•及
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3.1 谐振功率放大器
• 4. 高频功率放大器的功率与效率 • 由于输出回路调谐在基波频率上，输出电路的高次谐波处于失谐状态，
相应的输出电压很小，因此，在谐振功率放大器中只需研究直流及基 波功率。放大器的输出功率Po 等于集电极电流基波分量在负载Re 上 的平均功率，即
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3.1 谐振功率放大器
• 改变UCC 时，其工作状态和电流变化曲线如图3-12 所示。 • （2）基极调制特性。 • 若Re、Ubm、UCC 不变，只改变基极偏置电压UBB，谐振功率放大器
的工作状态将会跟随变化。当UBB 由小变到大时，管子的导通时间加 长，由于 Ubemax=UBB+Ubm，从而使集电极电流脉冲宽度和高度都增 加，并出现凹陷，放大器的工作状态为欠压→临界→过压。在欠压状 态，UBB 增大时，ic 脉冲高度增加显著，所以IC0、Ic1m和相应的Ucm 随UBB 的增加而迅速增大。在过压状态，UBB增大时，ic 脉冲高度虽 有增加，但凹陷也加深，所以IC0、Ic1m 和Ucm 增长缓慢。IC0、Ic1m 和 Ucm 随UBB 变化的特性如图3-14 所示。
压UCC、UBB 等四个参量决定的。为了阐明各种工作状态的特点和正 确地指导调试放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工 作状态发生怎样的变化。
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• 在高频功率放大器的电路和输入、输出条件确定后，即UCC、UBB、 Ubm 和输出信号幅度Ucm（或Re）一定下，ic = f (ube , uce )的关系称 为放大器的动态特性。由于是工作在丙类状态，高频功率放大器的动 态特性不是一条直线，而是折线。下面用理特性曲线来讨论动态特性 表示形式和方法。
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• 其中输出匹配网络的主要要求如下。 • ① 把外接的负载阻抗（如天线的阻抗）变换为放大管所要求的负载
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• 2. 滤波匹配网络 • 根据谐振功率放大器在发射机中所处位置的不同，常将谐振功率放大
器所采用的匹配网络分为输入、输出和级间耦合三种电路：① 输入 匹配网络用于信号源与谐振功率放大器之间；② 输出匹配网络用于 输出级与天线负载之间；③ 级间耦合匹配网络用于高频功率放大器 的推动级与输出级之间。这三种匹配网络都可以使用由L 和C 组成的 L 型、Π 型或T 型这样的基本网络。
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• 3.1.3 谐振功率放大器电路
• 谐振功率放大器电路由功率管直流馈电电路和滤波匹配网络组成。由 于工作频率及使用场合不同，电路组成形式也各不相同。现对常用电 路组成形式进行讨论。
• 1. 直流馈电电路 • 1）集电极馈电电路 • 根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并
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• 2）基极馈电电路 • 要使放大器工作在丙类，功率管基极应加反向偏压或小于导通电压
UD 的正向偏压。基极偏置电压可采用集电极直流电源经电阻分压供 给，如图3-18（a）所示，这种方式只能提供小的正向基极偏压。基 极偏置电压也可采用自给偏压电路来获得，图3-18（b）和图3-18（c） 这两种方式只能提供反向基极偏压。
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• 2. 谐振功率放大器的外部特性 • 1）负载特性 • 负载特性是指在晶体管及UCC、UBB、Ubm 一定时，改变回路谐振电
阻Re，高频功率放大器的工作状态、电流、电压、功率和效率随Re 变化的关系。由图3-8 可知，晶体管一定，是指理想化特性一定，即 gc、UBZ 不变。采用虚拟电流法可求出不同Re 对应的动态特性，可 清楚地分析负载特性。动态特性的斜率gd 与Re 的关系是
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3.1 谐振功率放大器
• （3）放大特性。 • 若UCC、UBB 和Re 不变，只改变输入信号幅度Ubm，谐振功率放大器
的工作状态将会跟随变化。其变化规律与改变UBB 对工作状态的影响 类似。这种放大器性能随Ubm 变化的特性称为振幅特性，也称为放大 特性。IC0、Ic1m 和Ucm 随Ubm 变化的特性如图3-16所示。
可求出集电极电流脉冲，可用图3-4 来说明。
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• 2）余弦电流脉冲的分解系数 • 周期性的电流脉冲可以用傅里叶级数分解为直流分量、基波分量及各
高次谐波分量，即
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• 各分量可用式（3-9）求得，即
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• 2）调制特性 • （1）集电极调制特性。 • 若Re、Ubm、UBB 不变，只改变集电极直流电源电压UCC，谐振功率
放大器的工作状态将会跟随变化。当集电极供电电压UCC 由小至大变 化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压，如图3-11 所示。 在欠压区内，输出电流的振幅基本上不随UCC 变化而变化，故输出功 率基本不变；而在过压区，输出电流的振幅将随UCC 的减小而下降， 输出功率也随之下降。在过压区中这种输出电压随UCC 改变而变化的 特性为集电极调幅特性。因为集电极调幅电路是依靠改变UCC 来实现 调幅过程的。
第3 章 高频功率放大器的应用
• 3.1 谐振功率放大器 • 3.2 宽带高频功率放大器 • 3.3 倍频器 • 3.4 技能训练3：高频功率放大与发射实训
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3.1 谐振功率放大器
• 3.1.1 谐振功率放大器的工作原理
• 1. 电路组成 • 谐振功率放大器的原理电路如图3-1 所示。该电路由高频大功率晶体
联馈电两种。
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3.1 谐振功率放大器
• （1）串馈电路。它指直流电源UCC、负载回路（匹配网络）、功率 管三者首尾相接的一种直流馈电电路。如图3-17（a）所示，C1、LC 为低通滤波电路，A 点为高频地电位，既阻止电源UCC 中的高频成分 影响放大器的工作，又避免高频信号在LC 负载回路以外不必要的损 耗。C1、LC 的选取原则为
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• 2. 工作原理 • 谐振高频功率放大器的发射结在UBB 的作用下处于负偏压状态，当无
输入信号电压时，晶体管处于截止状态，集电极电流ic=0。当输入信 号为ui=Ubmcosɯ t 时，基极与发射极之间的电压 uBE=UBB+Ubmcosɯ t，为分析电路的工作波形，先对晶体管的特性 曲线进行折线化处理。处理后分析与计算大大简化，但误差也大，所 以实际电路工作时需要调整。
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• 集电极直流电源供给功率PE 等于集电极电流直流分量IC0 与UCC 的乘 积，即
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• 3.1.2 谐振功率放大器的特性分析
• 1. 谐振功率放大器工作状态的分析 • 1）高频功率放大器的动态特性 • 高频功率放大器的工作状态是由负载阻抗Re、激励电压Ubm、供电电
管VT、LC 谐振回路和直流馈电电源组成。图中UCC、UBB 分别为集 电极和基极的直流电源电压。改变UBB可以改变放大器的工作类型， 该电路设置在丙类工作状态。RL 为实际负载，通过变压器耦合到谐 振回路。L、C 为滤波匹配网络，构成并联谐振回路，调谐在输入信 号频率上，作为晶体管集电极负载，滤除高频脉冲电流iC 中的谐波 分量，同时实现阻抗匹配。
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• 动态特性应同时满足外部电路和内部电路关系式。而内部关系式是由 晶体管折线化的正向传输性决定的。对于导通段有
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• 得出在ic–uce 坐标平面上的动态特性曲线（负载线或工作路）方程为
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• 必须注意的是，当ube＞UBZ 时，式（3-16）是直线方程；而当ube＜ UBZ 时，ic=0。故高频功率放大器的动态特性是一条折线。
• 若已知高频功率放大器晶体管的理想输出特性和外部电压UCC、UBB、 Ubm 和Ucm 的值，通常可以采用截距法和虚拟电流法来求出动态特性 和电流与电压的波形。
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3.1 谐振功率放大器
• 在gc、UBZ、UCC、UBB、Ubm 一定的条件下，cosθ、UCC 与IQ 不变， 因此导通角θ 和Q 点固定不变，则gd 的绝对值与Re 成反比。另外， Ubemax=UBB+Ubm 不变，即动态特性的A 点在Ubemax 线上随Re 的增大 而变化。如图3-9 中的A1、A2、A3 所示。
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• 3. 集电极余弦电流脉冲的分解 • 1）余弦电流脉冲的表示式 • 为了研究谐振功率放大器的输出功率、管耗、效率，并指出一个大概
变化规律，可采用近似估算的方法，得到转移特性曲线。转移特性曲 线可表示为、
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3.1 谐振功率放大器
• 式中，gc 为折线化转移特性曲线的斜率。 • 在晶体管基极加上电压uBE=UBB+Ubmcosɯ t 后，通过转移特性曲线
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3.1 谐振功率放大器
• 三种状态中欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大， 输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅， 需采用这种工作状态；过压状态的优点是：当负载阻抗变化时，输出 电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率 有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态；临界状 态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可 以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振 功率放大器时也常以此状态为例。掌握负载特性，对分析集电极调幅 电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作 状态和指标是很有帮助的。