高频功率放大器的电路组成

封面5.5高频功率放大器的电路组成返回引言本页完引言

高频功率放大器的电路组成主要是介绍：

1、高频功率放大器的馈电电路，亦即电源供电电路的形式。高频功率放大器因为工作在高频谐振和大功率的状态下，其供电电路与低频电路有很大的区别，电源所处位置是有一定的原则的。

2、输出、输入与级间耦合回路。高频功率放大器一般工作在谐振状态，并尽量把功率传输给下一级或负载，但因为工作在非线性区，所以输出电阻是可变的，因而传输功率匹配有其自身的特点。又因为高频功率放大器的负载往往是天线，所以特别讨论当负载是天线时的耦合回路。返回学习要点本节学习要点和要求5.5高频功率放大器的电路组成1、了解高频功率放大器的馈电线路原则2、掌握高频功率放大器输出匹配网络的计算返回5.5高频功率放大器的电路组成一、馈电线路1、高频功率放大器的馈电原则继续本页完(1)VCC经管外电路输至集电极并产生直流电流IC0，该回路中除了晶体管的内阻外，应没有其他电阻消耗能量。IC0VCC(1)Icmn(3)(2)高频基波分量Icm1应通过负载回路，以产生所需的高频输出功率。因此，只应有Icm1在负载回路上产生电压降产生Vcm1。Icm1CL(2)(3)高频谐波分量Icmn在回路中应是接近短路的，不应消耗功率。(4)直流电源一定要放在靠近“地”电位的一端。IC0VCC(4)VBB2、实际的集电极馈电电路(1)串馈式集电极馈电电路

串馈式电路就是直流电源VCC、负载回路(LC谐振回路)和电子器件(晶体管)三部分是串联起来的。CLvCVCCC’+-L’串馈式集电极馈电电路5.5高频功率放大器的电路组成一、馈电线路

电路分析：

L’是高频扼流圈，它对直流IC0是短路的，但对高频呈现很大的阻抗，以阻止高频电流通过公用电源内阻产生高频能量的损耗和在各级之间的寄生耦合。

L’的选择要求是其阻抗远大于回路谐振阻抗RP。IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)

对于基波电流Icm1，LC谐振回路呈现很大的阻抗，因此在LC回路两端产生一个基波电压Vcm1。所以对于基波来说，LC回路是存在的。继续本页完2、实际的集电极馈电电路IC0VCC(1)Icmn(3)(1)串馈式集电极馈电电路Icm1CL(2)CLvCVCCC’+-L’Icm1，IcmnIcm1，IcmnIC0

电路分析：

C’是高频旁路电容，对高频呈现很小的阻抗，可以看成是短路，可使LC谐振回路的一端交流接地。

C’的选择要求是其阻抗远小于回路谐振阻抗RP。IC05.5高频功率放大器的电路组成一、馈电线路继续本页完2、实际的集电极馈电电路IC0VCC(1)Icmn(3)(1)串馈式集电极馈电电路Icm1CL(2)1、高频功率放大器的馈电原则：CLvCVCCC’+-L’Icm1，IcmnIcm1，IcmnIC0

电路分析：

对于基波电流Icm1，LC谐振回路呈现很大的阻抗，因此在LC回路两端产生一个基波电压Vcm1。所以对于基波来说，LC回路是存在的。IC0

对于谐波电流Icmn，LC谐振回路呈现很小的阻抗，基本不产生谐波电压Vcmn，对于谐波来说LC回路是短路的。5.5高频功率放大器的电路组成一、馈电线路(2)并馈式电路

一、馈电线路高频功率放大器的电路组成继续本页完2、实际的集电极馈电电路IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)1、高频功率放大器的馈电原则：(2)并馈式集电极馈电电路CLvCVCCC’+-L’C”VcmVcm

并馈式电路就是电子器件(晶体管)、负载回路(LC谐振回路)和直流电源VCC三部分是并联起来的。

高频扼流圈L’的分析

一、馈电线路高频功率放大器的电路组成继续本页完2、实际的集电极馈电电路IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)1、高频功率放大器的馈电原则：(2)并馈式集电极馈电电路CLvCVCCC’+-L’C”VcmVcm

电路分析：

L’是高频扼流圈，它对直流IC0是短路的，但对高频呈现很大的阻抗，以阻止高频电流通过公用电源内阻产生高频能量的损耗和在各级之间的寄生耦合。IC0

耦合电容C”的分析

一、馈电线路高频功率放大器的电路组成继续本页完2、实际的集电极馈电电路IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)1、高频功率放大器的馈电原则：(2)并馈式集电极馈电电路CLvCVCCC’+-L’C”VcmVcm

电路分析：IC0

C”为隔直和高频耦合电容，基波Icm1和谐波Icmn均可通过。LC回路对基波Icm1呈现大阻抗，产生基波电压Vcm，等效电路如图(2)所示。对于谐波Icmn，LC相当于短路，基本不产生谐波电压Vcmn，等效电路如图(3)所示。Icm1、Icmn

电源位置的要求

一、馈电线路高频功率放大器的电路组成继续本页完2、实际的集电极馈电电路IC0VCC(1)Icmn(3)Icm1CL(2)1、高频功率放大器的馈电原则：(3)电源VCC位置确定原则CLvCVCCC’+-L’C”VcmVcmIC0

VCC一定要放在靠近“地”电位的一端，这是由于电源VCC与“地”之间有一定的杂散电容，而且比较大，这样放置使电源的杂散电容不影响LC回路，不会限制了电路的最高频率。Icm1、Icmn3、实际基极馈电电路

一、馈电线路高频功率放大器的电路组成继续本页完2、实际的集电极馈电电路1、高频功率放大器的馈电原则：3、实际基极馈电电路串馈式基极馈电电路

同理可得高频功率放大器的基极馈电电路。VBBC’+-L’VBBC’+-C”并馈式基极馈电电路

工作原理与集电极馈电电路相似，同学们自行阅读教材。二、输出匹配网络

1、输出匹配网络的作用

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完1、输出匹配网络的三个作用(1)使负载阻抗与放大器所需的最佳阻抗匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大，它起着匹配网络的作用。RL四端网络放大器RsZiZ0(2)抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它有良好的滤波作用。(3)在有几个电子器件同进输出功率的情况下，保证它们都能有效地传送功率到负载，但同时又应尽可能使这几个电子器件彼此隔离互不影响。

例如：同一天线发射几套电视节目等。2、输出匹配网络的工作原理

(1)输出匹配网络的组成

(2)负载的组成

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完2、输出匹配网络工作原理

本电路是天线（负载）回路通过互感形式与集电极调谐回路相耦合。天线发射复合输出回路C1L1r1CnLnCARAML2RL四端网络放大器RsZiZ0(1)输出匹配网络的组成L1C1R1并联谐振回路；

LnCn串联谐振回路；

L1L2变压器耦合回路。(2)负载(天线等效电路)的组成CA天线等效电容RA天线的辐射电阻Cn和Ln的作用。

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完2、输出匹配网络工作原理天线发射复合输出回路C1L1r1CnLnCARAML2RL四端网络放大器RsZiZ0

L1C1R1并联谐振回路；

LnCn串联谐振回路；

L1L2变压器耦合回路。(2)负载(天线等效电路)的组成(1)输出匹配网络的组成

调节Cn和Ln，配合CA使次级回路处于串联谐振，令天线回路电流达到最大值，使天线辐射功率最大。CA天线等效电容RA天线的辐射电阻(3)输出匹配网络的参数

反射阻抗r’

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理C1L1r1CnLnCARAML2(3)输出匹配网络的参数C1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路r’=——ω2M2RA

此式可参考教材P69式(3.5.6)或课件第三章第四节P14。

这时L1C1回路的并联等效回路谐振阻抗为RP=————C1(r1+r’)L1Rp’

RP等效至集电极回路的阻抗R’P为

R’P=p2RP=p2

————C1(r1+r’)L1Rp

输出匹配网络的参数主要研究L1、C1、r1、RA、M以及接入系数p之间的关系，以确定阻抗匹配的条件。

谐振阻抗

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理C1L1r1CnLnCARAML2(3)输出匹配网络的参数C1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路r’=——ω2M2RARp’

R’P=p2RP=p2

————C1(r1+r’)L1Rp

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA

上式说明，改变M就可以在不影响回路谐振频率的情况下调节R’P，以达到阻抗匹配的目的。(4)高频功率放大器的阻抗匹配

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理C1L1r1CnLnCARAML2(3)输出匹配网络的参数C1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路r’=——ω2M2RARp’Rp

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA(4)高频功率放大器阻抗匹配的概念

在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，使电子器件送出额定的输出功率Po至负载。

改变M或Cn，使输出至天线的功率达到设计所要求的功率，即为阻抗匹配。

因为高频功率放大器是工作在非线性区（丙类状态），因而令放大器的输出电阻变动剧烈，所以低频功率放大器的阻抗匹配概念不适用。(5)输出匹配网络的效率

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理(5)输出匹配网络的效率ηk（亦称中介回路传输效率）C1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路r’=——ω2M2RARp’Rp

RP=——————L1C1(r1+——)ω2M2RAηk的定义：

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA

反射电阻r’反映了天线回路辐射时消耗的能量，要使天线尽可能获得发射功率，则r’应越大。衡量回路传输能力的标准是中介回路传输效率ηk

。

ηk=———————————回路送至负载r’的功率Po电子器件送至回路的总功率P

效率的推导

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理(5)输出匹配网络的效率ηk（亦称中介回路传输效率）C1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路r’=——ω2M2RARp’Rp

RP=——————L1C1(r1+——)ω2M2RAηk的定义：

R’P=p2

——————L1C1(r1+——)ω2M2RA=————Ik2r’Ik2(r’+r1)=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηk=———————————回路送至负载r’的功率Po电子器件送至回路的总功率P

结论一：匹配回路本身损耗r1越小，传输效率ηk越高。

效率的推导

二、输出匹配网络高频功率放大器的电路组成继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理(5)输出匹配网络的效率ηk（亦称中介回路传输效率）ηk的定义：=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηk空载时L1C1谐振阻抗Rp0=——L1C1r1有载时L1C1谐振阻抗C1(r1+r’)Rp=————L1两式相除得——=——r1r1+r’RpRp0C1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路

效率的推导

二、输出匹配网络继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理(5)输出匹配网络的效率ηk（亦称中介回路传输效率）ηk的定义：=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηk——=——r1r1+r’RpRp0同理空载L1C1回路Q值为Q0=——ωL1r1有载时L1C1回路的Q值为r1+r’QL=———ωL1C1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路两式相除得——=——r1r1+r’QLQ0高频功率放大器的电路组成

效率与RP和Q的关系式

二、输出匹配网络继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理(5)输出匹配网络的效率ηk（亦称中介回路传输效率）ηk的定义：=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηk——=——r1r1+r’RpRp0C1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路——=——r1r1+r’QLQ0=———r’r’+r1

ηk=1-———r1r1+r’

ηk=1-——RpRp0=1-——QLQ0高频功率放大器的电路组成Q值选取的考虑

二、输出匹配网络继续本页完1、输出匹配网络的作用2、输出匹配网络工作原理(5)输出匹配网络的效率ηk（亦称中介回路传输效率）=———r’r’+r1=——————(ωM)2r1RA+(ωM)2

ηkC1L1r1r’ik谐振时L1C1等效电路

ηk=1-——RpRp0=1-——QLQ0

有载QL值的选取按传输效率观点应越小越好，但从回路滤波作用良好来考虑，则QL值又应足够大。从兼顾这两方面出发，QL值一般不应小于10。但在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。

结论二：要想回路的传输效率高，则空载Q0值越大越好，有载QL值越小越好，也就是说，中介回路即匹配回路本身损耗r1越小越好。在广播波段，线圈的Q0值约为100~200。高频功率放大器的电路组成三、输出匹配网络的计算

分析题目

三、输出匹配网络的计算高频功率放大器的电路组成继续本页完解：由上例知回路的阻抗例：图所示电路中，初、次级回路都谐振于工作频率1MHz，幅射电阻RA=37Ω，VCC=24V，Po=2W，(工作条件与本章第二节课件例题相同，见教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶体管。试求M、L1与C1之值应为多少，才能使天线与3DA1相匹配。设Q0=100，QL=10，回路接入系数p=0.2。

L1C1并联谐振回路的有载回路阻抗为

所以R’P=p2

QLωL1C1L1r1CnLnCARAML2Rp’2.现要求初级线圈的L1值，必须把R’P与L1联系起来。R’P=V2cm/2Po=126.5ΩRP=QLωL11.回路的阻抗R’P=126.5Ω是集电极有载等效阻抗。

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0

计算L1和C1

三、输出匹配网络的计算高频功率放大器的电路组成继续

所以R’P=p2QLωL1C1L1r1CnLnCARAML2Rp’

得L1=R’P/p2QLω=————————H126.50.22×10×2π×106=50.3μH

根据谐振频率公式得C1=1/ω2L1=————————F(2π×106)2×50.3

×10-61=504pF

L1和C1均已求出，现只剩下求M了。本页完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：图所示电路中，初、次级回路都谐振于工作频率1MHz，幅射电阻RA=37Ω，VCC=24V，Po=2W，(工作条件与本章第二节课件例题相同，见教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶体管。试求M、L1与C1之值应为多少，才能使天线与3DA1相匹配。设Q0=100，QL=10，回路接入系数p=0.2。

分析如何求M

三、输出匹配网络的计算高频功率放大器的电路组成继续

所以R’P=p2QLωL1

得L1=R’P/p2QLω=————————H126.50.22×10×2π×106=50.3μH`

根据谐振频率公式得C1=1/ω2L1=————————F(2π×106)2×50.3

×10-61=504pF

L1和C1均已求出，现只剩下求M了。C1L1r1r’ikr’=——ω2M2RA1.要求出M，必须求r’。2.要求出r’

，必须求r1

。Q0=——ωL1r1本页完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：图所示电路中，初、次级回路都谐振于工作频率1MHz，幅射电阻RA=37Ω，VCC=24V，Po=2W，(工作条件与本章第二节课件例题相同，见教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶体管。试求M、L1与C1之值应为多少，才能使天线与3DA1相匹配。设Q0=100，QL=10，回路接入系数p=0.2。

求出r‘反射阻抗

三、输出匹配网络的计算高频功率放大器的电路组成继续

根据空载时Q0值公式得

输出匹配网络效率公式=28.44Ω

C1L1r1r’ikr’=——ω2M2RAQ0=——ωL1r1

L1=50.3μHr1=——ωL1Q0=————————Ω1002π×106×50.3×10-6=3.16Ω=———r’r’+r1

ηk=1-——QLQ0

所以

r’=r1(——-1)Q0QL=3.16(——-1)Ω10010本页完

ηk=——r’r’+r1=1-—QLQ0例：图所示电路中，初、次级回路都谐振于工作频率1MHz，幅射电阻RA=37Ω，VCC=24V，Po=2W，(工作条件与本章第二节课件例题相同，见教材P192例5.3.1)，且使用3DA1晶体管。试求M、L1与C1之值应为多少，才能使天线与3DA1相匹配。设Q0=100，QL=10，回路接入系数p=0.2。

求出M

三、输出匹配网络的计算高频功率放大器的电路组成继续本页完

根据空载时Q0值公式得

输出匹配网络效率公式C1L1r1r’ik