利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器,這是無線電發(fā)
射機(jī)中的重要組成部分。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角θ的范圍可分為甲類、乙類、丙類
及丁類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角θ愈小,放大器的效率η愈高。如甲類功放的θ=180,效率η最高也只能達(dá)到50%,而丙類功放的θ< 90o,效率η可達(dá)
到80%,甲類功率放大器適合作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。丙類
功率放大器通常作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。
圖3-1 高頻功率放大器
圖3-1 為由兩級功率放大器組成的高頻功率放大器電路,其中VT1 組成甲類功
率放大器,晶體管VT2 組成丙類諧振功率放大器,這兩種功率放大器的應(yīng)用十分廣
泛,下面介紹它們的工作原理及基本關(guān)系式。
1、甲類功率放大器
1)靜態(tài)工作點(diǎn)
如圖3-1 所示,晶體管VT1 組成甲類功率放大器,工作在線性放大狀態(tài)。其中
RB1、RB2 為基極偏置電阻;RE1 為直流負(fù)反饋電阻,以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。RF1
為交流負(fù)反饋電阻,可以提高放大器的輸入阻抗,穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由
下列關(guān)系式確定:
uEQ=IEQ(RF1+RE1)≈ICQRE1 (3-1)
式中,RF1 一般為幾歐至幾十歐。
ICQ=βIBQ (3-2)
uBQ=uEQ+0.7V (3-3)
uCEQ=Ucc - ICQ(RF1+RE1) (3-4)
2)負(fù)載特性
如圖3-1 所示,甲類功率放大器的輸出負(fù)載由丙類功放的輸入阻抗決定,兩級間
通過變壓器進(jìn)行耦合,因此甲類功放的交流輸出功率P0 可表示為:P0 = PH′/ηB (3-5)
式中,PH′為輸出負(fù)載上的實(shí)際功率,ηB 為變壓器的傳輸效率,一般為ηB=0.75~0.85。
圖3-2 甲類功放的負(fù)載特性
圖3-2 為甲類功放的負(fù)載特性。為獲得最大不失真輸出功率,靜態(tài)工作點(diǎn)Q 應(yīng)選
在交流負(fù)載線AB 的中點(diǎn),此時集電極的負(fù)載電阻RH 稱為最佳負(fù)載電阻。集電極的輸出功率PC 的表達(dá)式為:
3)功率增益
與電壓放大器不同的是功率放大器應(yīng)有一定的功率增益,對于圖4.3.1 所示電路,甲類功率放大器不僅要為下一級功放提供一定的激勵功率,而且還要將前級輸入的信號,進(jìn)行功率放大,功率增益Ap 的表達(dá)式為
關(guān)系。由圖可得:
圖3-6 變壓器耦合電路
式中,N1 為集電極接入初級匝數(shù)。
N2 為初級線圈總匝數(shù)。
N3 為次級線圈總匝數(shù)。
QL 為初級回路有載品質(zhì)因數(shù),一般取2~10。
兩類功率放大器的輸入回路亦采用變壓器耦合方式,以使輸入阻抗與前級輸出阻
抗匹配。分析表明,這種耦合方式的輸入阻抗Zi 為
式中,
?r b b' 為晶體管基極體電阻
rb b ' ≤25Ω。
2)負(fù)載特性
當(dāng)功率放大器的電源電壓+ucc,基極偏壓ub,輸入電壓C 或稱激勵電壓usm 確定
后,如果電流導(dǎo)通角選定,則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負(fù)載電
阻Rq。諧振功率放大器的交流負(fù)載特性如圖3-7 所示,由圖可見,當(dāng)交流負(fù)載線正
好穿過靜態(tài)特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A 時,管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降
uCES,集電極電流脈沖接近最大值Icm。
當(dāng)Rq< R0 放大器處于欠壓工作狀態(tài),如C 點(diǎn)所示,集電極輸出電流雖然較大,
但集電極電壓較小,因此輸出功率和效率都較小。當(dāng)Rq > R0 時,放大器處于過壓狀
態(tài),如B 點(diǎn)所示,集電極電壓雖然較大,但集電極電流波形有凹陷,因此輸出功率
較低,但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求,諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。判斷放大器是否為臨界工作狀態(tài)的條件是:
ucc - ucm = uCES (3-29)
式中,ucm 集電極輸出電壓幅度。uCES 晶體管飽和壓降。
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