【正文】 g 與 Ia1 是同相變化的，而 ua 則作反相變化。由此得出結(jié)論：當 eg=egmax時， ea=eamin；反之，當 eg=egmin時，則 ea=eamax，而 eamax 的極限值是 2E。 高頻功率放大器的能量關(guān)系 能量關(guān)系指的是功率放大器能量的來源和分配問題，它對放大器的安全工作、節(jié)約能源、輸出大的功率都非常重要 。 在板極電路中主要有三部分能量：直流電源供給的能量，電子管輸送到振蕩回路的能量和電子轟擊板極在板極產(chǎn)生的熱能。顯然后兩種能量是由前一能量轉(zhuǎn)換得來的。根據(jù)能量守恒定律，三者應(yīng)該平衡。 諧振時回路呈現(xiàn)一純電阻，流經(jīng)它的基波電流振幅為 Ia1，它在回路上引起的基波電壓振幅為 Ua，因此，回路從電子管得到的高頻功率為 2211122 cmo cm p pUP I R R?? 供給電子管板極電路的唯 能源是直流電壓 Ea，所以直流輸入功率為 P0=EaIa0 直流輸入功率 P0 中的大部分經(jīng)電子管的轉(zhuǎn)換變成輸出功率 P~，剩余部分則使電子管的板極發(fā)熱變?yōu)榘鍢O損耗功率 Pa，所以 Pa=P0+P~ 于是我們就可以得到功率放大器的效率 η 為 ? ? ? ?1 110 ()1 1 12 2 2O c c mD C c o c cP I U gP I U ??? ? ? ???? ? ? ? 式中 , 稱為波形系數(shù)，它是板極流通角的函數(shù) 。 由上述公式可以看出，放大器實質(zhì)上是把直流功率 P0 轉(zhuǎn)化為高頻功率 P~的能量轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換效率為 η。顯然，提高效率是我們所希望的。為此我們應(yīng)提高板壓利用系數(shù) ξ和減小通角 θ[為的是提高 γ(θ)]，但過分減小 θ，將導(dǎo)致 Ia1 減小，因而輸出功率 P~也會減小，所以 θ有一最佳值。 從電子管內(nèi)部的物理過程來進行分析。當電子從陰極向板極運動時，如果受到電場的加速，電子便從電場中吸收能量。如果受到電場的減速，則電子把能量交給電場。 電子在向板極的運動過程中，受到直流電場的加速 (其大小決定于直流電壓 Ea)，增加動能，也就是電子由直流電場取得能量，這部分能量是由直流電源供給的。但是在板極上還疊加有高頻電壓 ua 它的相位正好與激勵電壓 ug 相反，因此電子受到高頻電場的排斥而減小了動能，所減小的動能等于 電子交給高頻電場的能量，這部分能量就是回路上高頻功率 P~的來源。電子以剩余的動能轟擊板極，從而產(chǎn)生板耗。 發(fā)射管的工作狀態(tài) 根據(jù)放大器有無柵流及柵流大小 (即動態(tài)工作范圍 )分類，可分為緩沖狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)、弱過壓狀態(tài)和強過壓狀態(tài)。 緩沖狀態(tài)是指無柵流工作，此時電子管的板柵動特性只限于負柵壓區(qū)中 。如圖 3（ a）所示。 欠壓狀態(tài)是指雖然也有柵流，但和板流相比卻十分微小，因而不至于使板流尖頂脈沖波形嚴重失真。此時板柵動特性延伸到正柵壓區(qū)，但延伸范圍很小。圖 41(b)所示。 過壓狀態(tài)是指柵流很大，板 流脈沖波形有很大凹陷。此時板柵動特性在正柵壓延伸范圍較大，稱為過壓狀態(tài)。過壓狀態(tài)又有弱過壓和強過壓之分。板流脈沖有凹陷，但并不下降到零，稱為弱過壓狀態(tài) 臨界狀態(tài)是指板柵動特性延伸到正柵區(qū)使板流脈沖出現(xiàn)平頂而尚未產(chǎn)生凹陷時的工作狀態(tài)，此時柵流大于欠壓狀態(tài)的柵流。 圖 5 總電路圖 將電路用 Muitisim進行仿真運行，分別記錄負載及激勵電壓 Ug對功率放器的影響。 當功率放大器的電源電壓 +Ucc，基極偏壓 Ub，輸入電壓 C 確定后，如果電容導(dǎo)通角確定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回 路的等效負載電阻 Rp。諧振功率放大器的交流負載特性如圖所示。 圖 6 諧振功率放大器的負載特性 激勵電壓 ug＝ Ugcosωt是隨時間而變化的。當 Eg、 Ea、 Roe 保持不變時，激勵電壓振幅 Ug 的變化對工作狀態(tài)將產(chǎn)生影響： 當 Ug＝ 0 時，丙類高頻功率放大器將處于截止狀態(tài)。 當 Ug 由零開始增加，且 eg＝ Eg 十 Ug≥Eg?時，板 ia 開始導(dǎo)通，在 eg＜ 0 時，柵流為零，顯然此時為欠壓狀態(tài)。 Ug 繼續(xù)增加，且 eg＝ Eg 十 Ug≥ 0 時，柵流 ig 開始出現(xiàn)，并隨 Ug 增加而增大。所以工作狀態(tài)便由欠壓進入臨界進而轉(zhuǎn)入過壓 狀態(tài)。由此可見，改變 Ug 大小，就可以改變工作狀態(tài)。 圖 7 U變化對工作狀態(tài)影響的三組曲線 在諧振功放中，為了提高效率，都在丙類工作狀態(tài)，或者工作在更高效率的丁類和戊類。在這種情況下，功率管集電極電流為嚴重失真的脈沖序列波形或周期性的開關(guān)波形。 為實現(xiàn)不失真放大，必須限定輸 入信號為單一頻率的高頻正弦波（即載波信號）或者在高頻附近占有很窄頻帶的已調(diào)波信號。在這種信號作用下，功率管集電極電流波形為接近余弦的脈沖序列，用傅氏級數(shù)將它分解為平均分量，基波分量和各次諧波分量之和，輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)取出基本波分量，濾除其它無用分量，就能在負載上獲得不失真的輸出信號。 同理，在功率管輸入端，基極電流也是失真脈沖序列，通過輸入匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的濾波作用，加到功率管輸入端的為不失真的信號電壓。 與非諧振功放一樣，在特定的偏置條件下，對應(yīng)于特定大小的輸入信號，功率管有一最佳負載，這時，諧振功放的輸出功 率最大，效率也較高。因此濾波匹配網(wǎng)絡(luò)除了濾波作用外，還起到匹配作用，即將輸出負載（往往是非電阻性負載）變換為功率管所需的最佳負載。 總之，諧振功放是在限定輸入信號波形的情況下，通過濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，使輸出負載上得到所需的不失真功率。 這次的課程設(shè)計和 學(xué)習(xí)該平臺背景和功能的時間遠遠超出了我想象的時間。在學(xué)習(xí)期間，本人還通過網(wǎng)上的各種 功率放大器 進行學(xué)習(xí)與研究，我原以為這樣的設(shè)計水平將無法完成設(shè)計，但當掌握了大部分應(yīng)用技巧時，剩下的系統(tǒng)思路的設(shè)計就顯得不是最大的障礙了。 我在 2 個月內(nèi)寫完這個程序，經(jīng)過了 很多次的調(diào)試，終于完成了現(xiàn)在的程序。原先認為不可能的事，我發(fā)現(xiàn)，如果有不畏困難的信心和肯鉆研的勇氣，就一定會完成，甚至達到意想不到的效果。 [1] 張肅文 《高頻電子線路》 高等教育出版社 1979年 5月第 1次印刷。 [2] 管致中 《無線電技術(shù)基礎(chǔ)》高等教育出版社 1963 [3] 董在望 《通信電路原理》 第二版 高等教育出版社 2021 [4] 陽昌漢 《高頻電子線路》 第 2版 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2021 [5] 曹志剛 錢亞生 《現(xiàn)代通信原理》 北京 清華大學(xué)出版社 1992 [6] 謝自美 主編， 《電子線路設(shè)計實驗測試》 第三版，華中科技大學(xué)出版社 [7] 楊翠娥 主編， 《高頻電子線路實驗與課程設(shè)計》，哈爾濱工程大學(xué)出版社 [8] 何中庸 譯， 《高頻電路設(shè)計與制作》，科學(xué)出版社 [9] 謝沅清 主編， 《模擬電子線路》Ⅱ ，成都電子科大出版社 [10 ]張肅文 主編， 《高頻電子線路》第三版，高教出版社