4高頻功率放大器的實用電路

1、2.4 高頻功率放大器的實用電路,要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有：,直流饋電線路：為晶體管各級提供合適的偏置；交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號有效地傳輸。,2.3.5高頻功率放大器的電路組成,2.3.5高頻功率放大器的電路組成,休息2,休息1,ICO直流通路,IC1交流通路,ICn交流通路,2 基極饋電線路,,UBB,+UBB -,休息2,休息1,,二 高頻功放的耦合回路,休息2,休息1,(1)

2、 使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。,(2) 抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波作用。,(3) 在有幾個電子器件同時輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到公共負(fù)載，同時又盡可能地使這幾個電子器件彼此隔離，互不影響。,輸入匹配網(wǎng)絡(luò)或級間耦合網(wǎng)絡(luò):是用以與下級放大器的輸入端相連接,輸出匹配網(wǎng)絡(luò):是用以輸出功率至天線或其他負(fù)載,二 高頻功放的耦合回路,休

3、息2,休息1,介于放大器與天線回路之間的L1C1回路就叫做中介并聯(lián)諧振回路。RA、CA分別代表天線的幅射電阻與等效電容；,L2、C2為天線回路的調(diào)諧元件。它們的作用是使天線回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，以使天線回路的電流IA達到最大值，亦即使天線幅射功率達到最大。,從集電極向右方看去可以等效為一個并聯(lián)諧振回路,其中Rp為折合到晶體管輸出回路的等效負(fù)載 。,1. 輸出匹配電路,(1) 并聯(lián)諧振回路型的匹配電路,,繼續(xù),休息2,休息1,當(dāng)天線回路調(diào)

4、諧在串聯(lián)諧振狀態(tài)時，它反映到L1C1中介回路的等效電阻為,設(shè)初級回路的接入系數(shù)為 p，則晶體管輸出回路的等效負(fù)載為：,繼續(xù),(1) 并聯(lián)諧振回路型的匹配電路,L1C1中介回路的等效諧振阻抗為,QL為有載品質(zhì)因素 ，,改變互感系數(shù)M和接入系數(shù) p就可以在不影響回路調(diào)諧的情況下。調(diào)整晶體管的輸出回路的等效負(fù)載電阻Rp，以達到阻抗匹配的目的。,休息2,休息1,由于高頻功率放大器工作在非線性(丙類)工作時，放大器的內(nèi)阻變動劇烈：導(dǎo)通時，內(nèi)阻很小

5、；截止時內(nèi)阻近于無窮大。因此輸出電阻不是常數(shù)。所謂線性電路的阻抗匹配(負(fù)載阻抗與電源內(nèi)阻相等)概念也就失去了意義。,ηk ：中介回路的傳輸效率。,繼續(xù),(1) 并聯(lián)諧振回路型的匹配電路,如果設(shè) ：,,要想回路的傳輸效率高，則空載Qo越大越好，有載QL越小越好，也就是說，中介回路本身的損耗越小越好,但從要求回路濾波作用良好來考慮，則QL值又應(yīng)該足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，QL值一般不應(yīng)小于10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的

6、。,休息2,休息1,在大功率輸出級，T型、Π型等濾波型的匹配網(wǎng)絡(luò)就得到了廣泛的應(yīng)用。,圖中的R2一般代表終端(負(fù)載)電阻，R1則代表由R2折合到左端的等效電阻，現(xiàn)以 (a)為例進行計算公式的推導(dǎo),繼續(xù),(2) 濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò),將并聯(lián)回路R1C1與R2C2變換為串聯(lián)形式，由串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式可得,網(wǎng)絡(luò)匹配時，R1'= R2',由諧振條件得 :,仿真,[例] 有一個輸出功率為2W的高頻功率放大器、負(fù)載電阻RL=50Ω，

7、EC=24V，f=50MHz，Q1=10，試求Π型匹配網(wǎng)絡(luò)的元件值。,解 :,繼續(xù),(2) 濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò),R1應(yīng)該是功率放大器所要求的匹配電阻 Rp ,即,網(wǎng)絡(luò)匹配時，R1'= R2',改寫為：,解之得：,休息2,休息1,由諧振條件得 :,,注意，考慮到晶體管的輸出電容Co后，C1應(yīng)減去Co之值，才是所需外加的調(diào)諧電容值。一般，當(dāng)L1確定之后，用C2主要調(diào)匹配，用C1主要調(diào)諧振。,,實際還有其它各種形式的匹配網(wǎng)絡(luò)。

8、分析方法都很類似，即從匹配與諧振兩個條件出發(fā)，再加上一個假設(shè)條件(通常都是假定Q1值)，即可求出電路元件的數(shù)值。,2.6.1 寬帶高頻功率放大器,以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對通頻帶B/ fo只有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱為窄帶高頻功率放大器。由于調(diào)諧系統(tǒng)復(fù)雜，窄帶功率放大器的運用就受到了很大的限制 。,繼續(xù),2.6寬帶高頻功率放大器與功率合成電路,近年來一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實現(xiàn)不調(diào)諧工作的寬頻帶功率放大

9、器得到了迅速的推廣。,休息2,休息1,寬帶功率放大器，實際上就是一種以非調(diào)諧單元作為輸出匹配電路的功率放大器。它是以頻率特性很寬的傳輸線變壓器，代替了電阻、電容或電感線圈作為其輸出電路 。,寬頻帶功率放大器沒有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個重要的問題。為此，放大管的工作狀態(tài)就只能選在非線性畸變比較小的甲類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，也就是說寬頻帶放大器是以犧牲效率作為代價來換取寬頻帶輸出的 。,1. 普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因,繼

10、續(xù),2.6.1 寬帶高頻功率放大器,休息2,休息1,圖 (b)中L、Ls1、r1是變壓器初級繞組的電感、漏感和損耗電阻；Ls2、r2 是折合到初級后，次級繞組的漏感和損耗電阻；C是變壓器各分布電容折合到初級后的總和；R‘L是折合到初級后的等效負(fù)載電阻。,在高頻端由于初級繞組電感的感抗很強，因此在高頻端等效電路中可以認(rèn)為電感L是開路，如圖(c)。在低頻端，由于頻率較低，各漏感和損耗電阻很小，也可略去不計，可以認(rèn)為電容C開路，如圖 (d)；

11、,可見工作頻率越低，電感L的旁路作用就越大，于是輸出電壓將隨著工作頻率的降低而下將。在高頻端負(fù)載R'L接在Ls和C組成的串聯(lián)諧振回路容抗元件的兩端，在串聯(lián)諧振頻率fs的附近，負(fù)載兩端的電壓急劇增加，并在fs上達到最大值。但是，偏離諧振頻率fs，電壓將急劇減小,繼續(xù),2. 寬頻帶傳輸線變壓器的工作原理,休息2,休息1,傳輸線變壓器是將兩根等長的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在高導(dǎo)磁率低損耗的磁芯上構(gòu)成的。最高工作頻率可擴展到幾百兆赫甚至上千

12、兆赫。,傳輸線變壓器與普通變壓器在傳輸能量的方式上是不相同的，傳輸線變壓器負(fù)載兩端的電壓不是次級感應(yīng)電壓，而是傳輸線的終端電壓。,兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長度處的線間電容很大，且在整個線上均勻分布。其次，兩根等長導(dǎo)線同時繞在高μ磁芯上，所以導(dǎo)線上均勻分布的電感量也很大，這種電路通常又叫分布參數(shù)電路。,在傳輸線變壓器中，線間的分布電容不影響高頻能量的傳輸，電磁波以電磁能交換的形式在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的。,(1) 1：1傳輸線變壓器

13、,繼續(xù),3. 常用傳輸線變壓器分析,休息2,休息1,1：1傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。當(dāng)傳輸線無損時，可以認(rèn)為u1=u2和i1=i2。,u1,u2,如果傳輸線的特性阻抗：,傳輸線輸出端的等效阻抗為：,輸入端（1、3端）的等效阻抗為 ：,為了實現(xiàn)傳輸線變壓器與負(fù)載的匹配，要求：,為了實現(xiàn)信號源與傳輸線變壓器的匹配，要求：,1：1傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應(yīng)該滿足 ：,滿足最佳功率傳輸條件的傳輸線特性阻抗為：,1：1傳輸線變壓器具有最大的

14、功率輸出。但實際上，在各種放大電路中RL正好等于信號源內(nèi)阻的情況是很少的。因此，1：1傳輸線變壓器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用來作為倒相器，或進行不平衡-平衡以及平衡-不平衡轉(zhuǎn)換。,(2) 1：4和4：1傳輸線變壓器,繼續(xù),3. 常用傳輸線變壓器分析,休息2,休息1,1：4傳輸線變壓器是把負(fù)載阻抗降為1/4倍以便和信號源相匹配。在負(fù)載匹配的條件下，有 u1=u2=u和，i1=i2=i,由于變壓器的1端與4端相連，輸入端1