第六章 高频功率放大器高频电子技术-.docVIP

高频电子技术 第六章 高频功率放大器 §6.1 概述 为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。如发射机中，振荡器产生的高频振荡功率往往很小，因此在后面要经过一系列放大——缓冲级、中间放大级、末级功率放大器，才能获得足够的高频功率，然后从天线将信号发送出去。 高频功率放大器的工作频率很高，且工作时要求其频带很窄，如调幅广播电台（535~1605kHz频段范围），每个台的频带宽度为10kHz，与1000kHz左右的工作频率相比，仅相当于百分之一。因此，高频功率放大器的负载一般都是选频网络（选择有用信号，滤除干扰）。 §6.2 谐振功率放大器的工作原理 晶体管的工作频率范围分为三部分： 低频区：（截止频率，放大倍数下降为低频值的） 中频区：（特征频率，放大倍数下降为1时的频率） 高频区： 中频区需要考虑晶体管结电容的作用，高频需进一步考虑电极引线电感的作用，分析和计算都非常困难。因此，从低频区入手来进行分析。 6.2.1 获得高效率所需要的条件(P206) 则 定义集电极效率 可见，如果能降低集电极耗散功率，则集电极效率就会提高，给定直流电源提供功率时，晶体管的交流输出功率就会增加。 由可知 如果（甲类功放），则，如果（丙类功放）则得到，可见，从20%提高到75%，输出功率则提高12倍。 ************************************************************************************** 甲类功放：通角180°，晶体管完全工作在线性区，交流大信号完全通过晶体管传递到下一级； 乙类功放：通角90°，晶体管部分工作在线性区，部分工作在截止区，交流大信号半波通过晶体管； 丙类功放：通角小于90°，晶体管小部分工作在线性区，大部分工作在截止区，交流大信号半波的一部分通过晶体管； 丁类功放：固定通角为90°，且工作于开关状态：导通时，进入饱和区，内阻接近于0；截止时，电流为0，内阻接近无穷大。 ************************************************************************************** 如何提高输出功率和效率，减少集电极损耗？ 晶体管集电极的耗散功率在任意时间总是等于瞬时集电极电压与瞬时集电极电流的乘积。如果使只有在最低的区间内才能通过，那么集电极的耗散功率就可以大为减少，即集电极电流应为脉冲状。 对于图6.2.1（P208）的晶体管来说，若直流偏置反偏，则信号仅在其为正值的一部分区间内，有集电极电流产生。 图6.2.2（P208） 图（a）中（晶体管理想化为一条曲线，交横轴于，称为截止电压或起始电压），是一个周期内集电极电流的流通角（称为半流通角或截止角），简称通角。 设 则当时，，即，可得 注意：集电极电流是脉冲型，由傅里叶变换可知，它包含很多谐波成分，但集电极的负载为并联谐振回路组成的选频网络，若谐振回路谐振于基频，则它对基频呈现很大的纯电阻，对谐波则阻抗很小，可认为短路，因此并联谐振回路仅对基频有很大的压降，这样就滤除了其他频率分量，虽然失真很大，但由于谐振回路的作用，仍然能得到正弦波形的输出。 由于并联谐振回路对基频呈现较大的纯电阻，因此当集电极电流最大时，负载两端的压降（）也最大（），因此集电极电压（）取最小值，即集电极两端电压和基极电压的相位相差，如图6.2.2（b）所示，由图中可见，集电极电流仅在集电极两端电压很小的一段时间内通过，因此集电极耗散功率减小，集电极效率自然提高。 为了提高效率，继续增大基极反偏电压，其余量不变，则的流通角继续减小，越小，效率越高，但同时也会导致输出从直流得到的功率减小，使输出功率减小，因此，输出功率与集电极效率相互矛盾，为了兼顾输出功率与效率，通角一般选择在左右。 例6.2.1（P209） 6.2.2 功率关系 根据图6.2.1和图6.2.2可知 集电极的电压 基极电压 (略去通常很小的直流电阻的压降，设集电极回路谐振于信号频率) 集电极电流可以分解为傅里叶级数： 直流电源提供的功率 回路对基频谐振，呈纯电阻，对其他谐波则呈容性，阻抗很小，因此可以认为输出功率由基频电流和电压产生： 显然集电极耗散功率为 集电极效率 其中为集电极电压利用系数，为波形系数，它是通角的函数，越小，越大（越小，集电极效率越高）。 上式说明，越大（越大），通角越小，集电极效率越高。 §6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法 6.3.1 晶体管特性曲线的理想化及解析式 对高频放大器进行分析的方法：图解法和折线分析法 图解法对电子管进行分析准确度较高，而晶体管离散性大，因此不适用； 因此对晶体管使用折线分析法进行分析。 折线分析法：将电子器件的特性