高频功率放大器Word格式文档下载.docx
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PO
2.效率:
η
3.功率增益:
Ap
第二章高频功率放大器的原理分析
利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。
根据放大器电流导通角|è
的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。
电流导通角|è
愈小，放大器的效率|?
愈高。
如甲类功放的|è
＝180o，效率最高也只能达到50％，而丙类功放的|è
＜90%，效率|?
可达到80％。
由技术指标要求总效率|?
大于75%，显然不能只用一级宽带功放，利用丙类谐振功放和宽带高频功放组成两级功率放大器。
2.1.丙类谐振功放
2.1.1．丙类谐振功放的特点
1.与低频功放相比
a.工作频率和相对频带不同
b.负载性质不同
c.工作状态不同
2.与小信号谐振放大器比较
a.对放大信号的要求不同
b.谐振网络的作用不同
图2.1
三种工作状态波形比较
2.1.2.丙类谐振功放的原理
1.电路原理
图2.2
丙类谐振功放电路
丙类功放的基极偏置电压-VBE是利用发射极电流的直流分量IE0在射极电阻RE2上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。
当放大器的输入信号vi'
为正弦波时，则集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。
利用谐振回路L2、C2的选频作用可输出基波谐振电压vc1、电流ic1。
2.工作原理
设输入ui为一余弦信号:
=
（2.1）
则三极管的发射结电压：
=
因为管子只在小半周期内导通，因而iB为脉冲电流。
放大后的iC也为脉冲电流。
根据傅氏级数展开得：
（2.2）
考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得：
（2.3）
因而：
（2.4）
图2.3丙类谐振功率放大器主要相关波形
波形分析：
（a）三极管输入特性
（b）基极脉冲电流及谐波分量
（c）集电极脉冲电流及谐波分量
（d）LC谐振回路两端电压波形
（e）晶体管集电极和发射极之间的瞬时电压波形
3.功率与效率
电源提供功率：
（2.5）
输出功率：
（2.6）
集电极功耗：
（2.7）
效率：
（2.8）
其中：
为集电极电压利用系数。
为集电极电流利用系数（波形系数）。
2.1.3丙类谐振功放的性能分析
1.动态线
——在以UBE作为参变量的三极管输出特性曲线上作出的交流负载线
图2.4
交流负载线
且有：
，
。
可见，动态线和VCC，
VBB，Uim，Ucm相关。
2.三种工作状态
图2.5
三种工作状态
改变UBE、UCE将使动态点移动，使谐振功放工作于不同的三种状态：
欠压状态：
①
临界状态：
②过压状态：
③欠压状态
3.负载特性
指VCC、VBB、Uim不变时，谐振负载RP变化对放大器性能的影响。
如图所示：
图2.5负载对放大器性能影响的曲线
观察集电极余弦脉冲变化，如图所示：
图2.6
Rp增大时的余弦脉冲波形
4.调制特性
集电极调制特性：
指VBB、Uim、RP固定，VCC变化对放大器性能的影响。
特点：
随着VCC增大，先后经历：
过压→临界→欠压且θ不变。
作为集电极调制时应工作于过压区
基极调制特性：
指VCC、Uim、RP固定，VBB变化对放大器性能的影响。
随着VBB增大，先后经历：
→临界→过压且θ增大。
作为基极调制时应工作于欠压区。
图2.7
调制特性
5.放大特性
指VCC、VBB、RP固定，Uim变化对放大器性能的影响。
随着Uim的增大，先后经历：
欠压→临界→过压且θ增大。
欠压时用于放大，过
压时用于限幅。
图2.8放大特性
2.1.4.丙类谐振功放电路
1.基极馈电电路
图2.9基极馈电电路
2.集电极馈电电路
图2.10集电极馈电电路
3.滤波匹配网络（输入与输出）
图2.11滤波匹配网络
2.2.宽带功放
如下图2-1所示，晶体管T组成的非谐振甲类功率放大器工作在线性放大状态。
其中R1为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。
R2为交流负反馈电
阻，一般为几欧至几十欧，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。
图2.12宽带功放电路
2.2.1静态工作点的确定：
（2-1）
（2-2）
（2-3）
（2-4）
2.2.2高频变压器：
上图2.12所示的高频变压器仍然是应用变压器的原理，依靠磁芯中的公共磁通将初级线圈的能量传输到次级线圈。
由变压器原理可知，宽带功放集电极的功率：
Pc=Ph/ηt（其中Ph为输出负载的实际功率，ηt为变压器的传输功率）。
第3章电路参数确定及元件选择
3.1.电路的确定
此电路由丙类谐振功放以及宽带功放组成
图2.13功率放大器总电路
丙类功放的输出回路采用了变压器耦合方式。
集电极谐振回路为部分接入，谐振频率为
或
谐振阻抗与变压器线圈匝数比为
（3.1）
（3.2）
（3.3）
3.2丙类功放计算
3.2.1确定工作状态
为获得较高的效率及最大输出功率，放大器的工作状态选为临界状态，取
，由式（2-15）得谐振回路的最佳负载电阻
（3.4）
由式（3.4）得集电极基波电流振幅
为
（3.5）
由式（3.5）得
（3.6）
（3.7）
其中，
由式（3.7）得电源供给的直流功率
为
（3.8）
由式（3.8）得放大器的转换效率
%
（3.9）
3.2.2谐振回路及耦合回路参数计算
由式（3.1）得输出变压器线圈匝数比为
取
若取并联谐振回路的电容C=100pF，得回路的电感为
L≈10μH现采用Φ10mm×
Φ6mm×
5mm的铁氧体磁环来绕制输出耦合变压器，已知其参数为
μ=100H/m，A=10mm2，l=25mm。
则计算初级线圈的总匝数N2。
N2≈8。
3.2.3基极偏置电路
加入
后，
，则
V。
由
=0.6V，得
取高频旁路电容
3.3宽带功放电路参数计算
3.3.1电路参数计算
宽带功放的输出功率
应等于下级丙类功放的输出功率，其输出负载
等于丙类功放的输出阻抗
，即
设高频变压器的效率
若
，取标称值为360Ω。
高频变压器匝数比为3，取次极匝数为2则初级匝数为6。
本宽带功放采用的是3DG6，设B=30，取功率增益
dB，则
3.3.2确定静态工作点
由上述计算结果得到静态（
）时晶体管的射极电位则
若取基极偏置电路的电流
，取标称值为2KΩ。
第4章电路仿真与调试
4.1电路仿真
用EWB软件仿真如图4-1所示：
图4.1电路仿真图
用示波器接入T2的发射极，调节Vi，使得Ic工作在欠压（图4-2），临界压（图4-3），过压（图4-4）三个状态图依次如下图所示：
图4.2欠压状态
图4.3临界状态
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