2.1第三章高頻功率放大器ppt課件

1、1 1、丙類高頻功率信號(hào)放大器是如何實(shí)現(xiàn)的？、丙類高頻功率信號(hào)放大器是如何實(shí)現(xiàn)的？上節(jié)回顧上節(jié)回顧基極負(fù)偏壓，減少了導(dǎo)通角?；鶚O負(fù)偏壓，減少了導(dǎo)通角。tUVuVubmbbbbbBEcosmax,cccIfico13g11.02.0290c90c180c1)(1cg57. 1)(1cg57. 1)(1cg%5 .78c%5 .78c%50cu 在在 =1=1的條件下的條件下u甲類工作狀態(tài)：甲類工作狀態(tài)：u乙類工作狀態(tài)：乙類工作狀態(tài)：u丙類工作狀態(tài)：丙類工作狀態(tài)：u 導(dǎo)通角的選擇導(dǎo)通角的選擇（1Rp一定的條件下，一定的條件下，c=120o時(shí)時(shí)輸出功率最大，但效率只有輸出功率最大，但效率只有66%。

2、（2c=1o15o時(shí)，效率最高，但時(shí)，效率最高，但輸出功率很小。輸出功率很小。（3在實(shí)際運(yùn)用中，為了兼顧高的在實(shí)際運(yùn)用中，為了兼顧高的輸出功率和高的集電極效率，諧振輸出功率和高的集電極效率，諧振功率放大器導(dǎo)通角常取功率放大器導(dǎo)通角常取c=60o80o。2 2、效率如何計(jì)算？、效率如何計(jì)算？ ccccccmocgVUPP1012121bbBZcQcccCEVUgIiVuQ:bmbbBEBEcmccCECEUVuuUVuuAmaxmin:0:maxccmccCECEiUVuuC3 3、如何繪制動(dòng)態(tài)特性？、如何繪制動(dòng)態(tài)特性？ 弦脈沖）欠壓和臨界時(shí)（尖頂余凹頂脈沖過(guò)壓時(shí)pcccmbmcdRUUgg1c

3、os11)(輸出電壓波形輸出電壓波形欠壓、臨界、過(guò)壓4、丙類功放的三種工作狀態(tài)、丙類功放的三種工作狀態(tài)欠壓和臨界區(qū)內(nèi)欠壓和臨界區(qū)內(nèi)Icmax由由ubemax決定，后者不改變，決定，后者不改變，Icmax就不變。就不變。無(wú)論存在何種工作狀態(tài)，無(wú)論存在何種工作狀態(tài)，Ic1m，Ic0正比正比Icmax。icuceubemaxQRp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Rp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1mIcoc P=PcUcmPo5、負(fù)載線影響因素分析、負(fù)載線影響因素分析1Rp1、臨界狀態(tài)輸出功率最大，效率也較高，可謂末級(jí)功放的最佳、臨界狀態(tài)輸出功率最大，效率也較高，可謂末級(jí)功放的最佳工作

4、狀態(tài)。過(guò)壓效率高，但輸出功率小。工作狀態(tài)。過(guò)壓效率高，但輸出功率小。2、在欠壓狀態(tài)、在欠壓狀態(tài)Ic0，Ic1m幾乎不變，功放相當(dāng)于一個(gè)恒流源，幾乎不變，功放相當(dāng)于一個(gè)恒流源，而過(guò)壓狀態(tài)而過(guò)壓狀態(tài)Ucm幾乎不變，相當(dāng)于一個(gè)恒壓源可用于中間級(jí)幾乎不變，相當(dāng)于一個(gè)恒壓源可用于中間級(jí)功放）。功放）。uceicubemaxQ2Vc2Q1Vc1Q3Vc3t icVcc欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Vcc欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoP=POPC ccccVV5、負(fù)載線影響因素分析、負(fù)載線影響因素分析2Vcc5、負(fù)載線影響因素分析、負(fù)載線影響因素分析3Ubm 略增過(guò)壓減少欠壓和臨界c

5、mbmcpccdUUgRg1cos11Ubm欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoP=POUbm欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)5、負(fù)載線影響因素分析、負(fù)載線影響因素分析4Vbb 略減過(guò)壓減少欠壓和臨界cmbmcpccdUUgRg1cos11Vbb欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoP=POVbb欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)過(guò)壓壓區(qū)區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū) 固定固定VbbVbb、增大、增大UbmUbm和固定和固定UbmUbm、增大、增大VbbVbb的情況類似，它們都使基的情況類似，它們都使基極輸入電壓極輸入電壓uBEmaxuBEmax隨之增大，對(duì)應(yīng)的集電極脈沖電流隨之增大，對(duì)應(yīng)的集電極脈沖電

6、流icic的幅度和寬度的幅度和寬度均增大，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過(guò)壓均增大，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過(guò)壓 。基極幅度調(diào)制工作在。基極幅度調(diào)制工作在欠壓區(qū)。欠壓區(qū)。1 1、丙類高頻功率信號(hào)放大器基本組成、丙類高頻功率信號(hào)放大器基本組成 諧振功率放大器是由輸入諧振回路、非線性器件晶體管、諧振功率放大器是由輸入諧振回路、非線性器件晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管）、輸出諧振回路組成。場(chǎng)效應(yīng)管）、輸出諧振回路組成。 輸入諧振回路：基極的饋電電路，分為串饋和并饋。其負(fù)偏輸入諧振回路：基極的饋電電路，分為串饋和并饋。其負(fù)偏電壓可由自身提供。電壓可由自身提供。CBLBLBLBCERBReVTVTVTIBOUBBIBO

7、Ieo +UBB -tUUubmBBBEcos3.4 高頻功率放大器的實(shí)用電路高頻功率放大器的實(shí)用電路 輸出諧振回路：集電極的饋電電路，分為串饋和并饋。輸出諧振回路：集電極的饋電電路，分為串饋和并饋。IcoECIcnIc1CL+輸出回路方程：輸出回路方程：uce=EcUcmcost+ Ec 串饋適用于高頻低功率情況；并饋適串饋適用于高頻低功率情況；并饋適用于低頻高功率情況。用于低頻高功率情況。電路組成三原則：電路組成三原則：三 高頻功放的耦合回路RiRoRLR S功率功率放大器放大器輸入輸入匹配匹配網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)輸出輸出匹配匹配網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RLRSuS(1) 使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以

8、保證放大器傳輸?shù)截?fù)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。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。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(gè)電子器件同時(shí)輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送在有幾個(gè)電子器件同時(shí)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(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響。功率到公共負(fù)載，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響。 級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò)級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò):放大器輸出放大器輸出 至至 放大

9、器輸入端放大器輸入端輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò):放大器輸出端放大器輸出端 至至 天線或其他負(fù)載天線或其他負(fù)載輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸入匹配網(wǎng)絡(luò):信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻 至至 放大器輸入端放大器輸入端u 教材上有關(guān)三種匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算公式在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)可以參考應(yīng)用。教材上有關(guān)三種匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算公式在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)可以參考應(yīng)用。u 但是在實(shí)際應(yīng)用中尚需認(rèn)真調(diào)整。但是在實(shí)際應(yīng)用中尚需認(rèn)真調(diào)整。R2R1(a)(b)(c) 幾種常見(jiàn)的LC匹配 (a) L型; (b) T型; (c) 型濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò)濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò)22211122112222222121222222122121CCCCCCCCCCXXRRXXX

10、RRXRXRXRRXRXR已知已知R2、R1，輸入端品質(zhì)因，輸入端品質(zhì)因數(shù)數(shù)QL，求，求L1，C1和和C2。21121CCLXXXRR網(wǎng)絡(luò)諧振條件：網(wǎng)絡(luò)匹配條件：212122112221111/1CLLLCLCXQRQRQXRRQRXQRXLL1. 級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò)含輸入回路）級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò)含輸入回路） 多級(jí)功放中間級(jí)的一個(gè)很大問(wèn)題是后級(jí)放大器的輸多級(jí)功放中間級(jí)的一個(gè)很大問(wèn)題是后級(jí)放大器的輸入阻抗是變化的，是隨激勵(lì)電壓的大小及管子本身的工作入阻抗是變化的，是隨激勵(lì)電壓的大小及管子本身的工作狀態(tài)變化而變化的。狀態(tài)變化而變化的。 這個(gè)變化反映到前級(jí)回路，會(huì)使前級(jí)放大器的工作這個(gè)變化反映到前級(jí)回路，會(huì)使前

11、級(jí)放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。此時(shí)，若前級(jí)原來(lái)工作在欠壓狀態(tài)，則由狀態(tài)發(fā)生變化。此時(shí)，若前級(jí)原來(lái)工作在欠壓狀態(tài)，則由于負(fù)載的變化，其輸出電壓將不穩(wěn)定。于負(fù)載的變化，其輸出電壓將不穩(wěn)定。 對(duì)于中間級(jí)而言，最主要的是應(yīng)該保證它的電壓輸對(duì)于中間級(jí)而言，最主要的是應(yīng)該保證它的電壓輸出穩(wěn)定，以供給下級(jí)功放穩(wěn)定的激勵(lì)電壓，而效率則降為出穩(wěn)定，以供給下級(jí)功放穩(wěn)定的激勵(lì)電壓，而效率則降為次要問(wèn)題。次要問(wèn)題。對(duì)于中間級(jí)應(yīng)采取如下措施：對(duì)于中間級(jí)應(yīng)采取如下措施：1) 1) 使中間級(jí)放大器工作于過(guò)壓狀態(tài)，使它近似為一個(gè)恒使中間級(jí)放大器工作于過(guò)壓狀態(tài)，使它近似為一個(gè)恒 壓源。壓源。2) 2) 降低級(jí)間耦合回路的效率?；?/p>

12、路效率降低后，其本降低級(jí)間耦合回路的效率?；芈沸式档秃螅浔?身的損耗加大。這樣下級(jí)輸入阻抗的變化相對(duì)于回身的損耗加大。這樣下級(jí)輸入阻抗的變化相對(duì)于回 路本身的損耗而言就不顯得重要了。中間級(jí)耦合回路路本身的損耗而言就不顯得重要了。中間級(jí)耦合回路 的效率一般為的效率一般為k=0.1k=0.10.50.5，平均在，平均在0.30.3上下。也就是上下。也就是說(shuō)，中間級(jí)的輸出功率應(yīng)為后一級(jí)所需激勵(lì)功率的說(shuō)，中間級(jí)的輸出功率應(yīng)為后一級(jí)所需激勵(lì)功率的3 31010倍。倍。 2. 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級(jí)功放與天線或其他負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級(jí)功放與天線或其他負(fù)載

13、間的網(wǎng)絡(luò)，這種匹配網(wǎng)絡(luò)有間的網(wǎng)絡(luò)，這種匹配網(wǎng)絡(luò)有L L型、型、型、型、T T型網(wǎng)絡(luò)及由它們組型網(wǎng)絡(luò)及由它們組成的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)，也有用雙調(diào)諧耦合回路的。成的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)，也有用雙調(diào)諧耦合回路的。 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的主要功能與要求是匹配、濾波、隔離和高輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的主要功能與要求是匹配、濾波、隔離和高效率。效率。 高頻調(diào)諧功率放大器阻抗在變化的阻抗匹配就是在高頻調(diào)諧功率放大器阻抗在變化的阻抗匹配就是在給定的電路條件下，改變負(fù)載回路的可調(diào)元件，將負(fù)載阻抗給定的電路條件下，改變負(fù)載回路的可調(diào)元件，將負(fù)載阻抗ZLZL轉(zhuǎn)換成放大管所要求的最佳負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)換成放大管所要求的最佳負(fù)載阻抗RpRp，使管子送出的功，使管子送出

14、的功率率P0P0能盡可能多的饋至負(fù)載。這就叫做達(dá)到了匹配狀態(tài)，或能盡可能多的饋至負(fù)載。這就叫做達(dá)到了匹配狀態(tài)，或簡(jiǎn)稱匹配。簡(jiǎn)稱匹配。 根據(jù)負(fù)載接入集電極回路方式，可分為簡(jiǎn)單輸出回路負(fù)根據(jù)負(fù)載接入集電極回路方式，可分為簡(jiǎn)單輸出回路負(fù)載直接和回路并聯(lián)和復(fù)合輸出回路負(fù)載通過(guò)電抗元件和回載直接和回路并聯(lián)和復(fù)合輸出回路負(fù)載通過(guò)電抗元件和回路并聯(lián)）。路并聯(lián)）。最常見(jiàn)的輸出回路是復(fù)合輸出回路，如下圖。最常見(jiàn)的輸出回路是復(fù)合輸出回路，如下圖。圖中，介于電子器件與天線回圖中，介于電子器件與天線回路之間的路之間的L1C1L1C1回路就叫做中介回路就叫做中介回路；回路；RACARACA分別代表天線的輻分別代表天線的

15、輻射電阻與等效電容；射電阻與等效電容；LnLn、cncn為為天線回路的調(diào)諧元件，它們的天線回路的調(diào)諧元件，它們的作用是使天線回路處于串聯(lián)諧作用是使天線回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，以獲得最大的天線回振狀態(tài)，以獲得最大的天線回路電流路電流iAiA，亦即使天線輻射功，亦即使天線輻射功率達(dá)到最大。率達(dá)到最大。復(fù)合輸出回路復(fù)合輸出回路( (為了簡(jiǎn)化電路，省略了為了簡(jiǎn)化電路，省略了 直流電源及輔助元件直流電源及輔助元件L L、C C、C C等等) )這種電路是將天線這種電路是將天線( (負(fù)載負(fù)載) )回路通過(guò)互感或其他形式與集電回路通過(guò)互感或其他形式與集電極調(diào)諧回路相耦合。極調(diào)諧回路相耦合。LnC1CARACn

16、L1r1L2圖圖3-2350MHz功率放大器功率放大器50MHz，25W諧振功率放大器諧振功率放大器四四 實(shí)際電路舉例實(shí)際電路舉例C1、C2和和L1 構(gòu)成構(gòu)成T型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò)L2、L3和和C3、C4 構(gòu)成構(gòu)成型網(wǎng)絡(luò)，串饋型網(wǎng)絡(luò)，串饋補(bǔ)充：丙類倍頻器補(bǔ)充：丙類倍頻器 原因：原因：1、降低主振器的頻率，對(duì)頻率穩(wěn)定指標(biāo)是有利的。、降低主振器的頻率，對(duì)頻率穩(wěn)定指標(biāo)是有利的。2、為了提高發(fā)射信號(hào)頻率的穩(wěn)定程度，主振器常采用石英晶體、為了提高發(fā)射信號(hào)頻率的穩(wěn)定程度，主振器常采用石英晶體振蕩器，但限于工藝，其只能達(dá)到幾十振蕩器，但限于工藝，其只能達(dá)到幾十MHz，因此為了獲得更高，因此為了獲得更高的頻率

17、，主振后要倍頻。的頻率，主振后要倍頻。3、加大調(diào)頻發(fā)射機(jī)信號(hào)的頻移或相移，即加深調(diào)制度。、加大調(diào)頻發(fā)射機(jī)信號(hào)的頻移或相移，即加深調(diào)制度。4、倍頻器的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的頻率是不相同的，因而可以、倍頻器的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的頻率是不相同的，因而可以削弱前后級(jí)寄生耦合，對(duì)發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定工作是有利的。削弱前后級(jí)寄生耦合，對(duì)發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定工作是有利的。5、展寬通頻帶。、展寬通頻帶。倍頻器常有三種形式：倍頻器常有三種形式：1、乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻；、乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻；2、丙類放大器倍、丙類放大器倍頻；頻；3、參量倍頻器，利用晶體管的結(jié)電容隨電壓變化的非線性、參量倍頻器，利用晶體管的結(jié)電容隨電壓變化的非線性來(lái)實(shí)現(xiàn)倍頻

18、。來(lái)實(shí)現(xiàn)倍頻。 tncosIt2cosItcosIIiCn2C1CCOc 其其中中：tUEuCCce 2cos2 , 而而 PCCRIU22 PR為為 LC 回回 路路 諧諧 振振 在在 2時(shí)時(shí)的的 并并 聯(lián)聯(lián) 諧諧 振振 電電 阻阻 。iC+uce-uc2+iciC1iC2ic頻譜頻譜0 2 3 4ICOIC1IC2IC3IC4LC諧振特性諧振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC2 0c0c040,3n60,2n,n120 cmax1122oncncnccncPUIVIon=1122cncncnccccoUIPgPV Io13g12在作倍頻器應(yīng)用時(shí)，為使輸出最大，一般應(yīng)選擇使在作倍頻器應(yīng)用

19、時(shí)，為使輸出最大，一般應(yīng)選擇使n(c)為最大值的為最大值的導(dǎo)通角，而此最佳導(dǎo)通角為：導(dǎo)通角，而此最佳導(dǎo)通角為：1. 由于倍頻器主要是利用了余弦尖頂脈沖的諧波分量，由于倍頻器主要是利用了余弦尖頂脈沖的諧波分量， maxccncniI2. 如果設(shè)倍頻器的導(dǎo)通角為如果設(shè)倍頻器的導(dǎo)通角為c，則倍頻器的輸出功率和效率為，則倍頻器的輸出功率和效率為3. n值越高，輸出功率和效率下降；同時(shí)，最正確值越高，輸出功率和效率下降；同時(shí)，最正確c值越小。為了減少值越小。為了減少c，就必須提高倍頻器的基極反向偏壓就必須提高倍頻器的基極反向偏壓Vbb，就可能使得發(fā)射結(jié)的反向偏壓超過(guò)，就可能使得發(fā)射結(jié)的反向偏壓超過(guò)擊穿電

20、壓。因而，擊穿電壓。因而，n通常不超過(guò)通常不超過(guò)3-4，一般只取，一般只取2-3。 丙類放大器集電極電流丙類放大器集電極電流ic的基的基波分量的振幅最大，二階諧波次波分量的振幅最大，二階諧波次之，諧波次數(shù)愈高，其幅值也愈之，諧波次數(shù)愈高，其幅值也愈小。作為基波放大時(shí)，負(fù)載回路小。作為基波放大時(shí)，負(fù)載回路要濾除高次諧波分量還是比較容要濾除高次諧波分量還是比較容易的。但是，作為倍頻器，要濾易的。但是，作為倍頻器，要濾除的是幅值較大的低次諧波分量，除的是幅值較大的低次諧波分量，這會(huì)有不少困難。這會(huì)有不少困難。L1C1串聯(lián)諧振于串聯(lián)諧振于f0，L1C1C2C3并并聯(lián)諧振于聯(lián)諧振于nf0ic頻譜頻譜0

21、2 3 4ICOIC1IC2IC3IC4 現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢(shì)之一是在寬波段工作范圍內(nèi)能采用自動(dòng)調(diào)諧現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢(shì)之一是在寬波段工作范圍內(nèi)能采用自動(dòng)調(diào)諧技術(shù)，以便于迅速轉(zhuǎn)換工作頻率。而以技術(shù)，以便于迅速轉(zhuǎn)換工作頻率。而以LC諧振回路為輸出電路的諧振回路為輸出電路的功率放大器是窄帶高頻功率放大器，需要調(diào)諧，使得窄帶功率放大功率放大器是窄帶高頻功率放大器，需要調(diào)諧，使得窄帶功率放大器的運(yùn)用就受到了很大的限制器的運(yùn)用就受到了很大的限制 。 3.6 寬帶高頻功率放大器寬帶高頻功率放大器 而現(xiàn)今寬帶功率放大器，有兩種形式：一是利用高頻變壓器而現(xiàn)今寬帶功率放大器，有兩種形式：一是利用高頻變壓器普通變壓器采用

22、鐵芯，高頻特性差；高頻變壓器采用高頻磁芯，普通變壓器采用鐵芯，高頻特性差；高頻變壓器采用高頻磁芯，上限頻率可以提高，適用于短波。）；二是傳輸線變壓器上限頻率可以提高，適用于短波。）；二是傳輸線變壓器 。 寬頻帶功率放大器沒(méi)有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個(gè)重寬頻帶功率放大器沒(méi)有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個(gè)重要的問(wèn)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要的問(wèn)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(shuō)寬頻帶放大器是以犧牲的甲類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，也就是說(shuō)寬頻帶放大器是以犧牲效率作為代價(jià)來(lái)?yè)Q取寬頻帶輸出的效率作為代價(jià)來(lái)?yè)Q取寬頻帶輸

23、出的 。 3.6.1 傳輸線變壓器傳輸線變壓器1. 寬頻帶特性寬頻帶特性 高頻變壓器存在的問(wèn)題高頻變壓器存在的問(wèn)題 為擴(kuò)展下限頻率為擴(kuò)展下限頻率, 需增大初級(jí)線圈電感量需增大初級(jí)線圈電感量, 使其在使其在低頻段也能取得較大的輸入阻抗低頻段也能取得較大的輸入阻抗, 如采用高導(dǎo)磁率的如采用高導(dǎo)磁率的高頻磁芯和增加初級(jí)線圈的匝數(shù)高頻磁芯和增加初級(jí)線圈的匝數(shù), 但這將使變壓器的但這將使變壓器的漏感和分布電容增大旁路作用）漏感和分布電容增大旁路作用）, 降低了上限頻率；降低了上限頻率； 為擴(kuò)展上限頻率為擴(kuò)展上限頻率, 需減小漏感和分布電容需減小漏感和分布電容, 減小高減小高頻功耗頻功耗, 如采用低導(dǎo)磁率

24、的高頻磁芯和減少線圈的匝如采用低導(dǎo)磁率的高頻磁芯和減少線圈的匝數(shù)數(shù), 但這又會(huì)使下限頻率提高。但這又會(huì)使下限頻率提高。 傳輸線變壓器是基于傳輸線原理和變壓器原理二傳輸線變壓器是基于傳輸線原理和變壓器原理二者相結(jié)合而產(chǎn)生的一種耦合元件。它是將傳輸線者相結(jié)合而產(chǎn)生的一種耦合元件。它是將傳輸線(雙雙絞線、帶狀線或同軸線等絞線、帶狀線或同軸線等)繞在高導(dǎo)磁率的高頻磁芯繞在高導(dǎo)磁率的高頻磁芯上構(gòu)成的上構(gòu)成的, 以傳輸線高頻方式與變壓器低頻以傳輸線高頻方式與變壓器低頻方式同時(shí)進(jìn)行能量傳輸。方式同時(shí)進(jìn)行能量傳輸。 當(dāng)工作在低頻段時(shí)當(dāng)工作在低頻段時(shí), 由于信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于傳輸線長(zhǎng)度由于信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于傳輸線長(zhǎng)度,

25、 分分布參數(shù)很小布參數(shù)很小, 可以忽略可以忽略, 故變壓器方式起主要作用。由于磁芯故變壓器方式起主要作用。由于磁芯的導(dǎo)磁率高的導(dǎo)磁率高, 所以雖傳輸線較短也能獲得足夠大的初級(jí)電感所以雖傳輸線較短也能獲得足夠大的初級(jí)電感量量, 保證了傳輸線變壓器的低頻特性較好。保證了傳輸線變壓器的低頻特性較好。 2. 寬頻帶傳輸線變壓器的工作原理寬頻帶傳輸線變壓器的工作原理傳輸線變壓器是將兩根等長(zhǎng)的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在高導(dǎo)磁率低損耗的傳輸線變壓器是將兩根等長(zhǎng)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(kuò)展到幾百兆赫甚至上千兆赫。磁芯上構(gòu)成的。最高工作頻率可擴(kuò)展到幾百兆赫甚至上千兆赫。

26、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(jí)感應(yīng)電壓，而是傳輸線的終端電壓。壓器負(fù)載兩端的電壓不是次級(jí)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(zhǎng)度處的線間兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長(zhǎng)度處的線間電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。其次，兩根等電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。其次，兩根等長(zhǎng)導(dǎo)線同時(shí)繞在高長(zhǎng)導(dǎo)線同時(shí)繞在高磁芯上，所以導(dǎo)線上均勻分布磁芯上，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。的電感量也很大，這種電路通常又叫分布參數(shù)電路。 usu

27、susRLRLRLRsRsRs(a) 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖(c) 普通變壓器的原理電路普通變壓器的原理電路(b) 原理電路圖原理電路圖u1u2u1u2u1u2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。磁能交換的形式在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的。 (1) 1：1傳輸線變壓器傳輸線變壓器 3. 常用傳輸線變壓器電路分析常用傳輸線變壓器電路分析1：1傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。當(dāng)傳輸線無(wú)損時(shí)，可以認(rèn)為當(dāng)傳輸線無(wú)損時(shí)，可以認(rèn)為u1=u2和和i1=i2。usR

28、LRsu1u2i1i2輸出端輸出端(2-4端端)的等效阻抗為：的等效阻抗為：Z2-4=u2/i2輸入端輸入端(1-3端端)的等效阻抗為的等效阻抗為 ：Z1-3=u1/i1=Z2-4傳輸線變壓器與負(fù)載的匹配，要求：傳輸線變壓器與負(fù)載的匹配，要求：Z2-4=RL 信號(hào)源與傳輸線變壓器的匹配，要求：信號(hào)源與傳輸線變壓器的匹配，要求：Z1-3=Rs 1:1傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應(yīng)該滿足：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：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功率輸出，但實(shí)際傳輸線變壓器具有最大功率輸出，但實(shí)際RL正好等于正好等于

29、Rs的情況很少。的情況很少。So：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(lái)作為倒傳輸線變壓器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用來(lái)作為倒相器。相器。 傳輸線的特性阻抗：傳輸線的特性阻抗： L為單位線長(zhǎng)的分布電感；為單位線長(zhǎng)的分布電感；C為為單位線長(zhǎng)的分布電容。單位線長(zhǎng)的分布電容。o/ZL Co1 32 4ZZZ01 32 4LSZZZRRusRsusususRsRsRLRLRLRLRsu1u1u2u2i2i1i 1 + i2(2) 1：4和和4：1傳輸線變壓器傳輸線變壓器1：4傳輸線變壓器是把負(fù)載阻抗降為傳輸線變壓器是把負(fù)載阻抗降為1/4倍以便和信號(hào)源相匹配。在負(fù)載匹配倍以便和信號(hào)

30、源相匹配。在負(fù)載匹配的條件下即的條件下即RL=4Rs），有），有 u1=u2=u 和和 i1=i2=i 分析：分析：由于變壓器的由于變壓器的1端與端與4端相連，端相連，輸入端輸入端1端與端與3端的電壓為端的電壓為u，負(fù)載負(fù)載RL上的電壓為上的電壓為u1+u2=2u，輸入端輸入端1的電流為的電流為i1+i2=2i，且且u1u1u2u2i2i1i 1 + i2+2u-傳輸線變壓器的輸入阻抗為傳輸線變壓器的輸入阻抗為 ：傳輸線變壓器把負(fù)載傳輸線變壓器把負(fù)載RL變換為變換為RL/4，實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了1：4的阻抗變換。的阻抗變換。 如果把輸入端和輸出端對(duì)調(diào)就成為如果把輸入端和輸出端對(duì)調(diào)就成為4 4：1 1

31、傳輸線變壓器。傳輸線變壓器。4 4：1 1傳輸線變傳輸線變壓器把負(fù)載阻抗升高壓器把負(fù)載阻抗升高4 4倍和信號(hào)源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器倍和信號(hào)源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器具有具有4 4：1 1的阻抗變換作用。的阻抗變換作用。 ii2i1iii 1 + i2L2uiRL1 3L2242RuuZuiR例例 求解下圖輸入阻抗求解下圖輸入阻抗Ri和負(fù)載和負(fù)載RL的關(guān)系。的關(guān)系。解：1) 分析B點(diǎn)電流和電壓。IB=I12+I56+I78=3IVB=U24=URL=VB/IB=U/3I2) 分析A點(diǎn)電流和電壓。IA=I12=IVA=U13+U57+U24=3URi=VA/IA=3U/

32、I因此Ri=9RL3.7 功率合成自學(xué)）功率合成自學(xué)） 利用多個(gè)功率放大電路同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行利用多個(gè)功率放大電路同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大放大, 然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號(hào)相加然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號(hào)相加, 這樣這樣得到的總輸出功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)功放電路的得到的總輸出功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術(shù)。輸出功率，這就是功率合成技術(shù)。 利用功率合成技術(shù)可以獲得幾百瓦甚至上千利用功率合成技術(shù)可以獲得幾百瓦甚至上千瓦的高頻輸出功率。瓦的高頻輸出功率。 理想的功率合成器要求：理想的功率合成器要求： (1) 應(yīng)具有功率合成的功能；應(yīng)具有功率合成的功能；PALL=NP1 (2

33、) 還必須在其輸入端使與其相接的前級(jí)各還必須在其輸入端使與其相接的前級(jí)各率放大器互相隔離率放大器互相隔離, 即當(dāng)其中某一個(gè)功率放大器即當(dāng)其中某一個(gè)功率放大器損壞時(shí)損壞時(shí), 相鄰的其它功率放大器的工作狀態(tài)不受相鄰的其它功率放大器的工作狀態(tài)不受影響影響, 僅僅是功率合成器輸出總功率減小一些。僅僅是功率合成器輸出總功率減小一些。 利用傳輸線變壓器可以組成各種類型的功率分配器和功率合利用傳輸線變壓器可以組成各種類型的功率分配器和功率合成器成器, 且具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn)且具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn), 然后可進(jìn)一然后可進(jìn)一步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。步組成寬頻帶大功率高頻

34、功放電路。 圖中：圖中：17為寬頻功率放大器，為寬頻功率放大器，I、II、III為功率分配網(wǎng)絡(luò)，為功率分配網(wǎng)絡(luò)，IV、V、VI 為功率合成網(wǎng)絡(luò)為功率合成網(wǎng)絡(luò)ABCRRZR/2/2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII11200;ABDIIIII(2)2DAAPIUUIABAPPUI2DABAPPPP100CIP由于：由于：IA=IBABCRRZR/2/2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII122CUI R 1/ 2DAIII;0AABPI U P122ADDAIPI UUP112222ACAIUPIUP211( )24DDDCRRRR2413131234/ 2UUUUUU

35、ABCRRZR/2/2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII1200;DDABIIIII22211(2 )22CCAPIRI RIR22;AABBPI R PI RCABPPP00DDIPABCRRZR/2/2CCRZR22DCRZR1ADIII1BDIII2()ABAABBABAUUI RI RIIR 00DABIU2ABDDUUI R ()ABADDIIRI R2DADDI RI R(2)0DDAIRRABCRRZR/2/2CCRZR2/ 2SPUR/ 2ABSIIUR2/ 4ABSPPUR0DP 2ABUU1234NN3412UUU/()ASCDAIURRR/ 2ASAIURI

36、2/ 4AAASPI RUR2/DDIUR/ 4DDRR等效到等效到34端的端的RD為為 本章小結(jié)本章小結(jié) 1. 諧振功率放大器主要用來(lái)放大高頻大信號(hào)，其目的是為了諧振功率放大器主要用來(lái)放大高頻大信號(hào)，其目的是為了獲得高功率和高效率輸出的有用信號(hào)。高頻諧振功率放大電獲得高功率和高效率輸出的有用信號(hào)。高頻諧振功率放大電路可以工作在甲類、乙類或丙類狀態(tài)。相比之下路可以工作在甲類、乙類或丙類狀態(tài)。相比之下, 丙類諧振功丙類諧振功放的輸出功率雖不及甲類和乙類大放的輸出功率雖不及甲類和乙類大, 但效率高但效率高, 節(jié)約能源節(jié)約能源, 所以所以是高頻功放中經(jīng)常選用的一種電路形式。是高頻功放中經(jīng)常選用的一種電路