【文章內(nèi)容簡介】 由截止區(qū)進(jìn)入放大區(qū)，集電極將流過電流，與基極電流相對應(yīng)，也是脈沖形狀，如圖（c）所示。將用傅里葉級數(shù)展開，得式中，為集電極電流直流分量，分別為集電極電流的基波，二次諧波及高次諧波分量的振幅。（d）圖352 電流電壓波形（a）（b）（c）（d）當(dāng)集電極回路調(diào)諧在輸入信號頻率ω上，即與高頻輸入信號的基波諧振時，諧振回路對基波電流而言等效為一純電阻。對其他各次諧波而言，回路失諧而呈現(xiàn)很小的電抗并可看成短路。直流分量只能通過回路電感線圈支路，其直流電阻較小，對直流也可看成短路。這樣，脈沖形狀的集電極電流，或者說包含有直流，基波和高次諧波成分的電流流經(jīng)諧振回路時，只有基波電流才產(chǎn)生壓降，因而LC諧振回路兩端輸出不失真的高頻信號電壓。若回路諧振電阻為Re，則 （351）式中，為基波電壓振幅。所以，晶體管集電極和發(fā)射極之間的電壓為 （352）其波形如圖（d）所示?？梢?，利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集電極脈沖變換為不失真的余弦電壓輸出。同時，諧振回路還可以將含有電抗分量的外接負(fù)載變換為純電阻Re。通過調(diào)節(jié)L,C使并聯(lián)回路諧振電阻Re與晶體管所需集電極負(fù)載值相等，實現(xiàn)阻抗匹配。因此，在諧振功率放大器中，諧振回路除了起濾波作用外，還起到阻抗匹配的作用[23]。（3） 輸出功率與效率由于輸出回路調(diào)諧在基波頻率上，輸出電路中的高次諧波處于失諧狀態(tài)，相應(yīng)的輸出電壓很小，因此，在諧振功率放大器中只需研究直流及基波功率。放大器的輸出功率Po等于集電極電流基波分量在負(fù)載Re上的平均功率，即 （353）集電極直流電源供給功率PD等于集電極電流直流分量Ico與Vcc的乘積，即 （354）集電極耗散功率Pc等于集電極直流電源供給功率PD與基波輸出功率Po之差，即 （355）放大器集電極效率等于輸出功率Po與基波供給功率PD之差，即 （356）丙類工作狀態(tài)的諧振功率放大器的效率很高，當(dāng)電流導(dǎo)通角時，效率可達(dá)90%，隨著的減小，效率還會進(jìn)一步提高。但是也不能過小，因為此時為了達(dá)到一定的輸出功率，所要求的輸入激勵信號電壓的幅值將會過大，從而對前級提出過高的要求。所以，諧振功率放大器一般取為70度左右[24]。2諧振功率放大器的性能特點(diǎn)（1） 諧振功率放大器的工作狀態(tài)圖353 放大器的工作狀態(tài)在丙類諧振功率放大器中，根據(jù)晶體管工作是否進(jìn)入飽和區(qū)，可將其分為欠壓臨界和過壓工作狀態(tài)。將不進(jìn)入飽和區(qū)的工作狀態(tài)稱為欠壓，其集電極電流脈沖形狀如圖中曲線①所示，為頂尖余弦脈沖。將進(jìn)入飽和區(qū)的工作狀態(tài)稱為過壓狀態(tài)，其集電極脈沖形狀如圖中曲線③所示，為中間凹陷的余弦脈沖。如果晶體管工作剛好不進(jìn)入飽和區(qū)，則稱為臨界工作狀態(tài)，其集電極電流脈沖形狀如圖中曲線②所示，雖然仍為尖頂余弦脈沖，但頂端變化平緩。在諧振功率放大器中，雖然三種狀態(tài)下集電極電流都是脈沖波形，由于諧振回路的濾波作用，放大器的輸出電壓仍為沒有失真的余弦波形[25]。l 欠壓狀態(tài)根據(jù)丙類諧振功率放大器的工作原理可知，基極電壓最大值與集電極電壓最小值出現(xiàn)在同一時刻，所以只要當(dāng)比較大（大于），晶體管工作就不會進(jìn)入飽和區(qū)而工作在欠壓狀態(tài)。由于，可見輸出電壓的幅值越小，就越大，晶體管工作就不會進(jìn)入飽和區(qū)。l 臨界狀態(tài)增大，就會減少，可使放大器在時工作在放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點(diǎn)上，晶體管工作在放大區(qū)和截止區(qū)，所以集電極電流仍為尖頂余弦脈沖。l 過壓狀態(tài)由于諧振功率放大器的負(fù)載是諧振回路，有可能產(chǎn)生較大的（例如諧振回路Q值比較大），很?。ㄐ∮冢率咕w管在附近因很小而進(jìn)入飽和區(qū)。因為在飽和區(qū)晶體管集電結(jié)被加上正向電壓，的增加對的影想很小，而卻隨的下降迅速減小，所以使得集電極電流脈沖頂部產(chǎn)生下凹現(xiàn)象。越大，越小，脈沖凹陷越深，脈沖的高度越小。（2） 負(fù)載特性當(dāng)放大器中直流電源帶電壓，及輸入電壓振幅維持不變時，放大器的電流、電壓、功率與效率等隨諧振回路諧振電阻Re變化的特征，稱為放大器的負(fù)載特征。負(fù)載特性是高頻功率放大器的重要特性之一。根據(jù)諧振功率放大器工作狀態(tài)的分析可知，當(dāng)及不變，負(fù)載Re變化時，就會引起放大器輸出電壓的變化，從而使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。下圖（圖354）是諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線。（b）功率、效率變化曲線（a）電流、電壓變化曲線圖354 諧振功率放大器負(fù)載特性由圖中的負(fù)載特性可以看出高頻功放各種狀態(tài)的特點(diǎn)：臨界狀態(tài)輸出功率最大，效率也較高，通常應(yīng)選擇在此狀態(tài)工作。過壓狀態(tài)的特點(diǎn)是效率高，損耗小，并且輸出電壓受負(fù)載電阻RL的影像較小，近似為交流恒壓源特性，但由于效率低，并且集電極損耗大，一般不選擇在此狀態(tài)工作。在實際調(diào)整中，高頻功放可能會經(jīng)歷上述各種狀態(tài)，利用負(fù)載特性就可以正確判斷各種狀態(tài)，已進(jìn)行正確的調(diào)整。 諧振功率放大器的設(shè)計過程[1]高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它的主要作用是將電源的直流轉(zhuǎn)換成高頻交流輸出，通信線路中應(yīng)用的高頻功率放大器，按其工作頻帶的寬窄可以分為窄帶和寬帶。由于高頻功率放大器的工作頻率高，相對頻帶又比較窄，所以工作時一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。一般把集電極電流導(dǎo)通時間相對應(yīng)的角度的一半稱為集電極電流的導(dǎo)通角，當(dāng)導(dǎo)通角等于180176。表示管子在整個工作周期內(nèi)全部導(dǎo)通，稱為放大器工作在甲類狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)通角等于90176。表示放大器在工作期間的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，稱為放大器工作在乙類，當(dāng)其導(dǎo)通角小于90176。表示管子的導(dǎo)通時間小于半個周期，稱為放大器工作在丙類狀態(tài)。2電路原理圖：丙類高頻功率放大器可工作在欠壓狀態(tài)、過壓狀態(tài)和臨界狀態(tài)。因為欠壓狀態(tài)的工作效率較低，而過壓狀態(tài)的又會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的失真，所以一般選用讓其工作在臨界狀態(tài)。在晶體管功率放大器中，一般可以通過改變激勵電壓、基極偏壓、集電極負(fù)載、集電極直流供電電壓來改變放大器的工作狀態(tài)。由于輸出功率要求Po≥1W，因此功放可采用甲類或者丙類功率放大器，但由于總效率要求η≥50%，顯然，只采用一級甲類功放是達(dá)不到要求的，故采用兩級功放電路，第一級采用甲類功率放大器作為激勵級，第二級采用丙類功率放大器，其中甲類功放選用的晶體管為3DG12，丙類功放選擇的晶體管為3DA1。 其參數(shù)的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為：圖355 高頻功率放大器電路圖功放的基極偏置電壓UBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO在射級電阻RE2上產(chǎn)生的壓降來提供的，故將其稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號Ui為正弦波時，則在集電極輸出波形為電流為Ic的余弦脈沖波。利用諧振回路的選頻作用可使輸出基波諧振電壓為UC1，電流為IC1.當(dāng)功率放大器的電源電壓為+Ucc，基極偏置電壓Ub，輸入電壓（或激勵電壓）Ubm確定后，如果電流導(dǎo)通角θ選定，則放大器的工作狀態(tài)就只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻Rq。當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過靜態(tài)特征曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和管壓降UCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。整個電路的原理圖（圖355）見右：3功率放大器的設(shè)計過程（1）所需器件:3DG12(主要參數(shù)：PCM=700mw，ICM=300mA，UCES≤，hfe≥30，ft≥150MHz，Ap≥6dB）3DA1（主要參數(shù)：PCM=1w，ICM=750mA，UCES≥，hfe≥10，ft≥70MHz，Ap≥13dB）鎳鋅鐵氧磁環(huán)（NX100）若干(規(guī)格：φ10mmφ6mmφ5mm)電源（+Ucc=12V）漆包線（）電阻若干電容若干（2）丙類諧振功率放大器的設(shè)計（A）確定放大器的工作狀態(tài) 為獲得較高的效率η和最大的輸出功率Pe，功放的工作狀態(tài)應(yīng)選為臨界狀態(tài)，取θ=70度，可得此時集電極的等效負(fù)載電阻 其中Vcc=12V，Vces=，Pc=Po=1W。集電極基波電流振幅為 集電極電流脈沖的最大值 直流分量為 電源供給的直流功率為 集電極的耗散功率為 集電極的效率 若設(shè)末級功率增益Ap=13dB（20倍），則輸入功率 基極余弦脈沖電流的最大值（設(shè)晶體管3DA1的β=10） 基極基波電流的振幅 輸出電壓的振幅 （B）計算諧振回路及耦合回路的參數(shù)丙類功放的輸入輸出耦合回路均為高頻變壓器耦合方式，其輸出阻抗Zi可計算如下： 輸出變壓器線圈匝數(shù)比為 取N3=7，N1=8。若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容C=100pF，得回路電感為 若采用10*6*5的鐵氧體來繞制輸出耦合變壓器，則可計算出總線圈的匝數(shù)為N2，即 則N2=8（C）基極偏置電路參數(shù)計算基極直流偏置電壓 射級電阻 取高頻旁路電容為CE2=。（3）寬帶功率放大器(激勵級）設(shè)計（A）計算電路參數(shù)寬帶功率放大器的輸出功率應(yīng)等于下級的丙類功率放大器的輸入功率，并且其輸出負(fù)載應(yīng)等于丙類功放的輸入阻抗。設(shè)高頻變壓器的效率為η= 取功放的靜態(tài)電流Icq=Icm=7mA則集電極電壓的振幅Vcm及等效負(fù)載電阻Rh’分別為 射級直流負(fù)反饋電阻 高頻變壓器匝數(shù)比為 取次級匝數(shù)N2’=2，則初級匝數(shù)N1’=6.激勵級功放采用3DG12晶體管，設(shè)β=30，取功率增益為Ap=13dB（20倍），則輸出功率為 功放的輸入阻抗為 取負(fù)反饋電阻R3=10Ω則本級輸入電壓的振幅為 （B）計算靜態(tài)工作點(diǎn)由上述計算結(jié)果得到靜態(tài)時晶體管的射級電位為 取基極偏置電路的電流I1=5IBQ，則 試驗調(diào)整時取R1=+10K的電位器。取高頻旁路電容為CE1=,輸入耦合電容為C1=。高頻電路的電源去耦合濾波網(wǎng)絡(luò)通常采用π型LC低通濾波器，如下圖所示，L10，L20可按經(jīng)驗取50uF~100uF，C10，C20，C11。L10，L20可以采用色碼電感，也可以采用環(huán)形磁芯繞制。此外，還可以在輸出變壓器的次級與負(fù)載Rl之間插入LC濾波器，以改變R1上的輸出波形。將上述設(shè)計計算的原件參數(shù)按照上圖（圖355）進(jìn)行安裝，然后逐級進(jìn)行調(diào)試。先安裝一級調(diào)整一級，然后安裝第二級在調(diào)試第二級，兩級安裝完后，兩級在進(jìn)行聯(lián)調(diào)。 諧振功率放大器的調(diào)整設(shè)計并計算高頻諧振功放的前提是假定諧振回路已處于諧振狀態(tài)，即集電極的負(fù)載阻抗為純電阻。但回路的初始狀態(tài)或者在調(diào)諧過程中，可能會出現(xiàn)回路失諧的狀態(tài)，即集電極回路的阻抗呈感性或者呈容性，將使回路的等效阻抗下降。這時集電極的輸出電壓將減小，集電極電流也隨之增大，從而導(dǎo)致集電極的耗散功率將增加，嚴(yán)重時還會損害晶體管。為保證晶體管安全工作，進(jìn)行調(diào)諧時，可以先將電源電壓+Vcc降低到規(guī)定值的1/2~1/3，等找到諧振點(diǎn)后，再將+Vcc升到規(guī)定值，在回路諧振時，示波器檢測的波形應(yīng)為不失真波形[13]。寄生振蕩是高頻功率諧振放大器應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，常見的寄生振蕩有以下兩種：（1）參量自激型寄生振蕩圖361 1/2基波的影響當(dāng)功放的輸出電壓Vcm足夠大時，功放的動態(tài)工作點(diǎn)就可能進(jìn)入?yún)⒘繝顟B(tài)，這時晶體管的許多參數(shù)將隨著工作狀態(tài)而改變，如集電結(jié)電容Cb39。c的變化就特別明顯，將產(chǎn)生許多新的頻率分量存在于晶體管的輸出和輸入端，其中某些頻率分量由于相位和幅度比較合適，從而形成了自激震蕩。對輸出波形影響較大的有1/2基波頻率和3倍頻自激，右圖（圖361）所示為1/2基波頻率功放輸出端的合成波形。參量自激震蕩的特點(diǎn)是必須要在外加信號的激勵下才能夠產(chǎn)生，因此斷開激勵信號觀察震蕩是否繼續(xù)存在是判斷是否存在自激型寄生震蕩的有效方法。消除參量型寄生振蕩的常見方法是在基極或發(fā)射極接入防振電阻或引入適當(dāng)?shù)母哳l電壓負(fù)反饋，如果可能的話，可以適當(dāng)減小激勵信號電平[6]。（2）反饋型寄生振蕩反饋型寄生震蕩分為低頻寄生震蕩和高頻或超高頻寄生震蕩，低頻寄生震蕩的頻率低于放大器的工作頻率，高頻寄生振蕩的頻率高于放大器的工作頻率。下圖（圖362）表示出疊加入低頻自激后的輸出波形。低頻寄生振蕩一般是由功放輸入輸出回路中的分布電容引起的，消除辦法是設(shè)法破壞他的正反饋支路，例如減小基極回路線圈電感量或串入電阻Rf，降低線圈的Q值等。圖362 低頻寄生振蕩的影響高頻寄生振蕩一般由電路的分布參數(shù)（分布電容，引線電感）影響造成的。消除高頻寄生振蕩的有效辦法是盡量減小引線的長度，合理布局元器件或基極回路接入防振電阻等[6]。 天線的相關(guān)知識及設(shè)計天線的輸入阻抗就是指天線饋電端輸入電壓與輸出電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形就是天線的輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特征阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有