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高频功率放大器的结构与实现

在电路中总安排了可调的电抗元件。第二,调谐和调整是不可分的。丙类倍频器倍频器是指输出信号频率为输入信号频率整数倍的频率变换电路。如为两倍时,就称为二倍频器如为三倍时,就称为三倍频器。倍频器的实现电路有二极管倍频器,阶跃恢复二极管倍频器,丙类晶体管倍频器和类晶体管倍频器等。例设计个二倍频器,它在时,向负载提供的功率。放大器工作于临界状态,。解为了获得最大输出,可通过改变输入激励和偏置使,这时代入式可得代入式可得η最后,应注意丙类倍频器般不能工作在过压状态,否则管子容易超过极限参数而损坏。宽带高频功率放大器宽带高频功率放大器又称为线性高频功放。它的主要特点是不具有滤除各次谐波的输入输出选频网络。因此它具有如第,功放中的放大器件只能对输入信号进行即时的同比例的线性放大,不能产生输入没有的频率成分,因此只能采用甲第二,为使功率有效传输,在放大器与信源之间放大器与负载之间都要有能在高频范围内起作用的宽带匹配网络。在低频电路的学习中,我们知道个放大器总是有定的频率范围,如用宽带和窄带来衡量,低频放大器般都称为宽带放大器。传输线变压器及其阻抗变换传输线变压器是利用传输线的原理绕制的特殊变压器,它具有频带宽的特点。传输线变压器的非理想情况传输线变压器由于具有传输线和变压器的共同特点,因而在分析它的非理想性时,应从这两方面加以考虑。我们已经知道常规变压器的下限截止频率主要是由变压器初次级绕组的电感量不为无穷大造成的。要减少匝间的分布电容必须加大匝间距离。在传输线变压器中是采用增加初级或次级匝间的距离和利用高导磁率的磁芯来减少匝数实现的。对于初次级间的分布电容等分布参数带来的影响,现分析如下。综上所述只要能满足传输线变压器同端的电流总能进出成相等关系的话,上面各等式就成立。由此得到的各输入阻抗均与有关。其中,与信号频率成正比,即信号频率的改变将会引起的变化,从而最终影响了传输线变压器的上限截止频率。此外,在设计变压器时,还应考虑实际产生的磁通是否小于所选磁芯的饱和磁通值。具体表达式如下式中,为初级绕组上的压降为初级匝数是变压器的有效横到零也是需要有个过程的。例设计电流开关型类功放电路,其负载为,输出功率为,假设,为。解由式可得如取谐振回路的,则类功放输入激励的大小,般采用输入信号功率来衡量。管子的实际值应决定于和留有的余量。其中和高频的其它参数是不能预先确定的,因而实际中往往要通过实验才能最终确定相应的输入信号大小。做实验时,应先在较低的下进行,以防止功率管的损坏。在图所示的类放大器中,管子从零到最大值或从最大值回到零的过程中,不能完全做到为零或等于管子饱和压降。为此,可做如下改进。第,使支路约显感性。第二,在管子间并上个适当的电容,以保证向载止过渡期间时较小。第三,为防止三极管反转工作变变的工作,应在管子间接个反第四,为加速导通与截止的转换时间,输入信号应采用开关激励。经上述改进后的电路可重画成图。图中的谐振于信号频率,是输出支路显感生的电感。这电路就是类放大器的原理电路。图类功放原理电路切面积,单位为。功率合成与功率分配电路这种将功率合成起来的网络称为功率合成电路。由此我们看到要实现上述大的功率输出,定要使原多个小功率放大器的输入激励信号同相才行,实现同相的最简单电路是将功率信号源能量进行分配的功率分配电路。功率合成器及线性功放电路图为功率合成器。由图可见,它实际为反相功率分配器的逆运用。图反相功率合成器变压器将输入信号耦合到和管上,使它们轮流工作。该电路还具有克服非线性失真的能力。是由和两个的电感等元件组成的克服交越失真的电路二是通过为中心的反相功率合成电路进步消除管输出的偶次谐波分量即功率合成器的共模输入分量带来的影响。类谐振功放类谐振功放的输出回路是由窄带滤波器谐振回路构成的。它们与类相比,最大的优点是具有高的效率,理论上效率可达到。在类功放中,由于导通期间流经放大管的和乘积不为零,甚至有时还较大,因而放大管的平均功耗不为零。类功放原理与设计考虑类功放采用两只极间电容很小的高速开关功率晶体管构成,电路结构如图所示。为便于分析,我们首先假设图中的晶体管只起短路导通和开路截止的作用。在导通时管子间的压降为零,截止时端无漏电电流流过。图互补电压开关型类功值得提的是采用实现类功放时,由于管子在制造时就已经在间加上了反向的保护二极管,因而在电路中就没有必要图是两级类放大电路,它可用来放大载波种单频等幅的正弦信号和起隔离直流电压源与放大器的作用,可起稳定放大器工作防止自激的作用。此电路可工作于或频段。能在的激励下得到的输出功率。输出变压器应图类放大器图为变压器耦合电流开头型类功放。它的原理是首先利用两只高速开关功率管分别将回路对地短路,以形成两个回路的开关电流波形,再经宽带变压器转换成变化幅度最大的方波输出电流,最后才由并联谐振回种形成所需的只含有基波分量的。考虑到实际管子的电容特性等情况,即使在为方波条件下,从零到,或者从从三极管的极看进去的输出等效电容的变化是极大的。第二,在管子饱和工作期间,饱和电流与的特殊关系见近似表达式,即式决定了的负峰会受到低饱和电阻的泻放而发生畸变。第三,如进步考虑到在高频工作时,电路中的引线等引起的大量分布电抗和小数值难以实现性,以及并联值不可能很大的实际情况,要得到理想的也是不可能的。由图,的大小可通过电容来计算。电容上的电流为由于容值和电流的大小难于用数学式子来表达,从而导致了的计算变得不可能进行。图丙类放大器典型原丙类功放输入电路的特性输入电路的直流馈电方式所谓馈电是指直流通路的情况。由于输出直流通路通常都与图类似,所以,下面只对输入回路的情况进行讨论。对晶体三极管来说,除了图之外,还有图所示的两种基本输入馈电方式,它们的共同点是为发射结提供反偏直流电压,使管子导通角小于。对于大功率的,由于其输入电流基本为零,受的控制,以及大于数值后,与之间近似为线性关系的特点,的输入电路可大为简化,即可直接将激励电压和直流偏置电压加到栅源之间。谐振功放的耦合和设计原则初步设计包括两个方面的内容是对信源与放大器放大器与负载联接方式的设计问题,即匹配网络的设计问题另个则是放大器本身的设计问题,它主要包括管子的选取输入信号阻抗和输出负载阻抗的取值问题。复制电路举例例晶体管,在,时,按图类似电路给负载提供的输出功率,电路功率增益,并且大信号阻抗,。试说明含义。解题中的大信号阻抗理解为上述特定晶体管的电路指标下,三极管间外接基波交流负载阻抗和间看出的基波阻抗的最佳值已经给定,见图。如考虑到的交流阻抗很大,即实际可取有关和的进步确定在小节的匹配网络部分中讲解。因为,而在和网络中,只有负载和信源内阻消耗能量,则输如下对输出回路,端的并联等效电阻为图丙类功放阻抗设计其中,,由于为管子在低频运用时的参数,因此这里的只能作为近似估值。若再考虑电路的分布电容等,实际电路中应在内安排可调电容元件才行。由式可得,。对输入回路,般来讲只能通过实验来求得和最大输入信号。的典型值是几欧的电阻与几欧的电感相串联,但对工作频率相对较低时,可认为是电阻与电容的串联,其中,在输出时,由经验可得电阻大约为在时,电阻值约为在时,电阻值为小于时,电阻值约为。对于,较大,并且通常都呈容性。另外,还应注意在输出不变的条件下,输入信号振幅应随增大而增大。其具体数值由实验得出。耦合电路耦合电路是为解决电信号能否有效地进行传输提出来的。如图所示电路,现需将图的串联形式等效变换成图的并联电路结构。图串并联等效变换现以小节中的例题为例说明如下。图表示要达到的目的。图为满足条件下的种电路结构。按照小节的分析,图中的串联电感是必不可少的,而且其电感量大些较好同时,必须有与电感相串联的电容,但对其容量的大小没有限制。图匹配网举例常用表为常用匹配网络和计算公式及其运用条件。在这些公式推导过程中,本来是有固定意义的,其实际取值也只能为。表常用匹配网络名称结构计算公式实用条件型网络型网络调整与调谐调谐是指将放大器的各个谐振回路调整到输入信号频率上,以保证有用功率的最大传递和减小无用功率信号在各元器件之间的交换。调整是指在基频下的匹配电阻大小的调整,以使信号源能向放大管输入端提供最大的信号,使放大管能向负载提供最大的功率输出。第,由于分布参数的存在,设计的不精确性等因素,使得入三极管的能量,也就是信源输出的能量为若这时已知集电极效率为,则直流电源输出功率为,流过的直流电流。由实际需要确定丙类功例现需设计功率放大器,工作频率为,输出功率为。电路工作于临界状态的类放大器。解首先,讨论三极管应满足的条件为了减小工作频率的变化对管子放大倍数的影响,也为了使管子的引线电感,结电容等电抗分量的影响最小,应使所选管子的越大越好。但限于成本和实际管子的制造水平,管子的与工作中心频率应满足下式由题知,电路的输入信号应为等幅频率可变的信号,如第九章讲的调频信号,这样管耗可认为基本恒定。如输出负载网络中只有负载消耗能量,则管耗为。对于丙类功放,般效率可认为只有左右如要大,则必然很小,反向电压将增大,管子容易损坏,如同时考虑到管子的散热情况和环境温度的变化,则所选三极管的应

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