高頻諧振功率放大器的研究與分析

蘇鴻遠

摘要：本文主要介紹的是高頻諧振功率放大器的基本工作原理、工作狀態(tài)以及外部特性。高頻諧振功率放大器一般用于各種無線電發(fā)送設(shè)備中，對高頻載波或高頻已調(diào)波進行功率放大。在通信電路中，由于信號在傳輸過程中有一定的衰耗，而且通信距離越遠，要求輸出功率越大。所以為了獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用高頻功率放大器。

關(guān)鍵詞：高頻諧振功率放大器；工作狀態(tài)；外部特性

1 高頻諧振功率放大器工作原理

高頻諧振功率放大器是采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載回路的丙類功率放大器。高頻諧振功率放大器的電路構(gòu)成，除電源電路外，主要由晶體管、輸入激勵電路和輸出諧振回路組成。

[ub]為輸入交流信號，[EB]是基極偏置電壓，調(diào)整[EB]，可以改變放大器的導(dǎo)通角，使放大器工作在導(dǎo)通角[θ≤900]的丙類狀態(tài)。[EC]是集電極電源電壓。集電極外接LC并聯(lián)諧振回路的功用是作放大器負載，實現(xiàn)濾波選頻和阻抗匹配

2 高頻諧振功率放大器工作狀態(tài)

高頻諧振功率放大器根據(jù)集電極電流是否進入飽和區(qū)可以分為欠壓、臨界和過壓三種狀態(tài)。當諧振功率放大器的靜態(tài)工作點、輸入信號、負載發(fā)生變化時，諧振功率放大器的工作狀態(tài)也將發(fā)生變化。

當C點落在輸出特性（對應(yīng)UBEmax的那條）的放大區(qū)時，功放工作在欠壓狀態(tài)；當C點正好落在臨界點上時，功放工作在臨界狀態(tài)；當C點落在飽和區(qū)時，功放工作在過壓狀態(tài)。

3 高頻諧振功率放大器外部特性

3.1 諧振功率放大器的負載特性

負載特性是指當保持Ec、EB、Ubm不變而改變Re時，諧振功率放大器的電流Ic0、IC1M，電壓Ucm，輸出功率Po，集電極損耗功率PC，電源功率PE及集電極效率ηC隨之變化的曲線。根據(jù)特性曲線隨Re變化的分析可以看出，Re由小到大，功放的工作狀態(tài)由欠壓狀態(tài)到臨界，再進入過壓狀態(tài)。相應(yīng)的集電極電流由余弦脈沖變?yōu)榘枷菝}沖

3.2 諧振功率放大器的集電極調(diào)制特性

集電極調(diào)制特性是指當保持EB、Ubm、Re不變而改變Ec時，功率放大器電流IC0、IC1M，電壓UCM以及功率、效率隨之變化的曲線。當Ec由小增大時，UCEmin=Ec-Ucm也將由小增大，動特性曲線將隨Ec的變化左右平移，由特性的飽和區(qū)向放大區(qū)移動，功放的工作狀態(tài)由過壓工作狀態(tài)到臨界，再進入到欠壓狀態(tài)，集電極電流ic波形從凹頂?shù)拿}沖變化到一完整的余弦脈沖。

3.3諧振功率放大器的基極調(diào)制特性

基極調(diào)制特性是指當Ec、Ubm、Re保持不變，僅改變EB時，功率放大器電流Ico、Ic1m，電壓Ucm、功率以及效率的變化特性。當增大EB時，同時會引起0、icmax的增大，從而引起Ico、Ic1m、Ucm的增大。因為Ec不變，所以UCEmin=Ec-Ucm會減小，這樣就會導(dǎo)致工作狀態(tài)由欠壓變到臨界再進入過壓狀態(tài)。當進入過壓狀態(tài)以后，集電極電流脈沖的高度會有增加，但凹陷也會不斷的加深，ic波形。

3.4 諧振功率放大器的放大特性

放大特性是指當Ec、EB、Re保持不變，僅Ubm變化時，功率放大器的電流Ico、Ic1m，電壓Ucm、功率以及效率的變化特性。Ubm的變化對諧振功率放大器性能的影響與基極調(diào)制特性基本相似。Ubm波形及Ico、Ic1m、Ucm、Po、PE隨Ubm的變化曲線如圖3.4-1所示。由圖可知，在欠壓區(qū)域，輸出電壓振幅與輸入電壓振幅基本成正比，即電壓增益近似為常數(shù)。我們可以利用這個特點，將諧振功率放大器用作放大器，因此稱這組曲線為放大特性曲線。

3.5 諧振功率放大器的調(diào)諧特性

一般我們都會認為高頻功放的負載回路處于諧振狀態(tài)，因而呈現(xiàn)為一電阻RL，其實在實際使用時需要進行調(diào)諧，這是通過改變回路原件來實現(xiàn)的。功放的外部電流Ico、Ic1和電壓Uc等隨回路電容C的變化特性稱為調(diào)諧特性。

當回路諧振時，阻抗最大，此時，電路中Ico、Icm1最小，而Ucm最大。當回路參數(shù)變化后，將使LC回路失諧，則使阻抗Zp的模值減小，根據(jù)負載特性可知，功放的工作狀態(tài)將由臨界向欠壓狀態(tài)或過壓狀態(tài)變化，此時Ico和Icm1要增大，而Ucm將下降。

當回路失諧時，無論是容性失諧還是感性失諧，阻抗的模值Zp要減小，而且會出現(xiàn)一幅角，工作狀態(tài)也將發(fā)生變化。如圖3.5-1所示?？梢岳肐co或Icm1最小，或者利用Ucm最大來指示放大器的調(diào)諧。通常因Ico變化明顯，又只用直流電流表，故采用Ico指示調(diào)諧的較多。

由此可見，高功放的回路失諧后直流輸入功率Po=IcoEc將隨Ico的增加而增加，而輸出功率Pc=Icm1Ucmcosφ將主要因為因子cosφ而下降，因此失諧后集電極功耗Pc將迅速增加。這表明高頻功放必須經(jīng)常保持在諧振狀態(tài)。

4 結(jié)束語

高頻諧振功率放大器研究的主要問題就是如何提高效率，減小損耗及獲得大的輸出功率。高頻諧振功率放大器在很多領(lǐng)域和方面都有應(yīng)用，并且涉及到很多方面的知識點。它主要用于發(fā)射機的末級，將高頻已調(diào)波信號進行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。實際上也不僅僅應(yīng)用于發(fā)射機中，高頻加熱裝置，高頻換流器，微波爐等許多電子設(shè)備中都有廣泛的應(yīng)用。

參考文獻：

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