任务 2.3 高频功率放大器

1

任务 2.3 高频功率放大器

2.3.2 丙类谐振高频功率放大器的工作原理2.3.1 高频功率放大器概述

2.3.3 丙类谐振高频功率放大器的性能分析

2.3.5 宽带高频功率放大器2.3.4 丙类谐振高频功率放大器的电路

2

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教学内容2.3.1 功率放大器的概述

2.3.2 谐振功率放大器的工作原理

教学目的

2. 理解高频谐振功率放大器的工作原理、分析方法，掌握其计算方法

1. 了解高频谐振功率放大器的分类和特点

3

教学重点

教学难点

1. 高频功率放大器的基本概念和类型

高频谐振功率放大器的工作原理

2. 高频谐振功率放大器的特点

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4

　　在无线通信中，发射机发射的信号都需要有一定的功率，才能覆盖一定范围或到达目的地。传输距离越远，需要的功率越大。在高频电路中，需要用高频功率放大器对发射信号进行功率放大，以输出足够大的功率。

§ 2.3.1 高频功率放大器概述

5

定义 : 高频功率放大器又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier) ；用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率。

应用 : 它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。

高频功率放大器有三个主要任务： ① 输出足够的功率； ② 具有高效率的功率转换； ③ 减小非线性失真。


6

　　高频功率放大器的主要作用是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器，将直流电源供给的能量转换为大功率高频能量输出。


7

窄带型

宽带型

通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器

为了提高效率，一般工作于丙类状态或乙类状态

采用传输线变压器作负载。

传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。

一、高频功率放大器的分类


8

功率增益 :Ap =Po/Pi

效率 :η= Po/Pv

输出功率 :PO =Pv-P Ｔ

非线性失真 THD

二、高频功率放大器的主要性能指标


9

作为功率放大器 , 谐振功放与低频功放都要求输出功率大、效率高 , 因此它们的主要性能指标都是输出功率 Po 、效率 η 和ＡＰ . 但它们的工作频率和相对频带相差很大 , 负载性质和工作状态也不同 .

低频功放的工作频率约为 20Hz ～ 20kHz, 其工作频率低 , 相对频带很宽 , 不能采用谐振网络作为负载 , 而采用电阻、变压器等非谐振负载 , 且常工作于乙类或甲乙类状态 .

谐振功放的工作频率高 ( 从几百千赫到几百兆赫 ,甚至更高 ), 相对频带却很窄 , 因此一般采用谐振网络作为负载 , 且常工作于丙类或乙类 ( 甚至丁类 ) 状态 .

三、高频谐振功率放大器的特点


10

谐振功放和小信号谐振放大器都是高频放大器 ,且负载均为谐振网络 . 但由于它们放大信号的大小不同 ,所以存在着较大的差别 .

小信号谐振放大器属于小信号放大器 , 它用来不失真放大微弱的高频信号 , 同时抑制干扰信号 , 主要的性能指标是 Au 、 fBW 和选择性，工作在甲类状态。其谐振网络的作用是抑制干扰信号。谐振功放是大信号放大器，它要求效率要高 , 因此这种放大器常工作在丙类 ( 或乙类、丁类 ) 状态 , 其谐振网络的作用是从失真的集电极电流脉冲中选出基波、滤除谐波 , 从而得到不失真的输出电压 .


11

采用谐振网络作负载。

一般工作在丙类或乙类状态。

要求非线性失真小。

技术指标要求输出功率大、效率高。

高频谐振功率放大器的特点

　　由于丙类谐振功率放大器的放大管工作在乙类或丙类状态，其分析方法只能采用图解法进行分析。


12

一、丙类谐振高频功率放大器电路如下图所示：

C

r

LV

uBE

uCE

ub

uc

VBB VCC

iB

iC

++

+

+


13

LC 谐振网络为放大器的并联谐振网络。谐振网络的谐振频率调谐在输入信号的频率上。作用：消除失真、匹配。

Ｖ CC ：集电极直流电压作用：给放大管合理的静态偏置 ; 提供直流能量。一般情况下Ｖ CC 大于Ｖ BB

Ｖ BB: 基极直流电压作用 : 保证三极管工作在丙类状态。Ｖ BB 的值应小于放大管的导通电压 Uon ；通常取ＶBB≤0

二、电路各元件的作用


C

r

LV

uBE

uCE

ub

uc

VBB VCC

iB

iC

++

+

+

14

θ=180° ，为甲类工作状态

θ=90° ，为乙类工作状态

θ＜ 90° ，为丙类工作状态

　　在丙类工作状态下， uBE=Ｖ BB+Ubmcosωct 较小，且uBE＞ Uon 时才有集电极电流流过，故集电极耗散功率小、效率高。

三、电路的工作原理 1. 电路状态


15

ub 为余弦电压 ub=ui=U ｂ mCOSωct

uBE= Ｖ BB+ui

= Ｖ BB+ U ｂ mCOSωct ＞ Uon 时 , 管子

导通 ,

< Uon 时 , 管子截止 .根据三极管的转移特性可得到集电极电流 iC ， iC 为余弦脉冲波；如下图所示。


2. 电路参数C

r

LV

uBE

uCE

ub

uc

VBB VCC

iB

iC

++

+

+

16

ωt

ωt

-θ

-θ

θ

θub

VBB

Uon

Ucm

iCmax

uBEO

iC iC


放大管的转移特性及波形

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ic 的导电角 θ 用下面的公式进行计算


18

ic=Ico+iC1+iC2+iC3+………+iCn+………式中：

Ico 为直流电流分量iC1 为基波分量； iC1=Icm1COSωct

iC2 为二次谐波分量；iC2=Icm2COS2ωct

iCn为 n 次谐波分量； iCn=IcmnCOSnωct

…… ……

根据傅立叶级数的理论， iC 可分解为：

ic 电流的特点：


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Ico=iCmax·α0 （ θ ） Icm1=iCmax·α1

（ θ ）

Icmn=iCmax·αn

（ θ ）

…… ……iCmax是 ic 波形的脉冲幅度 αn （ θ ）的大小可根据余弦脉冲分解系数表查

余弦脉冲分解


20

1

0

1

0

2

3

20 40 60 80 100 120 140 160 180

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

n,

1/

0

/ (¡ã)


21

由于 LC 回路谐振于基波频率 , 则回路对基波电流呈现很大的纯电阻性阻抗 R(R 为谐振电阻 ), 而对直流和谐波电流呈现的阻抗很小 , 可近似看成短路。因此， ic 的各种成分中，只有基波分量才能在回路两端产生降压。 uc=R Icm1COSωct =Ucm COSωct

因而输出电压为不失真的放大余弦波形 , 与输入电压同频 , 反相 .


3. 电路工作原理分析

22

可见谐振回路具有从众多电流分量中选取有用分量的作用，即选频作用，故输出回路两端只能建立起基波电压 .由于是自下而上地流过谐振回路，因此的极性是上负下正。则

tUVuVu ccmcccccCE cos


23

各信号的波形如下图所示：

当 iC 信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网络压降和极间电压为：

uBE=Ｖ BB+Ubmcosωct

uCE=Ｖ CC-Ucmcosωct


24

π2π ωt

π2π

ωt

π 2πωt

π2π

ωt

π 2πωt

ub

uBE

Ubm

2θ

2θ

iCmax

Ubm

icm

iC, ic1

ic1

iC

uCE

uc

Ucm

O

O

O

O

O

π2π ωt

π2π

ωt

π 2πωt

π2π

ωt

π 2πωt

ub

uBE

Ubm

2θ

2θ

iCmax

Ubm

icm

iC, ic1

ic1

iC

uCE

uc

Ucm

O

O

O

O

O


25

放大器的输出功率 Po 等于集电极电流基波分量在有载谐振电阻 R 上的功率，即

集电极直流电源供给功率 PV 等于集电极电流直流分量与 VCC 的乘积，即

四、功率关系


26

放大器集电极效率 η 等于输出功率与直流电源供给功率之比，即

直流输入功率 PV与集电极输出高频功率 Po

之差为集电极耗散功率 PC ，即

它是耗散在晶体管集电结上的损耗功率。

g1(θ) 为集电极的电流利用系数，即ξ 为集电极电压利用系数


27

五、倍频器定义：倍频器是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路。应用：广泛应用在发射机、频率合成器等电子设备中。优点：采用倍频器，可以降低发射机主振器的频率，有利于稳频，提高发射机的工作稳定性和扩展发射机的波段。对于调频和调相发射机，采用倍频器还可以加大频偏和相偏，从而加深调制度。方法：实现倍频的方法主要有两种：丙类倍频器和参量倍频器。


28

参量倍频器是利用变容二极管的结电容与外加电压的非线性关系对输入信号进行非线性变换，再由谐振回路从中选取所需的 n 次谐波分量，从而实现 n 倍频的，其工作频率可达 100MHz 以上。


29

丙类倍频器是利用丙类功率放大器实现的，它是利用丙类谐振功率放大器的输出谐振回路谐振于 n 次谐波上，则谐振回路上获得的就是n 次谐波电压，在负载上得到的信号的频率为输入信号频率的 n 倍，即实现了 n 倍频。一般只为 2-3倍的放大。


30

(1) 集电极电流脉冲中包含的谐波分量幅度总是随着ｎ的增大而迅速减小。因此，倍频次数过高，倍频器的输出功率和效率就会过低。（ 2)倍频器的输出谐振回路需要滤除高于ｎ和低于ｎ的各次分量。低于ｎ的谐波分量幅度比有用的ｎ次分量幅度大，不易滤除。因此丙类倍频器的工作频率一般不超过几十兆赫兹。


31

本讲小结

1. 高频放大器的分类2. 谐振功率放大器的特点

4. 丙类谐振功率放大器电路

5. 丙类谐振功率放大器的工作原理

6. 功率关系

3. 高频功率放大器的技术指标

32

本讲作业

1. 为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器可以工作于丙类？ 2. 为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态？为什么采用谐振回路作负载？谐振回路为什么要调谐在工作频率？ 3.简述丙类谐振功率放大器电路中各部分的作用。

4. 一谐振功放的输出功率 Po=5W,Vcc=24V 。 (1)当集电极效率为 60%时 , 求其集电极功耗 Pc 和

集电极电流直流分量 Ico ； (2)若保持 Po不变 ,将 η 提高到 80%,问此时 Pc 为

多少 ?

33

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教学内容

2.3.3 丙类谐振功率放大器的性能分析

教学目的

1.了解丙类谐振功率放大器的工作状态

2.掌握丙类谐振功率放大器的动态线

3.掌握 R、 VCC、 Ubm、 VBB 变化对工作状态的影响

34

教学重点

教学难点

丙类谐振功率放大器的工作状态

1.丙类谐振功率放大器的动态线

2.R、 VCC、 Ubm、 VBB 变化对工作状态的影响

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35

谐振功率放大器的工作状态是根据 uBE=VBB+Ubmcosωt

uCE=VCC-Ucmcosωt 时瞬时工作点在特性曲线上所处位置确定的。

以 ub= Ubmcosωt 从小到大变化为例：

§ 2.3.3 丙类谐振高频功率放大器的性能分析

一、丙类谐振功率放大器的工作状态

当 ub不太大，以至 uBE <Uon 时，管子将截止；当 ub 变大使 uBE

>Uon 时，管子将导通。如果 ub 的振幅不很大，管子导通时均处于放

大区则放大器工作于欠压状态；随 ub 振幅增大，则管子导通时将从放

大区进入临界饱和区，于是称丙类放大器工作在临界状态；如果 ub 振

幅继续增大使管子处于饱和区，则称丙类放大器工作在过压状态。

36

欠压状态：管子导通时瞬时工作点均处于放大区；

临界状态：管子导通时瞬时工作点已达到临界饱和线；

过压状态：管子导通时瞬时工作点将进入饱和区；


37

在丙类谐振功放中，工作状态不同，放大器的输出功率和管耗就大不相同，因此必须分析各种工作状态的特点，以及 Ubm、 VCC、 VBB和 R 的变化对工作状态的影响，

即对丙类谐振功放的特性进行分析。

借助动态线来分析四参数变化对工作状态的影响。

在实际工作中，丙类放大器的工作状态不但与Ubm 有

关，还与 VCC、 VBB和 R 有关。


38

1. 基本概念：

大信号的功率放大器一般采用图解法进行分析，为此就要在输出特性曲线上作出交流负载线。

由于谐振功放的集电极负载是谐振回路，且集电极电压与集电极电流的波形截然不同，因此其交流负载线已不是直线了，是一条曲线，又称为动态线。是谐振功放工作点变化的轨迹。

用逐点描述法去画。

二、丙类谐振功率放大器的动态线


39

三极管的输出特性曲线转上的参变量 iB换成 uBE，在

VBB、 VCC、 Ucm和 Ubm保持不变的情况下，假设 ωct取不

同的值，根据式 uBE=VBB+ UbmCOSωct和 uc=VCC-UcmCOSωct

可得以相对应的 uBE和 uCE值，从而确定输出特性曲线上的

“ ” “ ”各个动态点，然后依次连接各个动态点就可以得到动

态线。

2.动态线的作法：

具体步骤如下：


40

1. 确定 VBB、 VCC、 Ucm 、 Ubm和 Uon 、 θ的值

2. 将 ωct取不同的值 ,如 00、 300、 450、 600、 900、 1

800等

3. 对于 ωct< θ或等于 θ,管子将导通 ,根据

uBE=VBB+ UbmCOSωct和 uc=VCC-UcmCOSωct来确定点

4. 对于 ωct>θ管子将截止 ,ic=0,则点在横轴上 , 根据

uc=VCC-UcmCOSωct来确定点

5. 用光滑的曲线连接起来得到动态线


41

其图形如下图所示

A: ωct=0 管子将导通 , uBE=VBB+ Ubm,最大 ; uc=VCC-Ucm最小 .

F: ωct= θ管子将处于临界状态 , ic=0 uc=VCC-UcmCOS θ

G: ωct= 900,管子将截止 , ic=0 , uc=VCC

H: ωct= 1800管子将截止 , ic=0 , uc=VCC +Ucm最大

A----- F,管子导通 ; F ---- G---- H管子截止 .


42

动态线

ω t

A

B

C

D

EF

ω t

iC

-θ θ-θ

θ

c

c

i Cmax

O O

O

uCE

uc

G H

uBEmax

uCEmin

Ucm

Vcc

iC


43

如果保持VBB、 VCC 、和

Ubm不变，则改

变Ucm （实际上是改变 R ）对谐振功放的动态线和工作状态的影响如图所示

3.不同工作状态的动态线

①②③

③

③

②

②

①

①

640mV

660mV

680mV

700mV

720mV

740mV

A'

A''

A'''

ωt

ωt

OO

O

iC iC

uCE

uc

-90° -90°

+90°

+90°

+45°

+45°

-45°

-45°


44

（ 1）放大器工作在过压状态时， ic波形会出现下凹。

（ 2）动态线、放大器的工作状态与 VBB、 VCC 、 Ucm和

Ubm的大小有关系。

4. 根据动态线分析放大器的特性

总之，在 VBB、 VCC、和 Ubm不变的条件下，随着 Ucm的增大，谐振功放的工作状态由欠压向临界、过压状态变化。在欠压 -临界状态， iC为余弦脉冲，随着 Ucm的增大， iC的宽度

不变而幅度略有减小；在过压状态下， iC为顶部下凹的余弦波形，随着 Ucm的增大， iC的宽度不变而下凹加深，且幅度减小。


45

由于 Ubm、 VCC、 VBB和 R 的变化对放大器的工作状态有影响，故特性包含以下几种：

负载特性： R 变化对放大器的影响（ Ucm）

调制特性

基极调制特性： VBB 变化对放大器影响

集电极调制特性： VCC 变化对放大器影响

放大特性： Ubm 变化对放大器的影响

三、丙类谐振功率放大器的特性


46

负载特性是指放大器在 VBB、 VCC和Ubm不变时，放大器的工作状态随R 变化的特性

随着R 从小→大，放大器将由欠压状态→临界状态→过压状态变化

工作状态的变化

ic 波形的变化

1. 负载特性：

ic 波形的宽度基本不变


47

Ucm、 Ico、 Icm1 的变化特性 PO、 PV 、 Pc、 η 的变化特性

Ucm

Ucm

I cm1, IC0

I cm1

IC0

Ropt欠压过压临界

RORopt欠压过压临界

R

η P ,，P ,Pc

η

PP

PcO

o

v

vo


48

显然，当 R=Rp 时，即放大器处于临界状态时， P0

达到最大值， η也较大，故临界状态为谐振功放的最佳工

作状态，与之相应的 Rp称为谐振功放的最佳负载或匹配

负载。欠压状态的 P0 与 η 都较小，而 Pc 大，因此除个

别场合外，一般很少采用。不难理解，为了保证功率管的

安全，在调试谐振功放时应避免其工作在强欠压状态。

（ R=0，管耗 Pc最大）


49

基极调制特性是指放大器在 R、 VCC和 Ubm不变时，放大器的工作状态随 VBB 变化的特性

随着 VBB → → 从小大，放大器将由欠压状态临界→ 状态过压状态变化（与 Ubm变化相似）


2. 基极调制特性

ic 波形的宽度变大


ic 波形的变化

50

Ucm、 Ico、 Icm1 的变化特性


51

在欠压区，随着 VBB 的增大 Ico、 Icm1 和 Ucm 迅速增

大；在过压区，随着 VBB 的增大 Ico、 Icm1 和 Ucm 只略

有增大。因此，工作在欠压区的谐振功放， VBB 的变化

可以有效的控制集电极回路电压振幅 Ucm 的变化，这就

是基极调幅的原理。


52

集电极调制特性是指放大器在 VBB、 R和 Ubm

不变时，放大器的工作状态随 VCC 变化的特性工作状态的变化随着 VCC → →从小大，放大器将由过压状态临

→ 界状态欠压状态变化ic 波形的变化

3.集电极调制特性

ic 波形的宽度基本不变


53



54

放大器工作在强过压区， ic 下凹很深且幅度很小，

故 Ico、 Icm1和 Ucm均很小，随着 VCC 的增大，放大器

逐渐靠近临界状态， Ico、 Icm1和 Ucm 迅速增大；在欠压

区随着 VCC 的增大 Ico、 Icm1和Ucm 只略有增大。因此，

工作在过压区的谐振功放 ,VCC 的变化可以有效的控制集

电极回路电压振幅的变化，这就是集电极调幅的原理。


55

放大特性是指放大器在 VBB、 VCC和 R 不变时，放大器的工作状态随Ubm 变化的特性。

随着Ubm 从小→大，放大器将由欠压状态→ 临界状态→过压状态变化


ic 波形的变化

4. 放大特性

ic 波形的宽度变大


56


放大特性与基极的调制特性十分相似。


57

当谐振功放作为线性功率放大器，用来放大振幅按调制信号规律变化的调幅信号时必须使 Ubm 变化时 Ucem 有较大的变化，因此放大器必须工作在欠压区。

在过压区 Ubm 变化时 Ucm 却近似不变，这时电路起振

幅限幅的作用，即可把振幅在较大范内变化的输入信号 ub

变电所换为振幅恒定输出信号 uc ，故工作在过压区的谐振功放就成了振幅限幅器。


58

本讲小结

3.丙类谐振功率放大器的特性

1. 丙类谐振功率放大器的工作状态

2.丙类谐振功率放大器的动态线

59

本讲作业

1. 丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别？为什么会产生这些区别？动态特性的含意是什么？

2. 谐振功率放大器工作于欠压状态。为了提高输出功率，将放大器调整到临界状态。可分别改变哪些参量来实现？当改变不同的量时，放大器输出功率如何变化？

60

本讲导航

教学内容

2.3.4 丙类谐振功率放大器的电路

教学目的

2.了解丙类谐振功率放大器的匹配网络

1. 掌握丙类谐振功率放大器的直流馈电电路

61

教学重点

教学难点

丙类谐振功率放大器的匹配网络

掌握丙类谐振功率放大器的直流馈电电路

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62

C

r

LV

uBE

uCE

ub

uc

VBB VCC

iB

iC

++

+

+

§ 2.3.4 丙类谐振高频功率放大器的电路

63

前面讨论了丙类谐振器功放原理电路的基本工作原理、工作状态和各种特性，本节将研究组成一个实际的谐振功放电路时管外电路的形式以及管子与管外电路的连接等，以保证放大器处于合适的工作状态并达到预定的性能指标。丙类谐振功放的管外电路包括输入端和输出端的直流馈电电路和匹配网络。


64

直流馈电电路是指把直流电源馈送到晶体管各极的电路，它包括集电极馈电电路和基极馈电电路两部分。无论是哪一部分的馈电电路，都有串联馈电和并联馈电两种方式。其中串联馈电和并联馈电电路都有集电极馈电电路、基极馈电电路。共有 4 种基本电路。

一、丙类谐振功率放大器 _直流馈电电路


65

1 ）集电极馈电电路

集电极馈电电路是为集电极提供电源电压。

串馈是指直流电源、匹配网络和功率管三者串联连接的一种馈电方式。

并馈是指直流电源、匹配网络和功率管三者并联连接的一种馈电方式。


66

集电极直流馈电电路的构成原则如下：谐振功放的集电极馈电电路，

1 、应保证集电极电流 ic 中的直流分量 Ic0 只流过集电极

直流电源 VCC ，以便直流电源提供的直流功率全部交给晶

体管；2 、应保证谐振回路两端仅有基波分量压降，以便把变

换后的交流功率传送给回路负载；

3 、应保证外电路对高次谐波分量 icn呈现短路，以免产

生附加损耗。


67

等效电路（ a ）直流通路（ b ）基波通路（ c ）高次谐波通路


68

L

L

L

L

C

C

C

C

C

V V

+- VCC

+- VCC

+- VCC

+ -VCC

+-VCC

+

-uc

+

-uc

+

-uc

(a) (b)

c1

c2c

c

c

（ a ）串馈电路（ b ）并馈电路图


69

如图 (a) 所示，谐振于信号频率的并联谐振回路 LC 作为集电极负载，其谐振电阻为 R ；高频扼流圈 Lc 对信号频率相当于开路，实际上其感抗应比 R 大一个数量级；滤波电容 Cc 是高频旁路电容，对信号频率相当于短路，实际上其容抗应比 R 小一个数量级，且 Cc 上充有右正左负的电压 Vcc。 Lc、 Cc构成电源滤波电路。由图 (a) 可以得到， UcE=Vcc-uc。


70

如图 (b) 所示，并联谐振回路 LC 、高频扼流圈 Lc 和滤波电容 Cc 的选择原则与串馈电路相同； Cc 为隔直电容，对直流开路，而对信号频率短路。由于 Cc 上充有左正右

负的电压 Vcc, 故由图 (b)同样可以得到， UcE=Vcc-uc。


71

谐振功放的串馈与并馈集电极电路的比较1.它们的直流通路完全相同， Vcc 都全部加到集电极上；2.它们对 ic 的基波分量都等效为回路的谐振电阻 R ； 3.它们对 ic 的谐振波分量都相当于短路； 4.它们的直流电源的一端都接地，以克服的电源对地分布电容的影响；5.它们都满足 ucE=Vcc-uc 的关系式。二者的不同在于匹配网络的接入方式。串馈电路的谐振回路处于直流高电位，可变电容的动片不能直接接地；并馈电路的谐振回路处于直流地电位，可变电容动片可以直接接地，因此在电路板上安装时就比串馈电路方便。但是并馈电路的 Lc和 Cc处于高频高电位，它们分布电容将影响回路和调谐，这一点上不如串馈电路。


72

2 ）基极馈电电路基极馈电电路是为三极管的基极提供合适的偏压。基极馈电电路也有串馈与并馈两种方式。谐振功放的基极馈电电路的组成原则：第一，基极电流中的直流分量只流过基极偏置电源两

端；第二，基极电流中的基波分量只流过输入端的激励信

号源，以便使输入信号控制晶体管的工作，实现放大。


73

+-VBB

+-

ubIB0

ib1

(a) (b)

（ a ）直流通路（ b）基波通路


74

2 ）基极馈电电路图 (a) 为串馈电路，其直流馈电电路与输入信号源串

馈连接，具体指 ui、 VBB 、三极管三者串联；

图 (b) 为并馈电路，其直流电电路与输入信号源并联

连接具体指 ui、 VBB 、三极管三者并联。


75

C

C

C

L

+-VBB

+-VBB

+

-ub

+

-ub

B2

B1

B2

BIB0

ib1

ib1IB0

(a) (b)

（ a ）串馈电路（ b ）并馈电路


76

为了保证谐振功放工作于丙类状态，晶体管基极可加小于导通电压 Uon 的正偏压或加负偏压。前者可用分压式偏置电路，它可以增加放大器的输出功率，但温度稳定性较差；后者则由于温度稳定性较好而被广泛采用。


77

由于上图电路中采用一个独立电源实现偏置，很不方便，因此在负偏置的丙类谐振功放中，一般采用下图所示的基极自偏压电路。

V V V

C

C C C

C

R

R

L

L L

IB0IE0

IB0

iB iB

iE

+

-

+

-

B2

B1B

B

B

B B

B

EE

(a) (b) (c)

图 4-19 基极自给偏置电路


78

图 (a) 是利用 iB 的直流分量 IBo在 Rb 上产生所需的负偏压，并通过高频扼流圈 Lb 加到基极上，使 UBE=-IBORb；

图 (c) 是利用 iE 的直流分量 IEo在 Re 上产生所需的负偏

压，并通过高频扼流圈 Lb 加到基极上，使 UBE =-IEO Re ；

应当注意，图电路的静态偏置电压与加输入信号后的直流偏置电压是不同的。这两电路的静态偏置电压均为零，但直流偏置电压却为不同的负电压。由于 IBO 或 IEO 均随输入信号振幅的大小而变化，因此，直流偏置电压也随输入信号振幅的大小而变化，这有利于稳定输出电压。


79

二、丙类谐振功率放大器的匹配网络


在谐振功率放大器中，为满足它的输出功率和效率的要求，并有较高的功率增益，除正选择放大器的工作状态外，还必须正确设计输入和输出匹配网络。无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，它们都具有传输有用信号的作用，故又称为耦合电路。

80

输出匹配网络要求： (1) 匹配：使外接负载阻抗与放大器所需的最佳负载电阻相匹配，以保证放大器输出功率最大。 (2)滤波：滤除不需要的各次谐波分量，选出所需的基波成分。 (3) 效率：要求匹配网络本身的损耗尽可能小，即匹配网络的传输效率要高。

对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。本章主要讨论输出匹配网络。


81

输出匹配网络在谐振功率放大器中的连接情况如图所示。

二、丙类谐振功率放大器的匹配网络

V 滤波匹配网络

R P

P oP L R L

I L1m


82

输出匹配网络，在求它具有滤波和阻抗变换功能，即滤除各次谐波分量，使负载上只有基波电压；将外接负载变换成谐振功放所要求的负载电阻，以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络也称滤波匹配网络。


83

在具体分析匹配网络之前，先介绍串并联阻抗的等效变换

(a )

R PX P

X s

R s

(b )

根据等效原理，由于图 (a)、 (b) 的端导纳相等，即

1 1 1

P P s sR jX R jR


84

由上式可以得到从串联转换为并联阻抗的公式，即2 2

2

2 2

2

(1 )

1(1 )

s sp s T

s

s sp s

s T

R XR R Q

R

R XX X

X Q

式中 ,QT 为两个网络的品质因数，其值为

psT

s p

RXQ

R X

(3―23)


85

R 2R 1

(a ) (b ) (c )

几种常见的 LC 匹配网络


86

1) Ｌ型匹配网络图 ( ａ ) 是Ｌ型匹配网络，其串臂为感抗 Xs ，并臂

为容抗 XP， RL 是负载电阻。 Xs 和 RL 是串联支路，根据串并联阻抗变换原理，可以将 Xs 和 RL 变为并联元件X′P和 RP ，如图（ b ）所示。

(a )

V

R o

R LX P

X s

(b )

V

R o

R PX PX P¡ä


87

令 XP+X ′P=0，即电抗部分抵消，回路两端呈现2(1 )o p TR R Q

由式 (3―25)求出 QT ，再代入式 (3―23)，便可求出Ｌ型网络各元件参数的计算公式（图 3.18中的 RL

相当于式 (3―23)中的 Rs ）：

式 (3―25)

只适用于 Ro> RL 的匹配情况 .


88

２ )Ｔ型匹配网络图 3.19（ａ）是Ｔ型匹配网络，其中两个串臂为同性电抗元件，并臂为异性电抗元件。为了求出Ｔ型匹配网络的元件参数，可以将它分成两个Ｌ型网络，如图 3.

19（ b）所示。然后利用Ｌ型网络的计算公式，经整理便可最终得到计算公式。

(a )

V

Ro

RLX P

X s1 X s2

(b )

V

Ro

X P 1

X s1

R P

RL

X s2

X P 2


89

RP=RL(1+Q2T2) (3―27)

2 2

22

( )a T L L P L

P Lp P

T P L

X Q R R R R

R RX R

Q R R

图（ b）中的第一个Ｌ型网络与图 3.18(a)的网络是相反的，因此，可以将Ｒ o视为Ｒ L，即

图（ b）中的第二个Ｌ型网络与图 3.18(a)的网络是相‘同的，因此，可以将Ｒ o视为Ｒ p，即

2P L T1

1 1

11

R =R (1+Q )

( )a T o o P o

P op P

T P o

X Q R R R R

R RX R

Q R R


90

３ )Π 型匹配网络

Π 型匹配网络如图 3.20 所示，分析过程也是将 Π型网络分成两个基本的Ｌ型网络，如图 3.20(b) 所示，然后按Ｌ型网络进行求解。

(a )

V

Ro

R LX P 1

X s

(b )

V

Ro

X P 1

X s1

R L

X s2

X P 2X P 2


91

Ｒ s 是并联转换

成串联的等效电阻。

由式 (3―23)求得

221

Ls

T

RR

Q


92

3. 谐振功率放大器的调谐与调整当谐振功放的电路装配完毕后，还必须对它进行调谐

与调整。调谐是使匹配网络或回路谐振于输入信号频率（即工作频率），而调整则是使放大器的负载电阻等于所要求的数值。


93

+Vcc

V

2SC2196

50Ω

C1

C2 C3

C4

C5 C6 C7 C8

CbCc1 Cc2 Cc3

L1L2

L3 L4 L5

LbLc

RcRb

50Ω~39pF

~20pF

~47pF

39pF

40pF

10pF 22pF 22pF

0.01μF0.01μF 0.01μF 100μF

4.7μH

2T

2T 2T3T

50Ω100Ω

图 4-25 150MHZ谐振功率放大器

谐振功率放大器的实际电路

如果采用不同的直流馈电电路和匹配网络，就可得到谐振功放的各种实际电路，下面举两例加以说明。


94

+V

2T

2T 2.5T

L1

L2 L3

Ld1

Ld2

C1

C2

C3 C4

C5

C6

Cd1 Cd2 Cd3

R1R250Ω

50Ω

150KΩ 50KΩ

~100pF

~100pF

~60pF 39pF

680pF

24pF

1000pF 1000pF 100μF

VMFR136

图 4-26 400MHZ场效应管谐振功率放大器


95

高频功率放大器实验电路

96

高频功率放大器实验电路

97

本讲小结

3. 丙类谐振功率放大器的直流馈电电路

1. 丙类谐振功率放大器电路的构成原则

2. 丙类谐振功率放大器电路的类型

4. 丙类谐振功率放大器的匹配网络

5. 倍频器

任务 2.3 高频功率放大器

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