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1、第第4章章 高频谐振高频谐振功率放大器功率放大器2008-12-94.1 概述概述4.2 高频谐振功率放大器的工作原理高频谐振功率放大器的工作原理4.3 高频谐振功率放大器的实际电路高频谐振功率放大器的实际电路4.1 概述概述 高频谐振功率放大器用于各种无线电发送设备中，高频谐振功率放大器用于各种无线电发送设备中，对高频载波或高频已调波进行功率放大。对高频载波或高频已调波进行功率放大。目的：能够使电信号能够有效地进行远距离传输目的：能够使电信号能够有效地进行远距离传输特点：高频、大信号、非线性工作特点：高频、大信号、非线性工作要求：输出功率大、转换效率高要求：输出功率大、转换效率高窄带高频功率
2、放大器：以谐振回路为负载，所以又称窄带高频功率放大器：以谐振回路为负载，所以又称 谐振功率放大器谐振功率放大器宽带高频功率放大器：采用非选频性负载，如传输线宽带高频功率放大器：采用非选频性负载，如传输线 变压器或其他宽带匹配电路变压器或其他宽带匹配电路分析方法：折线法近似分析分析方法：折线法近似分析谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大 器器的负载均为谐振回路。的负载均为谐振回路。不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；不同之处：激励信号幅度大小不
3、同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。晶体管动态范围不同。高频功率放大器和低频功率放大器的共同高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是特点都是输出功率大和效率高输出功率大和效率高。联想对比：联想对比：功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。即为功率放大器的效率。小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图工作状态工作状态 功率放大器一般分为功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙甲类、乙类、甲乙类
4、、丙类类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类丁类与与戊类戊类放大器。放大器。谐振功率放大器通常工作于谐振功率放大器通常工作于丙类丙类工作状态，属于非线工作状态，属于非线性电路。性电路。功率放大器的主要技术指标是功率放大器的主要技术指标是输出功率输出功率与与效率。效率。4.2 高频谐振功率放大器的工作原理高频谐振功率放大器的工作原理特点：特点：1、NPN高频大功率晶体管，高频大功率晶体管，高高fT；改变改变UBB可以改变放可以改变放大器的工作类型；大器的工作类型；2、大信号激励：大信号激励：12V；3、发射结在一个周期内只发射结在一个周期内只有
5、部分时间导通，有部分时间导通，iB、iC均均为一系列高频脉冲；为一系列高频脉冲；4、谐振回路作负载可以滤、谐振回路作负载可以滤除高频脉冲电流除高频脉冲电流iC中的谐波中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。分量，同时实现阻抗匹配。组成：组成：BJT、LC谐振回路、馈电电源谐振回路、馈电电源UCCUBBiBiCuCEuBELCRLuiVT4.2.1 基本电路构成基本电路构成4.2.2 工作原理及性能指标工作原理及性能指标分析与计算大大简化，但误差也大；分析与计算大大简化，但误差也大；理论分析与计算只是为电路参数的选择与调整提理论分析与计算只是为电路参数的选择与调整提供依据与指导，实际电路工作时需要调整。
6、供依据与指导，实际电路工作时需要调整。uCE0ic输出特性输出特性uBE0ibUD输输入入特特性性转转移移特特性性uBE0icUDgm一、特性曲线的折线化：一、特性曲线的折线化：二、各极电流、电压波形：二、各极电流、电压波形：uBEib tUimUBBUD-uBEib t-t-icuBEic t-图解可见，图解可见，iB和和iC的都是余弦脉冲的都是余弦脉冲，定义定义为为半导通角半导通角，三极管，三极管只在（只在（，）内导通内导通，当，当90o时，功率放大器工作时，功率放大器工作于于丙类状态丙类状态。iC t-0ic1Ic1m t0ucUc1m t0 tuCE1UCC0Uc1mic余弦脉冲展开为
7、傅立叶余弦脉冲展开为傅立叶级数：级数：将将 当当iC流过流过LC谐振回路时，在回路两端谐振回路时，在回路两端产生电压产生电压uC。由于谐振回路的选频特性，由于谐振回路的选频特性，uC中只有基波分量幅度最大中只有基波分量幅度最大，其它频率的，其它频率的信号电压幅度较小可以忽略。信号电压幅度较小可以忽略。设设Re并联回路谐振时的等效负载并联回路谐振时的等效负载电阻电阻，包括，包括BJT的输出电导和等效的的输出电导和等效的RL。从图中可以看出，丙类高频谐振功放从图中可以看出，丙类高频谐振功放由于选频作用，即使由于选频作用，即使iC是不连续的脉冲电是不连续的脉冲电流，在流，在谐振回路两端也会得到余弦电
8、压谐振回路两端也会得到余弦电压。还可以利用选频特性得到倍频器。还可以利用选频特性得到倍频器。如果振荡回路的如果振荡回路的 0=n，则在回路两端可得则在回路两端可得到频率为到频率为n 的电压的电压:u0=Umcosn t;相当于实现了相当于实现了对输入信号的对输入信号的n倍频。倍频。高频功率放大器中各分电压与电流的关系高频功率放大器中各分电压与电流的关系12ic余弦脉冲的分解余弦脉冲的分解icicmax-/2-/2 tIMIMcos 其中其中 0()、1()、n()为谐波分解系数；为谐波分解系数；另定义另定义 1=Ic1m/Ic0=1()/0()为波形系数为波形系数，随，随 减小而增大。减小而增
9、大。/1/0=1 0 1 2 30,1,2,32.01.00.50.40.30.20.10-0.0510 30 50 70 90 110 130 150 170三、高频功放中的能量关系与效率：三、高频功放中的能量关系与效率：2）集电极电源提供功率：）集电极电源提供功率：1）集电极输出功率：）集电极输出功率：3）集电极损耗功率：）集电极损耗功率：4）集电极效率：）集电极效率：5）对效率的影对效率的影响响电压利用系数电压利用系数 c=Uc1m/UCC，c1，1 随随 而变化；而变化；乙类乙类功放功放：=/2 ，1=/2，max=/4=78.5%；丙类功放丙类功放：/2 ，减小，减小 ，1 提高，提
10、高，c提高；但是提高；但是 很小很小时，时，1提高不多，输出功率却降低很多。故提高不多，输出功率却降低很多。故 通常选在通常选在60o90o之间。之间。乙类乙类理想理想 c=16）交流电源提供的功率称为）交流电源提供的功率称为放大器的激励放大器的激励功率：功率：7）功率放大倍数：功率放大倍数：v丙类放大器为什么一定要用谐振回路作为集电极的丙类放大器为什么一定要用谐振回路作为集电极的负载？谐振回路为什么一定要调谐在信号频率上？负载？谐振回路为什么一定要调谐在信号频率上？v答：这是因为放大器工作在丙类状态时，其集电极答：这是因为放大器工作在丙类状态时，其集电极电流将是失真严重的脉冲波形，如果采用非
11、调谐负电流将是失真严重的脉冲波形，如果采用非调谐负载，将会得到严重失真的输出电压，因此必须采用载，将会得到严重失真的输出电压，因此必须采用谐振回路作为集电极的负载。谐振回路作为集电极的负载。v调谐在信号频率上集电极谐振回路可以将失真的集调谐在信号频率上集电极谐振回路可以将失真的集电极电流脉冲中的谐波分量滤除，取出其基波分量，电极电流脉冲中的谐波分量滤除，取出其基波分量，从而得到不失真的输出电压。从而得到不失真的输出电压。v例：已知谐振功率放大器例：已知谐振功率放大器V VCCCC20V20V，I Ic0c0250mA250mA，P Po o4W4W，U Ucmcm0.9V0.9VCCCC，试求
12、该放大器的，试求该放大器的P PE E、P Pc c、C C和和I Ic1mc1m为多少？为多少？解：解：P PE E=V=VCCCCI Ic0c020200.25=5W0.25=5W P Pc c=P=PE EP Po o=5=54=1W4=1W C C=P=Po o/P/PE E=4/5=80%=4/5=80%U Ucmcm0.9V0.9VCCCC=0.9=0.920=18V20=18V I Ic1mc1m2P2Po o/U Ucmcm2 24/18444.4mA4/18444.4mAv例：已知谐振功率放大器输出功率例：已知谐振功率放大器输出功率P Po o4W4W，C C6060，V V
13、CCCC20V20V，试求，试求P Pc c和和I Ic0c0。若保持。若保持P Po o不变，将不变，将C C提高到提高到8080，试问，试问P Pc c和和I Ic0c0减小多少？减小多少？解：解：P Po o4W4W，C C6060，V VCCCC20V20V，则，则 P PE E=P Po o/C C=4/0.66.67W=4/0.66.67W P Pc c=P PE E P Po o=6.67=6.674=3.67W4=3.67W I Ic0c0=P PE E/V VCCCC=6.67/20=6.67/20（A A）333.3mA333.3mA若保持若保持P Po o不变，将不变，将
14、C C提高到提高到8080 ，则，则 P Pc c=P PE EP Po o=P Po o/C CP Po o=4/0.8=4/0.84=54=54=1W4=1W P Pc c=P Pc c P Pc c=3.673.671=2.67W1=2.67WI Ic0 c0=I Ic0 c0 I Ic0c0=6.67/206.67/20 5/205/20=0.0830.083（A A）=83mA=83mA3点法作图：点法作图：t=0，uBE=UBB+Uim；uCE=UCC-Uc1m 得到得到C点点 t=/2，uBE=UBB；uCE=UCC 得到得到 B点点 t=，uBE=UBB-Uim 串联电阻串联电
15、阻Rs。图（图（a）中中求得：求得：（只适于（只适于ReRL的情况）的情况）图（图（b）中中求得求得:（只适于（只适于ReRL的情况）的情况）三、三种不同形式的匹配网络三、三种不同形式的匹配网络RLReCL(Xs)ReCL(Xp)(a)RLReC(Xp)L ReC(Xs)L(b)1、L型网络型网络(a)型网络型网络XsXs1Xs2RLRLXpXp1Xp2(b)T型网络型网络2、型和型和型网络型网络C1C245pFCcC3C410pFLb280 HL1L2VT50 50 17pF16 H0.01 F97 H16pFUCC (28V)Lc280 H4.3.3 高频功率放大器的实际电路高频功率放大器
16、的实际电路4.4 丁类高频功率放大器简介丁类高频功率放大器简介 在丙类高频功放中，提高集电极效率是靠减小集在丙类高频功放中，提高集电极效率是靠减小集电极电流的导通角实现的，但这样同时会减小输出功电极电流的导通角实现的，但这样同时会减小输出功率。丁类功率放大器的晶体管工作于率。丁类功率放大器的晶体管工作于开关状态开关状态，管子，管子导通时进入饱和区，器件内阻接近于导通时进入饱和区，器件内阻接近于0，截止时电流，截止时电流为为0，这样可以使集电极功耗大为减小，效率大大提，这样可以使集电极功耗大为减小，效率大大提高。丁类功放分为高。丁类功放分为电流开关型电流开关型和和电压开关型电压开关型两种电路。两
17、种电路。下面以电压开关型电路为例，简要说明丁类功下面以电压开关型电路为例，简要说明丁类功率放大器的工作原理率放大器的工作原理UCC VT1 VT2 A L0 C0 RL uL iC1 iL uA iC2 Cc 两个同型的三极管两个同型的三极管VT1、VT2相串联，输入变压器为相串联，输入变压器为VT1、VT2提供相位相反的驱动电压，使两管交替饱和导通，提供相位相反的驱动电压，使两管交替饱和导通，A点处的电压为方点处的电压为方波，振幅为波，振幅为 相应的电流电压波形如图所示。负载电阻相应的电流电压波形如图所示。负载电阻RL与与L0、C0构成高构成高Q串联串联谐振回路，当它调谐于输入信号频率时，在
18、负载上得到电压谐振回路，当它调谐于输入信号频率时，在负载上得到电压uA的基波的基波分量，实现高频放大的目的。分量，实现高频放大的目的。RL上基波电压振幅：上基波电压振幅：基波电流振幅：基波电流振幅：输出功率：输出功率：通过电源的平均电流分量：通过电源的平均电流分量：电源供给功率：电源供给功率：效率：效率：理想情况下，两管集电极损耗均为零，效率可达理想情况下，两管集电极损耗均为零，效率可达100%。实际工作中，。实际工作中，三极管在饱和、截止之间的转换需要一定的时间，三极管在饱和、截止之间的转换需要一定的时间，uA不是理想方波，而是不是理想方波，而是存在着上升沿和下降沿，转换期间存在一定的电压和
19、电流，使管耗增加，存在着上升沿和下降沿，转换期间存在一定的电压和电流，使管耗增加，效率降低，所以应选择开关时间短的高频开关三极管或无电荷存储效应的效率降低，所以应选择开关时间短的高频开关三极管或无电荷存储效应的VMOS场效应管，并减小电路中的分布电容。场效应管，并减小电路中的分布电容。在电流开关型电路中，两管推挽工作，电源在电流开关型电路中，两管推挽工作，电源 通过大电感通过大电感 供给一个恒定电流供给一个恒定电流 两管轮流导通（饱和），因而回路电流方向也随之轮流改变。两管轮流导通（饱和），因而回路电流方向也随之轮流改变。2、电流开关型电路、电流开关型电路 由图知，该电路与推挽电路非常相似，但
20、有两由图知，该电路与推挽电路非常相似，但有两点不同之处：一个是集电极回路中点不是地电位点不同之处：一个是集电极回路中点不是地电位（推挽电路此点则在交流地电位）；另一个是在（推挽电路此点则在交流地电位）；另一个是在 电感的电流不能突变电感的电流不能突变的原理，使的原理，使 提供一个恒定的电提供一个恒定的电电路中串接了大电路中串接了大电感电感。加入。加入 的目的是利用通过的目的是利用通过，以保证当两管轮流导通时，通过每管的电流波，以保证当两管轮流导通时，通过每管的电流波流流波形是矩形方波。波形是矩形方波。电流开关型功率放大器的工作波形 当当LC回路谐振时，在它两端所回路谐振时，在它两端所产生的正弦
21、波电压与集电极方波电产生的正弦波电压与集电极方波电流中的基波电流分量同相。两个晶流中的基波电流分量同相。两个晶体管的集电极一发射极瞬时电压体管的集电极一发射极瞬时电压 4.5 宽带功率放大器宽带功率放大器 在多通道通信系统及频段通信系统中，需要采用宽带高在多通道通信系统及频段通信系统中，需要采用宽带高频功率放大器，它以非调谐的宽带网络作输出匹配网络，频功率放大器，它以非调谐的宽带网络作输出匹配网络，要求在很宽的波段范围内对信号进行尽可能一致的线性放要求在很宽的波段范围内对信号进行尽可能一致的线性放大。大。由于宽带放大器没有选频作用，一般只工作于非线性失由于宽带放大器没有选频作用，一般只工作于非
22、线性失真较小的甲类或甲乙类，所以宽带放大器的效率一般不高真较小的甲类或甲乙类，所以宽带放大器的效率一般不高（20%左右）。左右）。对宽带放大器的主要要求是：对宽带放大器的主要要求是：通频带要宽，失真要小，通频带要宽，失真要小，放大倍数要大。放大倍数要大。常用的宽带匹配网络是常用的宽带匹配网络是传输线变压器传输线变压器。宽频带功率放大器没有选频作用。因此宽频带功率放大器没有选频作用。因此谐波的抑制谐波的抑制成成了一个重要的问题。为此，放大管的工作状态就只能选在了一个重要的问题。为此，放大管的工作状态就只能选在非线性畸变比较小的甲类或甲乙类状态，效率较低，也就非线性畸变比较小的甲类或甲乙类状态，效
23、率较低，也就是说是说宽频带放大器是以牺牲效率作为代价来换取宽频带输宽频带放大器是以牺牲效率作为代价来换取宽频带输出的出的。一、低频变压器的特性一、低频变压器的特性 为使变压器工作于高频并展宽频带需采取的措施：为使变压器工作于高频并展宽频带需采取的措施：采取使用铁氧体磁心，匝数少，匝间距大采取使用铁氧体磁心，匝数少，匝间距大采用高频铁氧体磁心采用高频铁氧体磁心采用高导磁率磁心，加大环形磁心截面积采用高导磁率磁心，加大环形磁心截面积4.5.1 传输线变压器传输线变压器(a)结构示意图结构示意图二、传输线变压器简介二、传输线变压器简介 v解决普通变压器不能满足工作频率高、频带宽的矛盾。解决普通变压器
24、不能满足工作频率高、频带宽的矛盾。1.1.传输线变压器结构传输线变压器结构（b）电路图）电路图 传输线主要是指用来传输高频信号的双导线、同轴线，将传输线主要是指用来传输高频信号的双导线、同轴线，将两根等长的两根等长的传输线绕制在高磁导率、低损耗的磁环上就构成传输线变压器。因此它兼传输线绕制在高磁导率、低损耗的磁环上就构成传输线变压器。因此它兼有有传输线传输线和和高频变压器高频变压器两者的特点，相应的有两种工作方式，传输线方式两者的特点，相应的有两种工作方式，传输线方式和变压器方式。和变压器方式。最高工作频率可扩展到最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫几百兆赫甚至上千兆赫。1 2 3 4 U
25、2 Us I1 I2 I4 I3 U1 Rs 传输线方式传输线方式Us 1 3 2 U1 Rs RL 4 U2 变压器方式变压器方式 传输线等效电路如下图，传输线等效电路如下图，低频工作时低频工作时，传输线就是两根普通连接线。，传输线就是两根普通连接线。高高频工作时频工作时，由于分布电感和线间分布电容的影响，能量是通过分布电容中的，由于分布电感和线间分布电容的影响，能量是通过分布电容中的电场能量和分布电感中的磁场能量不断相互转换而传送到负载的。电场能量和分布电感中的磁场能量不断相互转换而传送到负载的。以以L0、C0表示单位长度传输线的电感和电容，传输线的特性阻抗是一表示单位长度传输线的电感和电
26、容，传输线的特性阻抗是一个与频率无关的电阻个与频率无关的电阻 传传输输线线变变压压器器与与普普通通变变压压器器在在传传输输能能量量的的方方式式上上是是不不相相同同的的，传传输输线变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。线变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容很大，且在整两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。其次，两根等长导线同时绕在高个线上均匀分布。其次，两根等长导线同时绕在高磁芯上，所以导线上均磁芯上，所以导线上均匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫匀分布的电感量
27、也很大，这种电路通常又叫分布参数电路分布参数电路。1 2 3 4 l ZiZCI1 I1 I2 I2 普通连接线普通连接线 示意图示意图Us U1 Rs RL U2 1 2 3 4 U1 I1 I1 I2 I2 传输线等效图传输线等效图 RL U2 Us Rs 理想、无耗的情况下：理想、无耗的情况下：1 2 3 4 u1 高频倒相器高频倒相器us Rs RL u2 uL 三、传输线变压器的应用三、传输线变压器的应用 1、高频倒相器、高频倒相器 端点端点2、3相连并接地，相连并接地，1、3端端加高频电压加高频电压u1，负载上得到的电压，负载上得到的电压uL与与u1反相。反相。1：1传输线变压器，
28、又叫倒相变传输线变压器，又叫倒相变压器。压器。当传输线无损时，可以认为当传输线无损时，可以认为u1=u2和和i1=i2。i1i2uL 传输线输出端的等效阻抗为：传输线输出端的等效阻抗为：输入端（输入端（1、3端）的等效阻抗为端）的等效阻抗为：为了实现传输线变压器与负载的匹配，要求：为了实现传输线变压器与负载的匹配，要求：为了实现信号源与传输线变压器的匹配，要求：为了实现信号源与传输线变压器的匹配，要求：1：1传输线变压器，传输线变压器，最佳匹配最佳匹配状态应该满足状态应该满足：1：1传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放大电路中传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放大电
29、路中RL正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，1：1传输线变压器很少用作传输线变压器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡不平衡-平衡平衡以及以及平衡平衡-不平衡不平衡转换。转换。2、不平衡、不平衡-平衡变换器平衡变换器 1 2 3 4 Us Rs RL/2 RL/2 平衡平衡-不平衡变换器不平衡变换器U1 U2/2 U2/2 U2 信号源一端接地，称为信号源一端接地，称为“不平不平衡衡”，转换后的负载上两电压大小，转换后的负载上两电压大小相等、方向相反，称为平衡输出。相等、方向相反，
30、称为平衡输出。平衡平衡-不平衡变换器不平衡变换器 不平衡不平衡-平衡变换器平衡变换器1 2 3 4 (a)I RL/4RL U2 U1 Us Rs UL 2I (b)1 2 3 4 2I RL U2 U1 Us Rs UL 4RLI 3、阻抗变换器、阻抗变换器 图（图（a）构成的是）构成的是1：4阻抗变换器阻抗变换器，1、4端相联，线圈两端电压相等端相联，线圈两端电压相等U2=U1，则负载电压，则负载电压UL=2U1，负载电流为，负载电流为I，则输入端阻抗则输入端阻抗 若将若将2、3端相联，端相联，4端接地，则可端接地，则可构成构成4：1的阻抗变换器的阻抗变换器，如图（，如图（b）所示所示 利
31、用上述原理还可构成利用上述原理还可构成1：9、1：16、1：（：（n+1）2的传输的传输线变压器。若将上述电路的输入端、输出端互换（即信号源与负载互线变压器。若将上述电路的输入端、输出端互换（即信号源与负载互换），相应变为换），相应变为4：1、9：1的传输线变压器，工作原理是相同的。的传输线变压器，工作原理是相同的。IIII+28VLbT3T2T127 470 47 27 2.7k 0.01 0.01 0.01 0.01 1800 1200 27 180 12 0.01 5 0.01 1000p0.01 5 330 Lb0.01 输入输入输出输出VT1VT2四、宽带功率放大电路实例四、宽带功率
32、放大电路实例 宽频带变压器耦合放大电路，工作频率在宽频带变压器耦合放大电路，工作频率在150kHz30MHz。图中。图中T1、T2、T3都是宽带传输线变压器，都是宽带传输线变压器，T1与与T2串接是为了实现阻抗变换，将串接是为了实现阻抗变换，将VT1的低输入阻抗变换为的低输入阻抗变换为VT2所需要的高负载阻抗。为改善放大器性能，每级所需要的高负载阻抗。为改善放大器性能，每级都加了电压负反馈支路；为避免寄生耦合，每级的集电极电源都加有电容都加了电压负反馈支路；为避免寄生耦合，每级的集电极电源都加有电容滤波。未采用调谐回路，放大器应工作于甲类状态。滤波。未采用调谐回路，放大器应工作于甲类状态。1W
33、 4W 11W 5W 11W 10W 5W 11W 5W 5W 11W 11W 11W 5W 19W 40W 35W 19W 10W 10W 10W 10W 5W 11W 4.5.2 宽带功率合成技术宽带功率合成技术一、功率合成器的组成一、功率合成器的组成 在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子器件所能在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子器件所能输出的功率时，可以将多个电子器件的输出功率叠加起来，这就是输出的功率时，可以将多个电子器件的输出功率叠加起来，这就是功率合成技术。功率合成技术。下图是一个输出功率为下图是一个输出功率为35W的功率合成器的组成框图，三角形的功率合成
34、器的组成框图，三角形代表功率放大器，菱形代表功率分配或合成网络。代表功率放大器，菱形代表功率分配或合成网络。A DCBRA RB RC RD(a)A DCBRA RB RD RC(b)利用利用1：4传输线变压器传输线变压器组成的组成的魔魔T混合网络混合网络，可以实现功率合成，可以实现功率合成与分配的功能，其基本电路如图（与分配的功能，其基本电路如图（a）所示。混合网络有）所示。混合网络有A、B、C、D四个端点，为了满足网络匹配的条件，取四个端点，为了满足网络匹配的条件，取RA=RB=ZC=R，RC=ZC/2=R/2，RD=2ZC=2R，其中，其中ZC是传输线变压器的特性阻抗。是传输线变压器的特
35、性阻抗。在此基础上，利用在此基础上，利用A、B、C、D四个端点适当连接，可以实现功率合四个端点适当连接，可以实现功率合成与功率分配，图（成与功率分配，图（b）为变压器形式的等效电路。）为变压器形式的等效电路。二、功率合成与分配单元二、功率合成与分配单元 如下图所示，将如下图所示，将A、B两端点分别接入两个功率放大器的输出端，两端点分别接入两个功率放大器的输出端，若两个输出电压为：若两个输出电压为：两电压大小相等、极性相反。在两电压大小相等、极性相反。在A点，有：点，有：在在B点，有：点，有：故故 所以所以C端无输出，而端无输出，而D点的输出功率为：点的输出功率为：实现了功率合成，称为实现了功率
36、合成，称为反相合成反相合成。RA RB RC RD A DCBII2I2I1I1I2I1US1US22U U U 若两个输出电压为若两个输出电压为 经过类似分析可以得到：经过类似分析可以得到：称为称为同相合成同相合成。RA RB RC IaIdIbIdIcADDBCUd/2 IIId(a)Ud/2 Ud IaIdADIIIcRA RB BDCIbIdRD(b)将功率合成器输入输出位置交换，即可得到功率将功率合成器输入输出位置交换，即可得到功率分配器。如下图所示：分配器。如下图所示：DABCT2T3T4T5T6T125 12.5 12.5 6 10 10 LL1 H1 H6 1500pF1500
37、pFDBAC12.5 12.5 1000pF8 F+24V输出输出25 VT1VT2三、功率合成电路实例三、功率合成电路实例 右图是一个右图是一个反相功率合成器反相功率合成器的典型电路，它的典型电路，它是一个输出功率是一个输出功率为为75W、带宽为、带宽为3075MHz的放的放大电路的一部分。大电路的一部分。图中，图中，T2为反相为反相功率分配网络功率分配网络，T5反相功率合成反相功率合成网络网络，T1 与与T6 是是1：1传输线变传输线变压器压器，实现平衡，实现平衡不平衡转换；不平衡转换；T3与与T4是是4：1阻阻抗变换器抗变换器。100 T2T3T4T5T6T1CDABDABC50 1.1
38、 1.1 22 22 200 200 0.033 0.033 100 100 25 25 400 200 UCCVT1VT2 下图是一个典型的同相功率合成器电路。图中，下图是一个典型的同相功率合成器电路。图中，T1为同相功率分为同相功率分配网络，配网络，T6为同相功率合成网络为同相功率合成网络，T2、T3与与T4、T5 分别是分别是4：1与与1：4阻抗变换器阻抗变换器，各处的特性阻抗均已在图中注明。晶体管发射极接入的，各处的特性阻抗均已在图中注明。晶体管发射极接入的电阻以产生负反馈，提高输入阻抗。各基极串联的电阻，可提高输入电阻以产生负反馈，提高输入阻抗。各基极串联的电阻，可提高输入电阻，并防
39、止寄生振荡。电阻，并防止寄生振荡。D端所接的、电阻是端所接的、电阻是T1 与与T6的假负载电阻。的假负载电阻。反相功率合成器的优点是：输出没有偶次谐波，输入电阻比单边反相功率合成器的优点是：输出没有偶次谐波，输入电阻比单边时高，因而引线电感的影响减小。在同相功率合成器中，由于偶次谐时高，因而引线电感的影响减小。在同相功率合成器中，由于偶次谐波在输出端是相加的，因此输出中有偶次谐波存在。波在输出端是相加的，因此输出中有偶次谐波存在。本章小结本章小结 高频功率放大器的主要作用是放大高频信号，以高效率输出大高频功率放大器的主要作用是放大高频信号，以高效率输出大功率。为了提高效率，高频谐振功放多工作在
40、丙类状态，而且一般功率。为了提高效率，高频谐振功放多工作在丙类状态，而且一般采用选频网络作负载，完成阻抗匹配和滤波的功能，不同于纯电阻采用选频网络作负载，完成阻抗匹配和滤波的功能，不同于纯电阻负载的情况。负载的情况。丙类高频谐振功率放大器中功放管的导通角小于丙类高频谐振功率放大器中功放管的导通角小于90，所以输，所以输出电流为脉冲电流，但是利用了选频网络的滤波作用，可以得到正出电流为脉冲电流，但是利用了选频网络的滤波作用，可以得到正弦电压输出。弦电压输出。本章要点：本章要点：1、丙类谐振功放的三种工作状态：、丙类谐振功放的三种工作状态：（1）欠压状态，动特性线在截止区和放大区，输出电压幅度）欠
41、压状态，动特性线在截止区和放大区，输出电压幅度小，输出功率和效率低，集电极功耗大。小，输出功率和效率低，集电极功耗大。（2）过压状态，动特性线进入饱和区，集电极电流脉冲出现）过压状态，动特性线进入饱和区，集电极电流脉冲出现凹陷，输出电压幅度大，且呈现恒压特性，输出功率低，效率凹陷，输出电压幅度大，且呈现恒压特性，输出功率低，效率高。高。（3）临界状态，动特性线达到临界饱和线，输出电压幅度大，输出）临界状态，动特性线达到临界饱和线，输出电压幅度大，输出功率和效率高，集电极功耗小，是谐振功率放大器理想的工作状功率和效率高，集电极功耗小，是谐振功率放大器理想的工作状态。态。2、丙类谐振功放的外部特性
42、：指外部参数对谐振功率放大器的工、丙类谐振功放的外部特性：指外部参数对谐振功率放大器的工作状态和性能所造成的影响：作状态和性能所造成的影响：（1）负载特性：仅负载）负载特性：仅负载Re变化对功放工作状态和性能的影响，变化对功放工作状态和性能的影响，Re增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。（2）放大特性：仅激励电压幅度）放大特性：仅激励电压幅度Uim变化对功放工作状态和性能的变化对功放工作状态和性能的影响，影响，Uim增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在欠压增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在欠压区，对输入信号可实现线性放大。区，对输入信号
43、可实现线性放大。（3）基极调制特性：仅基极偏置电压）基极调制特性：仅基极偏置电压UBB变化对功放工作状态和性变化对功放工作状态和性能的影响，能的影响，UBB增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在欠压区，可实现基极调幅。欠压区，可实现基极调幅。（4）集电极调制特性：仅集电极偏置电压）集电极调制特性：仅集电极偏置电压UCC变化对功放工作状态变化对功放工作状态和性能的影响，和性能的影响，UCC减小，工作状态由欠压经临界向过压变化。工减小，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在过压区，可实现集电极调幅。作在过压区，可实现集电极调幅。3、主要参数关系的公式：、主要参数关系的公式：（1）电流导通角：）电流导通角：（2）集电极脉冲电流：）集电极脉冲电流：（3）输出功率：）输出功率：（4）直流电源提供功率：）直流电源提供功率：（5）集电极功耗：）集电极功耗：（6）集电极效率：）集电极效率：4、馈电线路为功率放大器提供直流偏置，具体分为基极馈电和集、馈电线路为功率放大器提供直流偏置，具体分为基极馈电和集电极馈电，又各有串馈和并馈形式。电极馈电，又各有串馈和并馈形式。5、输出匹配网络主要实现阻抗变换与滤波，还可实现功率合成与、输出匹配网络主要实现阻抗变换与滤波，还可实现功率合成与分配。分配。