第5章高频功率放大器课件.ppt

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1、1、熟练掌握高频谐振功率放大器的工作原理、特性分、熟练掌握高频谐振功率放大器的工作原理、特性分析析2、正确理解馈电电路和匹配网络在高频谐振功率放大、正确理解馈电电路和匹配网络在高频谐振功率放大器中的应用器中的应用3、了解丙类倍频器的工作原理、了解丙类倍频器的工作原理4、了解传输线变压器的工作原理、了解传输线变压器的工作原理第第5 5章章 高频功率放大器高频功率放大器2/9/202315.1 5.1 概述概述一、高频功率放大器的分类2/9/20232二、高频功率放大器与高频小信号放大器的比较二、高频功率放大器与高频小信号放大器的比较1 1、前者放大的是大信号，后者放大的是小信号、前者放大的是大信

2、号，后者放大的是小信号2 2、前者为非线性电路（分析方法为折线分析法）；后者为、前者为非线性电路（分析方法为折线分析法）；后者为线性电路（用线性电路（用y y参数等效电路分析法）参数等效电路分析法）3 3、前者通常工作于丙类状态，后者工作于甲类状态、前者通常工作于丙类状态，后者工作于甲类状态4 4、质量指标不同：前者为输出功率大、效率高以及输出中、质量指标不同：前者为输出功率大、效率高以及输出中的谐波分量应尽量小，以免对其他频道产生干扰；后者有的谐波分量应尽量小，以免对其他频道产生干扰；后者有增益、选择性、通频带、稳定性、噪声系数等。增益、选择性、通频带、稳定性、噪声系数等。2/9/20233

3、三、高频功率放大器与低频功率放大器的区别三、高频功率放大器与低频功率放大器的区别共同点是：输出功率大和效率高共同点是：输出功率大和效率高不同点是：不同点是：1 1、低频功率放大器的工作频率低，、低频功率放大器的工作频率低，20Hz20Hz20kHz20kHz，相对相对频带宽。因此都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等；频带宽。因此都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等；高频功率放大器的工作频率高，几百高频功率放大器的工作频率高，几百kHzkHz几百几百MHzMHz，相相对频带窄。因此，一般都采用选频网络作为负载回路。对频带窄。因此，一般都采用选频网络作为负载回路。2 2、低频功率放大器工作于甲类、

4、甲乙类或乙类状态；、低频功率放大器工作于甲类、甲乙类或乙类状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类。高频功率放大器则一般都工作于丙类。2/9/202345.2 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理一、获得高效率所需要的条件一、获得高效率所需要的条件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 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1）在给定的）在给定的 P=时，降低时，降低PC，则则 自然会提高。这样，晶体管的交流输出功率自然会提高。这样，晶体管的交流输出功率PO就会增大。就会增大。2）维持晶体管的集电极耗散不超过规定值，提高集

5、电极效率，将使交流输出功率）维持晶体管的集电极耗散不超过规定值，提高集电极效率，将使交流输出功率大为增加。大为增加。2/9/20235如何减小集电极耗散？如何减小集电极耗散？集电极耗散的瞬时功率为：即工作在丙类状态即工作在丙类状态2/9/20236谐振功率放大器的基本工作原理谐振功率放大器的基本工作原理1 1、原理电路、原理电路VBBVCCB2/9/20237周期性的余弦尖脉冲周期性的余弦尖脉冲2/9/20238波形分解系数波形分解系数2/9/202392/9/2023102 2、功率关系、功率关系2/9/202311放大器的集电极效率为：放大器的集电极效率为：2/9/2023122/9/20

6、2313 增大和g1的值是提高效率的两个措施,增大1是增大输出功率的措施。然而增大g1与增大1是互相矛盾的。导通角越小,g1越大,效率越高,但1却越小,输出功率也就越小。所以要兼顾效率和输出功率两个方面,选取合适的导通角。若取=70,此时的集电极效率可达到85.9%,而=120时的集电极效率仅为64%左右。因此,一般以70作为最佳导通角,可以兼顾效率和输出功率两个重要指标。2/9/2023142/9/2023155.35.3、晶体管谐振功率放大器的、晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法折线近似分析法一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式 折线近似分析法，是将电

7、子器件的特性曲线理想化，每折线近似分析法，是将电子器件的特性曲线理想化，每一条特性曲线用一条或几条直线（组成折线）来代替。可一条特性曲线用一条或几条直线（组成折线）来代替。可以用简单的数学解析式来代表电子器件的特性曲线。以用简单的数学解析式来代表电子器件的特性曲线。优点是简单，缺点是准确度较低。优点是简单，缺点是准确度较低。2/9/202316输出特性的理想化输出特性的理想化在高频功率放大器中，又常根据集电极电流是否进在高频功率放大器中，又常根据集电极电流是否进入饱和区，将它的入饱和区，将它的工作状态工作状态分为三种：分为三种：欠压工作状态欠压工作状态：集电极电流最大点电流在直线：集电极电流最

8、大点电流在直线1的右的右方，交流输出电压较低；方，交流输出电压较低；过压工作状态过压工作状态：集电极电流最大点电流在直线：集电极电流最大点电流在直线1的左的左方饱和区，交流输出电压较高；方饱和区，交流输出电压较高；临界工作状态临界工作状态：集电极电流最大点电流在直线：集电极电流最大点电流在直线1上。上。临界线方程可写为：临界线方程可写为：2/9/202317二、高频功率放大器的动态特性与负载特性二、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工作状态取决于负载阻抗高频功率放大器的工作状态取决于负载阻抗Rp和和电压电压VCC、VBB、Vbm四个参数。四个参数。负载特性曲线负载特性曲线：如果

9、维持三个电压参数不变，此时各种电流、：如果维持三个电压参数不变，此时各种电流、输出电压、功率和效率等随输出电压、功率和效率等随Rp而变化的曲线。而变化的曲线。动动态态特特性性曲曲线线：在在输输出出特特性性图图中中,表表示示输输出出电电压压vC、vB与与iC的的关关系系曲曲线线又又称称为为交交流流负负载载线线。由由于于谐谐振振功功放放的的负负载载是是选选频频网网络络,故故输输出出交交流流电电压压vc必必然然是是一一个个完完整整的的余余弦弦信信号号。由由图图可可以以看看到到,截截止止区区和和饱饱和和区区内内的的动动态态线线分分别别和和输输出出特特性性中中截截止止线线和和临临界界饱饱和和线线重重合合

10、(其其中中临临界界饱饱和和线线斜斜率率为为gcr),而而放大区内的动态线是一条其延长线经过放大区内的动态线是一条其延长线经过Q点的负斜率线段点的负斜率线段AB。2/9/2023182/9/202319 1 负载特性负载特性 由由图图可可知知,VBB和和VCC固固定定意意味味着着Q点点固固定定,Vbm固固定定进进一一步步意意味味着着也也固固定定。放放大大区区动动态态线线斜斜率率将将仅仅随随Rp而而变变化化。图图中中给出了三种不同斜率情况下的动态线。给出了三种不同斜率情况下的动态线。动动态态线线A1B1的的斜斜率率最最大大,即即对对应应的的负负载载Rp最最小小,相相应应的的输输出电出电压振幅压振幅

11、Vcm也最小也最小,晶体管工作在放大区和截止区。晶体管工作在放大区和截止区。2/9/202320过压过压欠压欠压临界临界三种不同斜率情况下的动态线及波形分析2/9/202321 动动态态线线A2B2的的斜斜率率较较小小，与与特特性性曲曲线线相相交交于于饱饱和和区区和和放放大大区区的的交交点点处处(此此点点称称为为临临界界点点),相相应应的的输输出出电电压压振振幅幅Ucm2增大增大,晶体管工作在临界点、放大区和截止区。晶体管工作在临界点、放大区和截止区。动动态态线线A3B3的的斜斜率率最最小小,即即对对应应的的负负载载Rp最最大大,相相应应的的输输出出电电压压振振幅幅Ucm3比比Ucm2略略为为

12、增增大大,晶晶体体管管工工作作在在饱饱和和区区、放放大大区区和和截截止止区区。根根据据输输出出电电压压振振幅幅大大小小的的不不同同,这这三三种种工工作作状状态态分分别别称称为为欠欠压压状状态态、临临界界状状态态和和过过压压状状态态,而而放放大大区区和饱和区又可分别称为欠压区和过压区。和饱和区又可分别称为欠压区和过压区。注注意意,在在过过压压状状态态时时,iC波波形形的的顶顶部部发发生生凹凹陷陷,这这是是由由于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的。于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的。2/9/202322RPRPP=2/9/202323 临界状态临界状态的优点是输出功率最大，效率也较高，可以说

13、是最佳工作状的优点是输出功率最大，效率也较高，可以说是最佳工作状态。这种工作状态主要用于发射机末极。态。这种工作状态主要用于发射机末极。过压状态过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳；在弱过的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳；在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降。它常用于需要维持输出电压时，效率可达最高，但输出功率有所下降。它常用于需要维持输出电压比较平稳的场合。例如发射机的中间放大器。压比较平稳的场合。例如发射机的中间放大器。欠压状态欠压状态的输出功率与效率都比较低，而且集电极耗散功率大，输出的输出功率与效率都比较低，而且集电极耗散功率大，输出电压又不稳定，因

14、此一般较少采用。但在基极调幅可以使用。电压又不稳定，因此一般较少采用。但在基极调幅可以使用。三种工作状态的优缺点：三种工作状态的优缺点：2/9/2023241 放大特性放大特性 若若VBB、VCC、Rp三个参数固定三个参数固定,输入输入Vbm变化变化,此时输出此时输出Vcm以以及及Po、等性能指标随之变化的规律被称为放大特性。等性能指标随之变化的规律被称为放大特性。三、各级电压对工作状态的影响三、各级电压对工作状态的影响2/9/202325 利利用用折折线线化化转转移移特特性性分分析析丙丙类类工工作作时时iC波波形形随随Vbm变变化化的的关关系系，并并给给出出了了Vcm、Icm1和和Ic0与与

15、Vbm的的关关系系曲曲线线。由由于于Vbm的的变变化化将将导导致致的的变变化化，从从而而使使输输出出特特性性欠欠压压区区内内动动态态线线的的斜斜率率发发生生变变化化，所所以以利利用用输输出出特特性性分分析析放放大大特性不方便。特性不方便。由由图图可可以以看看到到,在在欠欠压压状状态态时时，Vcm随随Vbm增增大大而而增增大大,但但不不成成线线性性关关系系，因因为为也也会会随随之之增增大大，使使iC脉脉冲冲的的宽宽度度和和高高度度都都随随之之增增大大。仅仅当当处处于于甲甲类类或或乙乙类类工工作作状状态态时时，固固定定为为180或或90,不不会会随随Vbm的的变变化化而而变变化化，此此时时Vcm与

16、与Vbm才成正比关系。在过压状态才成正比关系。在过压状态,随着随着Vbm增加，增加，Vcm几乎保持不变。几乎保持不变。2/9/202326 2 调制特性调制特性 (1)集电极调制特性。集电极调制特性。若若VBB、Rp和和Vbm固固定定,输输出出电电压压振振幅幅Vcm随随集集电电极极电电压压VCC变化的规律被称为集电极调制特性。变化的规律被称为集电极调制特性。由由图图可可以以看看到到,VCC的的变变化化使使得得静静态态工工作作点点左左右右平平移移,从从而而使使欠欠压压区区内内的的动动态态线线左左右右平平移移,动动态态线线的的斜斜率率不不变变。在在欠欠压压状状态态时时,当当VCC改改变变时时，Vc

17、m几几乎乎不不变变。在在过过压压状状态态时时，Vcm随随VCC而而单单调调变变化化。所所以以,此此时时功功放放应应工工作作在在过过压压状状态态,才能使才能使VCC时对时对Vcm有控制作用，有控制作用，即振幅调制作用。即振幅调制作用。2/9/2023272/9/202328(2)基极调制特性基极调制特性 若若VCC、Rp和和Vbm固定固定,输出电压振幅输出电压振幅Vcm随基极偏随基极偏压压VBB变化的规律被称为基极调制特性。变化的规律被称为基极调制特性。由于由于VBB和和vb是以串联迭加方式处于功放的输入回是以串联迭加方式处于功放的输入回路路,所以所以VBB的变化与的变化与vb的振幅的振幅Vbm

18、的变化对输出电流的变化对输出电流iC和输出电压振幅和输出电压振幅Vcm的影响是类似的。的影响是类似的。基极调制的目的是使基极调制的目的是使Vcm随随VBB的变化规律而变化的变化规律而变化,所以功放应工作在欠压状态所以功放应工作在欠压状态,才能使才能使VBB对对Vcm有控制作有控制作用。用。2/9/2023292/9/202330 (1)(1)若若对对等等幅幅信信号号进进行行功功率率放放大大,应应使使功功放放工工作作在在临临界界状状态态,此此时时输出功率最大输出功率最大,效率也接近最大。效率也接近最大。(2)(2)若若对对非非等等幅幅信信号号进进行行功功率率放放大大,应应使使功功放放工工作作在在

19、欠欠压压状状态态,但但线性较差。若采用甲类或乙类工作线性较差。若采用甲类或乙类工作,则线性较好。则线性较好。(3)(3)丙丙类类谐谐振振功功放放在在进进行行功功率率放放大大的的同同时时,也也可可进进行行振振幅幅调调制制。若若调调制制信信号号加加在在基基极极偏偏压压上上,功功放放应应工工作作在在欠欠压压状状态态；若若调调制制信信号号加加在在集集电极电压上电极电压上,功放应工作在过压状态。功放应工作在过压状态。(4)(4)回回路路等等效效总总电电阻阻RpRp直直接接影影响响功功放放在在欠欠压压区区内内的的动动态态线线斜斜率率,对对功放的各项性能指标关系很大功放的各项性能指标关系很大,在分析和设计功

20、放时应重视负载特性。在分析和设计功放时应重视负载特性。4 小结小结2/9/202331 5.5 5.5 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成 一一.直流馈电线路直流馈电线路 在在高高频频功功放放的的输输入入回回路路和和输输出出回回路路应应分分别别加加上上合合适适的的直直流流偏偏压压,有有关关的的直直流流馈馈电电线线路路可可分分为为串串联联馈馈电电和和并并联联馈馈电电两两种种基基本本电电路路形形式式。前前者者是是指指晶晶体体管管、直直流流电电源源和和回回路路三三部部分分串串联联,后后者者是是指指这这三三部部分分并并联联。但但无无论论哪哪种种电电路路形形式式,直直流流偏偏压压与与交交流

21、电压总是串联迭加的流电压总是串联迭加的,假定交流电压是单频信号假定交流电压是单频信号,即满足即满足vB=-VBB+Vbmcost,vC=VCC-Vcmcost的关系式。的关系式。2/9/202332(1)集电极馈电线路。集电极馈电线路。集电极馈电线路的两种基本形式集电极馈电线路的两种基本形式:2/9/202333 高高频频扼扼流流圈圈Lc和和高高频频短短路路电电容容Cc、Cc1、Cc2的的作作用用在在于于阻阻止止高高次次谐谐波波流流过过直直流流电电源源并并为为其其提提供供短短路路通通道道,以以免免高高次次谐谐波波影响直流电源的稳压性能。影响直流电源的稳压性能。串串联联馈馈电电方方式式的的优优点

22、点：Lc和和Cc处处于于高高频频地地电电位位,它它们们对对地地的的分分布布电电容容不不会会影影响响回回路路的的谐谐振振频频率率,缺缺点点是是电电容容器器C的的动动片片不能直接接地不能直接接地,安装调整不方便。安装调整不方便。而而并并联联馈馈电电方方式式的的优优缺缺点点正正好好相相反反。由由于于Lc和和Cc1不不处处于于高高频频地地电电位位,它它们们对对地地的的分分布布电电容容直直接接影影响响回回路路的的谐谐振振频频率率,但但回回路路处处于于直直流流地地电电位位,L、C元元件件可可接接地地,故故安安装装调调整整方方便便。2/9/202334 (2)基极馈电线路基极馈电线路 基基极极馈馈电电也也有

23、有串串馈馈与与并并馈馈两两种种形形式式,但但对对于于丙丙类类谐谐振振功功放放,通通常常采采用用自自给给偏偏压压方方式式。下下图图给给出出了了几几种种基基极极馈馈电电线线路路,均均为为自自给给偏偏压压形形式式。在在无无输输入入信信号号时时,自自给给偏偏压压电电路路的的偏偏置置为为零零。随随着着输输入入信信号号的的逐逐渐渐增增大大,加加在在晶晶体体管管be结结之之间间的的偏偏置置电电压压向向负负值值方方向向增增大大。由由此此可可见见,乙乙类类功功放放不不能能采采用用自自给给偏偏压压方方式式。2/9/2023352/9/202336 二二.输出、输入与级间耦合回路输出、输入与级间耦合回路 为为了了使

24、使谐谐振振功功放放的的输输入入端端能能够够从从信信号号源源或或前前级级功功放放得得到到有有效效的的功功率率,输输出出端端能能够够向向负负载载输输出出不不失失真真的的最最大大功功率率或或满满足足后后级级功功放放的的要要求求,在在谐谐振振功功放放的的输输入入和和输输出出端端必必须须加加上上匹匹配配网网络络。即即在在所所要要求求的的信信号号频频带带内内进进行行有有效效的的阻阻抗抗变变换换(根根据据实实际际需需要要使使功功放放工工作作在在临临界界点点、过过压压区区或或欠欠压压区区),),并并充充分分滤滤除除无无用的杂散信号。用的杂散信号。2/9/2023371 1）输出匹配网络）输出匹配网络定义定义：

25、用于多级高频功率放大器（例如发送设备）的末级，即连接末：用于多级高频功率放大器（例如发送设备）的末级，即连接末级功放输出与负载（天线）的网络，称为输出匹配网络。级功放输出与负载（天线）的网络，称为输出匹配网络。作用作用：匹配、滤波、隔离：匹配、滤波、隔离匹配的含义：高频匹配的含义：高频功放功放工作于丙类，输出阻抗非定值，变化阻抗使得负工作于丙类，输出阻抗非定值，变化阻抗使得负载获得最大的功率，工作于临界状态。载获得最大的功率，工作于临界状态。滤波的含义：选出基波分量，滤除其他频率分量滤波的含义：选出基波分量，滤除其他频率分量隔离的含义：在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能隔离的含

26、义：在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能有效地传送到负载，但是同时又应尽可能地使这几个电子器件隔离，互有效地传送到负载，但是同时又应尽可能地使这几个电子器件隔离，互不影响。不影响。要求要求：输出功率大，效率高。：输出功率大，效率高。2/9/202338输出匹配网络有并联谐振、耦合回路（或双调谐回路）、输出匹配网络有并联谐振、耦合回路（或双调谐回路）、型、型、型、型、型，以及由它们构成的复杂的网络。型，以及由它们构成的复杂的网络。倒倒L L型网络由两个异性电抗元件组成。型网络由两个异性电抗元件组成。T T型、型、型网络各由三个电抗元件（其中两个同性质，型网络各由三个电抗元件（其中两

27、个同性质，另一个异性质）组成。另一个异性质）组成。几种常见的几种常见的LCLC匹配匹配(a)L(a)L型型;(b)T;(b)T型型;(c);(c)型型2/9/202339滤波器（倒L型网络）2/9/202340最常见的输出回路形式是如图所示的复合输出回路最常见的输出回路形式是如图所示的复合输出回路中介回路中介回路天线的等天线的等效电容和效电容和辐射电阻辐射电阻2/9/202341当天线回路调谐到串联谐振状态时，它反映到中介回路有等效电阻为：当天线回路调谐到串联谐振状态时，它反映到中介回路有等效电阻为：此时中介回路的等效电路为：此时中介回路的等效电路为：中介回路的等效电路中介回路的等效电路等效回

28、路的谐振阻抗为：等效回路的谐振阻抗为：改变改变M，就可以在不影响回路调谐的情况就可以在不影响回路调谐的情况下，调整中介回路的等效阻抗，以达到阻下，调整中介回路的等效阻抗，以达到阻抗匹配的目的。抗匹配的目的。2/9/202342中介回路的一个重要指标是传输效率中介回路的一个重要指标是传输效率 ，越高越好。也就是希望：，越高越好。也就是希望：无载品质因素：无载品质因素：100200有载品质因数：有载品质因数：不应小于不应小于102/9/202343末级高频功率放大器的功率关系：末级高频功率放大器的功率关系：2/9/2023442 2）输入匹配网络与级间耦合网络）输入匹配网络与级间耦合网络 对中间级

29、来说，最主要的是应该保证它的输出电压稳定，对中间级来说，最主要的是应该保证它的输出电压稳定，以供给下级稳定的激励电压，而效率则降为次要问题。由于中以供给下级稳定的激励电压，而效率则降为次要问题。由于中间级工作于低电平，效率低一些对整机来讲，影响不大。间级工作于低电平，效率低一些对整机来讲，影响不大。为了达到保证送给下级以稳定激励电压的目的，对于中间为了达到保证送给下级以稳定激励电压的目的，对于中间级应采取如下级应采取如下措施措施：1 1）中间放大级工作于）中间放大级工作于过压状态过压状态，此时它等效为一个恒压源，此时它等效为一个恒压源，其输出电压几乎不随负载变化。这样，尽管后级的输入阻抗其输出

30、电压几乎不随负载变化。这样，尽管后级的输入阻抗是变化的，但该级所得到的激励电压仍然是稳定的。是变化的，但该级所得到的激励电压仍然是稳定的。2 2）降低级间耦合回路的效率降低级间耦合回路的效率 。因为回路效率降低，意味。因为回路效率降低，意味着回路本身损耗加大，这样就使下级输入电路的损耗功率相着回路本身损耗加大，这样就使下级输入电路的损耗功率相对来说显得不重要了，也就是减弱了下级对本级工作状态的对来说显得不重要了，也就是减弱了下级对本级工作状态的影响。中间级的影响。中间级的 一般取一般取0.1-0.50.1-0.5，也就是中间级的输出功，也就是中间级的输出功率应为后级所需激励的率应为后级所需激励

31、的2-102-10倍。倍。2/9/202345例例 分析图所示工作频率为分析图所示工作频率为175 MHz的两级谐振功率放大电路的组成及元器件参数。的两级谐振功率放大电路的组成及元器件参数。2/9/202346 解解：两两级级功功放放的的输输入入馈馈电电方方式式均均为为自自给给负负偏偏压压,输输出出馈馈电方式均为并馈。电方式均为并馈。此此电电路路输输入入功功率率Pi=1W,输输出出功功率率Po=12W,信信号号源源阻阻抗抗Rs=50,负负载载RL=50。其其中中第第一一级级输输出出功功率率Po1=4W,电电源源电电压压VCC=13.5 V。两两级级功功放放管管分分别别采采用用3DA21A和和3

32、DA22A,均均工工作作在在临临界界状状态态,饱饱和和压压降降分分别别为为1V和和1.5V。各各项项指指标标满满足足安安全全工工作作条条件件。可以计算出各级回路等效总阻抗分别应该为可以计算出各级回路等效总阻抗分别应该为:2/9/202347 由由于于3DA21A和和3DA22A的的输输入入阻阻抗抗分分别别为为R2=7和和R4=5，故故RsR2,R1R4,R2RL,即即不不满满足足匹匹配配条条件件,所所以以在在信信号号源源与与第第一一级级放放大大器器之之间间、第第一一级级放放大大器器与与第第二二级级放放大大器器之之间间分分别别加加入入T型型选选频频匹匹配配网网络络(C1、C2、L1和和C3、C4

33、、L2),在在第第二二级级放放大大器器与与负负载载之之间间加加入入倒倒L型型选选频频匹匹配配网网络络(C5、L3、C6)。三三个个选选频频匹匹配配网网络络的的输输入入阻阻抗抗分分别别是是R1、R3和和R5。匹匹配配网网络络中中各各电电感感与与电电容容的的值值可可根根据据相相应应的的公公式式计计算算得得出出。由由于于晶晶体体管管参参数数的的分分散散性性和和分分布布参参数数的的影影响响,C1C6均均采采用用可可变变电电容容器器,其其最最大大容容量量应应为为计计算算值值的的23倍倍。通通过过实实验验调调整整,最最后后确确定定匹匹配配网网络络元元件件的的精精确确值。值。2/9/202348 电电路路中

34、中四四个个高高扼扼圈圈的的电电感感量量为为0.1H0.2 H,其其中中两两个个作作为为基基极极直直流流偏偏置置的的组组成成元元件件,另另外外两两个个在在集集电电极极并并馈馈电电路路中中对对iC中中的的高高次次谐谐波波分分量量起起阻阻挡挡作作用用,并并为为集集电电极极直直流流电电源源提提供供通通路路。高高频频旁旁路路电电容容C7和和C9的的值值均均为为0.05F,穿穿心心电电容容C8和和C10为为1500pF,它它们们使使高高次谐波分量短路接地。次谐波分量短路接地。一一般般来来说说,在在400MHz以以下下的的甚甚高高频频(VHF)段段,匹匹配配网网络络通通常常采采用用集集总总参参数数LC元元件

35、件组组成成,而而在在400MHz以以上上的的超超高高频频(UHF)段段,则则需需使使用用分分布布参参数数的的微微带带线线组组成成匹匹配配网网络络,或或使使用用微微带带线线和和LC元元件件混混合合组成。组成。2/9/2023495.85.8 宽带高频功率放大电路宽带高频功率放大电路 宽宽带带高高频频功功率率放放大大电电路路采采用用非非调调谐谐宽宽带带网网络络作作为为匹匹配配网网络络,能能在在很很宽宽的的频频带带范范围围内内获获得得线线性性放放大大。常常用用的的宽宽带带匹匹配配网网络络是是传传输输线线变变压压器器,它它可可使使功功放放的的最最高高频频率率扩扩展展到到几几百百MHzMHz甚甚至至上上

36、千千MHz,并并能能同同时时覆覆盖盖几几个个倍倍频频程程的的频频带带宽宽度度。由由于于无无选选频频滤滤波波性性能能,故故宽宽带带高高频频功功放放只只能能工工作作在在非非线线性性失失真真较较小小的的甲甲类类或或乙乙类类状状态态,效效率率较较低低。所所以以,宽宽带带高高频频功功放放是是以以牺牺牲牲效效率率来来换换取工作频带的加宽。取工作频带的加宽。2/9/202350 传输线变压器传输线变压器 1 1、宽频带特性、宽频带特性 普普通通变变压压器器上上、下下限限频频率率的的扩扩展展方方法法是是相相互互制制约约的的。为为了了扩扩展展下下限限频频率率,就就需需要要增增大大初初级级线线圈圈电电感感量量,使

37、使其其在在低低频频段段也也能能取取得得较较大大的的输输入入阻阻抗抗,如如采采用用高高导导磁磁率率的的高高频频磁磁芯芯和和增增加加初初级级线线圈圈的的匝匝数数,但但这这样样做做将将使使变变压压器器的的漏漏感感和和分分布布电电容容增增大大,降降低低了了上上限限频频率率；为为了了扩扩展展上上限限频频率率,就就需需要要减减小小漏漏感感和和分分布布电电容容,减减小小高高频频功功耗耗,如如采采用用低低导导磁磁率率的的高高频频磁磁芯芯和和减减少少线线圈圈的匝数的匝数,但这样做又会使下限频率提高。但这样做又会使下限频率提高。传传输输线线变变压压器器是是基基于于传传输输线线原原理理和和变变压压器器原原理理二二者

38、者相相结结合合而而产产生生的的一一种种耦耦合合元元件件。它它是是将将传传输输线线(双双绞绞线线、带带状状线线或或同同轴轴线线等等)绕绕在在高高导导磁磁率率的的高高频频磁磁芯芯上上构构成成的的,以以传传输输线线方方式式与与变压器方式同时进行能量传输。变压器方式同时进行能量传输。2/9/202351 利利用用图图所所示示一一种种简简单单的的1 1传传输输线线变变压压器器,可可以以说说明明这这种种特殊变压器能同时扩展上、下限频率的原理。特殊变压器能同时扩展上、下限频率的原理。在在以以传传输输线线方方式式工工作作时时,信信号号从从、端端输输入入,、端端输输出出。如如果果信信号号的的波波长长与与传传输输

39、线线的的长长度度可可以以相相比比拟拟,两两根根导导线线固固有有的的分分布布电电感感和和相相互互间间的的分分布布电电容容就就构构成成了了传传输输线线的的分分布参数等效电路。若传输线是无损耗的布参数等效电路。若传输线是无损耗的,则传输线的则传输线的特性阻抗特性阻抗2/9/202352传输线方式传输线方式变压器方式变压器方式分布参数等效电路分布参数等效电路2/9/202353 当当ZcZc与与负负载载电电阻阻R RL L相相等等,则则称称为为传传输输线线终终端端匹匹配配。在在此此无无耗耗、匹匹配配情情况况下下,若若传传输输线线长长度度l l与与工工作作波波长长相相比比足足够够小小(l(lminmin

40、8)8)时时,可可以以认认为为传传输输线线上上任任何何位位置置处处的的电电压压或或电电流流的的振振幅幅均均相相等等,且且输输入入阻阻抗抗Z Zi i=Z Zc c=R=RL L,故故为为1111变变压压器器。可可见见,此此时时负负载载上上得得到到的的功功率率与与输输入入功率相等且不因频率的变化而变化。功率相等且不因频率的变化而变化。在在以以变变压压器器方方式式工工作作时时,信信号号从从、端端输输入入,、端端输输出出。由由于于输输入入、输输出出线线圈圈长长度度相相同同,从从图图(c)(c)可可见见,这是一个这是一个1111的反相变压器。的反相变压器。2/9/202354 当当工工作作在在低低频频

41、段段时时,由由于于信信号号波波长长远远大大于于传传输输线线长长度度,分分布布参参数数很很小小,可可以以忽忽略略,故故变变压压器器方方式式起起主主要要作作用用。由由于于磁磁芯芯的的导导磁磁率率高高,所所以以虽虽传传输输线线较较短短也也能能获获得得足足够够大大的的初初级级电感量，保证了传输线变压器的低频特性较好。电感量，保证了传输线变压器的低频特性较好。当当工工作作在在高高频频段段时时，传传输输线线方方式式起起主主要要作作用用，在在无无耗耗匹匹配配的的情情况况下下，上上限限频频率率将将不不受受漏漏感感、分分布布电电容容、高高导导磁磁率率磁磁芯芯的的限限制制。而而在在实实际际情情况况下下,虽虽然然要

42、要做做到到严严格格无无耗耗和和匹匹配配是是很困难的很困难的,但上限频率仍可以达到很高。但上限频率仍可以达到很高。由由以以上上分分析析可可以以看看到到,传传输输线线变变压压器器具具有有良良好好的的宽宽频频带带特性。特性。2/9/202355 2 2 阻抗变换特性阻抗变换特性 与与普普通通变变压压器器一一样样,传传输输线线变变压压器器也也可可以以实实现现阻阻抗抗变变换换,但由于受结构的限制，只能实但由于受结构的限制，只能实现某些特定阻抗比的变换。现某些特定阻抗比的变换。图示给出了一种图示给出了一种4141传输线阻抗变换器的原理图。传输线阻抗变换器的原理图。在在无无耗耗且且传传输输线线长长度度很很短

43、短的的情情况况下下，传传输输线线变变压压器器输输入入端端与与输输出出端端电电压压相相同同，均均为为 ,流流过过的的电电流流均均为为 。由由此此可可得到特性阻抗得到特性阻抗Z Zc c和输入端输入阻抗和输入端输入阻抗Z Zi i分别为：分别为：2/9/2023562/9/202357 所以，当负载RL为特性阻抗Zc的 时,此传输线变压器可以实现41的阻抗变换。故此时的终端匹配条件是RL=。其中Zi是指、端之间的等效阻抗。利用传输线变压器还可以实现其它一些特定阻抗比的阻抗变换。注意不同阻抗比时的终端匹配条件不一样。Zc2/9/202358由图可见由图可见,两级功放都工作在甲类状态两级功放都工作在甲

44、类状态,并采用本级直流负反并采用本级直流负反馈方式展宽频带馈方式展宽频带,改善非线性失真。改善非线性失真。三个传输线变压器均为三个传输线变压器均为4141阻抗变换器。阻抗变换器。前两个级联后作为第一级功放的输出匹配前两个级联后作为第一级功放的输出匹配网络网络,总阻抗比为总阻抗比为161,161,使第二级功放的低输入阻抗与第一使第二级功放的低输入阻抗与第一级功放的高输出阻抗实现匹配。第三个使第二级功放的高输出级功放的高输出阻抗实现匹配。第三个使第二级功放的高输出阻抗与阻抗与5050的负载电阻实现匹配。的负载电阻实现匹配。2/9/2023595.9 5.9 功率合成器功率合成器 利利用用多多个个功

45、功率率放放大大电电路路同同时时对对输输入入信信号号进进行行放放大大,然然后后设设法法将将各各个个功功放放的的输输出出信信号号相相加加,这这样样得得到到的的总总输输出出功功率率可可以以远远远大于单个功放电路的输出功率，这就是远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术功率合成技术。利利用用功功率率合合成成技技术术可可以以获获得得几几百百瓦瓦甚甚至至上上千千瓦瓦的的高高频频输输出出功率。功率。理理想想的的功功率率合合成成器器不不但但应应具具有有功功率率合合成成的的功功能能,还还必必须须在在其其输输入入端端使使与与其其相相接接的的前前级级功功率率放放大大器器互互相相隔隔离离,即即当当其其中中某某

46、一一个个功功率率放放大大器器损损坏坏时时,相相邻邻的的其其它它功功率率放放大大器器的的工工作作状状态态不不受影响受影响,仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。2/9/2023602/9/202361 由由图图可可见见，采采用用7个个功功率率增增益益为为2，最最大大输输出出功功率率为为10W的的高高频频功功放放，利利用用功功率率合合成成技技术术，可可以以获获得得40W的的功功率率输输出出。其其中中采采用用了了三三个个一一分分为为二二的的功功率率分分配配器器和和三三个个二二合合一一的的功功率率合合成成器器。功功率率分分配配器器的的作作用用在在于于将将前前级级功功放

47、放的的输输出出功功率率平平分分为若干份，为若干份，然后分别提供给后级若干个功放电路然后分别提供给后级若干个功放电路。利利用用传传输输线线变变压压器器可可以以组组成成各各种种类类型型的的功功率率分分配配器器和和功功率率合合成成器器,且且具具有有频频带带宽宽、结结构构简简单单、插插入入损损耗耗小小等等优优点点，然然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。2/9/2023625.10 5.10 晶体管倍频器晶体管倍频器倍频器倍频器是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路，用以提高频率。是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路，用以提高频率。倍频器有以下优点倍频器有

48、以下优点：1 1）发射机主振器的频率可以降低，这对稳频是有利的。）发射机主振器的频率可以降低，这对稳频是有利的。2 2）在采用石英晶体稳频时，振荡频率越高，石英晶体越薄，越易振）在采用石英晶体稳频时，振荡频率越高，石英晶体越薄，越易振碎。碎。20MHz20MHz以下。以下。3 3）如果中间级既可工作于放大状态，也可以工作于倍频状态，那么，）如果中间级既可工作于放大状态，也可以工作于倍频状态，那么，就可以在不扩展主振器波段的情况下，扩展发射机的波段。这对稳频就可以在不扩展主振器波段的情况下，扩展发射机的波段。这对稳频是有利的，因为振荡器波段越窄，频率稳定度就越高。是有利的，因为振荡器波段越窄，频

49、率稳定度就越高。4 4）倍频器的输入与输出频率不同，因而减弱了寄生耦合，使发射机）倍频器的输入与输出频率不同，因而减弱了寄生耦合，使发射机的工作稳定性提高。的工作稳定性提高。5 5）如果是调频或调相发射机，则可采用倍频器加大频移或相移，即）如果是调频或调相发射机，则可采用倍频器加大频移或相移，即加深调制度。加深调制度。6 6）在超高频段（米波以至厘米波段）难以获得足够的功率，可采用）在超高频段（米波以至厘米波段）难以获得足够的功率，可采用参量倍频器将频率较低、功率较大的信号转变为频率较高、功率亦较参量倍频器将频率较低、功率较大的信号转变为频率较高、功率亦较大的输出信号。大的输出信号。2/9/2

50、02363倍频器两种形式：一种是利用丙类放大器电流脉冲中的谐波来获得倍频，叫做倍频器两种形式：一种是利用丙类放大器电流脉冲中的谐波来获得倍频，叫做丙类倍频器；另一种是利用晶体管的结电容随电压变化的非线性来获得倍频，丙类倍频器；另一种是利用晶体管的结电容随电压变化的非线性来获得倍频，这是半导体器件所特有的性质，可叫做参量倍频器。这是半导体器件所特有的性质，可叫做参量倍频器。丙类功率放大器中的负载调谐于丙类功率放大器中的负载调谐于n次谐波上，则变成次谐波上，则变成n次倍频器。次倍频器。如为二次倍频器，则负载回路调谐于二次谐波上；如为三次倍频器，则负如为二次倍频器，则负载回路调谐于二次谐波上；如为三