第2章 高频功率放大器 高频电子线路（第3版） 电子教案

第2章 高频功率放大器,学习目标,（1）正确理解谐振功率放大器的基本原理及性能分析（2）熟悉丙类倍频器的基本组成（3）一般了解丁类高频功率放大器基本工作原理（4）了解宽带高频功率放大器的基本组成及基本工作原理,2.1 概述,2.1.1 高频功率放大器的分类,按工作频带宽窄不同, 高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。,窄带型常采用具有选频作用的谐振网络作为负载，又称为谐振功率放大器。为了提高效率，谐振功率放大器常工作在丙类状态或乙类状态。,宽带型常采用工作频带很宽的传输线变压器（Transmission-Line Transformers）作为负载，由于不采用谐振网络，因此它可以工作在很宽的频带范围内。,2.1 概述,2.1.2 丙类谐振功率放大器的特点,丙类谐振功率放大器与低频功率放大器相比较，其共同点都是用来对输入信号进行功率放大。它们的不同点表现在：首先两者工作频率和相对频带不同，低频功放的工作频率较低，一般在20Hz20kHz之间，相对频带较宽；而丙类谐振功放是用来放大高频信号的，工作频率一般在几百千赫到几百兆赫，甚至更高，且由于具有选频作用，相对频带很窄，只有0.1%左右。,与小信号谐振放大器相比，它们具有的共同点是都是用来放大高频信号，且负载均为谐振网络。,2.1 概述,2.1.3 丙类谐振功率放大器的主要性能指标,丙类谐振功率放大器的主要技术指标是输出功率Po、效率h和功率增益AP。若直流电源提供的功率为PDC，则效率h为,功率管的集电极耗散功率PC为：,若基极输入功率为Pi，则功率增益为：,2.2 丙类谐振功率放大器,2.2.1 丙类谐振功率放大器的工作原理,1基本工作原理,2.2 丙类谐振功率放大器,当uBE的瞬时值大于基极和发射极之间的截止电压Uth时，三极管导通，根据三极管的输入特性可知，将产生基极脉冲电流iB,2.2 丙类谐振功率放大器,2输出功率和效率,放大器的输出功率Po等于集电极电流基波分量在负载Rp上的平均功率，即,2.2 丙类谐振功率放大器,2.2 丙类谐振功率放大器,例2.1 在图2.1所示谐振功率放大电路中，集电极电源电压VCC = 18V，输入信号电压ui = 2cosw t，并联谐振回路调谐在输入信号频率上，其谐振电阻Rp = 400W，晶体管的输入特性曲线如图2.4（a）所示。求：,（1）画出VBB = -0.5V时，集电极电流iC的脉冲波形，并求导电角q；（2）写出集电极电流中基波分量表达式和回路两端电压的表达式；（3）计算该放大器的Po、PDC、PC和h。,2.2 丙类谐振功率放大器,2.2 丙类谐振功率放大器,2.2.2 丙类谐振功率放大器的性能分析,1近似分析方法动态线,2.2 丙类谐振功率放大器,2三种工作状态,2.2 丙类谐振功率放大器,3丙类谐振功率放大器的特性,（1）负载特性。,2.2 丙类谐振功率放大器,（2）调制特性。,集电极调制特性是指当VBB、Uim和RP一定时，放大器性能随VCC变化的特性。,2.2 丙类谐振功率放大器,基极调制特性是指当VCC、Uim和RP一定时，放大器性能随VBB变化的特性。,2.2 丙类谐振功率放大器,（3）放大特性。,2.2 丙类谐振功率放大器,2.2.3 丙类谐振功率放大器电路,1基极馈电电路,2.2 丙类谐振功率放大器,要使放大器工作在丙类状态，晶体管基极应加反向偏压或加小于截止电压Uth的正向偏压。反向偏压常采用自给偏置的方法获得。,2.2 丙类谐振功率放大器,2集电极馈电电路,2.2 丙类谐振功率放大器,3滤波匹配网络,2.2 丙类谐振功率放大器,（1）L形匹配网络：,所示为低阻抗变高阻抗的输出匹配网络。,所示为低阻抗变高阻抗的输出匹配网络。,2.2 丙类谐振功率放大器,（2）形和T形匹配网络：,2.2 丙类谐振功率放大器,4谐振功率放大器电路应用举例,所示是工作频率为160MHz的谐振功率放大器电路,2.2 丙类谐振功率放大器,所示是工作频率为50MHz的谐振功率放大器电路,2.3 丙类倍频器,输出信号的频率比输入信号的频率高n（n为正整数）倍的电路叫倍频器。,2.5 宽带高频功率放大器,2.5.1 传输线变压器,1传输线变压器的工作原理,传输线变压器是将传输线绕在高磁导率（m）、低损耗的磁环上构成的。,2.5 宽带高频功率放大器,2传输线变压器的应用,（1）平衡和不平衡电路的转换。,2.5 宽带高频功率放大器,（2）41和14阻抗变换器。,2.5 宽带高频功率放大器,2.5.2 功率合成与分配电路,1功率合成网络,2.5 宽带高频功率放大器,2功率分配网络,2.5 宽带高频功率放大器,3功率合成电路应用举例,本 章 小 结,（1）高频功率放大器，按工作频带宽窄可分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。前者以LC谐振回路为负载，后者以传输线变压器为负载。（2）为了提高效率，谐振功放一般工作在丙类状态，其集电极电流是严重失真的脉冲波形，而调谐在信号频率上的集电极谐振回路将滤除谐波，得到不失真的输出电压。（3）丙类谐振功率放大器有欠压、临界、过压三种状态，其性能可用负载特性、调制特性和放大特性描述。工作在临界状态的谐振功率放大器输出功率Po最大，效率h也比较高，所以谐振功率放大器一般都工作在临界状态。（4）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。基极馈电电路中反向偏压常采用自给偏置的方法获得；集电极馈电电路无论是串馈还是并馈，都满足uCE = VCC - Ucmcosw t的关系；匹配网络可分为L形匹配网络、形匹配网络与T形匹配网络。,本 章 小 结,（5）倍频器按其工作原理可分为丙类倍频器和参量倍频器。单级丙类倍频器倍频次数一般不超过3，若要提高倍频次数，可将倍频器级联起来使用。（6）丁类高频功率放大电路能进一步提高效