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1、单元四 高频功率放大器,第 1 章 功率电子线路,第 2 章 谐振功率放大器,第 1 章 功率电子线路,1.1 功率电子线路概述,1.2 功率放大器的电路组成和工作特性,第 1 章 功率电子线路,1.1 功率电子线路概述,1.1.1 功率放大器,1.1.2 电源变换电路,1.1 功率电子线路概述,作用：高效地实现能量变换和控制。,种类：,(1)功率放大电路 特点：放大 用途：通信、音像等电子设备。,(2)电源变换电路 特点：能量变换 用途：电源设备、电子系统、工业控制等。,1.1.1 功率放大器,特点：工作在大信号状态。,一、功率放大器的性能要求, 安全。输出功率大，管子在极限条件下运用。,
2、高效率。,C 集电极效率(Collector Efficiency),Po 输出信号功率 ；PD 电源提供的功率；,PC 管耗 (Power Dissipation)/集电极耗散功率；,Po 一定，C 越高，PD 越小 PC 小， 既可选 PCM 小的管子，以降低费用，也节省能源。, 失真小。,尽管功率增益也是重要的性能指标，但安全、高效和小失真更重要，前者可以通过增加前置级祢补。,二、功率管的运用特点,1功率管的运用状态,根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同，功率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。, 甲类：功率管在一个周期内导通 ，c = 。, 乙类：功率管仅在半个周期内导
3、通，c = /2。, 甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通， /2 c 。, 丙类：功率管在小于半个周期内导通，c /2。,功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。,功率管的运用状态,根据下列曲线说出功率管的应用状态：,图 111 各种运用状态下的输出电流波形,2不同运用状态下的 C,管子的运用状态不同，相应的 Cmax 也不同。,减小 PC 可提高 C。,假设集电极瞬时电流和电压分别为 iC 和 vCE，则 PC 为,讨论：若减少 PC，则要减少 iC vCE,方法 1：由甲类 甲乙类 乙类 丙类，即减小管子在信号周期内的导通(增大 iC = 0)的时间。,方法 2：管子运用于开关
4、状态(又称丁类)，即一周期内半饱和半截止。 饱和时，vCE VCE (sat) 很小 PC 很小； 截止时，iC 很小，iC vCE 也很小 PC 很小。,总之：为提高 C，管应用状态可取乙类、丙类或丁类。但集电极电流波形失真严重，电路需采取特定措施(见 1.2 节)。,1.1.2 电源变换电路,按变换方式不同：,(1)整流器(Rectifier)：交流电-直流电。 应用：电子设备供电。,(2)直流-直流变换器(DC-DC Converter)：直流电-直流电。 应用：开关电源。,(3)逆变器(Inverter)：直流电-交流电。 应用：不间断电源、变频电源。,(4) 交流-交流变换器(AC-
5、AC Converter)：交流电-交流电。 应用：变压等。,第 2 章 谐振功率放大器,2.1 谐振功率放大器的工作原理,2.2 谐振功率放大器的性能特点,2.3 谐振功率放大器电路,2.4 高频功率放大器,概述,1、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。,2、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出功率大和效率高。,联想对比：,3、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 载均为谐振回路。,不同之处：为激励信号幅度大小不同
6、；放大器工作点不同； 晶体管动态范围不同。,谐振功率放大器 波形图,小信号谐振放大器 波形图,小信号谐振放大器 波形图,谐振功率放大器 波形图,4、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同,共同之处: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。,谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小)，其工作状态通常选为丙类工作状态(c90)，为了不失真的放大信号，它的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大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作
7、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。,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,功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率,第 2 章 谐振功率放大器,谐振功放：一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。,图 2-2-1(a) 谐振功率放大器 原理电路,特点：负载匹配网络为谐振系统,应用状态：丙类(或丁类、乙类),用途：对载波或已调波进行功率放大,种类：丙类谐振功放 丁类、戊类谐振功放 倍频器,本章内容：工作原理、性能分析、电路。,第 2 章 谐振功
8、率放大器,2.1 谐振功率放大器的工作原理,2.1.1 丙类谐振功率放大器,2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器,2.1.3 倍频器,2.1.1 丙类谐振功率放大器,1电路组成,图 211 谐振功率放大器原理电路,ZL 外接负载，呈阻抗性，用 CL 与 RL 串联等效电路表示。,Lr 和 Cr 匹配网络，与 ZL 组成并联谐振回路。调节 Cr 使回路谐振在输入信号频率。,VBB 基极偏置电压，使功率管 Q 点设在截止区，以实现丙类工作。,2集电极电流 iC,图 212,输入 vb(t) = Vbmcos st,据 vBE = VBB + vb(t) = VBB + vbmcos st,由静态转
9、移特性(iC-vBE)，得集电极电流 iC 波形：脉宽小于半个周期的脉冲序列。傅里叶级数展开,为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。,3输出电压 vo,(1)对基波分量,阻抗最大，为谐振电阻 Re(谐振回路调谐在输入信号频率上，因而对 iC 中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻)。,在高 Q 回路中，其 Re 近似为,式中，, 回路总电容, 回路谐振角频率, 回路有载品质因数,(2)对非基波分量,阻抗很小(谐振回路对 iC 中的其他分量呈现的)，产生的电压均可忽略。,既然仅有由基波分量产生的电压 vc 输出，负载获得的信号功率不失真。,因此，丙类谐振功率放大器谐振回路的功能：, 选频：利用
10、谐振回路的选频作用，可将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出电压。, 阻抗匹配：调节 Lr 和 Cr ，谐振回路将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻 Re，并阻抗匹配。,所以，谐振功率放大器中，谐振回路起到选频和匹配负载的双重作用。,4功率特性分析,(1)丙类功放的问题,图 213 脉冲宽度变化的示意图,若提高 C，管子导通角 c 应继续减小；但引起 iC 中基波分量 Icm1 减小，导致输出功率减小。,(2)解决方法,VBB 负向增大(c 减小)同时，提高输入激励电压 Vbm，以维持输出功率不变。但需警惕管发射结反向击穿。,为进一步提高效率，可采用开关工作的丁类、戊类谐振功率放大器。,2
11、.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器,1丁类谐振功率放大器,(1)电路,Tr 二次侧两绕组相同，极性相反。,T1 和 T2 特性配对，为同型管。,(2)原理,若 vi 足够大，则,vi 0 时，T1 饱和导通，T2 截止， vA1 = VCC VCE(sat),vi 0 时，T2 饱和导通，T1 截止， vA2 = VCE(sat),A 点最大振幅值：,vA = vA1 vA2 = VCC 2VCE(sat),加到串联谐振回路，若谐振回路工作在输入信号角频率上，可近似认为输出电流 iL 是角频率为 的余弦波，RL 上获得不失真输出功率。,(3) 讨论, VCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高
12、 (90% 以上) ；, 因结电容、分布电容等影响，实际波形不理想，使管耗增大，丁类功放效率受限。,2戊类放大器,为了克服这个缺点，在开关工作的基础上采用一个特殊设计的集电极回路，保证 vCE 为最小值的一段期间内，才有集电极电流流通戊类放大器。,3实现办法,(1)晶体管倍频器,倍频次数不能太高，一般为二倍或三倍频。原因：, 效率。集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度随着 n 的增加而迅速减小。倍频次数过高，倍频器的输出功率和效率就会过低。, 滤波。谐振回路需滤除高于 n 和低于n 的各次分量。低于 n 的分量幅度较大，滤除较难。倍频次数越高，对谐振回路提出的滤波要求越苛刻，不易实现。,(2)
13、变容二极管、阶跃二极管构成参量倍频器，适用于倍频次数较高时。,2.1.3 倍频器,1概念,倍频器(Frequency Multiplier)：将输入信号的频率倍增 n 倍的电路。,2原理,在丙类谐振放大器中，将输出谐振回路调谐在输入信号频率的 n 次谐波上，则输出谐振回路上仅有 iC 中的 n 次谐波分量产生的高频电压，而其他分量产生的电压均可忽略，因而 RL 上得到了频率为输入信号频率 n 倍的输出信号功率。,第 2 章 谐振功率放大器,2.2 谐振功率放大器的性能特点,2.2.1 近似分析方法,2.2.2 欠压、临界和过压状态,2.2.3 四个电压量对性能影响的定性讨论,2.2.1 近似分
14、析方法,1使用条件两假设, 谐振回路滤波特性理想，即尽管集电极、基极电流为脉冲波，但两回路只产生基波(余弦)电压，其他分量的电压均可忽略。有, 功率管特性用输入和输出静态特性曲线表示，其参变量采用 vBE(而不是通常的 iB) 。,2分析步骤,图 221 谐振功率放大器的近似分析方法(b), 求动态点，画波形； 连动态线，画 iC 波形； 图解积分求分量； 计算功率性能。,谐振功率放大器的分析,(1)求动态点，画波形,图 221 谐振功率放大器的近似分析方法(a),设定 VBB、Vbm、VCC、Vcm ，将 t 按等间隔(t = 0， 15， 30， ) 给定数值，由 便可确定 vBE 和 v
15、CE (图 a)。,(2)连动态线，画 iC 波形：,图 221 谐振功率放大器的近似分析方法(b),根据 vBE 和vCE 值，在输出特性曲线上(以 vBE 为参变量)找对应的动态点，画动态线(动态点的连线)，由此可确定 iC 的波形。,不到 VCC，因为导通角小于 ,(3) 图解积分求得分量 IC0 和 Ic1m,谐振电阻,(4) 计算功率性能,四变量 VBB、Vbm、VCC、Vcm 不同，iC 的波形和数值就不同，由此求得的 Re 及相应的功率性能就不同。应了解四变量的影响。,2.2.2 欠压、临界和过压状态,1当 VBB、Vbm、VCC 不变， Vcm 由小变大，动态点左移, 欠压状态
16、,Vcm 的取值，使所对应的动态点均处在放大区。, 临界状态,Vcm 增大，使 t = 0 所对应的动态点 A处在临界点，iCmax 略微减小。, 过压状态,Vcm 继续增大，使 A(t = 0)动态点处在饱和区，iC 迅速减小，电流脉冲出现凹陷，Vcm 增大，凹陷加深。,谐振功放的工作状态,2 iC 的平均分量 IC0 与基波分量 Ic1m,iC 脉冲越宽，高度越高，IC0 和 Ic1m 就越大。如果出现凹陷，则凹陷越深，IC0 和 Ic1m 就越小。,由此可求功率性能,2.2.3 四个电压量对性能影响的定性讨论,一、负载特性,1定义,指 VBB、Vbm 和 VCC 一定，放大器性能随 Re
17、 的变化特性。,2特性,Re 的增加势必将引起 Vcm 增大(Vcm = ReIcm),Re Vcm vCEmin 功放欠压 过压 iC 波形出现凹陷。,据此可以画出 Ic0 和 Ic1m 随 Re 变化的特性。,谐振功放的负载特性,3 Vcm、Po、PD、PC、C 随 Re 变化的曲线,图 2-2-4 负载特性,Vcm = ReIc1m ， Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 ， PC = PDPo C = Po/ PD,3讨论,(1) 欠压区,Re ，iC 脉冲高度略有减小，相应的 IC0、Ic1m 也略有减小，因而 Vcm(= ReIc1m)和 Po( )近似线性增大，
18、而 PD(= VCCIC0)略有减小，C 增大，PC 减小。,(2)过压区,Re ，电流脉冲高度减小，凹陷加深，相应的 IC0、Ic1m 减小，结果使 Vcm 略有增加，Po、PD 减小，且 Po 比 PD 减小的慢，从而 C 略有增加，PC 略有减小。,(3)匹配负载 Reopt,Re = Reopt 时，管子工作在临界状态， Po 最大， C 较大，PC 较小，放大器性能接近最佳。此时的 Re 称为谐振功放的匹配负载。,二、调制特性,图 225 集电极调制特性,两种调制特性：集电极调制和基极调制特性。,1集电极调制特性,(1)含义,VBB、Vbm 和 Re一定，放大器性能随 VCC 变化的
19、特性。,(2)调制特性,集电极调制特性与调幅电路, 欠压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲高度略有减小，因而 IC0 和 Ic1m 也将略有减小，Vcm(= ReIc1m)也略有减小。, 过压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲的高度降低，凹深加深，因而 IC0、Ic1m、Vcm 将迅速减小。,(3) 集电极调幅原理电路,图中：, 载波, 调制信号,为谐振回路上的输出电压。,与谐振功放区别：集电极回路接入调制信号电压。,图 227 集电极调幅电路,令 VCC(t) = VCC0 + v(t) 作为放大器的等效集电极电源电压。若要求 Vcm(t) 按 VCC(t) 的规律变换，根据集电极调
20、制特性，放大器必须在 VCC(t) 的变化范围内工作在过压状态。,2基极调制特性,图 226 基极调制特性,(1)含义,Vbm、VCC、Re 一定，放大器性能随 VBB 变化的特性。,(2)调制特性,基极调制特性与调制电路,当 Vbm 一定，VBB ，iC宽度、高度 ， IC0 Ic1m 、Vcm ，VCEmin ，放大器欠压 过压。,过压后，随 VBB，iC 宽度、高度 ，凹陷加深，IC0 和 Ic1m、Vcm 均增加缓慢，可认为近似不变。,(3)基极调幅原理电路,图 228 基极调幅电路, 基极偏置电压,使 Vcm 按 VBB(t) 的规律变化，放大器工作在欠压状态。,三、放大特性,图 2
21、29 放大特性,1含义,当 VBB、VCC 和 Re 一定，放大器性能随 Vbm 变化的特性。,2特性,固定 VBB，增大 Vbm 与上述固定 Vbm 增大 VBB 的情况类似，它们都使 iC 的宽度和高度增大，放大器由欠压进入过压，图 229(a)。,谐振功放的放大特性,(1)谐振功放作为线性功放,图 2210 (a) 线性功率放大器的作用,为了使输出信号振幅 Vcm 反映输入信号 Vbm 的变化，放大器必须在 Vbm 变化范围内工作在欠压状态。,(2) 谐振功放作为振幅限幅器(Amplitude Limiter),图 2210 (b) 振幅限幅器的作用,作用：将 Vbm 在较大范围内的变化
22、转换为振幅恒定的输出信号。,特点：根据放大特性，放大器必须在 Vbm 的变化范围内工作在过压状态，或 Vbm 的最小值应大于临界状态对应的 Vbm 限幅门限电压。,若增大 Re，Po 减小，放大器实际工作在过压状态，可增大 VCC(同时，适当增大 Re 或 Vbm 或 VBB)，需注意管子安全。,实际上放大器的工作状态除了改变 Re 外还可以根据实际情况通过改变 VCC、Vbm、VBB 来判断，不过改变 Re 较普遍，但不论改变哪个量都必须保证回路谐振在工作频率上。,四、四个特性在调试中的应用,在调试谐振功放时，上述四个特性十分有用。,例如，设一个丙类谐振功率放大器，设计在临界状态，若制作出后
23、，Po 和 C 均不能达到要求，则应如何进行调整。,Po 达不到要求，表明放大器没在临界。若增大 Re 能使 Po 增大，则根据负载特性，断定放大器工作在欠压状态，此时分别增大 Re、Vbm 和 VBB 或同时或两两增大均可使放大器由欠压进入临界。,第 2 章 谐振功率放大器,2.3 谐振功率放大器电路,2.3.1 直流馈电电路,2.3.2 滤波匹配网络,2.3.3 谐振功率放大器电路,谐振功放管外电路：, 直流馈电电路, 滤波匹配网络,2.3.1 直流馈电电路,考虑因素：滤波匹配网络安装方便；馈电电路(Power Supply Circuit)对滤波匹配网络的影响。,直流馈电电路分为,串馈,
24、并馈,1串馈与并馈,(1)串馈,三者(直流电源 VCC、滤波匹配网络和功率管)在电路形式上为串接的馈电方式。,(a) 图 231 集电极直流馈电电路,LC高频扼流圈，与 CC 构成电源滤波电路。,在信号频率上 LC 的感抗很大，接近开路；CC 的容抗很小，接近短路，避免信号电流通过直流电源而产生级间反馈，造成工作不稳定。,(2)并馈,三者(直流电源 VCC、滤波匹配网络和功率管)在电路形式上为并接的馈电方式。,(b) 图 231 集电极直流馈电电路,LC 高频扼流圈； CC1 隔直电容； CC2 电源滤波电容。,在信号频率上，LC 感抗很大，接近开路，CC1、CC2 的容抗很小，接近短路。,虽
25、然电源与滤波匹配网络 在形式上是并联的，但滤波匹 配网络两端电压 vc (t) 直接反映在 LC 上，因而,vCE = VCC + vc。与串馈电路相同。,(3)串馈与并馈的比较,相同点：两种馈电方式，VCC 都能全部加到集电极上。,不同点：滤波匹配网络的接入方式。,(a) (b) 图 231 集电极直流馈电电路, 串馈：滤波匹配网络处于直流高电位上，网络元件不能直接接地。, 并馈： CC1 隔直流，匹配网络处于直流地电位上，网络元件可直接接地，安装比串馈方便。但 LC 和 CC1 与匹配网络相并联，它们的分布参数影响网络调谐。,2基极偏置电路,(1)作用,为放大电路提供合适的偏置电压，使功率
26、管工作在丙类。,(2)常用类型,三种。,图 232 基极偏置电路, 图 232(a)，基极偏置电压由 VCC 通过 RB1 和 RB2 分压提供，为保证丙类工作，其值应小于功率管的导通电压。, 图 232 (b)、(c)，自给偏置电路。,图 232 (b)偏置电路：LB、RB、CB1。,RB ：产生压降，提供自偏电压；LB ：避免 RB、CB1 对输入滤波匹配网络的旁路影响。,3自给偏置电路,(1)自给偏压 IB0 的产生,图 232 (b)，vb 0 ib 0，为脉冲电流，可分解为 IB0、Ib1m、Ib2m 、,由基尔霍夫定律 ib = i1 + i2,i2 通路有高扼圈 LB，仅直流电流
27、可以通过， ib 中的直流分量为 IB0，故 i2 为 IB0。,(2)自给偏置,Vb(t) = 0， VBE = 0；Vb(t) 由小至大 IB0 随之增大 VBE = IB0RB 负向增大。,自给偏置效应：这种偏置电压随输入信号电压振幅而变化的效应。,(3) 自给偏置电路的作用, 用于载波功放，可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅的作用。, 用于正弦波振荡器，可以稳定振荡幅度。, 若用于线性功率放大器，会使放大器偏离乙类工作，造成输出信号失真，应当避免。,2.3.2 滤波匹配网络,1位置,对交流通路而言，滤波匹配网络(Filter-Matched Network)介于功率管 T
28、 和外接负载 RL 之间。,2对滤波匹配网络的要求( 2 + 1 条),(1)变换,将外接负载 RL 变换为放大管所要求的负载 Re，以保证放大器高效率地输出所需功率。,图 233 基极偏置电路,(2)滤波,充分滤除不需要的高次谐波分量，以保证在外接负载上输出所需基波功率(在倍频器中为所需的倍频功率)。,谐波抑制度 Hn：工程上表示滤波性能好坏的参数。,设 IL1m 和 ILnm 分别为通过外接负载电流中基波和 n 次谐波分量的振幅，相应的基波和 n 次谐波功率分别为 PL 和 PLn，则对 n 次谐波的谐波抑制度定义为,Hn 越小，网络对 n 次谐波的抑制能力越强。通常n 选 2，即对二次谐
29、波的抑制度。,(3)高效,将功率管给出的信号功率 Po 高效地传送到外接负载上，即要求网络的传输效率 K = PL/ Po 接近 1。,3讨论,(1)谐波抑制度 Hn 和 K 间的矛盾,在实际滤波匹配网络中，提高 Hn，就会牺牲传输效率 K，反之亦然。,(2)说明,图 234 LC 谐振回路,显然，当 Q0 一定时， RL 越大于 rL，相应的 K 就越大。但 RL 越大，Qe 越小，回路谐振曲线越平坦，对谐波的抑制能力就越差。,(3)谐振功放匹配滤波网络的基本形式,具体电路形式有多种。,作用：阻抗匹配、选频滤波。,不论形式有何不同，均可由串-并联阻抗变换公式将其等效为上述两种基本网络的组合。
30、,常用滤波匹配网络的结构、组成元件的表达式参阅教材表 2-3-1(p101)。,4串、并联阻抗转换公式,若将一个由电抗和电阻相串接的电路与相并接的电路等效转换，根据等效原理，令两者的端导纳相等，,即,由此得,(1) 串转并公式,(2)并转串公式,(3)说明, 式中，, Xp 和 Xs 为实数, 电容： X,电感： XL = L,上述各式表明，Qe 取定后，Rp 和 Rs，Xp 和 Xs 之间可以相互转换。转换前后的电抗性质不变( Xs 和 Xp 有相同的正负号)。,5滤波匹配网络的设计,在谐振功率放大器中，为了提高传输效率，回路的有载品质因数都较小，一般在 10 以下。考虑到谐波抑制度，常用的
31、滤波匹配网络除了上述最简单的 L 型外，更多的是由三个电抗元件组成的 、T 型以及由它们组成的多级混合网络。下面就介绍滤波匹配网络的阻抗变换特性。,假设滤波匹配网络的固有损耗电阻为零，即回路传输效率趋近于 1，外接负载电阻为 RL，要求与 Re 和 C0 的串接或并接阻抗相匹配，C0 为功率管的分布电容。,利用串、并联阻抗转换公式，就可以导出各种滤波匹配网络的元件表达式。,图 237 基极偏置电路,例 1：图 2-3-7(a)为 T 型滤波匹配网络，要求与 Re 和 C0 串接阻抗匹配，求各元件表达式。,解：将 T 型网络分割成两个串接的 L 型网络，图中 。,再对这两个 L 型网络进行分析。
32、,在后一个 L 型网络中，将 XC2 和 RL 的串接阻抗转换为 Xp2 和 Rp2 的并接阻抗，分别取值为,(注意 XC2 含负号),令 ，回路并联谐振，则 L 型网络呈现的谐振电阻为,其中，,且网络元件的表达式为,XC2 = - Qe2RL，,再来分析前一个 L型网络，它的负载电阻为 。将 和 的并接阻抗转换为 Xs1 和 Rs1 的串接阻抗，分别为,其中 。令 ，回路串联谐振，则 L 型网络呈现的谐振电阻,相应网络元件的表达式为,所以，若已知 Re、C0 与 RL，并选定 Qe1，则 T 型网络的各元件值由下列各式确定,式中，,讨论：该网络仅适用于 的匹配要求。但由于 Re 越接近 RL
33、，A 越趋近 Qe1，XC1 就越大，相应 C1 就越小，而过小的 C1，在实践上是难以实现的，故此处，Re 不易接近 RL。,例 2：图 2-3-8 示 型滤波匹配网络，要求与 Re、C0 的并接阻抗匹配，求各元件表达式。,图 238 形滤波匹配电路,解：首先取 XL1 + XC0 = 0，L1 和 C0 并联谐振，网络得到简化，然后将 XL2 用虚线分成两个串联电感，即,在由 与 XC2 组成的 L 型网络中，它的负载为 RL，现将 XC2 与 RL 并联阻抗转换为串联阻抗 Xs2 和 Rs2。并令 ，网络串联谐振。,结果是网络呈现的谐振电阻为,且,在由 XC1 和 组成的网络中，它的负载
34、为 ，现令 ，回路串联谐振，因而,或,由于 Qe2 恒为正实数，故有 RL Re,设 ，则 ， ，若已知 Re、C0 和 RL，并选定 Qe1 ，则网络元件值由下列各式确定,该网络适用于 RL Re 的匹配要求。,2.3.3 谐振功率放大器电路,1电路(p102 103),2分析, 直流馈电(集电极、基极)电路，元件作用, 滤波、匹配网络(输入、输出),第 2 章 谐振功率放大器,2.4 高频功率放大器,2.4.1 高频功率管及大信号输入和输出阻抗,2.4.2 高频功率放大器设计举例,工作频率在几十兆赫兹至几百兆赫兹范围的谐振功率放大器统称为高频功率放大器。功率管的特性已不能仅用静态特性曲线表
35、示。还需要考虑非线性电容，引线电感等分布参数和大注入效应等。工程上广泛采用借助功率管的大信号输入和输出阻抗的设计方法。,2.4.1 高频功率管及大信号输入和输出阻抗,一、高频功率管结构,高频功率管的内部结构如图 2-4-1 所示。,内部结构,外部结构,(a)和(b)为四引线结构，其中两条引线为发射极(宜接成共发组态)或基极(宜接成共基组态)，目的是减小输入和输出公共极端点上的引线电感。,(c)和(d)为两线结构，金属底座为基极或发射极，宜接成共基组态或共发组态。,在器件手册中，指定用作线性功率放大器的高频功率管不宜丙类工作，否则放大器功率增益将偏低。,二、大信号输入和输出阻抗,大信号输入和输出
36、阻抗可以通过实测得到。,1将功率管接入谐振电路,在指定频率上且特定幅值的输入信号电压激励下，调整输入和输出滤波网络，使其谐振，输出功率最大，效率较高。,2测试输入、输出阻抗,移去功率管、电压源。用 50 电阻代替信号源。用阻抗测试仪测得得 B-E 之间阻抗为输入端要求外接的匹配阻抗，C-E 之间阻抗为输出要求外接的匹配阻抗。其阻抗的共轭值分别称为功率管的输入阻抗和输出阻抗。,2.4.2 高频功率放大器设计举例,一、设计步骤,选择晶体管 确定打信号阻抗 确定滤波匹配网络 确定馈电电路 安装调试,二、设计举例,例： 设计一个高频功率放大器，用于调频发射机，输入和输出负载均为 50 ，输入信号频率为
37、 80 MHz，输出信号频率为 160 MHz，要求输入功率为 4 mW 时，输出负载上得功率 700 mW，二次谐波抑制度小于 -30 dB，放大器总效率大于 50，电源电压为 15 V。 。,解：一、确定组成方案 。,通过计算效率和增益确定组成方案并选择工作状态。 根据二次谐波抑制度与传输效率的关系取 c = 0.7。,通常丙类功率放大器功率增益小于 12 dB，效率大于60，所以分三级来完成。,二、选定器件和电路,fT = (2 10)fc PCM Pc V(BR)CEO 2Vcc,根据工作状态、指标要求确定电路。,三、滤波匹配网络设计,以末级输出网络为例，分为三个网络的组合进行分析。,网络：取 Qe1 = 3，设 Re1 = 150 。,网络：取 Qe2 = 2，Ce10 = 10 pF，并设 Re2 = 35 。,网络：取 Qe3 = 3，功率管的大信号输出阻抗 Re(= 98 ) 和 C0(= 20 pF)。,四、安装调试,1调整输入滤波网络达到谐振与匹配，IC0 显示最大，功率计显示也由小增大。,2调整输出滤波网络达到谐振与匹配，IC0 减为最小，功率计显示达到最大值。,