE 斜率-gd A B 3 12 18 1.2V 1.8V 2.4V UBE=3.0V 2.0
50、 O 1.5 1.0 0.5 返回返回7/22/202269例例3 某高频谐振功放工作于临界状态，输出功率为某高频谐振功放工作于临界状态，输出功率为15W，且，且UCC=24V，导通角，导通角70o。功放管的参数为：。功放管的参数为：gcr=1.5A/V。求求（1）直流功耗）直流功耗PD，集电极功耗，集电极功耗PC、效率、效率和等效负载和等效负载R各是多各是多少？（其中：少？（其中：0 (70o）0.253, 1 (70o）0.436) (2)若输入信号振幅增加一倍，功放的工作状态如何改变若输入信号振幅增加一倍，功放的工作状态如何改变? 此此时的输出功率大约为多少？时的输出功率大约为多少？ （