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送設備中，對高頻載波或高頻已調波進行功率放大。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。

關鍵詞：高頻諧振功率放大器；工作狀態；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絡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，調整[EB]，可以改變放大器的導通角，使放大器工作在導通角[θ≤900]的丙類狀態。[EC]是集電極電源電壓。集電極外接LC并聯諧振回路的功用是作放大器負載，實現濾波選頻和阻抗匹配

2 高頻諧振功率放大器工作狀態

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

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

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，功放的工作狀態由欠壓狀態到臨界，再進入過壓狀態。相應的集電極電流由余弦脈沖變為凹陷脈沖

3.2 諧振功率放大器的集電極調制特性

集電極調制特性是指當保持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，由特性的飽和區向放大區移動，功放的工作狀態由過壓工作狀態到臨界，再進入到欠壓狀態，集電極電流ic波形從凹頂的脈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制特性

基極調制特性是指當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，這樣就會導致工作狀態由欠壓變到臨界再進入過壓狀態。當進入過壓狀態以后，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。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，因而呈現為一電阻RL，其實在實際使用時需要進行調諧，這是通過改變回路原件來實現的。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。當回路參數變化后，將使LC回路失諧，則使阻抗Zp的模值減小，根據負載特性可知，功放的工作狀態將由臨界向欠壓狀態或過壓狀態變化，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，而且會出現一幅角，工作狀態也將發生變化。如圖3.5-1所示。可以利用Ico或Icm1最小，或者利用Ucm最大來指示放大器的調諧。通常因Ico變化明顯，又只用直流電流表，故采用Ico指示調諧的較多。

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常保持在諧振狀態。

4 結束語

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域和方面都有應用，并且涉及到很多方面的知識點。它主要用于發射機的末級，將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足發送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區域內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。實際上也不僅僅應用于發射機中，高頻加熱裝置，高頻換流器，微波爐等許多電子設備中都有廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 曾興雯：高頻電路原理與分析，西安電子科技大學出版社，2013.1，P74-P92

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