高频电子电路2.4-2.6

2.4高频功率放大器的实用电路交流匹配网络：有效地传输交流功率信号。直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置；电路组成：输入回路、晶体管、输出回路。也可认为是由直流馈电电路和匹配网络组成。2.4.1直流馈电电路IcoECIc1CLIcn

1、集电极馈电电路

LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路ICniC频谱LC回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2基极馈电线路IBOUBBIBOIeo

+UBB-2.4.2高频功放的耦合回路--滤波匹配网络RiRoR'LR'S功率放大器输入匹配网络输出匹配网络RLRSuS

(1)匹配--使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大。

(2)

滤波--抑制工作频率范围以外的不需要的频率分量。

(3)

功率合成与分配--保证多路输出功率都能有效地传送功率到公共负载，同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响。

输入匹配网络或级间耦合网络：用以与下级放大器的输入端相连接。输出匹配网络：用以输出功率至天线或其他负载。耦合回路可使输出功率有效地传输到负载（下级输入回路或天线回路）。耦合回路的任务：L1C1C2L2CARAr1IAMr'r1C1L1C1R'pL1IK

L1C1回路为中介并联谐振回路，RA、CA分别代表天线的幅射电阻与等效电容；

L2、C2为天线回路的调谐元件，使天线回路处于串联谐振状态，以使天线回路的电流IA达到最大值，天线幅射功率达到最大。

1.输出匹配网络

（1）并联谐振回路型输出匹配网络RpRp

当天线回路调谐在串联谐振状态时，它反映到L1C1中介回路的等效电阻为

设初级回路的接入系数为p，则晶体管输出回路的等效负载为：

r'r1C1L1C1R'pL1IKRpL1C1C2L2CARAr1IAMRpL1C1中介回路的等效谐振阻抗为

可见：改变M和p，可以在不影响回路调谐的情况下，调整晶体管输出回路的等效负载电阻Rp，达到阻抗匹配的目的。

中介回路传输效率ηk---衡量回路传输能力的优劣。r'r1C1L1C1R'pL1IKRp

若要提高ηk，则要求：（1）空载Qo越大越好。即中介回路本身的损耗越小越好。

（2）有载QL越小越好。

但从要求回路滤波作用良好来考虑，则QL值又应该足够大。兼顾两方面，QL值一般不应小于10。在功率很大的放大器中，QL也可能低到10以下。

图中，R2代表终端（负载）电阻，R1则代表由R2折合到左端的等效电阻，以(a)为例，转换为右图：(2)滤波器型匹配网络

两种Π型匹配网络(a)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2L1C1'R1'C2'R2'网络匹配时，R1’=R2’，即由谐振条件得

:(2)滤波器型的匹配网络由图可知，由得则有两边同乘则有条件：[例]有一个输出功率为2W的高频功率放大器、负载电阻RL=50Ω，EC=24V，f=50MHz，Q1=10，试求Π型匹配网络的元件值。

解

:L1R1C1R2=RLC2

R1应该是功率放大器所要求的匹配电阻

Rp,即L1C1'R1'C2'R2'代公式得：

各种形式的匹配网络分析方法都很类似，即从匹配与谐振两个条件出发，再加上一个假设条件（通常都是假定已知Q1值），即可求出电路元件的数值。

注意：考虑到晶体管的输出电容Co后，C1应减去Co之值，才是所需外加的调谐电容值。一般，当L1确定之后，用C2主要调匹配，用C1主要调谐振。

2.6.1宽带高频功率放大器

以LC谐振回路为输出电路的功率放大器称为窄带高频功率放大器，其相对通频带B/fo只有百分之几甚至千分之几。由于调谐系统复杂，其应用受到很大的限制。

宽带功率放大器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。

宽频带功率放大器没有选频作用，谐波的抑制成为重要的问题。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。宽带放大器是以牺牲效率作为代价来换取宽频带输出的

。

1.普通变压器工作频带窄的原因

图

(b)中，L、Ls1、r1：初级绕组的电感、漏感和损耗电阻；Ls2、r2：--次级绕组折合到初级后的漏感和损耗电阻；C：变压器各分布电容折合到初级后的总和；R’L：折合到初级后的等效负载电阻。(a)原理电路(b)等效电路(c)高频端等效电路(d)低频端等效电路(e)频率响应曲线usRsRLuoRsRsRsusususr1Ls1LLs2r2CR'LrLsLCR'LR'Lfsfuo

在高频端，在Ls和C组成的串联谐振回路的串联谐振频率fs的附近，负载两端的电压急剧增加，并在fs上达到最大值。偏离谐振频率fs，电压将急剧减小。

在低频端，工作频率越低，电感L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；2.宽频带传输线变压器的工作原理因双线并绕，所以导线线间电容在整个线上均匀分布，且任意长度处的分布电容较大。其次，两根等长导线同时绕在高μ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数电路。

usususRLRLRLRsRsRs(a)结构示意图(c)普通变压器的原理电路(b)原理电路图u1u2u1u2u1u2在传输线变压器中，电磁波以电、磁能交换的形式在导线间介质中传播的。负载两端的电压是传输线的终端电压。

传输线变压器是将两根等长的导线并绕在高导磁率低损耗的矩形截面的环形铁氧体材料磁芯上构成的。最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。

（1）1:1传输线变压器----倒相变压器。3.常用传输线变压器分析usRLRsu1u2i1i2输入端的等效阻抗为：；输出端的等效阻抗为：为了实现输入、输出端匹配，要求：，则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：

此时1:1传输线变压器有最大功率输出。但实际应用中RL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阻抗匹配元件，而更多的是作为倒相器，或进行平衡-不平衡转换。

根据传输线原理，当传输线无损耗，且时，有

，，若传输线很短，即，则近似有u1=u2和i1=i2。一般要求

如果传输线的特性阻抗：，对理想无损耗的传输线，。RsususRsRLRLu1u2i2i1i1+i2（2）1:4传输线变压器

1:4传输线变压器是把负载阻抗降为1/4倍以便和信号源相匹配。u1u2i22ui1i1+i2i无损耗传输线在匹配条件