高频电子技术 第2版 教学课件 作者 黄亚平 主编 高频电子技术6.ppt

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1、第6章高频功率放大电路在高频电子技术中，需要对高频信号进行功率放大，如在无线电信号发射过程中，发射机里的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中级放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能馈送到天线上发射出去。高频功率放大电路是所有无线电信号发射装置的重要组成部分。6.1高频功率放大概述功率放大属于能量转换电路，它把电源所提供的直流功率转换成被放大信号的交流功率，在这个转换过程中必须满足如下要求。1、较大的输出功率2、较高的转换效率3、较小的非线性失真高频功率放大电路因为工作频率很高，相

2、对频带却很窄，因此一般都采用选频网络作为负载回路，工作状态选用丙类、丁类。对于需要在很宽的范围内变换工作频率的情况，还可采用宽带高频功率放大电路，它不采用选频网络作负载，而是以频率响应很宽的传输线变压器作负载。由于受功放管的限制，单个功率放大电路输出功率是有限的，在大功率无线电信号发射装置中，采用功率合成技术来增大输出功率。本章重点讨论丙类谐振高频功率放大电路，其次介绍丁类高频功率放大电路，宽带高频功率放大电路和功率合成电路。另外，晶体管倍频器的工作原理和分析方法类似于高频谐振功率放大电路，故亦在本章讨论。2.丙类谐振功率放大电路的特

3、点这里丙类是指按导通角θ的大小对放大器工作状态的分类，θ＝180°为甲类，θ＝90°为乙类，θ＜90°为丙类。对应的工作电流波形如图6-1所示。图6-1甲、乙、丙三种工作状态下晶体管集电极电流和电压的波形图6-2丙类谐振功率放大电路图6-4丙类谐振功率放大电路中电压和电流的波形图6-5尖顶余弦脉冲的分解系数与波形系数根据图中所示，当θ=0°时，g1（θ）=2达到最大值。如果ξ值接近1，那么效率几乎可达100%。虽然这时效率最高，但=0，输出功率等于零，显然并非理想工作状态。从α1（θ）曲线看，当θ≈120。时，成分达到最大值，意味着输

4、出功率最大，但g1（θ）≈1.3，ξ<65%，变换效率较低，因此兼顾功率与效率，最佳通角取70°左右。从图6-5还可以看出，当θ=60°时，α2达到最大值；当θ=40°时，α3达到最大值，这些数值是后面设计倍频器的参考值。图6-12谐振功率放大电路的测试电路（2）若输入信号振幅增加一倍，则根据功放的振幅特性，放大器将工作到过压状态，此时输出功率基本不变。（3）若负载电阻增加一倍，则根据功放的负载特性，放大器工作到过压状态，此时输出功率约为原来的一半。（4）若回路失谐，则功率放大器将工作到欠压状态，此时集电极损耗将增加，有可能烧坏晶体晶

5、体管。（1）集电极馈电电路图6-15是集电极馈电电路的两种形式：串联馈电电路和并联馈电电路，简称串馈和并馈。所谓串馈，指电子元件、负载回路和直流电源三部分是串联起来的，图6-15a所示集电极电流的直流成分从UCC正端流出，经扼流圈LB和回路电感L流入集电极，然后经发射极回到电源负端。从发射极出来的高频电流经过旁路电容CB和谐振回路再回到集电极。LB的作用是阻止高频电流流过电源，因为电源总有内阻，所以高频电流流过电源会损耗功率，而大多数放大器共用电源时，会产生不希望的寄生反馈。CB的作用是提供交流通路，CB的值应使它的阻抗远小于回路高频

6、阻抗。图6-15集电极馈电电路的两种形式图6-15b中晶体管、电源、谐振回路三者是并联连接的，故称为并联馈电电路。图中晶体管、直流电源和扼流圈组成直流通道，谐振网络、电容CB和晶体管组成交流通道，电容CB1是为了避免高频成分通过电源而设置的旁路。串联馈电的优点是UCC、LB、CB处于高频地电位，分布电容不易影响回路；并联馈电的优点是回路一端处于直流地电位，回路L、C一端可以接地，安装方便。但无论何种馈电形式均有uCE=UCC-uC。（2）基极馈电电路基极馈电电路也有串联和并联两种形式。图6-16给出了几种基极馈电形式，基极的负偏压既可

7、以是外加的，也可以是基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生。前者称为固定偏压，后者称为自给偏压。图6-16a是发射极自给偏压，CE为旁路电容；图6-16b为基极组合偏压；图6-16c为零偏压。自给偏压的优点是偏压能随激励大小而变化，工作较稳定。图6-16基极馈电线路的几种形式图6-18L型匹配网络图6-21互感耦合输出回路6.3丁类高频功率放大电路前已说明，高频功率放大的主要任务是完成功率变换，在这个过程应努力设法提高变换效率和输出功率，以便减小功率损耗。为此目的，便有丁类放大电路的出现。丁类放大电路中，晶体管处于开关状态。当晶体管

8、饱和导通时，集电极-发射极之间电压为饱和压降，即UCES≈0；当晶体管截止时，流过晶体管集电极的电流iC=0。因为晶体管集电极的瞬时损耗功率等于集电极瞬时电流iC和集电极-发射极之间瞬时电压uCE的乘积，因此理想情况下，