射频功率放大器电路结构讲解材料课件

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1、3.2射频功率放大器电路结构3.2.1射频功率放大器的分类射频功率放大器的工作频率很高（从几十兆赫兹一直到几百兆赫兹，甚至到几吉赫兹），按工作频带分类，可以分为窄带射频功率放大器和宽带射频功率放大器。窄带射频功率放大器的频带相对较窄，一般都采用选频网络作为负载回路，例如LC谐振回路。宽带射频功率放大器不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作为负载。这样它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。射频功率放大器按照电流导通角的不同分类，可分为甲（A）、乙（B）、丙（C）三类。甲类放大器电流的导通角=180°，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的导通角

2、=90°；丙类放大器电流的导通角<90°。乙类和丙类都适用于大功率工作状态。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。射频功率放大器大多工作于丙类状态，但丙类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小。射频功率放大器除了以上几种按电流导通角来分类以外，还有使功率器件工作于开关状态的丁（D）类放大器和戊（E）类放大器。丁类放大器的效率高于丙类放大器，理论上可达100％，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗（集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。如果在电路上加以

3、改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则丁类放大器的工作频率可以提高，即构成所谓的戊类放大器。这两类放大器是晶体管射频功率放大器的新发展。射频功率放大器按工作状态分类可分为线性放大和非线性放大两种。线性放大器的效率最高也只能够达到50％，而非线性放大器则具有较高的效率。射频功率放大器通常工作于非线性状态，属于非线性电路，因此不能用线性等效电路来分析。通常采用的分析方法是图解法和解析近似分析法。图解法利用电子器件的特性曲线来对它的工作状态进行计算；解析近似分析法将电子器件的特性曲线用某些近似解析式来表示，然后对放大器的工作状态进行分析计算。最常用的解析近似分析法是用折线来

4、表示电子器件的特性曲线，称为折线法。总的来说，图解法是从客观实际出发，计算结果比较准确，但对工作状态的分析不方便，步骤比较烦冗；折线近似法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。3.2.2A类射频功率放大器电路A类射频功率放大器电路属于线性放大器，放大器电流的导通角=180°，即在正弦信号一周期内，放大器电路的功率管是处于全导通工作状态，适合放大AM,SSB等非恒定包络已调波。晶体管A类射频功率放大器的典型电路结构、负载线和波形如图3.2.1所示。为了输出大的功率，一般采用如下措施：集电极采用扼流圈（或线圈）馈电；让晶体管工作于可能的最大输出功率状态；在实际负载R

5、L和最佳负载Ropt间采用一个阻抗变换网络，使放大器输出最大功率。对于A类射频功率放大器，为使功率管能有最大交流信号摆幅，从而获得最大输出功率，需要将直流工作点Q选择在交流负载线的中点，如图3.2.1（b）所示。需要注意的是激励信号幅度不能过大，以避免输出波形产生失真。对于正弦信号输入时，iC由直流分量ICQ和交流分量iL组成，即令iC=ICQ+iL，其中交流分量iL=ILmsint，而ILm≤ICQ。设实际负载RL=最佳负载Ropt，则A类功放的输出功率Po为（3.2.1）电源供给功率Pdc为（3.2.2）因此，效率为％（3.2.3）当ILm=ICQ时，效率为最高，=5

6、0％。A类射频功率放大器在没有输入信号时，电源供给的全部功率都消耗在功率管上，即管耗达到最大，这是人们所不希望的。A类射频功率放大器电路的效率不仅与输入信号的幅度有关，而且还与输入信号的波形有关。对于输入信号为一个方波的情况，输出集电极电流必然也是一个方波。分析表明：A类射频功率放大器电路在输入/输出均为方波的情况下，理想效率可达到100％。为实现不失真放大，通常用LC并联谐振回路做集电极负载。如果LC回路调谐在基波选出基波频率分量，则输出功率Po为（3.2.4）式中，ILm为iL中的基波电流振幅；Re为LC回路谐振阻抗。基波最大输出功率Pomax为Pomax（3.2.5）最高

7、效率max为％（3.2.6）可见，A类射频功率放大器在方波工作时的最大效率比正弦工作时的理想效率还高出31％。如果把LC回路调谐在n次谐波上，就可实现n次倍频。但效率将随次数n很快下降，即n=8/n22。3.2.3B类射频功率放大器电路晶体管B类射频功率放大器的典型电路结构、负载线和波形如图3.2.2所示。电路中，偏置电压VBB=Von，当正弦波信号输入时，功率管在输入波形的半个周期内导通，而在另半个周期则是截止的。显然静态时，集电极电流iC为零，集射极间电压为VCC。由于功率管在半个