高頻放大器的工作原理_高頻放大器的作用

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高頻放大器的工作原理_高頻放大器的作用

發表於 2019-10-12 15:36:05

　　高頻放大器簡介

　　高頻放大器是測量儀器、探測設備的一個重要組成部分。該電路一般為設備的輸入級，被檢測的微弱信號首先要通過該電路放大，然後進行後續處理。所以，高頻放大器的性能指標對整個儀器性能起著決定性的作用。

　　高頻放大器的工作原理

　　使用高頻功率放大器的目的

　　放大高頻大信號使發射機末級獲得足夠大的發射功率。

　　高頻功率信號放大器使用中需要解決的問題

　　①高效率輸出。 ②高功率輸出。

　　諧振功率放大器與小信號諧振放大器

　　相同之處：它們放大的信號均為高頻信號，而且放大器的負載均為諧振迴路。

　　不同之處：為激勵信號幅度大小不同；放大器工作點不同；電晶體動態範圍不同。

　　高頻放大器的作用

　　高頻功率放大器用於發射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足發送功率的要求，然後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，並且不幹擾相鄰信道的通信。

　　高頻功率放大器是通信系統中發送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出迴路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出。

　　在 「低頻電子線路」課程中已知，放大器可以按照電流導通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態。甲類放大器電流的流通角為360o，適用於小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等於 180o；丙類放大器電流的流通角則小於180o。乙類和丙類都適用於大功率工作。丙類工作狀態的輸出功率和效率是三種工作狀態中最高者。高頻功率放大器大多工作於丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用於低頻功率放大，只能用於採用調諧迴路作為負載的諧振功率放大。由於調諧迴路具有濾波能力，迴路電流與電壓仍然極近於正弦波形，失真很小。

　　除了以上幾種按電流流通角來分類的工作狀態外，又有使電子器件工作於開關狀態的了類放大和戊類放大。丁類放大器的效率比丙類放大器的還高，理論上可達100％，但它的最高工作頻率受到開關轉換瞬間所產生的器件功耗（集電極耗散功率或陽極耗散功率）的限制。如果在電路上加以改進，使電子器件在通斷轉換瞬間的功耗儘量減小，則工作頻率可以提高。這就是戊類放大器。

　　我們已經知道，在低頻放大電路中為了獲得足夠大的低頻輸出功率，必須採用低頻功率放大器，而且低頻功率放大器也是一種將直流電源提供的能量轉換為交流輸出的能量轉換器。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質的區別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。

　　例如，自20至 20000 Hz，高低頻率之比達 1000倍。因此它們都是採用無調諧負載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百kHz一直到幾百、幾千甚至幾萬MHz），但相對頻帶很窄。例如，調幅廣播電臺（535－1605 kHz的頻段範圍）的頻帶寬度為 10 kHz，如中心頻率取為 1000 kHz，則相對頻寬只相當於中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則相對頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都採用選頻網絡作為負載迴路。由於這後一特點，使得這兩种放大器所選用的工作狀態不同：低頻功率放大器可工作於甲類、甲乙類或乙類（限於推挽電路）狀態；高頻功率放大器則一般都工作於丙類（某些特殊情況可工作於乙類）。近年來，寬頻帶發射機的各中間級還廣泛採用一種新型的寬帶高頻功率放大器，它不採用選頻網絡作為負載迴路，而是以頻率響應很寬的傳輸線作負載。這樣，它可以在很寬的範圍內變換工作頻率，而不必重新調諧。

　　綜上所述可見，高頻功率放大器與低頻功率放大器的共同之點是要求輸出功率大，效率高；它們的不同之點則是二者的工作頻率與相對頻寬不同，因而負載網絡和工作狀態也不同。高頻功率放大器的主要技術指標有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號失真度）等。這幾項指標要求是互相矛盾的，在設計放大器時應根據具體要求，突出一些指標，兼顧其他一些指標。例如實際中有些電路，防止幹擾是主要矛盾，對諧波抑制度要求較高，而對帶寬要求可適當降低等。功率放大器的效率是一個突出的問題，其效率的高低與放大器的工作狀態有直接的關係。

　　放大器的工作狀態可分為甲類、乙類和丙類等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類、丙類，即電晶體工作延伸到非線性區域。但這些工作狀態下的放大器的輸出電流與輸出電壓間存在很嚴重的非線性失真。低頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋係數大，不能採用諧振迴路作負載，因此一般工作在甲類狀態；採用推挽電路時可以工作在乙類。高頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋係數小，可以採用諧振迴路作負載，故通常工作在丙類，通過諧振迴路的選頻功能，可以濾除放大器集電極電流中的諧波成分，選出基波分量從而基本消除了非線性失真。所以，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。高頻功率放大器因工作於大信號的非線性狀態，不能用線性等效電路分析，工程上普遍採用解析近似分析方法——折線法來分析其工作原理和工作狀態。

　　這種分析方法的物理概念清楚，分析工作狀態方便，但計算準確度較低。

　　以上討論的各類高頻功率放大器中，窄帶高頻功率放大器：用於提供足夠強的以載頻為中心的窄帶信號功率，或放大窄帶已調信號或實現倍頻的功能，通常工作於乙類、丙類狀態。寬帶高頻功率放大器：用於對某些載波信號頻率變化範圍大得短波，超短波電臺的中間各級放大級，以免對不同fc的繁瑣調諧。通常工作於甲類狀態。

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