根據(jù)相對(duì)工作頻帶的寬窄不同，高頻功率放大器可分為窄帶型和寬帶型兩大類。

1. 窄帶型高頻功率放大器

通常采用諧振網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載，又稱為諧振功率放大器。

為了提高效率，諧振功率放大器一般工作于丙類狀態(tài)或乙類狀態(tài)，近年來(lái)出現(xiàn)了工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的丁類狀態(tài)的諧振功率放大器。

2. 寬帶型高頻功率放大器

采用傳輸線變壓器作負(fù)載。

傳輸線變壓器的工作頻帶很寬，可以實(shí)現(xiàn)功率合成。

1.輸出功率:PO

2.效率:η

3.功率增益:Ap

1.2 諧振功率放大器的工作原理

一、丙類諧振功率放大器電路

電路圖如1-1所示

圖1-1 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)。

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。

VBB:基極直流電壓

作用:保證三極管工作在丙類狀態(tài)。

VBB的值應(yīng)小于放大管的導(dǎo)通電壓Uon;通常取VBB≤0。

VCC: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。

二、丙類諧振功率放大器的工作原理

ui→uBE→iB→iC→uC

ui為余弦電壓， 可表示為ui=UimCOSωct

則:uBE= VBB+ui= VBB+ UimCOSωct

根據(jù)三極管的轉(zhuǎn)移特性可得到集電極電流iC，為余弦脈沖波，如圖4-2所示:

圖1-2 iC波形

根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)的理論，iC可分解為:

ic=Ico+iC1+iC2+iC3+………+iCn+………

式中:Ico為直流電流分量

iC1為基波分量;iC1=Icm1COSωct

iC2為二次諧波分量;iC2=Icm2COS2ωct

iCn為n次諧波分量;iCn=IcmnCOSnωct

其中，它們的大小分別為:

Ico=iCmax·α0(θ)

Icm1=iCmax·α1(θ)

Icmn=iCmax·αn(θ)

iCmax是ic波形的脈沖幅度。

αn(θ)的大小可根據(jù)余弦脈沖分解系數(shù)表查。

Ic信號(hào)的導(dǎo)電角可以用下面的公式進(jìn)行計(jì)算

當(dāng)iC信號(hào)通過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于諧振網(wǎng)絡(luò)的作用，可得其諧振網(wǎng)絡(luò)壓降為:

uc=RIcm1COSωct=UcmCOSωct

uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct

各信號(hào)的波形如圖1-3所示:

圖1-3 波形圖

三、功率關(guān)系

直流功率:PV=VCCICO

輸出功率:PO= Icm1Ucm

放大管功耗:PT=PV-PO

效率:η= PO/PV

丙類諧振功率放大器的性能分析

一、丙類諧振功率放大器的工作狀態(tài)

欠壓狀態(tài):管子導(dǎo)通時(shí)均處于放大區(qū);

臨界狀態(tài):管子導(dǎo)通時(shí)從放大區(qū)進(jìn)入臨界飽和;

過(guò)壓狀態(tài):管子導(dǎo)通時(shí)將從放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū);

在實(shí)際工作中，丙類放大器的工作狀態(tài)不但與Ubm有關(guān)，還與VCC、VBB和R有關(guān)。

在丙類諧振功放中，工作狀態(tài)不同，放大器的輸出功率和管耗就大不相同，因此必須分析各種工作狀態(tài)的特點(diǎn)，以及Ubm、VCC、VBB和R的變化對(duì)工作狀態(tài)的影響，即對(duì)丙類諧振功放的特性進(jìn)行分析。

二、丙類諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)線

1.基本概念:

大信號(hào)的功率放大器一般采用圖解法進(jìn)行分析，為此就要在輸出特性曲線上作出交流負(fù)載線。

由于諧振功放的集電極負(fù)載是諧振回路，且共集電極電壓與集電極電流的波形截然不同，因此其交流負(fù)載線已不是直線了，是一條曲線，又稱為動(dòng)態(tài)線。

2.動(dòng)態(tài)線的作法:

三極管的輸出特性曲線轉(zhuǎn)上的參變量iB換成uBE，在VBB、VCC、Ucm和Ubm保持不變的情況下，假設(shè)ωct取不同的值，根據(jù)式uBE=VBB+ UbmCOSωct和uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct可得以相對(duì)應(yīng)的uBE和uCE值，從而確定輸出特性曲線上的各個(gè)"動(dòng)態(tài)點(diǎn)"，然后依次連接各個(gè)"動(dòng)態(tài)點(diǎn)"就可以得到動(dòng)態(tài)線。其圖形如1-4所示。

圖1-4 動(dòng)態(tài)線

3.不同工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)線

如圖1-5所示

圖1-5 不同狀態(tài)的動(dòng)態(tài)線

丙類諧振功放在不同狀態(tài)的動(dòng)態(tài)線動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊

4.根據(jù)動(dòng)態(tài)線分析放大器的特性

(1)放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，ic波形會(huì)出現(xiàn)下凹。

(2)動(dòng)態(tài)線、放大器的工作狀態(tài)與VBB、VCC、Ucm和Ubm的大小有關(guān)系。

三、丙類諧振功率放大器的特性

負(fù)載特性:

基極調(diào)制特性:

調(diào)制特性

集電極調(diào)制特性:

放大特性:

1.負(fù)載特性:

負(fù)載特性是指放大器在VBB、VCC和Ubm不變時(shí)，隨R變化的特性

(1)工作狀態(tài)的變化

隨著R從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→過(guò)壓狀態(tài)變化

(2)ic波形的變化

隨著R增大，ic的變化如圖1-6所示

圖1-6 ic隨R變化的特性

(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性

如圖1-7所示

圖1-7 Ucm、Ico、Icm1隨R的變化

(4)PO、PV、Pc、η的變化特性

如圖1-8所示

圖1-8 PO、PV、Pc、η的變化特性

負(fù)載特性動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊

2.基極調(diào)制特性

基極調(diào)制特性是指放大器在R、VCC和Ubm不變時(shí)，隨VBB變化的特性

(1)工作狀態(tài)的變化

隨著VBB從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→過(guò)壓狀態(tài)變化

(2)ic波形的變化

如圖4-9所示

圖1-9 ic隨VBB的變化特性

(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性 如圖1-10所示

圖1-10 Ucm、Ico、Icm1的變化特性

基極調(diào)制特性動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊

3.集電極調(diào)制特性

集電極調(diào)制特性是指放大器在VBB、R和Ubm不變時(shí)，隨VCC變化的特性

(1)工作狀態(tài)的變化

隨著VCC從小變大，放大器將由過(guò)壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→欠壓狀態(tài)變化

(2)ic波形的變化

如圖1-11所示

圖1-11 ic隨VCC變化的特性

(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性

如圖1-12所示

圖1-12 Ucm、Ico、Icm1的變化特性

集電極調(diào)制特性動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊

4.放大特性

放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不變時(shí)，隨Ubm變化的特性

(1)工作狀態(tài)的變化

隨著Ubm從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→過(guò)壓狀態(tài)變化

(2)ic波形的變化

如圖1-13所示

圖1-13 ic隨Ubm的變化特性

(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性

如圖1-14所示

圖1-14 Ucm、Ico、Icm1的變化特性

基極調(diào)制特性動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊

顧名思義,高頻功率放大器用于放大器高頻信號(hào)并獲得足夠大的輸出功率,常又稱為射頻功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。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。

1.采用諧振網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載。

2.一般工作在丙類或乙類狀態(tài)。

3.工作頻率和相對(duì)通頻帶相差很大。

4.技術(shù)指標(biāo)要求輸出功率大、效率高。

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。

①高效率輸出 ②高功率輸出

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:為激勵(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。

高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗Rp、激勵(lì)電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個(gè)參量決定的。如果VCC、VBB、vb 3個(gè)參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)載電阻Rp決定。此時(shí)，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨Rp而變化的特性，就叫做放大器的負(fù)載特性。

欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負(fù)載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。

過(guò)壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過(guò)壓時(shí)，效率可達(dá)最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機(jī)的中間級(jí)、集電極調(diào)幅級(jí)常采用這種狀態(tài)。

臨界狀態(tài)的特點(diǎn)是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說(shuō)是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機(jī)的末級(jí)常設(shè)計(jì)成這種狀態(tài)，在計(jì)算諧振功率放大器時(shí)，也常以此狀態(tài)為例。

高頻功放和其它放大器一樣，其輸入和輸出端的管外電路均由直流饋線電路和匹配網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。諧振功放的實(shí)際電路包括有饋電電路、輸入輸出端的匹配電路。無(wú)是直流電路還是高頻電路，都應(yīng)符論合下述三條原則:(1)對(duì)直流電源不能被短路，直流電路必須有通路，以保證將能加到集電極;

(2)負(fù)載電壓基波不能被短路，且電流也必須有通路，以保證回路輸出有高頻功率;

(3)高頻電流不能通過(guò)直流電源(但直流可通過(guò)線圈回路)，以免產(chǎn)生寄生偶合與高頻損耗。

要滿足上述原則，可在電路中接入一些輔助元件，以構(gòu)成諧振功率放大器的實(shí)際電路。