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1、高频电子线路李福勤第四高频电子线路李福勤第四章章第1页，此课件共27页哦n n4.1.2 4.1.2 高频功率放大器的技术指标高频功率放大器的技术指标n n1.1.高频输出功率高频输出功率n n2.2.高频功率放大器的效率高频功率放大器的效率n n3.3.功率增益功率增益n n4.4.通频带宽通频带宽n n5.5.选择性选择性n n在上述技术指标中，输出功率、效率、功率增益是高频在上述技术指标中，输出功率、效率、功率增益是高频功率放大电路的三个最主要的技术指标。功率放大电路的三个最主要的技术指标。第2页，此课件共27页哦n n4.1.3 高频功率放大器的分类n n按工作频带的宽窄可分为：窄带功
2、率放大器和宽带功率放大器。n n按工作状态分类可分为：甲类、乙类、丙类以及丁类和戊类等。第3页，此课件共27页哦丙类谐振功放的特点丙类谐振功放的特点1.与低频功放相比较工作频率和相对频带不同负载性质不同工作状态不同对放大信号的要求不同谐振网络的作用不同工作状态不同2.与小信号谐振放大器比较第4页，此课件共27页哦4.2高频功率放大器n n4.2.1谐振功率放大器的基本原理 1.电路构成电路构成三极管V在工作时应处于丙类工作状态，只有小部分时间导通。LC谐振回路起到滤波和匹配作用。基极电源VBB应小于死区电压以保证晶体管工作于丙类状态，一般VBB略小于0。集电极电压VCC是功率放大器的能量来源。
3、第5页，此课件共27页哦因而：因而：设输入设输入u ui i为一余弦信号为一余弦信号:则三极管的发射结电压：则三极管的发射结电压：因为管子只在小半周期内导通，因而因为管子只在小半周期内导通，因而i iB B为脉冲电流。为脉冲电流。放大后的放大后的i iC C也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得：也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得：考虑考虑LCLC谐振回路对各次谐波的作用不同得：谐振回路对各次谐波的作用不同得：n n 2.工作原理第6页，此课件共27页哦波形分析：波形分析：a.a.三极管输入特性b.b.基极脉冲电流及谐波分量c.c.集电极脉冲电流及谐波分量d.d.LC谐振回路两端电压波形e.e.晶体管
4、集电极和发射极之间的瞬时电压波形第7页，此课件共27页哦3.谐振功率放大器中的折线分析法n n在大信号条件下，晶体管特性的在大信号条件下，晶体管特性的非线性部分影响减小，通过理想非线性部分影响减小，通过理想化正向传输特性，晶体管高频功化正向传输特性，晶体管高频功率放大器的转移特性可近似为折率放大器的转移特性可近似为折线，如图所示。折线化后的斜线线，如图所示。折线化后的斜线与横轴的交点，即为基极发与射与横轴的交点，即为基极发与射极之间的导通电压。从处理后的极之间的导通电压。从处理后的折线图中可以看出，当输入电压折线图中可以看出，当输入电压低于导通电压时，电流为零。当低于导通电压时，电流为零。当输
5、入电压高于导通电压时，电流输入电压高于导通电压时，电流随线性增长。因此，折线化后的随线性增长。因此，折线化后的转移特性曲线可用下式表示转移特性曲线可用下式表示丙类工作情况的输入电压、集电极电流波形第8页，此课件共27页哦第9页，此课件共27页哦第10页，此课件共27页哦尖顶余弦脉冲的分解系数与波形系数第11页，此课件共27页哦电源提供功率：电源提供功率：输出功率：输出功率：集电极功耗：集电极功耗：效率：效率：其中：其中：为集电极电压利用系数。为集电极电压利用系数。为集电极电流利用系数（波形系数）。为集电极电流利用系数（波形系数）。3.功率与效率第12页，此课件共27页哦n n4.2.2 谐振功
6、率放大器的工作状态分析n n通过上面的分析可以看出，影响谐振功率放大器的输出功率、效率及集电极功耗的参数有输入信号幅度、基极偏置电压、集电极偏置电压、以及集电极负载回路的谐振电阻等，当改变这些参数的大小时，放大器的工作状态会产生相应变化，放大器的特性也会发生相应变化。下面让我们来对放大器的工作状态做一具体分析。第13页，此课件共27页哦n n1.1.欠压、临界和过压工作状态欠压、临界和过压工作状态n n放大器的工作状态分为甲类、甲乙类、乙类和丙类等工作状态。而在丙类谐振放放大器的工作状态分为甲类、甲乙类、乙类和丙类等工作状态。而在丙类谐振放大器中还可根据晶体管工作是否进入饱和区，将其分为欠压、
7、临界和过压工作状大器中还可根据晶体管工作是否进入饱和区，将其分为欠压、临界和过压工作状态。态。n n1 1）欠压工作状态）欠压工作状态n n丙类谐振功率放大器工作在欠压状态时，晶体管工作在放大区，因此，只要丙类谐振功率放大器工作在欠压状态时，晶体管工作在放大区，因此，只要n n （此时发射结为正向偏置，集电结为反向偏置），晶体管就会工作在放大区而不会进此时发射结为正向偏置，集电结为反向偏置），晶体管就会工作在放大区而不会进入饱和区。入饱和区。n n2 2）过压工作状态）过压工作状态n n丙类谐振功率放大器工作在过压状态时，晶体管工作在饱和区，因此，只要丙类谐振功率放大器工作在过压状态时，晶体管
8、工作在饱和区，因此，只要n n （此时发射结为正向偏置，集电结也是正向偏置），晶体管就工作在饱和区。（此时发射结为正向偏置，集电结也是正向偏置），晶体管就工作在饱和区。n n3 3）临界工作状态）临界工作状态n n晶体管工作在欠压区和过压区之间的临界点上，晶体管刚好不进入饱和区。晶体管工作在欠压区和过压区之间的临界点上，晶体管刚好不进入饱和区。n n放大器工作在欠压、临界工作状态时，集电极电流为不失真的尖顶余弦脉冲。放大器放大器工作在欠压、临界工作状态时，集电极电流为不失真的尖顶余弦脉冲。放大器工作在过压工作状态时，集电极电流为顶部失真（产生下凹现象）的尖顶余弦脉冲信工作在过压工作状态时，集电
9、极电流为顶部失真（产生下凹现象）的尖顶余弦脉冲信号。但是，不管集电极电流是否出现失真，由于有谐振网络的滤波作用（例如，谐振号。但是，不管集电极电流是否出现失真，由于有谐振网络的滤波作用（例如，谐振在输入信号频率上），放大器的输出电压仍为不失真的余弦波形（与输入信号波形相在输入信号频率上），放大器的输出电压仍为不失真的余弦波形（与输入信号波形相同）。同）。第14页，此课件共27页哦n n2.负载特性波形随的变化特性谐振功率放大器的负载特性谐振功率放大器要得到大功率、高效率的输出，应工作在临界或弱过压状态。临界状态对应的负载电阻称为临界电阻，谐振功率放大器要匹配工作，就要保证负载阻抗等于临界电阻，
10、因此，又称临界状态为最佳工作状态 第15页，此课件共27页哦第16页，此课件共27页哦n n3.放大特性对放大器工作状态的影响第17页，此课件共27页哦n n4.基极调制特性对放大器工作状态的影响第18页，此课件共27页哦n n5.集电极调制特性对放大器工作状态的影响第19页，此课件共27页哦4.2.3 丙类谐振功放的电路丙类谐振功放的电路1.基极馈电电路第20页，此课件共27页哦2.集电极馈电电路第21页，此课件共27页哦n n2.2.滤波匹配网络滤波匹配网络第22页，此课件共27页哦4.2.4 宽带高频功率放大器简介宽带高频功率放大器简介1.传输线变压器工作原理传输线变压器的工作方式是传输
11、线原理与变压器传输线变压器的工作方式是传输线原理与变压器原理的结合，其主要特点是工作频带极宽。原理的结合，其主要特点是工作频带极宽。如图如图1:11:1传输线变压器：传输线变压器：第23页，此课件共27页哦2.传输线变压器的应用第24页，此课件共27页哦功率合成与分配应用举例功率合成与分配应用举例：第25页，此课件共27页哦4.3 丙类倍频器的工作原理丙类倍频器的工作原理n n原理：利用器件的非线性对输入信号进行非线性变换，再原理：利用器件的非线性对输入信号进行非线性变换，再利用谐振系统从各次谐波中取出所需的利用谐振系统从各次谐波中取出所需的n n次谐波分量，从次谐波分量，从而实现而实现n n
12、倍频。倍频。n n当当n n2 2时，一般设时，一般设陷波电路，从而有效陷波电路，从而有效滤除低次谐波。如图：滤除低次谐波。如图：n n丙类倍频器一般工作于弱欠压和临界状态，可以临界丙类倍频器一般工作于弱欠压和临界状态，可以临界状态分析，如：状态分析，如：n nn n越大，越大，P Ponon和和 cncn越小且越小且n n的谐波难滤除，所以一般的谐波难滤除，所以一般n n取取2323级。级。第26页，此课件共27页哦本章小结：本章小结：1.1.高高频频功功率率放放大大器器分分为为窄窄带带高高频频功功率率放放大大器器和和宽宽带带高高频频功功率放大器。率放大器。2.2.为为了了提提高高效效率率，
13、谐谐振振功功放放一一般般工工作作在在丙丙类类状状态态，其其集集电极电流是失真严重的脉冲波形。电极电流是失真严重的脉冲波形。3.3.谐振功率放大器有欠压、临界、过压三种状态。谐振功率放大器有欠压、临界、过压三种状态。4.4.谐谐振振功功率率放放大大器器电电路路包包括括集集电电极极馈馈电电电电路路、基基极极馈馈电电电路和匹配网络等。电路和匹配网络等。5.5.传输线变压器是以传输线原理和变压器原理相结合的传输线变压器是以传输线原理和变压器原理相结合的方式工作，因此具有良好的宽频带传输特性。方式工作，因此具有良好的宽频带传输特性。6.6.倍频器按其工作原理可分为丙类倍频器和参量倍频器。倍频器按其工作原理可分为丙类倍频器和参量倍频器。第27页，此课件共27页哦