高频电子线路李福勤第四章

1、第四章 高频功率放大器,4.1.4 高频功率放大器的功能 在通信系统中，高频功率放大电路作为发射机的重要组成部分，用于对高频已调波信号进行功率放大，然后经天线将其辐射到空间，所以要求高频功率放大器输出功率很大，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。天线的阻值通常为50，高频大功率管的输入输出阻抗值很小，而且是频率的函数，所以，为了获得最大的输出功率，高频功放的输入端和输出端以及多级高频功放的级间耦合都要采用匹配网络。功率放大电路是一种能量转换电路，即将直流电源能量转换为输出信号的能量，同时必然有一部分能量损耗。,4.1.2 高频功率放大器的技术指标 1.

2、高频输出功率 2. 高频功率放大器的效率 3. 功率增益 4. 通频带宽 5. 选择性 在上述技术指标中，输出功率、效率、功率增益是高频功率放大电路的三个最主要的技术指标。,4.1.3 高频功率放大器的分类 按工作频带的宽窄可分为：窄带功率放大器和宽带功率放大器。 按工作状态分类可分为：甲类、乙类、丙类以及丁类和戊类等。,丙类谐振功放的特点,1.与低频功放相比较,工作频率和相对频带不同 负载性质不同 工作状态不同,对放大信号的要求不同 谐振网络的作用不同 工作状态不同,2.与小信号谐振放大器比较,4.2高频功率放大器,4.2.1谐振功率放大器的基本原理,1.电路构成,三极管V在工作时应处于丙类

3、 工作状态，只有小部分时间导 通。LC谐振回路起到滤波和匹 配作用。基极电源VBB应小于死 区电压以保证晶体管工作于丙 类状态，一般VBB略小于0。集电 极电压VCC是功率放大器的能 量来源。,因而：,设输入ui为一余弦信号:,则三极管的发射结电压：,因为管子只在小半周期内导通，因而iB为脉冲电流。 放大后的iC也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得：,考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得：,2.工作原理,波形分析：,三极管输入特性 基极脉冲电流及谐波分量 集电极脉冲电流及谐波分量 LC谐振回路两端电压波形 晶体管集电极和发射极之间的瞬时电压波形,3. 谐振功率放大器中的折线分析法,在大信号条件下

4、，晶体管特性的非线性部分影响减小，通过理想化正向传输特性，晶体管高频功率放大器的转移特性可近似为折线，如图所示。折线化后的斜线与横轴的交点，即为基极发与射极之间的导通电压。从处理后的折线图中可以看出，当输入电压低于导通电压时，电流为零。当输入电压高于导通电压时，电流随线性增长。因此，折线化后的转移特性曲线可用下式表示,丙类工作情况的输入电压、集电极电流波形,尖顶余弦脉冲的分解系数与波形系数,电源提供功率：,输出功率：,集电极功耗：,效率：,其中：,为集电极电压利用系数。,为集电极电流利用系数（波形系数）。,3.功率与效率,4.2.2 谐振功率放大器的工作状态分析 通过上面的分析可以看出，影响谐

5、振功率放大器的输出功率、效率及集电极功耗的参数有输入信号幅度、基极偏置电压、集电极偏置电压、以及集电极负载回路的谐振电阻等，当改变这些参数的大小时，放大器的工作状态会产生相应变化，放大器的特性也会发生相应变化。下面让我们来对放大器的工作状态做一具体分析。,1. 欠压、临界和过压工作状态 放大器的工作状态分为甲类、甲乙类、乙类和丙类等工作状态。而在丙类谐振放大器中还可根据晶体管工作是否进入饱和区，将其分为欠压、临界和过压工作状态。 1）欠压工作状态 丙类谐振功率放大器工作在欠压状态时，晶体管工作在放大区，因此，只要 （ 此时发射结为正向偏置，集电结为反向偏置），晶体管就会工作在放大区而不会进入饱

6、和区。 2）过压工作状态 丙类谐振功率放大器工作在过压状态时，晶体管工作在饱和区，因此，只要 （此时发射结为正向偏置，集电结也是正向偏置），晶体管就工作在饱和区。 3）临界工作状态 晶体管工作在欠压区和过压区之间的临界点上，晶体管刚好不进入饱和区。 放大器工作在欠压、临界工作状态时，集电极电流为不失真的尖顶余弦脉冲。放大器工作在过压工作状态时，集电极电流为顶部失真（产生下凹现象）的尖顶余弦脉冲信号。但是，不管集电极电流是否出现失真，由于有谐振网络的滤波作用（例如，谐振在输入信号频率上），放大器的输出电压仍为不失真的余弦波形（与输入信号波形相同）。,2.负载特性,波形随的变化特性,谐振功率放大器

7、的负载特性,谐振功率放大器要得到大功率、高效率的输出，应工作在临界或弱过压状态。临界状态对应的负载电阻称为临界电阻，,谐振功率放大器要匹配工作，就要保证负载阻抗等于临界电阻,，因此，又称临界状态为最佳工作状态,3. 放大特性,对放大器工作状态的影响,4. 基极调制特性,对放大器工作状态的影响,5. 集电极调制特性,对放大器工作状态的影响,4.2.3 丙类谐振功放的电路,1.基极馈电电路,2.集电极馈电电路,2. 滤波匹配网络,4.2.4 宽带高频功率放大器简介,1.传输线变压器工作原理 传输线变压器的工作方式是传输线原理与变压器 原理的结合，其主要特点是工作频带极宽。 如图1:1传输线变压器：,2.传输线变压器的应用,功率合成与分配应用举例：,4.3 丙类倍频器的工作原理,原理：利用器件的非线性对输入信号进行非线性变换，再利用谐振系统从各次谐波中取出所需的n次谐波分量，从而实现n倍频。,当n2时，一般设 陷波电路，从而有效 滤除低次谐波。如图：,丙类倍频器一般工作于弱欠压和临界状态，可以临界状态分析，如：,n越大，Pon和cn越小且n的谐波难滤除，所以一般n取23级。,本章小结：,1.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。 2.为了提高效率，谐振功放一般工作在丙类状态，其集电极电流是失真严重的脉冲波形。 3.谐振功率放