通信电子线路3学习教案

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1、会计学1通信通信(tng xn)电子线路电子线路3第一页，共74页。3.0 功率放大电路功率放大电路(dinl)1.功率放大电路的特点功率放大电路的特点a）根据负载要求，提供尽可能大的输出功率功率放大电路提）根据负载要求，提供尽可能大的输出功率功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。供给负载的信号功率称为输出功率。当输入正弦信号时，在输出波形不超过规定的非线性失真当输入正弦信号时，在输出波形不超过规定的非线性失真范围的情况下，放大电路最大输出电压范围的情况下，放大电路最大输出电压(diny)和最大输出电和最大输出电流有效值的乘积称为最大输出功率流有效值的乘积称为最大输出功率Pom，即，即

2、 Pom=UoIo 第2页/共74页第二页，共74页。b）具有较高的效率具有较高的效率 从前面的分析可知，所有的放大电路实质上都是能量变从前面的分析可知，所有的放大电路实质上都是能量变换器。负载上所得到的信号功率实际上是由直流电源通过换器。负载上所得到的信号功率实际上是由直流电源通过(tnggu)放大器件转换而来的。当供给功率放大电路的直流放大器件转换而来的。当供给功率放大电路的直流电源功率一定时，为了向负载提供尽可能大的功率，就必须减电源功率一定时，为了向负载提供尽可能大的功率，就必须减小损耗，因此提高功率放大电路的能量转换效率是一个重要问小损耗，因此提高功率放大电路的能量转换效率是一个重要

3、问题。题。功率放大电路的转换效率是最大输出功率与电源所提供的功率放大电路的转换效率是最大输出功率与电源所提供的功率之比，用功率之比，用表示，即表示，即式中式中,PV为直流电源所提供的功率。为直流电源所提供的功率。VomPP第3页/共74页第三页，共74页。3）尽量减小非线性失真尽量减小非线性失真 在功率放大电路中，为了使输出功率尽可能大，三极管一般都工作在在功率放大电路中，为了使输出功率尽可能大，三极管一般都工作在极限极限(jxin)状态，瞬时工作点将运动到接近于管子的饱和区和截止区，状态，瞬时工作点将运动到接近于管子的饱和区和截止区，输输出信号不可避免地会有非线性失真，而且输出功率越大，非线

4、性失真越严出信号不可避免地会有非线性失真，而且输出功率越大，非线性失真越严重。因此必须注意功放管的正确选择，重。因此必须注意功放管的正确选择，要保证管子的最大耗散功率要保证管子的最大耗散功率PCM、最大集电极电流最大集电极电流ICM、最大管压降、最大管压降U(BR)CEO不超过限定范围，使管子工不超过限定范围，使管子工作在安全工作区。作在安全工作区。由于功率放大电路中的三极管通常都工作在大信号状态，由于功率放大电路中的三极管通常都工作在大信号状态，因此在进行因此在进行分析时，一般不采用小信号等效电路法，而是采用图解法进行功放电路的分析时，一般不采用小信号等效电路法，而是采用图解法进行功放电路的

5、静态和动态分析。静态和动态分析。第4页/共74页第四页，共74页。2.功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径 功率放大电路的形式很多，按放大电路不同的工作功率放大电路的形式很多，按放大电路不同的工作(gngzu)状态，状态，可分为甲类放大、可分为甲类放大、乙类放大、甲乙类放大。乙类放大、甲乙类放大。在前面所讨论的电压放大电路中，输入信号在整个周期内都在前面所讨论的电压放大电路中，输入信号在整个周期内都有电流流过放大器件，这种工作有电流流过放大器件，这种工作(gngzu)方式称为甲类放大，方式称为甲类放大，其工作其工作(gngzu)状态如图状态如图3-1（a）所示，由图可见

6、）所示，由图可见iC0。在甲类放大电路中，直流电源所提供的功率在没有信号输入在甲类放大电路中，直流电源所提供的功率在没有信号输入时，全部消耗在管子和电阻上；当有信号输入时，一部分转化为时，全部消耗在管子和电阻上；当有信号输入时，一部分转化为有用的输出功率，另一部分消耗在器件上。可以证明有用的输出功率，另一部分消耗在器件上。可以证明,即使在理即使在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到50%。图图 3-1 Q点下移对工作状态的影响点下移对工作状态的影响(a)甲类放大甲类放大iCiCOtOICQQiB 常数uCE(a)第5页/共74页第五页，共74页

7、。怎样才能使电源所提供的功率尽可能多地转化为有用的信号输出功率呢？要想提高放大电路的效率，只有减小损耗。从甲类放大电路可知，静态电流是造成管耗的主要因素。如果把静态工作(gngzu)点向下移动，使信号等于零时，电源的输出功率也等于零（或很小），信号增大时电源供给的功率也随之增大，这样电源所提供的功率和管耗都会随着输出功率的大小而变化。利用图3-1（b）和（c）所示工作(gngzu)情况，可以实现上述设想。图3-1（b）中，有半个周期以上iC0，称为甲乙类放大；图3-1（c）中，一个周期内只有半个周期iC0，称为乙类放大。iCiCOICQQiB 常数tuCE(b)O图图 3-1 Q点下移对工作状

8、态的影响点下移对工作状态的影响(b)甲乙类放大甲乙类放大 图图 3-1 Q点下移对工作状态的影响点下移对工作状态的影响(c)乙类放大乙类放大 tiCiCuCEOQiB 常数(c)O第6页/共74页第六页，共74页。甲乙类和乙类放大虽然减小了静态功耗，提高了效率，但是由于工作点偏下，会出现严重的波形失真(sh zhn)，因此：既要保持静态时管耗小，又要使波形不产生严重失真(sh zhn)，就必须改进电路结构。第7页/共74页第七页，共74页。1.1.高频功率放大器功能高频功率放大器功能 是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。

9、换为高频交流输出。2.2.高频功率放大器分类高频功率放大器分类 高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分：高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分：窄带高频功率放大器：通常以选频电路作为输出窄带高频功率放大器：通常以选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器；回路，故又称为调谐功率放大器；宽带高频功率放大器：输出电路则是传输线变压宽带高频功率放大器：输出电路则是传输线变压器或其他器或其他(qt)(qt)宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。放大器。第8页/共74页第八页，共74页。第9页/共74页第九页，共74页。ECICEO uCE iCO 常常量量 CEuB

10、Ecufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ QQo90BZBBUU BEuci截止截止区区饱和饱和区区第10页/共74页第十页，共74页。3.调谐功率放大器的主要技术指标调谐功率放大器的主要技术指标 输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波(xi b)抑抑制度（或信号失真度）等。制度（或信号失真度）等。4.调谐调谐(tioxi)功率放大器的分析方法功率放大器的分析方法工程上普遍采用近似的分析方法工程上普遍采用近似的分析方法折线折线(zhxin)(zhxin)法来分法来分析其工作原理和工作状态。析其工作原理和工作状态。1、输出功率、输出功率:放大器的负

11、载得到的功率。放大器的负载得到的功率。2、效、效 率率:高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的效率。效率。3、功、功 率率 增增 益益:高频输出功率和信号输入功率的比值。高频输出功率和信号输入功率的比值。5、谐波抑制度、谐波抑制度:是对非线性高频功率放大器而提出的，也就是谐波分量是对非线性高频功率放大器而提出的，也就是谐波分量相对于基波分量越小越好。相对于基波分量越小越好。第11页/共74页第十一页，共74页。无论中间级还是输出级电路都可以等效为：输入无论中间级还是输出级电路都可以等效为：输入(shr)(shr)回回路、非线性器件和

12、带通滤波器。路、非线性器件和带通滤波器。中间级放大中间级放大输出级放大输出级放大第12页/共74页第十二页，共74页。谐振于输入谐振于输入信号信号(xnho)的的频率频率谐振功率谐振功率(gngl)放大器等效原放大器等效原理图理图特点特点(tdin)：为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，流过晶体管的为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；（由电流为失真的脉冲波形；（由Vbb保证发射结负偏置，工作保证发射结负偏置，工作在丙类）在丙类）取出基波分量，获得正弦电压波形取出基波分量，获得正弦电压波形阻抗匹配阻抗匹配负载为谐振回路负载为谐振回路第13页/共74页第十三页

13、，共74页。uBEibVbbUBZubCCIbCCtUubmb cos UbmcosBEbbbbbbmuuVVUtgCic+uBE _第14页/共74页第十四页，共74页。bobm1bm2bmncoscos 2cosbiIItItIn tictccic1ic2ic3IcoIcmaxcocm1cm2cmncoscos 2cosciIItItIn t第15页/共74页第十五页，共74页。iC频谱频谱ci经经 LC 并并联联谐谐振振回回路路后后，此此回回路路对对基基波波产产生生谐谐振振，呈呈纯纯电电阻阻PRci（最最大大值值），而而对对其其它它谐谐波波失失谐谐阻阻抗抗很很低低，呈呈电电容容性性。因因

14、而而回回路路选选出出基基波波电电压压1cu，而而滤滤除除各各次次谐谐波波电电压压。2 3LC回路阻抗回路阻抗 Rp故故回回路路输输出出的的基基波波电电压压：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 cosCEcccmuVUt0ictccic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZVBBIcmaxuBEtibtictuCEuctVCCUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 第16页/共74页第十六页，共74页。丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态下，晶体管的小丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态下，晶体管的小信号分析方法不再适用。信号分析方法不再适用。采用静

15、态特性曲线经过理想化成为折线来进行近似分析会存在采用静态特性曲线经过理想化成为折线来进行近似分析会存在一定一定(ydng)误差，但很简洁。误差，但很简洁。1.晶体管特性曲线晶体管特性曲线(qxin)的理想化及解析式的理想化及解析式大信号工作条件下，理想化的特性曲线的原理指：大信号工作条件下，理想化的特性曲线的原理指：（1）在放大区：在放大区：集电极电流集电极电流ic和基极电流和基极电流ib不受集电极电压不受集电极电压uce的影响，而于基极电压的影响，而于基极电压ube成线性关系；成线性关系；（2）在饱和区：在饱和区：集电极电流集电极电流ic与集电极电压与集电极电压uce成线性关系，而不成线性关

16、系，而不受基极电压受基极电压ube的影响。的影响。第17页/共74页第十七页，共74页。bbbeigucbcbBEBEiigguu第18页/共74页第十八页，共74页。输出特性曲线输出特性曲线(qxin)分别对饱和分别对饱和(boh)区和放大区采用不同的简化方法。区和放大区采用不同的简化方法。第19页/共74页第十九页，共74页。cecrcugi ceccruig理想化的输出特性可分为饱和区、放大区和截至区。理想化的输出特性可分为饱和区、放大区和截至区。饱和区：近似认为饱和区：近似认为(rnwi)(rnwi)只受只受 的控制，而与的控制，而与 无关无关。理想的饱和临界线为一条通过原点的斜线。斜

17、率：。理想的饱和临界线为一条通过原点的斜线。斜率：ceucibeuceuciceubi放大放大(fngd)(fngd)区：近似认为区：近似认为 与与 无关。各条曲线为平行于无关。各条曲线为平行于 的水平线。对于等差的的水平线。对于等差的 间隔应该是相等的。间隔应该是相等的。表征临界饱和表征临界饱和(boh)线的方程：线的方程：第20页/共74页第二十页，共74页。uBEic-VbbUBZubCCicCCtUubmb cos UbmcosBEbbbbbbmuuVVUt当当BZBEUu，0 ci gCic+uBE _2.集电极余弦集电极余弦(yxin)电流脉冲的电流脉冲的分解分解第21页/共74页

18、第二十一页，共74页。cosccbbbmBZigVUtU0 cicosBZbbcbmUVU1cosBZbbcbmUVUcos()coscoscoscosccbmBZbbcbmbmccbmcig UtUVg UtUg Ut又又当当0t 时时，cbmccUgI cos1max vBEic-UBB-UBZvbCCicCCVbmgCIcmaxccbmcIUg cos1max 代代 入入ci有有：cccmaxccos1coscos tIiic+uBE _第22页/共74页第二十二页，共74页。cocm1cm2cmncoscos2cosciIItItIntccoIItdiI0cmaxcccccmaxc)c

19、os1cossin()(21 cccccccmIIttdiIcc 1cmaxcmax1)cos1cossin1()(cos21 cncccccccccmnInnnnittdniIcc cmax2max)cos11sincoscossin2)(cos21 ictccic1ic2ic3IcoIcmax第23页/共74页第二十三页，共74页。)cos1(cossin0 )cos1(cossin1 )cos1)(1()sincoscos(sin22 nnnnnn直流分量直流分量(fn ling)(fn ling)分分解系数解系数 基波分量分解基波分量分解(fnji)(fnji)系数系数 n次谐波分量分

20、解次谐波分量分解(fnji)系系数数 max00)(cccIImax11)(ccmcIImax)(ccncnmII第24页/共74页第二十四页，共74页。011g第25页/共74页第二十五页，共74页。(2)集集 电电 极极 输输 出出 交交 流流 功功 率率（负负 载载 上上 得得 到到 的的 功功 率率）PCmPCmCmCmRURIIUP2212121210 （注注意意PR为为回回路路谐谐振振阻阻抗抗）1101122oocoCcmcmccccPPPPPUIgV Ico13g11.02.02讨讨论论：第26页/共74页第二十六页，共74页。190c90c180c1)(1cg57.1)(1cg

21、57.1)(1cg%5.78c%5.78c%50cu 在在 的条件的条件(tiojin)(tiojin)下下u甲类工作状态：甲类工作状态：u乙类工作状态：乙类工作状态：u丙类工作状态：丙类工作状态：u 导通角的选择导通角的选择(xunz)（1）Rp一定的条件下，一定的条件下，c=120o时输出功率最大，但效率只有时输出功率最大，但效率只有(zhyu)66%。（2）c=1o15o时，效率最高，但输出功率很小。时，效率最高，但输出功率很小。（3）在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，谐）在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，谐振功率放大器导通角常取振功率放大器导通角常取

22、c=60o80o。第27页/共74页第二十七页，共74页。ccceBEbbbmcmVuuVUU BZBEccUugi uBEicgCUBZic+uBE _+uCE-指电路条件确定，即晶体管的指电路条件确定，即晶体管的gc、VCC、Vbb、Ubz、uc、ub一定一定时，时，ic=f(ube、uce)的关系的关系(gun x)，称为动态特性。，称为动态特性。第28页/共74页第二十八页，共74页。-()-cosbzbbocccmcccmcbmUVUVUVUUcosBZbbcbmUVU()ccceccbbbmbzcmbmbzbbccecccmdceocmbmVuig VUUUUUVguVUguUUU

23、第29页/共74页第二十九页，共74页。uceicUoABOVCCQ:()cecccQcBZbbuVQiIg UV minmax:ceccccmbebbbbmuuVUAuuVUUcmc ucmingd BZBEccUugi ubemaxmax:cececccmC uuVUc o sc ec cQdc eodc cc cc mcb mb zb bcc mc mb mcb zb buVIguUgVVUUUVgUUUgUV 第30页/共74页第三十页，共74页。输出电压输出电压(diny)波形波形欠欠 压压:动态特性动态特性A1B1-B1C1在输入信号一在输入信号一周内，周内，A点没有进入晶体管的饱

24、和区，这种点没有进入晶体管的饱和区，这种工作工作(gngzu)状态称为欠压工作状态称为欠压工作(gngzu)状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲。状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲。临界：动态特性临界：动态特性A2B2-B2C2，A点正好点正好(zhngho)在晶体管的临界饱和线上，在晶体管的临界饱和线上，这种工作状态称为临界工作状态。对应这种工作状态称为临界工作状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲。的集电极电流为尖顶脉冲。过压：过压：动态特性动态特性MA3-A3B3-B3C3在输入信在输入信号一周内，号一周内，A点已进入晶体管的饱和区点已进入晶体管的饱和区，这种工作状态称为过压工作状态。，这种工作状态

25、称为过压工作状态。对应的集电极电流为凹顶脉冲。对应的集电极电流为凹顶脉冲。第31页/共74页第三十一页，共74页。111()1(1cos)()(1cos)()bmbmdcccmcMcpcbmcbmccpccpUUgggUIRg Ug URR 1 coscMcbmcIgU:()cecccQcBZbbuVQiIg UV minmax:ceccccmbebbbbmuuVUAuuVUmax:cececccmC uuVU5.5.高频高频(o pn)(o pn)功率放大器的负载特性功率放大器的负载特性指晶体管的指晶体管的Vcc、Vbb、Ubm一定时，改变回路谐振电阻一定时，改变回路谐振电阻Rp，功，功放的

26、工作状态放的工作状态(zhungti)、电流、电压、功率、效率随、电流、电压、功率、效率随Rp变化的变化的关系。关系。不变不变变化变化(binhu)变化变化|gd|和和Rp成反比成反比随着随着Rp的增大，工作状态从欠的增大，工作状态从欠压压-临界临界-过压过压第32页/共74页第三十二页，共74页。研研究究的的问问题题：（1）欠欠压压区区：icuceoDCPPP PoRp欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Rp欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1Ico（2）过过压压区区：c P=PcubemaxUc1第33页/共74页第三十三页，共74页。VCCQUcesUcmuBEic-UBBUBZu

27、bCCicCCgCUbmubemaxicmaxuceicVCCQuceminUcesgdubemaxuceminubemaxgcrmax()ccrcescrcccmIg UgVUuCEicgcrIcmaxubemax第34页/共74页第三十四页，共74页。cosBZbbcbmUVU第35页/共74页第三十五页，共74页。uceicubemaxQ2Vc2Q1Vc1Q3Vc3t icVcc欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Vcc欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1IcoP=POPC ccccVV第36页/共74页第三十六页，共74页。cosBZbbcbmUVU第37页/共74页第三十七页，

28、共74页。ubemax2ubemax3ubemax1uceicQVCCMA1A2A3A3B1B2B3C1C2C3第38页/共74页第三十八页，共74页。Ubm欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1IcoP=POUbm欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区第39页/共74页第三十九页，共74页。第40页/共74页第四十页，共74页。ubemax2ubemax3ubemax1uceicQ1VCCMA1A2A3A3B1B2B3C1C2C3Q2Q3第41页/共74页第四十一页，共74页。Vbb欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1IcoP=POVbb欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区第42页/

29、共74页第四十二页，共74页。UcmIcmlIcoUbm过压过压临界临界欠压欠压OO ticOticUbm增大增大OtictOictUbm线性功率线性功率放放 大大 器器tUcmUbmUcm振振 幅幅限幅器限幅器UcmtUbmUcm 固定固定VbbVbb、增大、增大UbmUbm和固定和固定UbmUbm、增大、增大VbbVbb的情况类似，它们都使基极输入的情况类似，它们都使基极输入电压电压(diny)uBEmax(diny)uBEmax随之增大，对应的集电极脉冲电流随之增大，对应的集电极脉冲电流icic的幅度和宽度均增的幅度和宽度均增大，放大器的工作状态由欠压进入过压大，放大器的工作状态由欠压进

30、入过压 。当谐振功率放大器作为当谐振功率放大器作为(zuwi)(zuwi)线性功率放大器，为了使输出信号振幅线性功率放大器，为了使输出信号振幅UcmUcm反映输入信号振幅反映输入信号振幅UbmUbm的变化，放大器必须在的变化，放大器必须在UbmUbm变化范围内工作在欠压状态。变化范围内工作在欠压状态。当谐振功率当谐振功率(gngl)(gngl)放大器用作振幅限幅器时，放大器必须在放大器用作振幅限幅器时，放大器必须在UbmUbm变化的范围内工作在过压状态。变化的范围内工作在过压状态。(Ucm(Ucm变化比较平缓变化比较平缓)第43页/共74页第四十三页，共74页。一、丙类高频功放的基本组成一、丙

31、类高频功放的基本组成 谐振功率放大器是由输入谐振功率放大器是由输入(shr)谐振回路、非线性器件（晶谐振回路、非线性器件（晶体管、场效应管）、输出谐振回路组成。体管、场效应管）、输出谐振回路组成。输入、输出回路在谐振功率放大器中的作用输入、输出回路在谐振功率放大器中的作用(zuyng)是：是：提供放大器所需的正常偏置；提供放大器所需的正常偏置；实现滤波选取基波分量；实现滤波选取基波分量；实现阻抗匹配。实现阻抗匹配。管外电路管外电路将直流电源加到各电极上去的线路将直流电源加到各电极上去的线路 叫叫 馈电电路馈电电路集电极馈电电路集电极馈电电路基极馈电电路基极馈电电路直流馈电线路：直流馈电线路：为

32、晶体管各级提供合适的偏置；为晶体管各级提供合适的偏置；交流匹配网络：交流匹配网络：将交流功率信号有效地传输。将交流功率信号有效地传输。第44页/共74页第四十四页，共74页。coscecccmuVUt二、直流馈电二、直流馈电(ku din)电路电路第45页/共74页第四十五页，共74页。IcoECIc1CLIcn第46页/共74页第四十六页，共74页。LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流通直流通(litng)路路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流交流(jioli)通路通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCE

33、CLCuc1VTICn交流交流(jioli)通路通路ICniC频谱频谱 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCC”ECLCuc1VTLCECLCuc1VT第47页/共74页第四十七页，共74页。CBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEBIBOUBBIBOIeo +UBB -（1）（2）（3）第48页/共74页第四十八页，共74页。RiRoRLR S功率功率放大器放大器输输入入匹匹配配网网络络输输出出匹匹配配网网络络RLRSuS(1)使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大，即使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以

34、保证放大器传输到负载的功率最大，即它起着匹配网络它起着匹配网络(wnglu)的作用。的作用。(2)抑制工作频率范围抑制工作频率范围(fnwi)以外的不需要频率，即它有良好的滤波作用。以外的不需要频率，即它有良好的滤波作用。(3)在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都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功率能有效地传送功率到公共负载到公共负载，同时又尽可能地使这几个电子器件，同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响彼此隔离，互不影响。级间耦合网络级间耦合网络:放大器输出放大器输出 至至 放大器输入端放大器输入端输出匹配网络输出匹配网络:放大器输出端放大器

35、输出端 至至 天线或其他负载天线或其他负载输入匹配网络输入匹配网络:信号源内阻信号源内阻 至至 放大器输入端放大器输入端u 教材上有关三种匹配网络的计算公式在设计放大电路时可以参考应用。教材上有关三种匹配网络的计算公式在设计放大电路时可以参考应用。但是但是在实际应用中尚需认真调整。在实际应用中尚需认真调整。第49页/共74页第四十九页，共74页。图图3-2350MHz功率放大器功率放大器50MHz，25W谐振谐振(xizhn)功率放大器功率放大器四四 实际实际(shj)电路举电路举例例C1、C2和和L1 构成构成T型匹配型匹配(ppi)网络网络L2、L3和和C3、C4 构成构成型网络型网络第5

36、0页/共74页第五十页，共74页。第51页/共74页第五十一页，共74页。tncosIt2cosItcosIIiCn2C1CCOc 第52页/共74页第五十二页，共74页。其其中中：tUEuCCce 2cos2 ,而而 PCCRIU22 PR为为 LC 回回 路路 谐谐 振振 在在 2时时的的并并联联谐谐 振振 电电 阻阻。iC+uce-Vcc+-uc2+iciC1iC2ic频谱频谱0 2 3 4ICOIC1IC2IC3IC4LC谐振特性谐振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC2第53页/共74页第五十三页，共74页。0c0c040,3n60,2n,n120 cmax1122oncncncc

37、ncPUIVIon=1122cncncnccccoUIPgPV I第54页/共74页第五十四页，共74页。以以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相对通频带谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相对通频带B/fo只有只有百分之几甚至千分之几，所以百分之几甚至千分之几，所以(suy)又称为窄带高频功率放大器。由又称为窄带高频功率放大器。由于调谐系统复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制于调谐系统复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制。近年来一种新颖的，能够近年来一种新颖的，能够(nnggu)在很宽的波段内实现不调谐工在很宽的波段内实现不调谐工作的宽频带功率放大器得到了迅速的推广

38、，即宽带功率放大器，实作的宽频带功率放大器得到了迅速的推广，即宽带功率放大器，实际上就是一种以非调谐单元作为输出匹配电路的功率放大器。它是际上就是一种以非调谐单元作为输出匹配电路的功率放大器。它是以频率特性很宽的传输线变压器，代替了电阻、电容或电感线圈作以频率特性很宽的传输线变压器，代替了电阻、电容或电感线圈作为其输出电路为其输出电路。宽频带功率放大器没有选频作用。因此谐波的抑制成了一个重要的宽频带功率放大器没有选频作用。因此谐波的抑制成了一个重要的问题。为此，放大管的工作状态就只能选在非线性畸变比较小的问题。为此，放大管的工作状态就只能选在非线性畸变比较小的甲甲类或甲乙类状态类或甲乙类状态，

39、效率较低，也就是说，效率较低，也就是说宽频带放大器是以宽频带放大器是以牺牲牺牲效率作效率作为代价来为代价来换取换取宽频带输出的宽频带输出的。普通变压器采用普通变压器采用铁芯铁芯，高频特性差。，高频特性差。高频变压器采用高频变压器采用高频磁芯高频磁芯，上限频率可以提高，适用于短波。，上限频率可以提高，适用于短波。第55页/共74页第五十五页，共74页。3.6.1 传输线变压器传输线变压器1.宽频带特性宽频带特性 普通变压器上、下限频率的扩展方法是相互制约的普通变压器上、下限频率的扩展方法是相互制约的。为扩展下限频率为扩展下限频率,需增大初级线圈电感量需增大初级线圈电感量,使其在低使其在低频段也能

40、取得较大的输入阻抗频段也能取得较大的输入阻抗,如采用高导磁率的高频如采用高导磁率的高频磁芯和增加初级线圈的匝数磁芯和增加初级线圈的匝数,但这将使变压器的漏感和但这将使变压器的漏感和分布电容增大分布电容增大,降低了上限频率；降低了上限频率；为扩展上限频率为扩展上限频率,需减小漏感和分布电容需减小漏感和分布电容,减小高频减小高频功耗功耗,如采用低导磁率的高频磁芯和减少线圈的匝数如采用低导磁率的高频磁芯和减少线圈的匝数,但但这又会使下限频率提高。这又会使下限频率提高。传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件。它是将传输线相结合

41、而产生的一种耦合元件。它是将传输线(双绞线双绞线、带状线或同轴线等、带状线或同轴线等)绕在高导磁率的高频磁芯上构成绕在高导磁率的高频磁芯上构成的的,以 传 输 线 方 式 与 变 压 器 方 式 同 时 进 行 能 量以 传 输 线 方 式 与 变 压 器 方 式 同 时 进 行 能 量(nngling)传输。传输。第56页/共74页第五十六页，共74页。当工作在低频段时当工作在低频段时,由于信号波长远大于传输线长度由于信号波长远大于传输线长度,分布参分布参数很小数很小,可以忽略可以忽略,故变压器方式起主要作用。由于磁芯的导磁率故变压器方式起主要作用。由于磁芯的导磁率高高,所以虽传输线较短也能

42、获得足够大的初级电感量所以虽传输线较短也能获得足够大的初级电感量,保证保证(bozhng)了传输线变压器的低频特性较好。了传输线变压器的低频特性较好。当工作在高频段时当工作在高频段时,传输线方式起主要作用传输线方式起主要作用,在无耗匹配的情在无耗匹配的情况下况下,上限频率将不受漏感、上限频率将不受漏感、分布电容、分布电容、高导磁率磁芯的限制。高导磁率磁芯的限制。而在实际情况下而在实际情况下,虽然要做到严格无耗和匹配是很困难的虽然要做到严格无耗和匹配是很困难的,但上限但上限频率仍可以达到很高。频率仍可以达到很高。由以上分析可以看到由以上分析可以看到,传输线变压器具有良好的宽频带特性。传输线变压器

43、具有良好的宽频带特性。第57页/共74页第五十七页，共74页。传输线变压器是将两根等长的导线紧靠在一起传输线变压器是将两根等长的导线紧靠在一起(yq)(yq)，并绕在高导磁率低，并绕在高导磁率低损耗的磁芯上构成的。最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。损耗的磁芯上构成的。最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。传输线变压器与普通变压器在传输能量的方式上是不相同的，传输线变压器传输线变压器与普通变压器在传输能量的方式上是不相同的，传输线变压器负载两端负载两端(lin dun)的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。两根导线紧靠在一起，所以

44、导线任意长度处的线间电容很大，两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。其次，两根等长导线同时绕在高且在整个线上均匀分布。其次，两根等长导线同时绕在高磁磁芯上，所以导线上均匀分布的电感量也很大，这种电路通常又芯上，所以导线上均匀分布的电感量也很大，这种电路通常又叫叫分布参数电路分布参数电路。usususRLRLRLRsRsRs(a)结构示意图结构示意图(c)普通变压器的原理电路普通变压器的原理电路(b)原理电路图原理电路图u1u2u1u2u1u2在传输线变压器中：线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以电磁能交换的形式在在传输线变压器中：线间的分布电容不影

45、响高频能量的传输，电磁波以电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。导线间介质中传播的。第58页/共74页第五十八页，共74页。(1)1：1传输线变压器传输线变压器 1：1传输线变压器，又叫倒相变压器。传输线变压器，又叫倒相变压器。当传输线无损当传输线无损(w sn)时，可以认为时，可以认为u1=u2和和i1=i2。usRLRsu1u2i1i2如果传输线的特性阻抗：如果传输线的特性阻抗：输出端输出端(2-4端端)的等效阻抗的等效阻抗为：为：输入端输入端(1-3端端)的等效阻抗为的等效阻抗为：传输线变压器传输线变压器 与与 负载负载 的匹配，要求的匹配，要求：信号源信号源 与与 传输线变压器传输线变

46、压器 的匹配，要求的匹配，要求：1:1 1:1传输线变压器，最佳匹配状态应该满足：传输线变压器，最佳匹配状态应该满足：满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为：1:1传输线变压器具有最大功率输出，但实际传输线变压器具有最大功率输出，但实际RL正好等于正好等于Rs的情况很少。的情况很少。So：1：1传输线变压器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，传输线变压器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡或进行不平衡(pnghng)-平衡平衡(pnghng)以及平衡以及平衡(pnghng)-不平衡不平衡(pnghng)转换。转换。第59

47、页/共74页第五十九页，共74页。usRsusususRsRsRLRLRLRLRsu1u1u2u2i2i1i1+i2(2)1：4和和4：1传输线变压器传输线变压器1：4传输线变压器是把负载传输线变压器是把负载(fzi)阻抗降为阻抗降为1/4倍以便和信号源相匹配。在负载倍以便和信号源相匹配。在负载(fzi)匹配的条匹配的条件下（即件下（即RL=4Rs），有），有 u1=u2=u 和和 i1=i2=i 分析：分析：由于变压器的由于变压器的1端与端与4端相连，输端相连，输入端入端1端与端与3端的端的(dund)电压为电压为u，负载，负载RL上的电压为上的电压为u1+u2=2u，输入端，输入端1的电流

48、为的电流为i1+i2=2i，且，且u1u1u2u2i22ui1i1+i2+2u-i传输线变压器的输入阻抗为传输线变压器的输入阻抗为：传输线变压器把负载传输线变压器把负载RL变换变换(binhun)为为RL/4，实现了，实现了1：4的阻抗变的阻抗变换换(binhun)。如果把输入端和输出端对调就成为如果把输入端和输出端对调就成为4：1传输线变压器。传输线变压器。4：1传输线变压器传输线变压器把负载阻抗升高把负载阻抗升高4倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具有倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具有4：1的阻抗变换作用。的阻抗变换作用。i第60页/共74页第六十页，共74页。

49、3.6.2 宽频带高频宽频带高频(o pn)功放典型电路功放典型电路第61页/共74页第六十一页，共74页。3.7 功率合成功率合成 利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大,然后设法将各个功放的输出信号相加然后设法将各个功放的输出信号相加,这样得到的总输这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是出功率可以远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。利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。频输出功率。理想的功率合成器要求：理想的功率合成器要求：(1)

50、应具有功率合成的功能；应具有功率合成的功能；PALL=NP1 (2)还必须在其输入端使与其相接的前级各率放大还必须在其输入端使与其相接的前级各率放大器互相隔离器互相隔离,即当其中某一个功率放大器损坏时即当其中某一个功率放大器损坏时,相邻的相邻的其它功率放大器的工作其它功率放大器的工作(gngzu)状态不受影响状态不受影响,仅仅是仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。功率合成器输出总功率减小一些。第62页/共74页第六十二页，共74页。利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器成器,且具有频带宽、结构简单且具有频带宽、结构简单(ji

51、ndn)、插入损耗小等优点、插入损耗小等优点,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。图中：图中：17为宽频功率为宽频功率(gngl)放大器，放大器，I、II、III为功率为功率(gngl)分配网络，分配网络，IV、V、VI 为功率为功率(gngl)合成网络合成网络第63页/共74页第六十三页，共74页。ABCRRZR/2/2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII11200;ABDIIIII(2)2DAAPIUUIABAPPUI2DABAPPPP100CIP由于由于(yuy)：IA=IB第64页/共74页第六十四页，共74页。ABCRRZR

52、/2/2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII122CUI R 1/2DAIII;0AABPI U P122ADDAIPI UUP112222ACAIUPIUP211()24DDDCRRRR2413131234/2UUUUUU第65页/共74页第六十五页，共74页。ABCRRZR/2/2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII1200;DDABIIIII22211(2)22CCAPIRI RIR22;AABBPI R PI RCABPPP00DDIP第66页/共74页第六十六页，共74页。ABCRRZR/2/2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII2()ABAABB

53、ABAUUI RI RIIR 00DABIU2ABDDUUI R()ABADDIIRI R2DADDI RI R(2)0DDAIRR第67页/共74页第六十七页，共74页。ABCRRZR/2/2CCRZR2/2SPUR/2ABSIIUR2/4ABSPPUR0DP 第68页/共74页第六十八页，共74页。2ABUU1234NN3412UUU/()ASCDAIURRR/2ASAIURI2/4AAASPI RUR2/DDIUR/4DDRR等效等效(dn xio)到到34端的端的RD为为第69页/共74页第六十九页，共74页。第70页/共74页第七十页，共74页。1.高频谐振功率放大电路高频谐振功率放

54、大电路(dinl)可以工作在甲类、乙类或丙类状态。相可以工作在甲类、乙类或丙类状态。相比之下比之下,丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类大丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类大,但效率高但效率高,节约能节约能源源,所以是高频功放中经常选用的一种电路所以是高频功放中经常选用的一种电路(dinl)形式。形式。2.丙类谐振功放效率高的原因在于导通角丙类谐振功放效率高的原因在于导通角小小,也就是晶体管导通时间短也就是晶体管导通时间短,集电极功耗减小。但导通角集电极功耗减小。但导通角越小越小,将导致输出功率越小。将导致输出功率越小。所以选择合适所以选择合适的的角角,是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率

55、两个指标时的一个重要考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。虑。3.折线分析法是工程上常用的一种近似方法。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利用折线分析法可以对丙类谐振功放进行性能分析类谐振功放进行性能分析,得出它的负载特性、得出它的负载特性、放大特性和调制特性。放大特性和调制特性。第71页/共74页第七十一页，共74页。若丙类谐振功放用来放大等幅信号若丙类谐振功放用来放大等幅信号(如调频信号如调频信号)时时,应应该工作在临界状态该工作在临界状态(zhungti)；若用来放大非等幅信号若用来放大非等幅信号(如如调幅信号调幅信号)时时,应该工作在欠

56、压状态应该工作在欠压状态(zhungti)；若用来进行基极调幅若用来进行基极调幅,应该工作在欠压状态应该工作在欠压状态(zhungti)；若用来进行集电极调幅，应该工作在过压状态；若用来进行集电极调幅，应该工作在过压状态(zhungti)。折线化的动态线在性能分析中起了非常重要的作用。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丙类谐振功放的输入回路常采用自给负偏压方式,输出回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的阻抗匹配,可以采用可以采用LC分立元件、微带线或传

57、输线变压器分立元件、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分别适用于不同频段和不同工作状态状态(zhungti)。第72页/共74页第七十二页，共74页。5.谐振功放属于窄带功放。谐振功放属于窄带功放。宽带宽带(kun di)高频功放采用非调谐方式高频功放采用非调谐方式,工作在甲类状态工作在甲类状态,采用具有采用具有宽频带特性的传输线变压器进行阻抗匹配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并可利用功率合成技术增大输出功率。出功率。6.目前出现的一些集成高频功放器件如目前出现的一些集成高频功放器件如M57704系列和系列和MHW系列等，属系列等，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。中。第73页/共74页第七十三页，共74页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第74页/共74页第七十四页，共74页。