高频功率放大器

高频功率放大器2.6宽频带高频功率放大器2.6.1宽频带高频功率放大器的特点与要求频带：要求覆盖整个发射机工作频率范围，在发射机变换工作频率时，不需要进行调谐。信号源与放大器、放大器与放大器、放大器与天线负载之间的耦合必须实现宽频带的阻抗匹配通常利用宽频带变压器做输入、输出和级间耦合电路，实现宽频带的阻抗匹配宽频带变压器的两种形式:

①利用普通变压器的原理，采用高频磁芯来扩展频带，可以工作到短波段②传输线变压器第2页,共44页，2024年2月25日，星期天传输线变压器一、传输线变压器的结构及原理传输线变压器是基于传输线原理和变压器理论二者结合而产生的一种耦合元件。将传输线(如相互绝缘的双导线)绕在高导磁率磁环上制成。变压器工作方式传输线工作方式第3页,共44页，2024年2月25日，星期天传输线变压器第4页,共44页，2024年2月25日，星期天传输线在高频情况下的等效电路第5页,共44页，2024年2月25日，星期天二、传输线变压器的特性宽频带特性：良好宽频带特性，工作频带宽。高频——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。低频——变压器方式起主要作用（由于信号波长远远大于传输线长度分布参数可以忽略）。由于磁芯的导磁率很高，保证了低频特性较好。大功率运用时，可以采用较小的磁环也不致使磁芯饱和和发热，因而减小了放大器的体积。第6页,共44页，2024年2月25日，星期天三、

传输线变压器的主要参数特性阻抗由传输线的理论可知，传输线的特性阻抗Ｚc为对于理想无耗或工作频率很高时的传输线，有r<<ωＬ，Ｇ<<ωＣ，则传输线的特性阻抗为最佳特性阻抗，其值为r为单位线长的损耗电阻G单位线长区间两线间的漏电导第7页,共44页，2024年2月25日，星期天插入损耗：产生的主要原因：是传输线终端电压和电流对于始端产生相移的结果。电磁波自始端传到终端，是需要一定时间的。终端电压、电流总要滞后于始端相应电压、电流，产生相位差φ，这个相位与传输信号波长λ及传输线距离l的关系为：——相移常数

第8页,共44页，2024年2月25日，星期天四、传输线变压器的应用1)极性变换传输线变压器作极性变换电路，就是1:1倒相传输线变压器。1:1倒相传输线变压器第9页,共44页，2024年2月25日，星期天2)平衡和不平衡的互相变换平衡与不平衡的互相变换第10页,共44页，2024年2月25日，星期天平衡与不平衡的互相变换第11页,共44页，2024年2月25日，星期天3)阻抗变换在输入端和输出端之间实现阻抗变换。由于传输线变压器的结构的限制，它不能像普通变压器那样，借助匝数比的改变来实现任何阻抗比的变换，而只能完成某些特定阻抗比的变换，如４:1、9:1、1６:1，或者1:４、1:9、1:16，等等。第12页,共44页，2024年2月25日，星期天

1∶1传输线变压器①1:1传输线变压器实现变压器与负载匹配的条件是实现信号源与传输线变压器匹配的条件是1∶1传输线最佳匹配条件是在实际电路中，Rs=RL的情况很少，因此1:1传输线更多用作为倒相器。第13页,共44页，2024年2月25日，星期天②1:4传输线变压器时，采用1:4传输线变压器进行阻抗变换第14页,共44页，2024年2月25日，星期天③4:1传输线变压器时，采用4:1传输线变压器进行阻抗变换Rs＋－UsIZiII12342IRL＋－UL第15页,共44页，2024年2月25日，星期天根据相同的原理，可以利用多组1:1传输线变压器组成9:1、1６:1或1:9、9:1６等电路，并求出输入电阻、特性阻抗与负载电阻ＲL的关系。可以证明，若1:1传输线变压器组数为ｎ，则由它组成的阻抗变换电路的特性阻抗和输入电阻分别为

Zc=(n+1)RLZi=(n+1)2RL对于变比小于1的阻抗变换电路，特性阻抗和输入电阻的一般公式为

第16页,共44页，2024年2月25日，星期天宽带高频功率放大电路五、宽频带高频功率放大器第17页,共44页，2024年2月25日，星期天功率合成原理方框图

2.6.2功率合成一、概述功率合成器由功率放大器、功率分配器和功率合成器组成。功率分配网络宽频功率放大器功率合成网络第18页,共44页，2024年2月25日，星期天二、功率合成网络反相功率合成原理电路第19页,共44页，2024年2月25日，星期天同相功率合成原理电路第20页,共44页，2024年2月25日，星期天三、功率分配网络功率二分配器第21页,共44页，2024年2月25日，星期天本章小结1.高频谐振功率放大电路可以工作在甲类、乙类或丙类状态。相比之下,丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类大,但效率高,节约能源,所以是高频功放中经常选用的一种电路形式。

2.丙类谐振功放效率高的原因在于导通角θ小,也就是晶体管导通时间短,集电极功耗减小。但导通角θ越小,将导致输出功率越小。所以选择合适的θ角,是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标时的一个重要考虑。

3.折线分析法是工程上常用的一种近似方法。利用折线分析法可以对丙类谐振功放进行性能分析,得出它的负载特性、放大特性和调制特性。若丙类谐振功放用来放大等幅信号(如调频信号)时,应该工作在临界状态；第22页,共44页，2024年2月25日，星期天第23页,共44页，2024年2月25日，星期天第24页,共44页，2024年2月25日，星期天第25页,共44页，2024年2月25日，星期天

若丙类谐振功放用来放大等幅信号(如调频信号)时,应该工作在临界状态；若用来放大非等幅信号(如调幅信号)时,应该工作在欠压状态；若用来进行基极调幅,应该工作在欠压状态；若用来进行集电极调幅,应该工作在过压状态。折线化的动态线在性能分析中起了非常重要的作用。

4丙类谐振功放的输入回路常采用自给负偏压方式,输出回路有串馈和并馈两种直流馈电方式。为了实现和前后级电路的阻抗匹配,可以采用LC分立元件、微带线或传输线变压器几种不同形式的匹配网络,分别适用于不同频段和不同工作状态。第26页,共44页，2024年2月25日，星期天5谐振功放属于窄带功放。宽带高频功放采用非调谐方式,工作在甲类状态,采用具有宽频带特性的传输线变压器进行阻抗匹配,并可利用功率合成技术增大输出功率。

6目前出现的一些集成高频功放器件如M57704系列和MHW系列等,属窄带谐振功放,输出功率不很大,效率也不太高,但功率增益较大,需外接元件不多,使用方便,可广泛用于一些移动通信系统和便携式仪器中。第27页,共44页，2024年2月25日，星期天本章的常见题型:1．高频功率放大器工作状态分析2．计算高频功率放大器P0PDPc

及集电极效率η3．改正直流馈电电路中的错误4．输出匹配网络的设计与计算第28页,共44页，2024年2月25日，星期天高频功率放大器工作状态分析1.功率放大器工作状态按流通角φ可分为4类:

φ=

时,为甲类

φ=

时,为乙类

φ=

时,为丙类

φ=

时,为甲乙类

A)90°B)180°C)<90°D)90°<φ<180°2.一个谐振功率放大器若要求输出电压平稳,则工作状态应选择在状态;若要求输出功率Po最大则工作状态应选择在状态;

若要求兼顾输出功率和效率,则工作状态应选择在状态;若要求效率高,则工作状态应选择在状态;

若进行基极调幅,则工作状态应选择在状态;

若进行集电极调幅,则工作状态应选择在状态.

A)欠压

B)临界

C)过压

D)弱过压

bacd/cbbdac第29页,共44页，2024年2月25日，星期天3、有一谐振功率放大器，已知VCC＝12V，回路谐振阻抗Re＝130Ω，集电极效率η＝74.5％，输出功率P0＝500mW。现在为了提高η，在保持VCC、Re、P0不变的条件下，将通角减小到60°，并使放大器工作到临界状态。

（1）试分析放大器原来的工作状态。

（2）计算η提高的百分比和φ＝60°时的效率。

（3）试求集电极损耗功率PC减少了多少？

（4）分析采取什么措施才能达到上述目的？第30页,共44页，2024年2月25日，星期天4、有一个工作频率为20MHz的谐振放大器，采用高频率功率管3DA14B，VCC=24V，实际测得的天线等效负载rA为50Ω，输出功率PA为1.5W，集电极高频电压有效值VC为16.3V，ICO为82mA，VBB=0V，Vbm为7.5V，放大器的集电极回路采用π型网络，基极在零偏压工作。（1）试画出集电极采用并联馈电的实用电路；（2）设回路效率ηk为0.92，试求放大器的集电极效率ηc，谐振回路阻抗Re，并检验三极管是否安全工作。（三极管3DA14B的极限参数为PCm=1W(不加散热板)，Icm=1A,V(BR)CEO=60V）（3）已知管子的输出电容C0为60pF，试求π型网络的各元件值。第31页,共44页，2024年2月25日，星期天以下为谢嘉奎教材内容(课外参考)第32页,共44页，2024年2月25日，星期天1.4功率合成技术PowerCombination

1.4.1功率合成电路的作用C为同相功率合成端D为反相功率合成端Ra+-vs1(t)Rb+-vs2(t)RcRdCDAB当A,B两端输入等值同相功率时，C负载得到两功率的和，D得到两功率的差（无功率输出）当A,B两端输入等值异相功率时，D负载得到两功率的和，C得到两功率的差（无功率输出）A,B为功率等分端（当Ra＝Rb时）当C输入功率时，A,B两端等值同相，D无功率输出当D输入功率时，A,B两端等值异相，C无功率输出功率合成是实现多个功率放大器联合工作的技术。实现电路如下：第33页,共44页，2024年2月25日，星期天A25WB25WC50WA25WB25WC50WA25WB25WC50W四倍功率合成电路要点：1、功率合成与功率分配是可逆的

2、功率合成仅限于波长与传输线可以比拟的情况第34页,共44页，2024年2月25日，星期天1.4.2传输线变压器Transformer-Line一、变压器和传输线的工作频带变压器高频时分布电容效应变压器低频时，电感量减小——最终等效为导线结论：用变压器构成的魔T网络不适宜宽带工作传输线：工作频带宽上限频率高第35页,共44页，2024年2月25日，星期天lTransmission-Line低频工作时，信号波长>>l传输线就是两根普通导线，fL=0高频工作时，信号波长≌l传输线就是特性阻抗Zcl

的取值：第36页,共44页，2024年2月25日，星期天第37页,共44页，2024年2月25日，星期天二、传输线变压器（Transmission-LineTransformer)的工作原理磁环可以保证传输线足够的电感量特高频以上工作时，不需要磁环