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1、高频电子线路阳昌汉版第3章1、第3章高频功率放大器概述丙类高频功率放大器的工作原理丙类高 频功率放大器的折线分析法丙类高频功率放大器电路丙类倍频器13.1 概述一、高频功率放大器的功能用小功率的高频信号去把握高频功率放 大器，将直流电源供应的能量转换为大功率的高频能量输出，并保证输 出与输入的频谱相同。高频功率放大器3 32二、高频功率放大器的分 类（谐振功率放大器）宽带高频功率放大器分类：窄带高频功率放大器其 放大信号的相对带宽一般不超过10%,通常接受LC谐振回路作负载.其放大信号的相对带宽一般可达30%,通常接受宽频带的传输线变压器 作负载。3三、高频功率放大器的主要技术指标1、输出功率
2、2、效率放 大器的负载RL上得到的最大不失真功率高频输出功率与直流电源供应 输入功率的比值3、功率增益高频输出功率与2、信号输入功率的比值4、谐波抑制度是对非线性高频功率放大器而提 出的，谐振重量相对于基波重量越小越好4一、高频功率放大器工作状 态的选择3. 2丙类高频功率放大器的工作原理52 0 2 9 2 0甲类。= 180。）乙类（0 =90。）丙类（。90。）谐振功率放大器通常工作于丙类。6二、丙类高频功率放大器的电路组成特点：1）输入信号大，一般在 几百毫伏几伏数量级2） 一般VBBUBZ,放射结反偏，保证放大器工 作于丙类状态。（3）负载为LC回路，调谐于输入信号的中心频率，选 频
3、滤波和阻抗变换作用。14）接受近似的分析方法一一折线法来分析 其工作原理和工作状态。中间级输出级7iC+uCE-+uBEiB-uc+m、丙类 高频功率放大器的工作原理为尖顶余弦脉冲,可用傅立叶3、级数开放uBEiOVBBUBZubiCUbniICMgc8各级电流、电压波形c ciBmaxVBB tuBEOUBZiB tO tiCOICO cICMVCCuc tuCEO 由 LC 回路的选频 （选基波）作用：（基波）9iC+uCE -+uBE iB-uc+丙类高频功放工作原理 小结：设置VBBUBZ,使晶体管工作于丙类。（2）当输入信号较大时，可 得集电极余弦电流脉冲。（3）将LC回路调谐在信号
4、频率上，就可将余弦 电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出。谐振功放电路与小信号谐振放 大器电路有何区分？ 10调谐功放与小信号调谐放大器的比拟类型实质 任务输入信号幅度工作状态性能指标小信号调谐放大器能量转换器一 将直流能量转换为沟通能量输出不失真地提高信号幅度小一数量级甲4、类一线性工作状态电压放大倍数，选频特性等高频调谐功率放大 器在信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率大几百一V数量级丙 类一非线性工作状态输出功率效率信号失真度等11折线分析法：将晶 体管的特性曲线抱负化为折线再分析。一、晶体管特性曲线的抱负化及 其解析式1.转移特性曲线正向传输特性曲线）实际抱负一称为跨导一 集电极电压
5、恒定时，集电极电流与基极电压的关系曲线3. 3丙类高频功 率放大器的折线分析法122.输出特性曲线一是以基极电压（或基极电流） 为参量的集电极电流与集电极电压的关系曲线。临界饱和线放大区饱和 区临界线方程:为临界线的斜率13二、集电极余弦电流脉冲的分解当廿C时,iC=O,那么当t=0时,iC=ICM,那么14利用傅里叶级数,可将iC的 脉冲序列开放为直5、流重量分解系数基波重量分解系数n次谐波重量分解系数15一波形 系数16三、功率与效率11）直流功率：2）输出功率：（3）集电极 损耗功率：（4）集电极效率：一集电极电压利用系数17甲类：乙类: 丙类：在条件下，导通角越小，效率越高，但导通角不
6、能取得太小，由 于为了兼顾输出功率和效率，通常导通角取600800, 15）导通角的 选择：18例1某谐振功率放大器,VCC=24V, Po,5W, c=70 , =0.9, 求该功放的c、P二、Pc、ICM和回路谐振阻抗Rp。解：191.什么是静态 特性？没有带负载阻抗的条件下得到的的关系，是晶体管本身固有的。 四、丙类高频功率放大器的动态特性2.什么是动态特性？是指在电源电 压（VCC和VBB）、晶体管（gc、UBZ）、输入信号Ub6、m和输出电压Ucm或谐振电阻Rp）确定的条件下，集电极电流 iC=f（uBE, uCE）的关系称为放大器的动态特性。20uBEiCgcUBZ3.动态特 性的
7、表示形式21表示动态特性曲线的斜率故动态特性的表示形式：可 见动态特性为折线，而不是一条直线。221；0”唱丫（；0元111直卮118（14.动 态特性的画法（一）截距法1在输出特性的轴上取截距为2）通过B 点作斜率为gd的直线交线于A点，那么BA直线即为段的动态特性在uCE 轴上找出相应的VCC点，A点在uCE轴上投影为：C（4）在uCE轴上选取得C点，BC直线即为段的动态特性，那么AB-BC为总动态特性0uCEiCubemaxube4ube3ube2ubel23 （H）虚拟电流法（3）连接 AQ 交横轴 于B点（管 7、子导通点）（4）在UCE轴上选取得C点，那么AB-BC为总动态特性 Q
8、0uCEU0*A*BVCC*UcmuCEmingd,CiCubemaxube4ube3ube2ubelABCQ（VCC, IQ） 245.高功放的三种工作状态 uCE3tQUcmlUcm2Ucm3AlA2A3A3，MiC 欠压状态：A点在线上，但是在放大区，输出电压幅度较小，iC为尖顶 脉冲。临界状态：A点在线和临界饱和线的交点上，输出电压幅度较大， iC为尖顶脉冲。过压状态：A点在的延长线上（事实上是不存在），进 入晶体管饱和区，输出电压幅度大，iC为凹顶脉冲B2B1B3VCCUCE临界 线0iCubemaxube4ube3ube2ubel25随Rp增大，减小五、丙类高频功率 放大器的负载特
9、性负载特性是指g8、c、UBZ、VCC、VBB、Ubm不变时，转变谐振回路的谐振电阻Rp,放 大器的输出电流、电压、功率和效率等RP随转变的关系。1.什么是负 载特性？ 2.负载特性的分析Q点，不随Rp转变而转变的，以Q点为参 考点Q不变不变AVCCuCE临界线0iCubemaxube4ube3ube2ubel26QAgdVCCiCuCEubemaxube3ube2ubelube4 临界线OiCRp欠压过压IclmIcOUcmPcPoP= c临界状态:输出功率最大， 效率也较高，是功率放大器的最正确工作状态，一般用于放射机的输出 级。欠压状态：输出功率和效率都较低，Pc较大，Rp = 0, P
10、c最大，可 能烧坏管子，应避开。但输出电流几乎不随Rp转变，放大器可视为恒 流源。过压状态：在弱过压区效率最高，9、而输出功率下降不多，且Rp转变时，输出电压相对较平稳，常用于 放射机的中间级。临界Rp欠压过压临界27六、各级电压转变对工作状 态的影响 1. VCC 的影响 Q 点,icuceubemaxube3ube2ubelube4 临界线 0A集电极调制特性（gc、UBZ、Rp、VBB、Ubm不变不变转变QVCCVCC 欠压过压临界IcoIclmVcmP二VCC欠压过压临界POPCQVCCVCCQ留意：只 有工作在过压区才能有效地实现VCC对Ucm的把握作用，故集电极调幅 电路应工作在过
11、压区。282. VBB的影响gc、UBZ、Rp、Ubm、VCC不变） Q 点向上移动 ube2maxube3maxubeImaxVccicuCE 临界线 OQlAlBlQ2A2B2A3B3Q3ict 基极调制特性10、29进入过压状态后，随着VBB向正值方向增大，集电极脉冲电流的 宽度和幅度也增大，但凹陷加深，结果使Ico、lend增大得格外缓慢。 Ucmlcolcml临界过压欠压UBBO在欠压状态：Vbb自负值向正值方向增 大时，集电极脉冲电流的幅度ICM和导通角8 c增大,故Ico、lend随 VBB的增大而增大。留意：只有工作在欠压区才能有效地实现VBB对Vcm 的把握作用，故基极调幅电
12、路应工作在欠压区。30UcmIcnincoUbni过压 临界欠压03. Ubm的影响（gc、VBZ、RP、VBB、Vcc不变）（1）当谐振功 率放大器作为线性功率放大器，放大器必需工作在欠压状态。（2）当谐 振功率放大器用作振幅限幅器时，放大器必需工作在过压状态。31七、 谐振功放在临界状态的计算VCC-V 11、cni32例1晶体管谐振功率放大器工作于临界状态，晶体管的饱和临界线斜率解：由于工作于临界状态，那么有3334例2：某谐振功率放 大器，试求集电极电流最大值,输出电压振幅集电极效率,并推断放大器 工作于什么状态。解：3536谐振功率放大器的管外电路由两局部组成: 直流馈电线路：匹配网
13、络耦合网络）：一、直流馈电电路集电极馈电 电路基极馈电电路3. 3谐振功率放大器电路给放大器供应合适的偏置; 实现滤波选频和阻抗变换。37IcoVCCIclCLIcn38串联馈电：并联馈电: 指直流电源VCC、负载回路（匹配网络）、功率管三者首尾相接。指直流 电源VCC、负载回路（匹配网络）、功率管三者为并联联接。（a）串馈 并馈39（a）串馈（b）并馈高频扼流圈：通直流阻沟通高频旁路电容12、：通沟通隔直流（隔直电容）cece-Uc+-Uc+-Uc+串馈：（l）a点为沟通 地,分布电容不影响回路的谐振频率（优点）（2）LC回路处于直流高电位, 谐振元件不能直接接地。那么L,C的安装和调整不便
14、利缺点）a并馈： （l）L、C并联于回路，其分布参数直接影响谐振回路的调谐。（缺 点）（2） LC回路处于直流低电位，谐振元件能直接接地，安装和调整 便利。（优点）40串馈：晶体管、VBB、输入信号三者串联联接并馈： 晶体管、VBB、输入信号三者并联联接+此-一+Ub41CBLBLBLBCERBReVTVTVT 1 （2 13） IbOUBBIbOIeo+UBB-（并 馈）1并馈）串馈）在自给偏置电路中，当输入信号幅度加大时，iB 增大，其直流重量IbO也增大，反向偏压随 13、之增大。这种偏置电压随输入信号幅度而转变的现象称为自给偏置 效应。通常接受自给偏压的方式供应基极偏置。优点：这种电路
15、能自动 维持放大器的工作稳定42功率放大器输入匹配网络输出匹配网络RLRSuSRiRp二、匹配网络输入匹配网络：输出匹配网络：级间耦合匹配 网络：用于信号源与功率放大器之间，作用是信号源输出阻抗与放大器 输入阻抗之间的匹配，以使信号源的功率有效的加到高功放的放射结上。 用于功率放大器与负载之间，作用是将负载变换为功率放大器工作状态 所需的最正确负载电阻Rp。用于两级功率放大器之间，实现本级功放的 输出阻抗与下级放大器的输入阻抗之间的匹配。431. L型滤波匹配网络 电路在工作频率上到达并联谐振，即（1）低阻变高阻型LCRL应用中， 依据阻抗匹配要求确定Q,即这三种匹14、配网络都可接受L和C组
16、成的L型、T型、或型这样的网络及由它 们组成的混合网络。44例1某谐振功放的f=50MHz, RL=10 ,所需 的匹配负载为RP二200 ,试确定L型滤波匹配网络的参数。解：二139nH=146nH应接受低阻变高阻型L型滤波匹配网络，其参数设计如下 452高阻变低阻型CRLL电路在工作频率上到达串联谐振，即Q依据 阻抗匹配要求确定，即1.L型滤波匹配网络在RL和R L相差不大时， Q只能很小，会使滤波性能很差这时可接受 型或T滤波匹配网络。462.7型和T滤波匹配网络RPC2RLL1C1RLL1C1L2RPJI型滤波匹配网络 T型滤波匹配网络C2RLL11C1L12RPR, L低阻变高阻高阻
17、变低阻恰中选 择两个L型网络的Q值，就可兼顾滤波和阻抗匹 15、配的要求。47三、实际电路举例50MHz功率放大器由Cl、C2和L1组成T型输入匹配网络。由L2、L3、C3、C4构成冗型输出匹配网络。基极馈电接受自给偏置方式，为并馈。集电极馈电接受串馈。483. 4丙 类倍频器一、功能:将输入信号频率成整数倍增加。倍频器fnf门）能 降低主振级频率，使其稳定工作。2）扩展放射机的工作波段。（3 在调频和调相放射机中，接受倍频器可扩展调频（相波频移（相移。14）提高放射机工作稳定性。由于接受倍频器，输入频率与输出频率 不同，从而较弱了寄生耦合。二、接受倍频器的优点：49三、分类按其 工作原理可分
18、为丙类倍频器:模拟乘法器实现倍频:参量倍频器:利用丙 类放大器电流脉冲中的谐波经选频回路获得倍频利用晶体管结电容随 电压转变的非线性来16、获得倍频50四、丙类倍频器的工作原理假如集电极回路谐振于n 次谐波，那么回路对基波和其他谐波的阻抗很小，而对n次谐波来说呈 纯阻性且阻抗最大，这样回路的输出电压为n次谐波，而基波和其他谐 波被滤除。n次谐波51所以二倍频的应取600,三倍频的应取400, 这样输出功率和效率达最大。n次倍频器输出功率:n次倍频器效率:故 在其他状况相同的条件下，丙类倍频器的输出功率和效率远低于丙类放 大器，且随n的增大而快速降低。最正确导通角与次数n的关系：一般 单级倍频器只用于二倍频或三倍频，最多不超过4 5次，假设要提高倍 频次数，可接受多级丙类倍频器来实现。52