高频功率放大器课程设计报告书

《高频电子线路》课程设计说明书

增大。由此表明在输入信号激励下，由于自给偏置效应，基极偏置电压将不等于静态偏置电压，且其值随着输入激励幅度增大而向负值方向增大。滤波匹配网络的作用是阻抗匹配和选频滤波。

3.参数的计算和选择

3.1功率放大器输出功率的计算分析

令ua=Ia1Roecosωt=Uacosωt (2.2)

其中Ua＝Ia1Roe是回路电压的幅度。由于ua的正方向与Ea相反，所以板极的瞬时电压为

ea=Ea-ua=Ea-Uacosωt (2.3)

由LC谐振回路的基本知识可知，当板极回路谐振于激励信号频率时，板极回路对基波电流呈现一个纯电阻的谐振阻抗为 式中，

--回路特性阻抗； --回路有载品质因数；

r'--回路有载总损耗电阻

由于高次谐波不在回路上产生压降，所以回路两端的高频电压为 Ua= Ia1Roe (2.5) 其中Ia1为振幅值。 在负载上产生的高频功率为

由上分析可知，只要在放大器的栅极电路中输入激励电压，便可以在板极负载上获得高频输出功率。同时也可以看出，板流ia虽是脉冲形状，但由这一电流在回路两端产生的电压降却是正弦形式。其关键是放大器的板极接有一个LC并联谐振回路。

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3.2谐振回路的计算分析

采用谐振回路作负载是高频放大器区别于低频放大器的特点，它有两个作用：第一是阻抗变换的作用；第二是滤波作用。

以前边系统为例，设板极回路与负载回路之间的互感为M，再设负载回路已调至谐振，天线回路的串联电阻为RA，则在有载的情况下板极回路的等效阻抗应为

对于给定的RA，我们可以调整M、L、C三个量来满足下面两个条件：(1)使等效的并联回路谐振于工作频率；(2)使Roe之值等于电子管所要求的最佳数值。这样就实现了阻抗匹配。

回路的滤波作用，就是把我们所需要的放大后的基波信号选出来，把不需要的谐波抑制掉。我们知道，工作于乙类或丙类的放大器，其板流为一脉冲，其中除含直流分量、基波分量外，还有谐波分量。如果负载是个电阻，它决不能把其中的基波分量选出来。但在LC的并联谐振回路中，由于线圈的电阻很小，可以认为对直流是短路的。对基波来说，当谐振时，回路的等效阻抗是一个数值较大的纯电阻，其值为L/Cr?。对于n次谐波，回路严重失谐，故回路对n次谐波呈现的阻抗与基波相比可以忽略不计。因此，尽管ia中含有很多的谐波分量，但在回路两端只产生很小的谐波电压，只有基波分量Ia1才能在回路两端产生足够大的电压降。根据欧姆定律得

式中 ua=Uacosωt

既然Ua是正弦电压，故通过LC回路的电流必然也是正弦电流。由此得出结论：由于并联LC回路的谐振特性起着滤波作用，尽管板流是脉冲形式的，但回路电流和回路两端的电压仍然是正弦形式的。

这一现象也可以从能量的观点来解释，即回路是由LC组成的，而L和C都是贮能元件。在板流流通的时间内，回路贮存能量，在板流截止的时间内，回路又放出能量，这样就维持了振荡回路中振荡电流的连续性。

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3.3放大管栅极和板极的电流电压关系

在讨论能量关系之前，有必要了解放大管栅极和板极的电压、电流工作波形及其相位关系。图2-8表示高频功率放大器在工作时的栅压、栅流和板压、板流等的变化曲线以及它们之间的相位关系。在N1-2(a)中，Eg?为电子管的截止偏压，Eg为工作偏压。设电子管栅极上所加的高频电压为ug=Ugcosωt，则栅极的瞬时eg为 eg=Eg+Ugcosω

图4-1丙类放大器工作波形

为了获得得高的效率，放大器一般工作在丙类状态，则偏压|Eg|大于板流的截止偏压|Eg?|。当eg超过Eg时，即N1-2(a)中的t1～t4期间，电子管的板流流通，ia的波形是余弦脉冲的一部分。其流通时间为2θ，称θ为板流流通角，如N1-2(b)所示。当eg大于零时，即N1-2(a)中的t2～t3间，电子管出现栅流，其波形也近似于余弦脉冲波，其流通时间为2θg，称θg为栅流流通角，如N1-2(c)所示。 因板流是个余弦脉冲，可用富氏级数将其分解，于是就得到ia中的直流分量Ia0和基波分量Ia1，分别如图(d)、(e)所示。由于板极回路谐振于基波，所以

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Ia1在回路两端产生电压降ua的波形和变化规律与Ia1相同，如图(g)所示。由图(f)可见，瞬时板压ea的最小值为eamin=Ea-Ua，而最大值为eamax=Ea+Ua。eamin有时也称为剩余电压，意思是回路剩给板极的电压。回路电压的峰值Ua对直流板压Ea之比，称为板压利用系数，以符号ξ表示，即

意思是直流馈电电压Ea中有百分之多少可以转变为高频输出电压。我们还可以用下式来表示ξ，即

由N1-2(a)、(b)、(c)可见，板流通角θ取决于eg曲线与截止偏压Eg?两个交点的位置，而栅流通角θg则取决于eg曲线与时间轴的两个交点的位置，显而易见θg＜θ。

在大多数情况下板流脉冲可以近似地用一个余弦脉冲来表示，这是因为板流的动态特性曲线近似一条直线，如N1-2所示，所以eg作余弦变化时，板流脉冲也跟着作余弦变化。但栅流动态特性曲线就不能当作一条直线，所以栅流脉冲的形状也不能当作余弦脉冲，而是近似于余弦平方脉冲或三角形脉冲，如N1-3所示。图中虚线为理想化动态特性曲线和栅流脉冲，实线为实际动态特性曲线和栅流脉冲波形

图4-2栅流脉冲

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