【正文】 第 3章 高頻功率放大器 高頻小信號放大器 高頻功率放大器的原理和特性 高頻功率放大器的高頻效應(yīng) 2 高頻功率放大器的原理和特性 ? 主要功用是放大高頻信號 , 以高效輸出大功率為目的 , 主要應(yīng)用于各種 無線電發(fā)射機(jī) 中 。 ? 與其它放大器相比： 輸出功率大， 功放管在大信號極限條件 下運(yùn)行。 ? 其實(shí)質(zhì)是在輸入高頻信號的控制下將電源的直流功率轉(zhuǎn)換成高頻功率 ,因此還要求盡可能高的 轉(zhuǎn)換效率 。 ? 功率增益 是重要的性能指標(biāo)，但安全、高效和小失真是 第一位 的。 ? 高頻功放與低頻功放： 工作頻率 和 相對帶寬 相差很大；高頻功放一般用選頻網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載 ， 工作在 丙類 狀態(tài) ，也稱為 諧振功率放大器 。 3 功率放大器分類 根據(jù) 功率管 在一個(gè)信號周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同， 功率管運(yùn)用狀態(tài) 可分為 甲類、乙類、甲乙類、丙類（ A、 B、 C） 等多種。 功率管 是 功率放大電路關(guān)鍵器件， 如何選擇功率管運(yùn)用狀態(tài)，并保證其安全工作。必須 首先了解功率器件的極限參數(shù)及安全工作區(qū)。 4 甲類功率放大器 5 乙類推挽功率放大器 6 單電源供電的互補(bǔ)推挽電路 (OTL) ? 電壓增益 小于 1。要輸出最大信號功率， RL 上信號電壓振幅接近電源電壓 (單電源接近 VCC/2)。要求輸入激勵(lì)級為互補(bǔ)功率管提供振幅接近電源電壓的推動(dòng)電壓。 7 交越失真 上節(jié)分析乙類推挽電路性能時(shí)， 忽略了晶體管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓的影響 。 實(shí)際上，在零偏置情況下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓波形在銜接處出現(xiàn)嚴(yán)重失真 交越失真 。 兩管的 合成傳輸特性 如圖所示 。 8 克服交越失真的基本途徑 在輸入端為兩管加合適的正偏電壓，使其工作在甲乙類 。 只要 VBB 取值合適，上下兩路傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互補(bǔ)償， 合成傳輸特性趨近于直線 ，在輸入正弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓。 9 常用電路 ① 二極管偏置電路 ② vBE 倍增電路 由于二極管的正向交流結(jié)電阻很小，可認(rèn)為 交流短路 ，因此偏置電路不影響輸入信號 vi (t) 的傳輸。 10 vBE 倍增電路 (1) 電路 直流： 由 T R R2 組成，且由電流源 IR 激勵(lì)，為互補(bǔ)功率管 T T2 提供偏置電壓 VBB。 交流： T R1 構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，反饋電路電阻小，幾乎不影響輸入信號傳輸。 (2) 倍增原理 由圖可見 ，若通過 R1 的電流 I1 遠(yuǎn)小于 T3 管的集電極電流 IC3，且 T1 和 T2 管的靜態(tài)基極電流又可忽略， 11 單電源供電的互補(bǔ)推挽電路 (OTL) ? 電壓增益 小于 1。要輸出最大信號功率， RL 上信號電壓振幅接近電源電壓 (單電源接近 VCC/2)。要求輸入激勵(lì)級為互補(bǔ)功率管提供振幅接近電源電壓的推動(dòng)電壓。 12 通常靠 選擇靜態(tài)工作點(diǎn) 來實(shí)現(xiàn) ?甲類 (A) ： 功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 ?乙類 (B)： 功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 ?甲乙類（ AB） ： 功率管在大于半個(gè)小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 ?丙類 (C)： 功率管小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 13 2. 不同運(yùn)用狀態(tài)下的集電極效率 η 管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的 ηmax 也不同。甲類 ηmax =50％ 。乙類 ηmax ＝ % 11CPPP? ? ?減小 PC 可提高 η。 假設(shè) 集電極瞬時(shí)電流和電壓 分別為 iC 和 vCE，則 ?? π2o CECC dπ2 1 tviP ?14 討論： 若減少 PC，則要減少 iC vCE ?途徑 1： 由 甲類 → 甲乙類 → 乙類 → 丙類 ，減小管子在信號周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即增大 iC ＝ 0 的時(shí)間。 ?途徑 2： 使管子運(yùn)用在開關(guān)狀態(tài) (丁類 )； 管子在半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通 ， 另半個(gè)周期內(nèi)截止 。 飽和導(dǎo)通時(shí)， vCE ≈ vCE (sat) 很小，導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，瞬時(shí)管耗 iC vCE 很小。 截止時(shí)， 不論 vCE 為何值， iC 趨于 0， iC vCE 也處在零值附近。結(jié)果 PC 很小， η顯著增大。 15 甲乙丙類功放電路的工作點(diǎn) 16 為提高集電極效率， 管子的運(yùn)用狀態(tài)從 甲類向乙類、丙類 或 開關(guān)工作的丁類轉(zhuǎn)變 。但隨著效率的提高， 集電極電流波形失真嚴(yán)重 ，為實(shí)現(xiàn)不失真放大，在電路中需采取特定措施。 小結(jié)： 17 ucCRLuce＋－ube＋－ubEbEcu ( ? )ibic－＋V圖 3 ─ 12 晶體管高頻功率放大器的原理線路 丙類功放 工作原理 ?高頻功率放大器的原理線路 , 除電源和偏置電路外 , 它 由 晶體管、 諧振回路 和 輸入回路 三部分組成的。 18 ? 工作在 丙類狀態(tài) ,在一個(gè)信號周期內(nèi)功放管導(dǎo)通角小于 1800 ? 靜態(tài) 時(shí)發(fā)射結(jié)反偏 ,工作在 截止區(qū) 。 ? 輸入激勵(lì) 大信號， 一般在 ； ? 基極電流和集電極電流均為 高頻脈沖信號 ； ? 諧振回路作 負(fù)載選取有用頻率分量 ，兼有阻抗變換作用 19 丙類功放 折線分析法 非諧振功率放大器： 集電極負(fù)載 為 純電阻，在特性曲線上作負(fù)載線，畫出激勵(lì)信號下的集電極電流和電壓 ?求出功率性能 丙類諧振功率放大器： 集電極負(fù)載為包含電抗元件的 諧振 回路， uCE 由 iC 產(chǎn)生，而 uCE 通過基極寬度調(diào)制效應(yīng)影響 iC 要精確分析諧振功放，要解非線性方程，繁瑣 ! 20 ucCRLuc e＋－ub e＋－ubEbEcuibic－＋Vc o sbe b bu E U t?