高频电子线路交大上课课件

1、6.4 谐振功率放大电路谐振功率放大器是由输入回路、晶体管和输出回路组成。输入、输出回路在谐振功率放大器中的作用是：1）提供放大器所需的正常偏置；2）实现滤波(调谐于基波频率)；3）保证阻抗匹配。可认为它由直流馈电电路和匹配网络两部分组成。6.4.1直流馈电电路直流馈电线路包括集电极馈电和基极馈电线路。1.集电极馈电电路图6-7是集电极馈电线路的两种形式：串联馈电线路和并联馈电线路。图6-7(a)中晶体管、负载回路、电源三者是串联的,故称为串联馈电。图6-7(b)中晶体管、电源、谐振回路三者是并联连接的,故称为并联馈电。 (a) 串联馈电 (b) 并联馈电图 6-7 集电极馈电线路两种形式2.

2、基极馈电电路（1） (a) 串联馈电 (b) 并联馈电图 6-8（1）基极馈电线路两种形式图6-8(1)是基极馈电线路的两种形式: 串联馈电线路和并联馈电线路。 图6-8(a)中晶体管、输入回路、电源是串联的,故称为串联馈电。图 6-8(b) 中晶体管、输入回路、电源是并联连接的, 故称为并联馈电。（2）基极馈电线路提供偏压的方法：一是由电源分压；二是自给偏压。自给偏压如图图 6-8（2）所示。 图 6-8（2）自给偏压基极馈电线路 其中：利用基极电流的直流分量IB0在基极偏置电阻上产生所需的偏置电压VBB。利用基极电流在基极扩散电阻上产生所需的VBB 。但由于基极扩散电阻一般较小，造成所得的

3、VBB也较小，且不够稳定。一般只有在需要较小VBB时才采用这种电路 。利用发射极电流的直流分量IE0在发射级偏置电阻Re上产生所需的VBB 。能自动维持放大器的工作稳定。6.4.2.匹配网络 高频功放的级与级之间或放大器与负载之间都要采用一定形式的回路，且一般是四端网络。如果该网络是用以与下级放大器的输入端相连接，则称之为级间耦合网络或下级的输入匹配网络；若该网络是用以输出功率至负载，则称之为输出匹配网络。1.匹配网络的特点匹配网络应具有这样的几个特点: (1) 以保证放大器工作在要求的状态, 即起到阻抗变换作用;(2 ) 抑制工作频率范围以外的频率, 即有良好的滤波作用。2.匹配网络的分类：

4、大多数发射机为波段工作，匹配网络分为输入匹配网络（级间耦合网络）和输出匹配网络，几种常用的LC匹配网络如图6-9所示。 (a) L型 (b) T型 (c) 型图6-9 几种常用的LC匹配网络3. L型匹配网络 (a) L-I型网络 (b) L-型网络 图6-10 L型匹配网络4. L型匹配网络的具体电路L-I型网络：适合rLRP的情况 图6-11(b) L型匹配网络的具体电路6.5 宽频带高频功率放大器 谐振式高频功率放大器的优点是效率高。但是调谐繁琐,调谐速度慢,不能适应现代通信发展的要求。对于要求工作于多个频道,快速换频的发射机、电子对抗系统中有快速跳频技术要求的发射机、多频道频率合成器构

5、成的发射机等,都要求采用快速调谐跟踪的放大器。显然,谐振式高频功率放大器是不能满足要求的。因此,宽频带放大技术在高频放大中的应用非常重要。宽频带高频功率放大器的频带可以覆盖整个发射机工作频率范围,所以在发射机变换工作频率时不需要进行调谐。 最常见的宽频带高频功率放大器是利用宽频带变压器做输入、输出或级间耦合电路 ,并实现阻抗匹配。宽频带变压器有两种形式：一种是利用普通变压器原理,只是采用高频磁芯来扩展频带,它可以工作在短波波段；另一种是利用传输线原理的所谓传输线变压器,其频带可以做得很宽。 6.6.1 高频传输线变压器的特性及原理 传输线变压器是在变压器理论基础上发展起来的新元件。它用高频性能

6、良好的、高导磁率的铁氧体材料作为磁芯 ,用相互绝缘的双导线均匀地在矩形截面的环形磁芯上绕制而成,如图6-14所示。磁环的直径根据传输的功率和所需电感的大小决定,一般为(10-30)mm, 磁芯材料分为锰锌和镍锌两种,频率较高时,以镍锌材料为宜。这种变压器的结构简单、轻便、价廉、频带很宽（从几千赫至几百兆赫）。图 6-14 1:1传输线变压器1.传输线变压器图 6-15是1:1高频传输线变压器的示意图。可看出,它是将两根等长的导线紧靠在一起双线并绕在磁环上,其接线方式如图所示。信号电压由1、3端加到传输线变压器,经过传输线的传输,在2、4端将能量馈给负载。 图 6-15 1:1传输线变压器的等效

7、电路 图6-16 普通变压器的电路形式 图6-16是普通变压器的电路形式。由于传输线变压器的2端和3端接地,所以这种变压器相当于一个倒相器。实际上传输线变压器和普通变压器传递能量的方式是不相同的。对于普通变压器来说 ,信号电压加于初级绕组的1、2端,使初级线圈有电流流过,然后通过磁力线,在次级3、4端感应出相应的交变电压，将能量由初级传递到次级负载上。而传输线方式的信号电压却加于1、3端，能量在两导线间的介质中传播,自输入端到达输出端的负载上。当信号源加入 1、3端时，由于传输线间电容的存在，信号源对电容充电，使电容储存电场能。电容通过临近电感放电，使电感储存磁场能。即电场能转变为磁场能。然后

8、电感又向后面的电容进行能量交换，磁场能转换成电场能。电容又与后面的电感进行能量交换,如此往复下去。输入信号就以电磁能交换的形式,自始端传输到终端,最后被负载吸收。 在传输线变压器中 ,线间分布电容不是影响高频能量传输的不利因素，而是电磁能转换的条件。此外，电磁波主要是在导线间介质中传播，因此磁芯损耗对信号传输的影响也就大为减少。传输线变压器的最高工作频率就可以有很大的提高，从而实现宽频带传输的目的。严格地说,传输线变压器在高频段和低频段上,传送能量的方式是不同的。在高频时,主要通过电磁能变替变换的方式传送。在低频时,将同时通过传输线方式和磁耦合方式进行传送。频率越低,传输线传输能量的效率就越差

9、,更多地依靠磁耦合方式来进行传送。 2. 1:1传输线变压器如图6-15所示的传输线变压器称为1:1传输线变压器,又称为倒相变压器。根据传输线理论,当传输线为无损耗传输线,且负载阻抗RL等于传输线特性阻抗ZC时,传输线终端电压U2与始端电压Ul的关系为 U2=Ul exp(-jl) 式中 ,=2/为传输线的相移常数,单位为rad/m.为工作波长,l为传输线的长度。如果传输线的长度很短,满足l1,则exp (-jl)1,于是U2 =U1 ,即传输线输入端电压UI 与输出端电压U2的幅值相等,相位近似相同。同理,I1 =I2。在2端与3端接地的条件下,则负载RL上获得一个与输入端幅度相等、相位相反

10、的电压,即 U-U实现变压器与负载匹配的条件是 ZC=RL，实现信号源与传输线变压器匹配的条件是ZC =RS，显然，1:1传输线变压器的最佳匹配条件是ZC=RS=RL。(ZC为传输线特性阻抗，RL为负载阻抗， RS为电源内阻)负载RL上获得的功率为： Po=I2 RL 而 Il=I2 ,则 Po=I2RL = US/(RS+ZC)2 RL 在RL=ZC=RS的条件下,在RL上可获得最大功率。 在各种放大电路中，RL正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，1:1传输线变压器更多的是用来作为倒相器。3. 1:4阻抗变换传输线变压器图 6-17 1:4阻抗变换传输线变压器1: 4阻抗变换可用图6-1

11、7所示的电路来组成。4:1传输线变压器起到1:4阻抗变换器的作用,即Rs:R L =4:1。下面仅就理想、无损耗传输线的电压、电流关系来说明最佳匹配条件和阻抗变换关系。由于无损耗传输线在匹配条件下 ,Ul=U2和I1=I2,得 Zi =U1/（I1+I2）=U1/2I1 =ZC/2 RL=（U1+U2）/I2=2U1/I1 =2ZC (其中Zi为1、3端向右看过去的输入阻抗， ZC为传输线特性阻抗)所以 ,在最佳匹配条件下,Rs=Zi=Zc/2=RL/4，这个传输线变压器相当于1:4阻抗变换器。4. 4:1阻抗变换传输线变压器图6-184:1阻抗变换传输线变压器 4:1阻抗变换可用图6-18所示的电路