6.5.2 输入、输出与级间耦合回路 1. 输出匹配网络:
末级功放与天线或其他负载间的网络。 主要功能与要求:
匹配:将负载阻抗转换成放大器最佳负载阻抗Rp,最大功率传输至负载。
(丙类时,晶体管内阻非常数,阻抗匹配表示在给定电路条件下,电路送出额定功率至负载。) 滤波: 高效率:
常见匹配网络有复合输出回路、L型、?型、T型网络及由它们组成的多级网络,也有双调谐耦合回路。 复合输出回路(广泛应用):
天线负载回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。 介于电子器件与天线回路之间的L1C1回路叫做中介回路。
RACA代表天线的辐射电阻与等效电容。
LnCn为天线回路的调谐元件,使天线回路处于串联谐振状态,以获得最大的天线回路电流iA,使天线辐射功率达到最大。
L1 C1 ik r? r1
从晶体管集电极向右方看去,等效为一个并联谐振回路。
由耦合电路理论,当天线回路调谐到串联谐振状态时,它反映到中介回路的等效电阻为
r???2M2R
A等效回路的谐振阻抗为R?Lp?1C
1(r1?r?)改变M,可以在不影响回路调谐的情况下,调整中介回路的等效阻抗,以达到阻抗匹配。 天线断路(RA??),对器件不造成严重损害。
为使器件的输出功率绝大部分能送到负载上,希望反映电阻r?>>回路损耗电阻r1 。
中介回路传输效率(中介回路效率)?k:输出至负载的有效功率与输入到回路的总交流功率之比。
?回路送至负载的功率I2kr?r?k?电子器件送至回路的总功率?I2?
k(r1?r?)r1?r? 36
L1C1r1L1R?抗?p?有负载时的回路谐振阻C1(r1?r?)
?LQ0?无负载时的回路Q值?1r1?L1QL?有负载时的回路Q值?r1?r?Rp?无负载时的回路谐振阻抗?R?r?r1Q?k??1??1?p?1?L
r1?r?r1?r?RpQ0Q0↑,?k↑
QL↓,?k↑,但回路滤波作用差,一般QL?10。
L型匹配网络电路简单,容易实现,但电路的品质因数很低(通常Q<10),电路的滤波特性差。所以在实际的发射机中,常常选用T型或?型网络作匹配之用。
L型匹配网络: L L
Rp Rp
C RL RL C
(小) (大)
(a) RL<Rp匹配网络 (b) RL>Rp匹配网络
两种?形网络:R2代表终端负载电阻,R1代表由R2折合到左端的等效电阻。
R1 L1 R2 R1 C2 C1 C2 (a) XC?1QLXC?2R2R2R1R1C1 (b) L1 R2
R1XC?1QL
2(QL?1)?1?QLR1?R2?XC??1? 22?QL?1?QLXC??2XL?1R2R2R12(QL?1)?1QLR1??1?R2XL?21QL?1??QLXC2????
2. 输入匹配网络与级间耦合网络
多级功放中间级的问题:后级放大器的输入阻抗随激励电压的大小及晶体管的工作状态而变化。 中间级最主要保证其电压输出稳定,以供给下级功放稳定的激励电压,而效率则为次要问题。
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中间级采取的措施:
中间级放大器工作于过压状态,近似恒压源。
降低级间耦合回路的效率?k,r1↑,减小r'影响。?k
T型匹配网络:
?0.1~0.5。
6.6 丁类(D类)功率放大器
丙类:?c↓,?↑,但Icm1↓,Po↓,iC为余弦脉冲。
要维持Icm1不变,必须加大激励电压,可能引起管子的击穿。 丁戊类:工作于开关状态,?c?90?,iC或vCE为脉冲,P%。 c?iCvCE?0,??100
丁类放大器控制晶体管工作于开关状态的激励电压波形可以是正弦波或方波。电压开关型频率上限高。
38
优点:两管工作,最低谐波3次。 效率高。
缺点:开关瞬间功耗。 开关瞬间两管同时导通或截止,晶体管可能二次击穿。 戊类
6.7
6.8 宽带高频功率放大器
现代通信要求在宽波段工作范围内采用自动调谐技术,以便迅速转换工作频率。
宽带高频功放:用于发射机中间级线性放大,采用甲乙类避免谐波失真,宽频带,低效率。
低频功放:低频变压器。
功放阻抗变换 高频变压器:采用高磁导率磁心(获得低频大L,理想变压器要求)
宽带高频功放 +较少匝数(使高频漏感、分布电容小)。
传输线变压器:双绞线、带状传输线、同轴电缆绕于高频磁环。
1:1传输线变压器:
Rs.Vs+_.I33.ZiV11.I4.I1.2I2.V24Rs3412RL.Vs+_RL 传输线形式(高频段):
两线圈电流大小相等,方向相反,磁芯中无磁场,无功率损耗,初次级能量传输靠分布电容。 终端匹配(RL?Zc特性阻抗)且传输线无损耗时 ,任一位置VIZ相等,且Zi?Zc 。 传输线长度↓,频率上限↑ 变压器形式(低频段):
线圈中有激励电流,初次级能量传输靠磁耦合。初级电感↑,频率下限↓。
1:1传输线变压器用作平衡—不平衡转换器:
RsRs.Vs+_+V_3+RL/2_V/2_4+V/2+V/2_2.Vs.Vs+__Rs++V_3__V/2++4+V_1V/22RL1+RL/2V/2_ 阻抗匹配条件:Zi
?Zc?RL?Rs
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2III2IRs.Vs3__+_Zi+V_1V++4+RLV_+V_Rs.Vs+Zi3_+V+V_4V2+_+RL+VV__122V_
1:4 4:1
Zi?
RLV2V ? Zi?4RL?I42IR最佳功率传输条件下ZC?RsRL?ZiRL?L 最佳功率传输条件下ZC?RsRL?2RL
2
6.9 功率合成器
功率合成:多个放大器输出功率叠加。
功率合成网络
关键部分 合称混合网络
功率分配网络 功率相加条件:N个同类型的放大器,它们的输出振幅相等,每个放大器供给匹配负载以额定功率。 要求 (推挽、并联电路满足)
相互无关条件:N个放大器彼此隔离。(推挽、并联电路不满足)
1:4传输线变压器组成的魔T型混合网络:
A端与B端和C端与D端互相隔离的条件是:
1RA?RB?2RC?RD?Zc?R,Zc为传输线特性阻抗。
2 A、B端送入同相激励电压,则C端得合成功率,D端无输出。 功率合成 A、B端送入反相激励电压,则C端无输出,D端得合成功率。
A、B之一损坏,C与D端得到相等功率。?
C端送入激励功率,则A、B端得到同相相等功率,D端无输出。
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