4.4宽带高频功率放大器在线视频

您好

欢迎您继续学习本课程

广播 电视及现代通信的

发展趋势之一

就是能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

为了满足这一要求

可采用本讲将要介绍的

宽带高频功率放大器

这类放大器的负载不再采用谐振回路

而是通过传输线变压器的耦合

进行阻抗变换

下面

我们首先了解一下传输线

变压器的作用

传输线变压器是在传输线

和变压器理论的基础上发展起来的

一种元件

是将两根等长的传输线

绕在高导磁率

低损耗的磁环上构成的

如图a所示

它有四个端子

可分别接信号源

和负载

传输线变压器存在着两种工作方式

高频时传输线模式起主要作用

如图b所示

此时 能量是由输入端通过线圈之间的

分布电容

将能量耦合到输出端的负载上

低频时变压器模式起主要作用

如图c所示

信号源的能量主要靠线圈的磁耦合

传递给负载

根据传输线理论

在满足传输线的长度小于

工作波长的1/8

负载RL等于信号源内阻Rs

并且与传输线变压器的

特性阻抗Zc相等

传输线可以看成是无损耗且匹配

因此

图b中传输线的输入端电压

与输出端电压的幅值相等

相位相同

在传输线的任一点上

两根传输线上流过的电流大小相等

方向相反

信号源的能量直接传输到负载

对于图c

由于变压器的2 3端同时接地

即与大小相等

极性相反

所以这种变压器相当于一个倒相器

可见

图a这种接法的传输线变压器相当于

是一个阻抗变比为1:1的反相变压器

对于1:1传输线而言

如果输入端是两个完全相同的信号源

并分别接在地的两侧

这种接法称为平衡接法

输出端的负载只有单端接地

这种接法称为不平衡接法

可见 图d是把平衡的输入变换为

不平衡的输出

即实现了平衡与不平衡变换

由此可推知 图e实现了不平衡的

输入变换为平衡的输出

传输线变压器采用不同的连接

可以实现不同变比的阻抗变换器

但是

由于受到结构上的限制

它只能完成某些特定变比的变换

例如4:1 1:4

9:1 1:9

16:1 1:16等等

我们先介绍4:1阻抗变换器

电路如图a所示

假设传输线1 3两端的电压为

则2 4两端和负载两端的电压为

则1端对地

的输入电压也就是

1 4之间的电压等于U12

也就是U13

加上U34

也就是U24

等于

如果传输线变压器的电流为

由传输线特点可知

通过RL的电流为

此时

RL经过传输线的阻抗变换

折合到信号源两端的等效电阻

也等于

则

从而实现了阻抗比为4:1的阻抗变换

传输线的特性阻抗Zc

等于

进而可得特性阻抗的通式

如果传输线变压器接成图b的形式

可实现1:4的阻抗变换

假设传输线的电流为

1 3两端的电压为

由传输线的特点可以标出电路中

其他各处的电流以及电压

此时

经过传输线折合到信号源两端的

等效电阻Ri

经变换等于

从而实现了1:4阻抗变换

传输线的特性阻抗Zc

也可以写成

下面我们仿照着刚才的分析方法

一起分析一个由

两个传输线构成的电路

计算该电路的阻抗比以及

每一个传输线的特性阻抗

分析该电路的依据是传输线变压器

的特点

假设Zc1的电流为

Zc2的电压为

这样就可以标出电路中

其他各处的电流 电压

则输入端的等效电阻Ri

负载

则

显然 该电路实现了变比是16:1的阻抗变换

假设Zc1的负载为

则

也等于

根据特性阻抗的通式

可以求出特性阻抗

为了说明传输线变压器在

放大电路中的应用

下面我们介绍一个以

传输线变压器为耦合网络的

宽带高频功率放大电路

图中

Tr1 Tr2和Tr3是传

输线变压器

其中

Tr1和Tr2串联接成16:1的阻抗变换器

使得第二级放大器的低输入阻抗

与第一级放大器的高输出阻抗匹配

Tr3是4:1的阻抗变换器

这样

50Ω的负载经过变换后

使得晶体管T2的集电极负载为200Ω

由于电路没有采用谐振回路

两级共射放大电路

均工作在

甲类状态

基极采用了分压式偏置电路

与发射极电阻组成

静态工作点稳定电路

发射极电容是为了

提高放大器的电压放大倍数

集电极直流供电分别采用

电感Lb和0.01μF电容

组成的并馈电路

其作用是避免较大的集电极直流电流

通过传输线变压器的绕组

否则

将使小小的磁芯达到饱和

而丧失变压器应有的功能

为了进一步改善放大器的性能

每一级都引入了电压负反馈

其中

1.8kΩ与47Ω的电阻串联是T1的

反馈支路

1.2kΩ与12Ω电阻的串联是T2的

反馈支路

为了避免放大器的交流信号通过

电源内阻产生寄生耦合

每级的集电极直流电源都采用了

RC去耦滤波电路

滤波电容是由大小不同的

三个电容并联组成

分别对不同的频率滤波

宽带功率放大器的缺点是效率低

其效率一般在20%左右

这是为了获得足够的

带宽所必须付出的代价

本将我们主要介绍了

传输线变压器的特点及其功能

并以一个典型的电路简述了

传输线变压器在电路中的作用

希望您一定要掌握传输线变压器的

分析方法

为下一讲的学习打好基础