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1、第3章高频功率放大器o【本章教学目标与要求本章教学目标与要求】o掌握单调谐回路谐振放大器和多级单调谐回路谐振放大器的基本原理o掌握高频功率放大器的基本工作原理及电路组成原理o了解常用高频放大器的基本原理o能够看懂和正确分析各种应用电路3.1概述o放大高频小信号（中心频率在几百千赫到几百兆赫）的放大器称为高频小信号放大器。o根据工作频宽的宽窄不同，高频小信号放大器有宽带型和窄带型两大类。所谓频带的宽窄，指的是相对频带，即通频带与其中心频率的比值。宽带放大器的相对频带较带（往往在0.1以上），窄带放大器的相对频带较窄（往往小到0.01）。o高频小信号放大电路分为窄频带放大电路和宽频带放大电路两大类
2、。前者对中心频率在几百千赫到几百兆赫,频谱宽度在几千赫到几十兆赫内的微弱信号进行不失真的放大,故不但需要有一定的电压增益,而且需要有选频能力。后者对几兆赫至几百兆赫较宽频带内的微弱信号进行不失真的放大,故要求放大电路的下限截止频率很低(有些要求到零频即直流),上限截止频率很高。o高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。高频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。o高频功率放大
3、器的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的高频能量输出，其输出信号与输入信号的频谱相同。3.2高频小信号放大器3.2.1基本原理o高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路。所谓高频，是指放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。小信号是指输入信号小，可以认为放大器的晶体管是在线性范围内工作。1、高频小信号放大器的功能o高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频小信号进行不失真放大，如常见的无线电接收机中高频和中频放大器。从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。o2、小信号选频放大器的信号环境特点o3、高频小信号选频放大器的基本组成o
4、高频小信号选频放大器由“放大部分+选频部分”按“级联”方式构成。具体分为：先放大后选频，先选频后放大，以及选频、放大、再选频的三种基本模式。4、高频小信号放大器的分类o按所使用的元器件分为晶体管放大器、场效应管放大器和集成电路放大器；o按照所放大信号的频带宽窄可分为窄带放大器和宽带放大器；o按照所用负载的性质可分为谐振放大器和非谐振放大器；o按调谐回路可分为单调谐回路，双调谐回路和参差调谐回路放大器；o按晶体管连接方法可分为共基极、共发射极和共集电极放大器。5、晶体管高频小信号等效电路o（1）y参数等效电路o设输入端有输入电压，和输入电流，输出端有输出电压和输出电流。其中o输出短路时的输入导纳
5、o输入短路时的反向传输导纳o输出短路时的正向传输导纳o输入短路时的输出导纳（2）混合等效电路（3）高频参数o和截止频率 o特征频率o最高振荡频率3.2.2特性分析o放大器的主要特性包含放大器的增益、电路的稳定性，以及电路自身产生的输出信号失真等；选频性能的技术指标包含通频带、选择性等1.增益（放大倍数）o电压增益：o功率增益：o分贝表示：2.通频带3.选择性4.工作稳定性o工作稳定性是指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元件参数等发生可能变化时，放大器主要性能的稳定程度。5.噪声系数o越接近1越好，在多级放大器中，前二级的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。3.2.
6、3单调谐谐振回路放大器1放大器的等效电路及其简化2.放大器的技术指标o（1）电压增益单调谐放大器的简化等效电路其中o令o其中（2）谐振曲线（3）放大器的通频带（4）放大器的矩形系数o根据矩形系数的定义单调谐回路放大器的矩形系数远大于1。也就是它的谐振曲线与矩形相差较远，选择性差。3.2.4多级单调谐回路谐振放大器o1电压增益o2谐振曲线o3通频带o4矩形系数3.3高频功率放大器o高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。o高频功率放大器是通信系
7、统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。3.3.1基本原理o1、谐振功放工作原理o与非谐振功放比较，谐振功放工都要求安全高效地输出足够大的不失真功率，但有一些区别。o（1）在谐振功放中，为了提高效率，都在丙类工作状态，或者工作在更高效率的丁类和戊类。在这种情况下，功率管集电
8、极电流为严重失真的脉冲序列波形或周期性的开关波形。顺便指出，在某些特定情况下，为了满足对非线性失真的严格要求，也有采用甲类或乙类工作的谐振功放。o（2）为实现不失真放大，必须限定输入信号为单一频率的高频正弦波（即载波信号）或者在高频附近占有很窄频带的已调波信号。o（3）与非谐振功放一样，在特定的偏置条件下，对应于特定大小的输入信号，功率管有一最佳负载，这时，谐振功放的输出功率最大，效率也较高。滤波匹配网络除了滤波作用外，还起到匹配作用2、基本电路及特点高频功率放大器原理图3、工作原理o谐振高频功率放大器的发射结在的作用下处于负偏压状态，当无输入信号电压时，晶体管了处于截止状态，集电极电流。o当
9、输人信号电压为 时,基极与发射极之间的电压 o，由输入特性可得基极流为脉冲形状。3.3.2电路组成o1组成原理o谐振功率放大器由直流馈电电路和滤波匹配网络组成，其电路组成原理与非谐振功率放大器相同，尚需强调下列几点。o（1）功率管的输出、输入回路都必须有直流电路o（2）直流通路不能影响匹配滤波网络的工作，匹配滤波网络亦不能影响直流通路的正常供电。2直流馈电电路o（1）集电极馈电电路（2）基极偏置电路3滤波匹配网络o谐振功率放大电路的匹配滤波网络的作用是阻抗匹配和选频滤波。3.3.3特性分析o1、准静态分析方法o假设输入和输出滤波匹配网络具理想的滤波特性。所谓理想的概念是指能完全抑制无用的各种分
10、量，只取出有用的基波分量。这样，尽管三极管的基极和集电极电流波形是非正弦的，但加在三极管输入和输出端的电压波形却是正弦的，即是任意的波形o2、负载特性o负载特性是指在晶体管及、一定时，改变回路谐振电阻的值，对高频功率放大器的工作状态、电流、电压、功率和效率等功率性能影响的特性。输出特性曲线由余弦脉冲波变为中间凹陷高度下降的脉冲波集电极电流波形不同时集电极电流的波形不同时功率性能的变化特性o3、调制特性和放大特性o调制特性分集电极调制特性（当、不变时，随变化的特性）和基极调制特性（、不变，随变化的特性）两种。o放大特性与基极调制特性相仿、集电极调制特性基极调制特性放大特性o4、高频功放的动态特性
11、o功率放大器通常是按晶体管集电极电流通角不同划分为甲类、乙类和丙类放大器。谐振功率放大器的工作状态是指处于丙类或乙类放大时，在输入信号激励的一周内，是否进入品体管特性曲线的饱和区来划分。它分为欠压、临界和过压三种状态。用动态特性能较容易区分这三种工作状态。功率放大器的动态特性3.3.4常用的高频功放器o1、宽带高频功率放大器o（1）传输线变压器的工作原理o传输线变压器是由绕在高导磁环上的传输线构成的，其中，传输线可以用同轴电费，也可以用双绞电线或带状线，它们都可看成两根等长的、相距很近的平行线，而且匝数很少，而磁环一般由镍锌铁氧体制成o传输线变压器既具有传输特点，又具有变压器的特点，是二者的结
12、合统一（a）结构图（b）等效电路（c）等效电路（d）等效电路图3.3.151：1传输变压器的结构示意图及等效电路o传输线圈变压器确实具有极高的上限截止频率和极宽的工作频带。o传输线变压器的功能：实现平衡和不平衡的转换和作为阻抗变换器o当工作在低频段时,由于信号波长远大于传输线长度,分布参数很小,可以忽略,故变压器方式起主要作用。由于磁芯的导磁率高,所以虽传输线较短也能获得足够大的初级电感量,保证了传输线变压器的低频特性较好。o当工作在高频段时,传输线方式起主要作用,在无耗匹配的情况下,上限频率将不受漏感、分布电容、高导磁率磁芯的限制。而在实际情况下,虽然要做到严格无耗和匹配是很困难的,但上限频
13、率仍可以达到很高。o（2）传输线变压器的应用o极性变换o平衡和不平衡的互相变换o阻抗变换oo（3）宽带功率合成与分配网络o利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大,然后设法将各个功放的输出信号相加,这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。o利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。功率合成原理电路2、丁类（D类）功率放大器o高频功率放大器的主要问题是如何尽可能地提高它的输出功率与效率。甲、乙、丙类放大器就是沿着不断减小电流通角的途径，来不断提高放大器效率的。晶体管丁类放大器原理图3.4小结o1.高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频小信号进
14、行不失真放大，如常见的无线电接收机中高频和中频放大器。从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。o2.高频小信号选频放大器由“放大部分+选频部分”按“级联”方式构成。具体分为：先放大后选频，先选频后放大，以及选频、放大、再选频的三种基本模式。常用的选频电路有：LC谐振回路、陶瓷滤波电路、声表面滤波电路等。o3.晶体管在高频线性运用时，晶体管的内部参数将随工作频率而变化。因而必须讨论晶体管的高频等效电路。用的最多的是y 参数等效电路和混合等效电路。o4.放大器的主要特性包含放大器的增益、电路的稳定性，以及电路自身产生的输出信号失真等；选频性能的技术指标包含通频带、选择性等。
15、o5.谐振高频功率放大器的特点是：1.为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为负偏置，由来保证，流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；2.负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。o6.谐振功率放大器由直流馈电电路和滤波匹配网络组成，其电路组成原理与非谐振功率放大器相同，但功率管的输出、输入回路都必须有直流电路：直流通路不能影响匹配滤波网络的工作，匹配滤波网络亦不能影响直流通路的正常供电。o7.高频功放的外特性是指放大器的性能随放大器的外部参数变化的规律。主要包括：高频功放的负载特性(功放性能随负载的变化特性)、高频功放的振幅特性(功放性能随激励电压的变化特性)、高频功放的调制特性(功放性能随偏置电压和电源的变化特性)以及高频功放的调谐特性等。o8.高频功率放大器分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。为了提高效率，谐振功放一般工作在丙类状态，其集电极电流是失真严重的脉冲波形。谐振功率放大器有欠压、临界、过压三种状态。谐振功率放大器电路包括集电极馈电电路、基极馈电电路和匹配网络等。思考题：o1.小信号谐振放大器有何特点？o2.单调谐谐振回路放大器和多级单调谐回路谐振放大器分别有哪些技术指标？o3.说明高频功率放大器的工作原理及特点。o4.常见的高频功率放大器有哪些？o5.简述传输线变压器的工作原理。