第五章 高频功率放大器

1、123 4学习目的：学习目的：1 1、谐振功率放大器的工作原理、谐振功率放大器的工作原理2 2、高频功率放大器的动态特性与负载特性、高频功率放大器的动态特性与负载特性3 3、高频功率放大器的电路组成、高频功率放大器的电路组成51 1、使用高频功率放大器的目的、使用高频功率放大器的目的 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 在无线电广播和通信发射机中，为了获得大功在无线电广播和通信发射机中，为了获得大功率的高频信号，必须采用高频功率放大器。高率的高频信号，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器按工作频带的宽窄可分为窄带高频功率放大器按工

2、作频带的宽窄可分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。窄带高频功率放大器通常以频功率放大器通常以LCLC并联谐振回路作负载，并联谐振回路作负载，因此又称为谐振功率放大器。宽带高频功率放因此又称为谐振功率放大器。宽带高频功率放大器以传输线变压器为负载，因此又称为非谐大器以传输线变压器为负载，因此又称为非谐振功率放大器。振功率放大器。62 2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题高效率输出高效率输出高功率输出高功率输出高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都

3、是输出功率大和效率高。出功率大和效率高。 不同点：工作频率和带宽、负载、工作状态不同点：工作频率和带宽、负载、工作状态联想对比：联想对比：73 3、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，而且放大器的负相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。载均为谐振回路。不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；不同之处：为激励信号幅度大小不同；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。 ic eb t o o ic t VBZ 谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形

4、图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 ic Q eb t o o ic t 8 ic Q eb t o o ic t 小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 9 ic eb t o o ic t VBZ 谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图10工作状态工作状态 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路功率放大器

5、的主要技术指标是输出功率与效率功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率 工程上普遍采用近似的分析方法工程上普遍采用近似的分析方法折线法来分析其工作折线法来分析其工作原理和工作状态原理和工作状态 114 4、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同共同之处共同之处: :都要求输出功率大和效率高。都要求输出功率大和效率高。 功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的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，能量转换的能力即为功率放大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。器的效率。 谐振功率放大器通常用来放大

6、窄带高频信号谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号( (信号的通信号的通带宽度只有其中心频率的带宽度只有其中心频率的1%1%或更小或更小) )，其工作状态通常选，其工作状态通常选为丙类工作状态为丙类工作状态( ( c c9090 ) )，为了不失真的放大信号，它的，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。负载必须是谐振回路。 非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。乙类工作状态；

7、宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。125.2.1 5.2.1 获得高效率所需要的条件获得高效率所需要的条件5.2.2 5.2.2 功率关系功率关系13谐振功率放大器的基本电路晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。谐振回路LC是晶体管的负载电路工作在丙类工作状态外部电路关系式：晶体管的内部特性：coscosBBBbmCCCcmvVVtvVVt 输入输出()ccBBZig vV转移特性方程14故晶体管的转移特性曲线表达式：故晶体管的转移特性曲线表达式： 转移 特性 ic VBZ o 理想化 ic max ic t o +c c o +c c vBmax Vb

8、mm vB vb VBB t 谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线故得：故得：cosBBBZcbmVVV必须强调指出，必须强调指出，集电极电流集电极电流i ic c虽然虽然是脉冲状，但由于谐振回路的这是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。形的输出。谐振功率放大器各部分的电压与电谐振功率放大器各部分的电压与电流的波形图如下图所示流的波形图如下图所示15 VBZ VBB t VCC t t t vB ib ic vc Vcm Vcm vb 高频高频功率放大器功率放大器中各分中各分电压与电流的关系电压与电流的关系cCCceVv（

9、a a）16 t 或电压 电流 VBZ o iCmax vC min ic c vC Vcm VCC ic vc vB max 2 VBB vB Vbm vb 32 2 52 (b) 高频功率放大器中各部高频功率放大器中各部分电压与电流的关系分电压与电流的关系17 + C + + ic L + iL LCLC回路能量转换过程回路能量转换过程回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。回路是由回路是由L L、C C二个储能元件组成。二个储能元件组成。 当晶体管由截止转入导电时，由于回当晶体管由截止转入导电时，由于回路中电感路中电感L L的电流不能突变，因此

10、，输的电流不能突变，因此，输出脉冲电流的大部分流过电容出脉冲电流的大部分流过电容C C，即使，即使C C充电。充电电压的方向是下正上负。这充电。充电电压的方向是下正上负。这时直流电源时直流电源V VCCCC给出的能量储存在电容给出的能量储存在电容C C之中。过了一段时间，当电容两端的电之中。过了一段时间，当电容两端的电压增大到一定程度压增大到一定程度( (接近电源电压接近电源电压) )，晶，晶体管截止。体管截止。 由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振荡。由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起动态当补充的能量与消耗的能量相等时，

11、电路中就建立起动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。18 功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。号功率输出去。由前述所知：由前述所知： 有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。表示转换能力，引入集电极效率的概念。极耗散功率。表示转换能力，引入集电极效率的概念。P P= = =直流电源供给的直流功率；直流电源供给的直流功率；P

12、 Po o= =交流输出信号功率；交流输出信号功率；P Pc c= =集电极耗散功率；集电极耗散功率；根据能量守衡定理：根据能量守衡定理：故集电极效率：故集电极效率：oococPPPPP19由上式可以得出以下两点结论：由上式可以得出以下两点结论：1) 1) 设法尽量降低集电极耗散功率设法尽量降低集电极耗散功率P Pc c，则集电极效率，则集电极效率 c c自自 然会提高。这样，在给定然会提高。这样，在给定P P= =时，晶体管的交流输出功时，晶体管的交流输出功 率率P Po o就会增大；就会增大；2） 由式由式1coccPP可知可知 如果维持晶体管的集电极耗散功率如果维持晶体管的集电极耗散功率

13、P Pc c不超过规定值，那么不超过规定值，那么提高集电极效率提高集电极效率 c c，将使交流输出功率，将使交流输出功率P Po o大为增加。谐振功大为增加。谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。 oococPPPPP20如何减小集电极耗散功率如何减小集电极耗散功率P Pc c 可见使可见使i ic c在在v vc c最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功率自然会大为减小。率自然会大为减小。晶体管集电极平均耗散功率：晶体管集电极平均耗散功率：01TCCv dtTi 故：要想获得高的集电极效

14、率，谐振功率放大器的集故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角小于电极电流应该是脉冲状。导通角小于180180 ，处于丙类工，处于丙类工作状态。作状态。 谐振功率放大器工作在丙类工作状态时谐振功率放大器工作在丙类工作状态时 c c9090 ，集电，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数： t 或电压 电流 VBZ o iCmax vC min ic c vC Vcm VCC ic vc vB max 2 VBB vB Vbm vb 32 2 52 (b) 21直流功率：直流功率：输出交流功率：输出交流功率：V Vcmcm 回路两

15、端的基频电压回路两端的基频电压 I Icm1 cm1 基频电流基频电流R Rp p 回路的谐振阻抗回路的谐振阻抗 放大器的集电极效率：放大器的集电极效率：110112()2cmcmoccCCcVIPgPVI22cmCCVV集电极电压利用系数集电极电压利用系数110()cmccIgI波形系数，通角波形系数，通角 c c的函数；的函数； c c越小越小g g1 1( ( c c) )越大越大 越大越大( (即即V Vcmcm越大或越大或v vminmin越小越小) ) c c越小效率越小效率 c c越高。因此，丙越高。因此，丙类谐振功率放大器提高效率类谐振功率放大器提高效率 c c的途径即为减小的

16、途径即为减小 c c角角；使；使LCLC回路谐振在信号的回路谐振在信号的基频基频上，即上，即i ic c的最大值应对应的最大值应对应v vc c的最小值的最小值。放大高频信号；非线性工作状态；基极偏置为负值；半通放大高频信号；非线性工作状态；基极偏置为负值；半通角角 c c9090 ，即丙类工作状态；负载为，即丙类工作状态；负载为LCLC谐振回路。谐振回路。故谐振功率放大器的工作特点：故谐振功率放大器的工作特点：235.3.2 5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解5.3.3 5.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性高频功率放大器的动态特性与负载特性5.3.4 5.

17、3.4 各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响5.3.5 5.3.5 工作状态的计算工作状态的计算( (估算估算) )举例举例5.3.1 5.3.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式晶体管特性曲线的理想化及其解析式24 对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量的直流分量I Ic0c0和基频分量和基频分量I Icm1cm1。 工程上都采用工程上都采用近似估算和实验调整近似估算和实验调整相结合的方法对高相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。分析法

18、。 所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。法。25折线化的前提要求：工作在低频区折线化的前提要求：工作在低频区低频区低频区:f :f工作工作0.5f0.5f ( (可忽略内部电抗可忽略内部电抗) )中频区中频区:0.5f:0.5f ff工作工作0.2f0.2fT T( (考虑内部电抗考虑内部电抗) )高频区高频区:0.2f:0.2fT Tff工作工作f回路损耗电阻回路损耗电阻r r1 1 2222111() ()()kkkAIMIRM回路送至负载

19、的功率电子器件送至回路的总功率rrrrrrr 衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的有衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的有效功率与输入到回路的总交流功率之比来代表。这比值叫做效功率与输入到回路的总交流功率之比来代表。这比值叫做中介回路的传输效率中介回路的传输效率 k k，简称中介回路效率。，简称中介回路效率。1101 1111111 ()ppLLLRQQCLLRQQC 无负载时的回路谐振阻抗无负载时的回路 值有负载时的回路谐振阻抗有负载时的回路 值rrrrrr80 从回路传输效率高的观点来看，应使从回路传输效率高的观点来看，应使QQL L尽可能地小。尽可能地小。但从要求回路

20、滤波作用良好来考虑，则但从要求回路滤波作用良好来考虑，则QQL L值又应该足够大。值又应该足够大。从兼顾这两方面出发，从兼顾这两方面出发，QQL L值一般不应小于值一般不应小于1010。在功率很。在功率很大的放大器中，大的放大器中，Q QL L也有低到也有低到1010以下的。以下的。 例例6.5.16.5.11110111pLkpRQrRQ rrrrr故有故有: :81 下图是两种下图是两种 形网络是其中的形式之一形网络是其中的形式之一( (也可以用也可以用T T型网络型网络) )。图中图中R R2 2代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R R1 1代表由代表由R R2 2折合到左

21、端的等效折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。电阻，故接线用虚线表示。 R1 C1 C2 R2 L1 (a) 11(1)2(2)222(1)1112(3)11212CRXQLRXCRQLRQ RRLXLQQ XLLC82 下图是两种下图是两种 形网络是其中的形式之一形网络是其中的形式之一( (也可以用也可以用T T型网络型网络) )。图中图中R R2 2代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R R1 1代表由代表由R R2 2折合到左端的等效折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。电阻，故接线用虚线表示。 R1 C1 R2 C2 L1 (b) 1(1)112(2)122122(3)

22、122(1)11RXCQLQ RRLXCQQ XLLCRXLRQLR 图中的图中的R R2 2一般代表终端一般代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R R1 1则代表由则代表由R R2 2折合到左端的等折合到左端的等效电阻，现以效电阻，现以 (a)(a)为例进行计算公式的推导为例进行计算公式的推导 两种两种型匹配网络型匹配网络(a)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2 将并联回路将并联回路R R1 1C C1 1与与R R2 2C C2 2变换为串联形式，变换为串联形式，由串、并联阻抗转换公式可得由串、并联阻抗转换公式可得L1C1R1C2R21212c12c121111RRXXQR

23、R C12C12121C1XXRRX 2212c22c22RRXXR C12C22222C2XXRRX 网络匹配时，网络匹配时，R R1 1= R R2 2 由谐振条件得由谐振条件得 : :842. 2. 级间耦合网络级间耦合网络 多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入阻多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入阻抗是变化的，是随激励电压的大小及管子本身的工作状态抗是变化的，是随激励电压的大小及管子本身的工作状态变化而变化的。变化而变化的。 这个变化反映到前级回路，会使前级放大器的工作状态这个变化反映到前级回路，会使前级放大器的工作状态发生变化。此时，若前级原来工作在欠压状态，则由

24、于负发生变化。此时，若前级原来工作在欠压状态，则由于负载的变化，其输出电压将不稳定。载的变化，其输出电压将不稳定。 对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输出稳对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输出稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为次要定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为次要问题。问题。 欠 压 过 压 0 临界 Ic m 1 Ic m 0 VC m Rp 0 c P= Po Pc 欠 压 过 压 临界 Rp 85对于中间级应采取如下措施：对于中间级应采取如下措施：1) 1) 使中间级放大器工作于过压状态，使它近似为一个恒使中间级放大器工作于过压状态，使它近

25、似为一个恒 压源。压源。2) 2) 降低级间耦合回路的效率。回路效率降低后，其本身降低级间耦合回路的效率。回路效率降低后，其本身 的损耗加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回路本的损耗加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回路本 身的损耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路的效身的损耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路的效 率一般为率一般为 k k=0.1-0.5=0.1-0.5，平均在，平均在0.30.3上下。也就是说，中上下。也就是说，中 间级的输出功率应为后一级所需激励功率的间级的输出功率应为后一级所需激励功率的2-102-10倍。倍。 86甲、乙、丙类甲、乙、丙类 放大器的比较放大器的比较87

26、 甲到乙到丙类是通过不断减小导通角甲到乙到丙类是通过不断减小导通角 c c ，通过减少，通过减少i ic c的流通的流通时间时间( (P Pc)c)，使，使 。 c c太小时太小时, , 虽高虽高, ,但但I Icm1,cm1,P Po o反而下降。反而下降。 为提高为提高I Icm1cm1，必须加大激励电压必须加大激励电压( (太大会击穿管子太大会击穿管子) )。 丁丁(D)(D)类，戊类，戊(E)(E)类采用固定类采用固定 c c =90=90o o(Icm1(Icm1固定固定) )，而尽量减，而尽量减小小PcPc的方法，提高的方法，提高,即：管子工作于开关状态即：管子工作于开关状态 导通

27、时进入饱和区：导通时进入饱和区： v vc c=V=Vcesces, , 截止时进入截止区：截止时进入截止区： i ic c=0=0 使使PcPc大大减小大大减小, ,使使,理想时理想时 接近接近100%100%。88 晶体管丁类放大器都是由两个晶体管组成的，它们轮晶体管丁类放大器都是由两个晶体管组成的，它们轮流导电，来完成功率放大任务。控制晶体管工作于开关流导电，来完成功率放大任务。控制晶体管工作于开关状态的激励电压波形可以是正弦波，也可以是方波。晶状态的激励电压波形可以是正弦波，也可以是方波。晶体管丁类放大器有两种类型的电路：一种是电流开关型，体管丁类放大器有两种类型的电路：一种是电流开关

28、型，另一种是电压开关型。另一种是电压开关型。 89一、电流开关型电路一、电流开关型电路 工作原理：工作原理：主要波形主要波形90在在 中心点处的电压平均值等于电源电压中心点处的电压平均值等于电源电压 集电极回路两端交流电压的峰值为集电极回路两端交流电压的峰值为 它的均方根值为它的均方根值为 2()()2()()()()1()cos2()()2CCMCE satCE satMCE satCE satmCCCE satCE satVVVtVd tVVVVVVV()()2()()cmMCE satCCCE satVVVVV()2()()222()()22cmcccCE satcmCCpcmCCccC

29、E satppVVVVVIRVIVVRR91由此可见，晶体管的饱和压降 越小， 就越高。若 0 ，则100 。这是丁类放大器的主要优点。 功率与效率功率与效率92电压开关型丁类放大器电压开关型丁类放大器二、电压开关型电路二、电压开关型电路 93 V VT T1 1和和V VT T2 2轮流导通、截止。轮流导通、截止。L L、C C、R R串联串联( (电流电流) )谐振，谐振，谐振于基波频率谐振于基波频率( (选频选频) )。 工作波形工作波形94输出电压峰值为输出电压峰值为 02cos()CCLLSVvRtRR02()CCmLLSVvRRR95电源供给的电流为半波正弦，因此集电极平均电流为电

30、源供给的电流为半波正弦，因此集电极平均电流为 输出到谐振回路的交流功率为输出到谐振回路的交流功率为 直流输入功率直流输入功率因此集电极效率为因此集电极效率为 222221cos2()()CCCCCCLSLSVVItd tRRRR202222()omCCLLLSVVRPRRR222()CCCCCCLSVPVIRR0()LCLSPRPRR96集电极功率耗散为集电极功率耗散为 22202222222()()()()CCCCLCCSCLSLSLSLSVVRVRPPPRRRRRRRR()()SSCCCCCLSLSRRPVIPRRRR979899100 以以LCLC谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相

31、对通频带只有百谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相对通频带只有百分之几甚至千分之几，所以又称为窄带高频功率放大器。由于调谐系统分之几甚至千分之几，所以又称为窄带高频功率放大器。由于调谐系统复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制 。 近年来一种新颖的，能够在很宽的波段内实现不调谐工作的宽频带近年来一种新颖的，能够在很宽的波段内实现不调谐工作的宽频带功率放大器得到了迅速的推广。功率放大器得到了迅速的推广。 宽带功率放大器，实际上就是一种以非调谐单元作为输出匹配电路宽带功率放大器，实际上就是一种以非调谐单元作为输出匹配电路的功率放大器。它是以频率

32、特性很宽的传输线变压器，代替了电阻、电的功率放大器。它是以频率特性很宽的传输线变压器，代替了电阻、电容或电感线圈作为其输出电路容或电感线圈作为其输出电路 。 宽频带功率放大器没有选频作用。因此谐波的抑制成了一个重要宽频带功率放大器没有选频作用。因此谐波的抑制成了一个重要的问题。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，也就是说宽频带放大器是以牺牲效率作类或甲乙类状态，效率较低，也就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出的为代价来换取宽频带输出的 。 1011. 1. 普通变压器不能在较

33、宽频内工作的原因普通变压器不能在较宽频内工作的原因 图图 (b)(b)中中L L、L Ls1s1、r r1 1是变压器初级绕组的电感、漏感和损耗电阻；是变压器初级绕组的电感、漏感和损耗电阻；L Ls2s2、r r2 2 是折合到初级后，次级绕组的漏感和损耗电阻；是折合到初级后，次级绕组的漏感和损耗电阻；C C是变压器各分布电容折是变压器各分布电容折合到初级后的总和；合到初级后的总和；R RL L是折合到初级后的等效负载电阻。是折合到初级后的等效负载电阻。 在高频端由于初级绕组电感的感抗很强，因此在高频端等效电路中可在高频端由于初级绕组电感的感抗很强，因此在高频端等效电路中可以认为电感以认为电感

34、L L是开路，如图是开路，如图(c)(c)。在低频端，由于频率较低，各漏感和损。在低频端，由于频率较低，各漏感和损耗电阻很小，也可略去不计，可以认为电容耗电阻很小，也可略去不计，可以认为电容C C开路，如图开路，如图 (d)(d)；(a)(a)原理电路原理电路(b)(b)等效电路等效电路(c)(c)高频端等效电路高频端等效电路(d)(d)低频端等效电路低频端等效电路(e) (e) 频率响应曲线频率响应曲线u us sR Rs sR RL Lu uo oR Rs sR Rs sR Rs su us su us su us sr r1 1L Ls1s1L LL Ls2s2r r2 2C CR R

35、L Lr rL Ls sL LC CR R L LR R L Lf fs sf fu uo o一般变压器的等效电路一般变压器的等效电路 可见工作频率越低，电感可见工作频率越低，电感L L的旁路作用就越大，于是输出电压将随着工的旁路作用就越大，于是输出电压将随着工作频率的降低而下将。在高频端作频率的降低而下将。在高频端负载负载R R L L接在接在L Ls s和和C C组成的串联谐振回路容组成的串联谐振回路容抗元件的两端抗元件的两端，在串联谐振频率，在串联谐振频率f fs s的附近，负载两端的电压急剧增加，并在的附近，负载两端的电压急剧增加，并在f fs s上达到最大值。但是，偏离谐振频率上达到

36、最大值。但是，偏离谐振频率f fs s，电压将急剧减小，电压将急剧减小 102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： 尽量减小线圈的漏感与分布电容；尽量减小线圈的漏感与分布电容； 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 减小磁心的功率损耗；减小磁心的功率损耗； 采用高频铁氧体磁心采用高频铁氧体磁心 为展宽低频响应，初级线圈电感大。为展宽低频响应，初级线圈电感大。 采用高导磁率磁心，加大环形磁心截面积、适当增采用高导磁率磁心，加大环形磁心截面积、适当增加匝数。加匝数。103传输线变压器 解决普通变压器不能满足工作

37、频率高、频带宽的矛盾。解决普通变压器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 用两根平行线绕在用两根平行线绕在高导磁率的磁环上。高导磁率的磁环上。1042.2.传输线变压器电路表示形式传输线变压器电路表示形式 低频端采用变压器的工作模式，高频端采用传输线低频端采用变压器的工作模式，高频端采用传输线模式，利用分布电容传输高频信号。模式，利用分布电容传输高频信号。1053. 宽频带传输线变压器的工作原理 传输线变压器与普通变压器在传输能量的方式上是不相同的，传输线传输线变压器与普通变压器在传输能量的方式上是不相同的，传输线变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是

38、传输线的终端电压。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磁导率磁芯上，所以导线上均等长导线同时绕在高磁导率磁芯上，所以导线上均匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫分布参匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫分布参数电路。数电路。 u us su us su us sR RL LR RL LR RL LR Rs sR Rs sR Rs s(a) (a) 结构示意图结构示意图(c) (

39、c) 普通变压器的原理电路普通变压器的原理电路(b) (b) 原理电路图原理电路图u u1 1u u2 2u u1 1u u2 2u u1 1u u2 2 在传输线变压器中，线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以在传输线变压器中，线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。 106(1) 1(1) 1：1 1传输线变压器传输线变压器 4. 常用传输线变压器分析 1 1：1 1传输线变压器，又叫倒相变压器。当传输线无损时，可以认为传输线变压器，又叫倒相变压器。当传输线无损时，可以认为u u1 1= =u u2 2和

40、和i i1 1= =i i2 2。u us sR RL LR Rs su u1 1u u2 2i i1 1i i2 2如果传输线的特性阻抗：如果传输线的特性阻抗： 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 1、3 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 1：1 1传输线变压器，最佳匹配状态应该满足传输线变压器，最佳匹配状态应该满足 ：满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为：满足最佳功率传输条件的传

41、输线特性阻抗为： 1 1：1 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，在各种放大电路中R RL L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 1：1 1传输线变压器很少用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，或进行不平衡作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡- -平衡以及平平衡以及平衡衡- -不平衡转换。不平衡转换。 107u us sR Rs su us su us su us sR Rs sR Rs sR RL LR RL LR RL LR RL LR

42、 Rs su u1 1u u1 1u u2 2u u2 2i i2 2i i1 1i i1 1+ + i i2 2(2) 1(2) 1：4 4和和4 4：1 1传输线变压器传输线变压器 1 1：4 4传输线变压器是把负载阻抗降为传输线变压器是把负载阻抗降为1/41/4倍以便和信号源相匹配。在负倍以便和信号源相匹配。在负载匹配的条件下，有载匹配的条件下，有 u u1 1= =u u2 2= =u u和，和，i i1 1= =i i2 2= =i i 由于变压器的由于变压器的1 1端与端与4 4端相连，端相连，输入端输入端1 1端与端与3 3端的电压为端的电压为u u，负载负载R RL L上的电压

43、为上的电压为u u1 1+ +u u2 2=2=2u u，输入端输入端1 1的电流为的电流为i i1 1+ +i i2 2=2=2i i，且且u u1 1u u1 1u u2 2u u2 2i i2 22 2u ui i1 1i i1 1+ + i i2 2+ +2 2u u- -i i传输线变压器的输入阻抗为传输线变压器的输入阻抗为 ：传输线变压器把负载传输线变压器把负载R RL L变换为变换为R RL L/4/4，实现了，实现了1 1：4 4的阻抗变换。的阻抗变换。 如果把输入端和输出端对调就成为如果把输入端和输出端对调就成为4 4：1 1传输线变压器。传输线变压器。4 4：1 1传输线变

44、压传输线变压器把负载阻抗升高器把负载阻抗升高4 4倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具有有4 4：1 1的阻抗变换作用。的阻抗变换作用。 i i1085.9.1 5.9.1 功率合成与分配网络应满足的条件功率合成与分配网络应满足的条件5.9.2 5.9.2 功率合成功率合成( (或分配或分配) )网络原理网络原理5.9.3 5.9.3 功率合成电路举例功率合成电路举例109在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电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，可以将几个电子器件的输出功子器件所能输出的功率时

45、，可以将几个电子器件的输出功率叠加起来，以获得足够大的输出功率。这就是功率合成率叠加起来，以获得足够大的输出功率。这就是功率合成技术。技术。举例：举例：110111112113AIBIDICIC21IC21IAVBVDVCV114AIBIDICICI21CI21AVBVDVCVDCBDCACDBCDA21212121VVVVVVIIIIII115BADBACABDBAC22VVVVVVIIIIIIDCBDCACDBCDA21212121VVVVVVIIIIII116RRRRRDCBA212117118119120 倍频器（倍频器（ Frequency DoublerFrequency Doubler ）是一种输出信号频率等于）是一种输出信号