【正文】 第 3章 高頻功率放大器 諧振功率放大器工作原理 諧振功率放大器的性能分析 諧振功率放大器電路 高頻功率放大器 概述 高頻諧振功率放大器用于各種無線電發(fā)送設(shè)備中，對(duì)高頻載波或高頻已調(diào)波進(jìn)行功率放大。 顧名思義 ,高頻功率放大器用于 放大高頻信號(hào) 并 獲得足夠大的輸出功率 ,常又稱為射頻功率放大器。 它廣泛用于發(fā)射機(jī)、高頻加熱裝置和微波功率源等電子設(shè)備中。 使用高頻功率放大器的目的 放大高頻大信號(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。 高頻功率放大器的分類 窄帶高頻功率放大器：以諧振回路為負(fù)載，所以又稱 諧振功率放大器 寬帶高頻功率放大器：采用非選頻性負(fù)載，如傳輸線 變壓器或其他寬帶匹配電路 。 。 。 高頻功率放大器使用中需要解決的兩個(gè)問題 ① 高效率輸出 ② 高功率輸出 高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和效率高。 聯(lián)想對(duì)比： 諧振功率放大器與小信號(hào)諧振放大器的異同之處 相同之處：它們放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，而且 放大器的負(fù)載均為諧振回路。 不同之處：激勵(lì)信號(hào)幅度大小不同；放大器工 作點(diǎn)不同 ,晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。 icQebtooict小信號(hào)諧振放大器 波形圖 icebtooictVBZ諧振功率放大器 波形圖 功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。 表 2 1 不同工作狀態(tài)時(shí)放大器的特點(diǎn)工作狀態(tài) 半導(dǎo)通角 理想效率 負(fù) 載 應(yīng) 用甲類 ?c= 1 8 0 ? 50% 電阻 低頻乙類 ?c= 9 0 ? 7 8 . 5 % 推挽，回路 低頻，高頻甲乙類 90 ? ＜ ?c＜ 1 8 0 ? 50% ＜ ? ＜ 7 8 . 5 % 推挽 低頻丙類 ?c＜ 90 ? ? ＞ 7 8 . 5 % 選頻回路 高頻丁類 開關(guān)狀態(tài) 9 0 % ~ 1 0 0 % 選頻回路 高頻諧振功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路 功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是 輸出功率與效率。 167。 諧振功率放大器的工作原理 諧振功率放大器的基本電路 丙類諧振功率放大器 LC諧振網(wǎng)絡(luò)為放大器的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。 組成： 諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率 為信號(hào)的中心頻率。 作用：濾波、匹配。 諧振功率放大器的基本電路 EB:基極直流電壓 作用 :保證三極管工作在 丙類狀態(tài) EC：集電極直流電壓 作用 :給放大管合理的靜態(tài)偏置， 提供直流能量。 諧振功率放大器的基本電路 作用原理 是利用輸入到基極的信號(hào)來 控制集電極的直流電源所提供 的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣? 功率輸出去。 直流電源提供的功率： 一部分變?yōu)榻涣鬏敵龉β? 另一部分以熱能消耗在集電極上 特點(diǎn)： NPN高頻大功率晶體管；改變 EB可以改變放大器的工作類型； 大信號(hào)激勵(lì)： 1—2V； 發(fā)射結(jié)在一個(gè)周期內(nèi)只有部分時(shí)間導(dǎo)通， iB、 iC均為一系列高頻脈沖； 諧振回路作負(fù)載可以濾除高頻脈沖電流 iC中的諧波分量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 2. 工作原理 要了解高頻諧振功率放大器的工作原理 ，首先必須了解晶體管的電流 、 電壓波形及其對(duì)應(yīng)關(guān)系 。 晶體管轉(zhuǎn)移特性如圖 。由于輸入信號(hào)較大 ， 可用折線近似轉(zhuǎn)移特性 ，如圖中實(shí)線所示 。 圖中 U′B為管子導(dǎo)通電壓 ，gm為特性斜率 。 圖 丙類工作情況的輸入電壓 、 集電極電流波形 EB00iC gmUB′uBEuBUbm?－ ?iC0 ? ? 2 ?iC m a x－ ?? t? t 圖 諧振功率放大器原理電路 設(shè)輸入電壓為一余弦電壓，即 ub=Ubmcosωt 則管子基極、發(fā)射極間電壓 uBE為 uBE=EB+ub=EB+Ubmcosωt 在丙類工作時(shí)， EBU′B，在這種偏置條件下，集電極電流 iC為余弦脈沖，其最大值為 iCmax，電流流通的相角為 2θ，通常稱 θ為集電極電流的導(dǎo)通角 ，丙類工作時(shí)， θπ/2 。 圖 丙類工作情況的輸入電壓 、 集電極電流波形 EB00iC gmUB′uBEuBUbm?－ ?iC0 ? ? 2 ?iC m a x－ ?? t? t 把集電極電流脈沖用傅氏級(jí)數(shù)展開 ， 可分解為直流 、 基波和各次諧波 ， 因此 ， 集電極電流iC可寫為 iC=IC0+ic1+ic2+… =IC0+Ic1mcosωt+Ic2mcos2ωt+… 式中， IC0為直流電流， Ic1m、 Ic2m分別為基波、二次諧波電流幅度。 式中，直流分量 Ic0為 基波或一次諧波分量幅值為 n次諧波分量幅值為 )(0m a x0 ccc iI ????)(1m a x1 ccmc iI ????)(m a x cc n m ii ????? / ? ?1 /?0 = g1 ?0 ?1 ?2 ?3 ?0 , ?1 , ?2 , ?3 0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 上式中 α0(θc)、 α1(θc)、 αn(θc)是 θc的函數(shù)，分別稱為集電極電流的分解系數(shù)，即余弦脈沖的直流、基波、 n次諧波的分解系數(shù) 諧振功率放大器的集電極負(fù)載是一高 Q的 LC并聯(lián)振蕩回路 ， 如果選取 諧振角頻率 ω0等于 輸入信號(hào) ub的角頻率 ω， 那么 ， 盡管在集電極電流脈沖中含有豐富的高次諧波分量 ， 但由于并聯(lián)諧振回路的選頻濾波作用 ，振蕩回路兩端的電壓可近似認(rèn)為只有基波電壓 ， ?諧振回路兩端的電壓近似為基波電壓，為 uc= Ic1m cosωt Rp= Ucmcosωt 式中， Ucm=Ic1mRp， Rp=R0RL/( R0+RL)。注意，R0是回路空載諧振阻抗，此處 RL是負(fù)載電阻等效到諧振回路兩端的電阻，若接入系數(shù)為 p，則RL前要乘以 1/p2。 晶體管集電極 、 發(fā)射極間電壓 uCE等于 uce=ECuc=ECＵ cmcosωt 圖 電流、電壓波形 ub0 ? 2 ?UbmuBE0EBUB′ ?Ubm2 ?2 ??iC, ic 1iCic1iCma xic lm2 ?2 ??? t? t? tuc0?Ucm2 ?uCEEC? 2 ?0? t? t 功率和效率的計(jì)算 p2cmp2m1ccmm1co RU21RI21UI21P ??? 集電極電源 EC供給的直流輸入功率 PE為： 放大器的輸出功率 P0 ： LC振蕩回路得到的高頻功