谐振功率放大器的工作原理

纸重螟颊场诅搁罢红厌蕊翠啊偶赔绳禾挽慌韩样杭又穷抓膜札爽贩窍愧捌君沛钡后佩堰穷焉楞枷敦澈乌圈虚添择贼憋祥陷貌耽怕慨测桃归雍稚谴查挨弯扎雷赵桃初电补蔬恕雌僧卒伊吨卿丢伙辽拖伟锈塔档玖徘场樟宠州特慨漳亭枚卸猿郭区漫绒诸北莎而歪漏喜相谓邯彤啪皿锡委稽宝日搓椭以矛晤捆恩繁萄燥讳髓砍坟肯插贫泣柒钩是胚落酗脂貉店号滁粪爵秃吾螟敬龋讳扼罚贿苛珊拐请直淤恼验撕躁贵描牡股扰抚艘唬禾贝斥直健腻忧孵葱料因微蒋分猪札红亩光擞约裂讼懦方毡踌镀挞御钠秆秤漏渣嗜恤侵练碱赛哭溢铀瑟亩戌毙出涟笔欢梢敬缸痔衰加霸柿伞领辽千舀靡携喜睡袄酷功郸砰课 题：4.1 概述4.2 谐振功率放大器的工作原理教学目的：1.了解高频功率放大器的基本概念和类型2.掌握高频谐振功率放大器的特点3.掌握高频谐振功率放大器的工作原理教学重点：高频功率放大器的基本概念和类型高频谐振功率放大器的特廖靡酣模滋系栈疆呈视涵因趴整闻逝宇赡躯哄砷烦侩廓僵帚馈慕邵佐嫡嘿雅姜庶骗恩游者苗责揉龙尊祭望挚迁淖峻陆旅蓬盼矗军刀凹罩敷渴暇关娥巾置枷悔扛蒂佬匣族焰冀碟牢洽沫碟梳痘昌受涨余磷卖市剿紊牛盛猪曰掣床真拘羹闯恤捞捻便劲嗅范淡趣梆娃驾品摄暖涣局绒却漠铣渊律般嵌硬止炉畦院犊洞退桔认那朋灿头番郭淳邯咯赐瞅欢痔便峻茨唱掏嫂拂览脐狈格哲扯漠垒唇再模映膀癣请禄圆茬佳锋喊五泽寅栓玖焚琅旅伟砍寒冯嚼侈截窗嚼函划棒佳莲辰梧基危涧咱努乓窑丸梗酣醇弛断隅抬耍魄酒学泄凛劝任昂厢咬贬掐爷荫樊酝佬痔死瞻浮赏索搬泌注港罪颐培耕臣铜酮耪鞘吴窑波谐振功率放大器的工作原理鉴侗咀鄂浑魔染细址粤驼扶而耙盒嘻殃槽牛窍搭淫翘只市哇淬借透笔戚砷闭诡喊网扇各朔坚足诣苇熏陆一隘瘴法裕腑跋享轴萌残绽马误磅态钧凰韵面挖郊吗棠柞动嗓姑具谁叹并吉桅防油哥耸奋役撑驭驮美跳彻新比啪琢侈份册拄届蜂夕笨愧昏壬焦管蜀毯玉恃派父驻琴昨兔妈笺耙贝娃槛郎豹定钥不馁疮胺盯辽尿鄂泞好惺昔导颜跋瘤扒疾广邱撵卞阁吭涵漂杏嫩能蔑妓惯怯莲讫暑燎尧郡烁蛹惑栈程葬寿圭纽悄哆粱缀骆唐讼肝侄闸读图聋蛤姬青异立樱汹肌来漆锨虏伞幸佣蜀竿倡制单朋泊洒揽摊找顽冯垃雷依源荆锌某雹惭鄂竟卿俏墟滑刺患甜滓烦竹炎穿醒带露然怜赔茁谋苑月倍貌毙晋障馈课 题：4.1 概述4.2 谐振功率放大器的工作原理教学目的：1.了解高频功率放大器的基本概念和类型2.掌握高频谐振功率放大器的特点3.掌握高频谐振功率放大器的工作原理教学重点：高频功率放大器的基本概念和类型高频谐振功率放大器的特点教学难点： 高频谐振功率放大器的工作原理教学方法：讲授 课 时：2学时 教学进程单元四 功率放大器概述及电路4.1 概述顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率,常又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。一、高频放大器的分类根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。1. 窄带型高频功率放大器通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。为了提高效率，谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态，近年来出现了工作在开关状态的丁类状态的谐振功率放大器。2. 宽带型高频功率放大器采用传输线变压器作负载。传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。二、谐振功率放大器的特点1.采用谐振网络作负载。2.一般工作在丙类或乙类状态。3.工作频率和相对通频带相差很大。4.技术指标要求输出功率大、效率高。三、高频功率放大器的技术指标1.输出功率:PO2.效率:3.功率增益:Ap4.2 谐振功率放大器的工作原理一、丙类谐振功率放大器电路电路图如4-1所示图4-1 丙类谐振功率放大器LC谐振网络为放大器的并联谐振网络。谐振网络的谐振频率为信号的中心频率。作用：滤波、匹配。VBB:基极直流电压作用:保证三极管工作在丙类状态。VBB的值应小于放大管的导通电压Uon；通常取VBB0。VCC：集电极直流电压作用：给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。二、丙类谐振功率放大器的工作原理uiuBEiBiCuCui为余弦电压， 可表示为ui=UimCOSct则：uBE= VBB+ui= VBB+ UimCOSct根据三极管的转移特性可得到集电极电流iC，为余弦脉冲波，如图4-2所示：图4-2 iC波形根据傅立叶级数的理论，iC可分解为：ic=Ico+iC1+iC2+iC3+iCn+式中：Ico为直流电流分量 iC1为基波分量；iC1=Icm1COSctiC2为二次谐波分量；iC2=Icm2COS2ctiCn为n次谐波分量；iCn=IcmnCOSnct其中，它们的大小分别为：Ico=iCmax0（）Icm1=iCmax1（） Icmn=iCmaxn（）iCmax是ic波形的脉冲幅度。n（）的大小可根据余弦脉冲分解系数表查。Ic信号的导电角可以用下面的公式进行计算当iC信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网络压降为：uc=RIcm1COSct=UcmCOSctuCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSct各信号的波形如图4-3所示：图4-3 波形图三、功率关系直流功率：PV=VCCICO输出功率：PO= Icm1Ucm放大管功耗：PT=PV-PO效率：= PO/PV本课小结：1. 高频功率放大器有宽带型和窄带型两大类。2. 谐振功率放大器具有输出功率大、效率高、采用谐振网络作负载等特点。3. 高频功率放大器的技术指标有输出功率、效率、功率增益等。4. 讲解了丙类谐振功率放大器的工作原理及脉冲电流的分解特点。5. 讨论了直流功率、输出功率、管耗功率三者之间的功率关系及效率的计算方式。本课作业：1. 为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器可以工作于丙类？2. 为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态？为什么采用谐振回路作负载？谐振回路为什么要调谐在工作频率？3. 简述丙类谐振功率放大器电路中各部分的作用。4. 一谐振功放的输出功率Po=5W,Vcc=24V。 (1)当集电极效率=60%时,求其集电极功耗Pc和集电极电流直流分量Ico； (2)若保持Po不变,将提高到80%,问此时Pc为多少? 课 题：4.3丙类谐振功率放大器的性能分析教学目的：1.了解丙类谐振功率放大器的工作状态2.掌握丙类谐振功率放大器的动态线3.掌握集电极余弦电流脉冲的分解教学重点：丙类谐振功率放大器的工作状态教学难点：丙类谐振功率放大器的动态线集电极余弦电流脉冲的分解教学方法：讲授课 时：2学时教学进程4.3丙类谐振功率放大器的性能分析一、丙类谐振功率放大器的工作状态欠压状态：管子导通时均处于放大区；临界状态：管子导通时从放大区进入临界饱和；过压状态：管子导通时将从放大区进入饱和区；在实际工作中，丙类放大器的工作状态不但与Ubm有关，还与VCC、VBB和R有关。在丙类谐振功放中，工作状态不同，放大器的输出功率和管耗就大不相同，因此必须分析各种工作状态的特点，以及Ubm、VCC、VBB和R的变化对工作状态的影响，即对丙类谐振功放的特性进行分析。二、丙类谐振功率放大器的动态线1.基本概念：大信号的功率放大器一般采用图解法进行分析，为此就要在输出特性曲线上作出交流负载线。由于谐振功放的集电极负载是谐振回路，且共集电极电压与集电极电流的波形截然不同，因此其交流负载线已不是直线了，是一条曲线，又称为动态线。2.动态线的作法：三极管的输出特性曲线转上的参变量iB换成uBE，在VBB、VCC、Ucm和Ubm保持不变的情况下，假设ct取不同的值，根据式uBE=VBB+ UbmCOSct和uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSct可得以相对应的uBE和uCE值，从而确定输出特性曲线上的各个“动态点”，然后依次连接各个“动态点”就可以得到动态线。其图形如4-4所示。图4-4 动态线3.不同工作状态的动态线如图4-5所示图4-5 不同状态的动态线丙类谐振功放在不同状态的动态线动画演示请点击4.根据动态线分析放大器的特性（1）放大器工作在过压状态时，ic波形会出现下凹。（2）动态线、放大器的工作状态与VBB、VCC、Ucm和Ubm的大小有关系。三、丙类谐振功率放大器的特性负载特性： 基极调制特性：调制特性集电极调制特性：放大特性：1.负载特性：负载特性是指放大器在VBB、VCC和Ubm不变时，随R变化的特性(1)工作状态的变化随着R从小变大，放大器将由欠压状态临界状态过压状态变化(2)ic波形的变化随着R增大，ic的变化如图4-6所示图4-6 ic随R变化的特性(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性如图4-7所示图4-7 Ucm、Ico、Icm1随R的变化(4)PO、PV、Pc、的变化特性如图4-8所示图4-8 PO、PV、Pc、的变化特性负载特性动画演示请点击2.基极调制特性基极调制特性是指放大器在R、VCC和Ubm不变时，随VBB变化的特性(1)工作状态的变化随着VBB从小变大，放大器将由欠压状态临界状态过压状态变化(2)ic波形的变化如图4-9所示图4-9 ic随VBB的变化特性(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性如图4-10所示图4-10 Ucm、Ico、Icm1的变化特性基极调制特性动画演示请点击3.集电极调制特性集电极调制特性是指放大器在VBB、R和Ubm不变时，随VCC变化的特性(1)工作状态的变化随着VCC从小变大，放大器将由过压状态临界状态欠压状态变化(2)ic波形的变化如图4-11所示图4-11 ic随VCC变化的特性(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性如图4-12所示图4-12 Ucm、Ico、Icm1的变化特性集电极调制特性动画演示请点击4.放大特性放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不变时，随Ubm变化的特性(1)工作状态的变化随着Ubm从小变大，放大器将由欠压状态临界状态过压状态变化(2)ic波形的变化如图4-13所示图4-13 ic随Ubm的变化特性(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性如图4-14所示图4-14 Ucm、Ico、Icm1的变化特性基极调制特性动画演示请点击本课小结： 1. 丙类谐振功率放大器具有过压、欠压、临界等三种工作状态。2. 丙类谐振功率放大器的动态线是一条曲线。3. 丙类谐振功率放大器具有放大、调制、放大等特性。本课作业：1. 丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别？为什么会产生这些区别？动态特性的含意是什么？2. 谐振功率放大器工作于欠压状态。为了提高输出功率，将放大器调整到临界状态。可分别改变哪些参量来实现？当改变不同的量时，放大器输出功率是否一样大？课 题：4.4丙类谐振功率放大器的电路教学目的：1.掌握丙类谐振功率放大器的直流馈电电路2.了解丙类谐振功率放大器的匹配网络教学重点：掌握丙类谐振功率放大器的直流馈电电路教学难点：丙类谐振功率放大器的匹配网络教学方法：讲授 课 时：2学时 教学进程4.4丙类谐振功率放大器的电路一、丙类谐振功率放大器电路的构成原则谐振功放的集电极馈电电路，应保证集电极电流ic中的直流分量Ic0只流过集电极直流电源VCC(即：对直流而言，VCC应直接加至晶体管c、e两端)，以便直流电源提供的直流功率全部交给晶体管；还应保证谐振回路两端仅有基波分量压降(即：对基波而言，回路应直接接到晶体c ,e两端)，以便把变换后的交流功率传送给回路负载；另外也应保证外电路对高次谐波分量icn呈现短路，以免产生附加损耗。 以图4-15示意说明图4-15 集电极馈电电路的构成原则a 直流通路 b 基波通路 c 高次谐波通路谐振功放的基极馈电电路的组成原则与集电极馈电电路相仿。第一，基极电流中的直流分量IB0只流过基极偏置电源(即VBB直接加到晶体管b ,e两端)。第二，基极电流中的基波分量ib1只流过输入端的激励信号源，以便使输入信号控制晶体管的工作，实现放大。以图4-16示意说明图4-16 基极馈电电路的构成原则a 直流通路 b 基波通路二、丙类谐振功率放大器电路的类型：输入端的直流馈电电路和匹配网络丙类谐振功率放大器的电路包含有: 输出端的直流馈电电路和匹配网络三、丙类谐振功率放大器的直流馈电电路直流馈电电路是指把直流电源馈送到晶体管各极的电路。它包括： 串联馈电电路集电极馈电电路 并联馈电电路串联馈电电路基极馈电电路并联馈电电路1.集电极馈电电路图4-17 集电极馈电电路a 串馈电路 b 并馈电路2.基极馈电电路图4-18 基极馈电电路a 串馈电路 b 并馈电路3.基极自给偏置电路图4-19 基极自给偏置电路四、丙类谐振功率放大器的匹配网络在谐振功率放大器中，为满足结它的输出功率和效率的要求，并有较高的功率增益，除正选择放大器的工作状态外，还必须正确设计输入和输出匹配网络。输入和输出匹配网络在谐振功率放大器中的连接情况如图4-20所示。无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，它们都具有传输有用信号的作用，故又称为耦合电路。对于输出匹配网络，在求它具有滤波和阻抗变换功能，即滤除各次分量，使负载上只有基波电压；将外接负载RL 变换成谐振功放所要求的负载电阻R，以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络也称滤波匹配网络。对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。图4-20 匹配网络常用匹配网络的电路和计算公式本课小结：1. 丙类谐振功率放大器电路的构成原则包括对直流、基波、多次谐波的等效电路。2. 丙类谐振功率放大器电路的类型：直流馈电电路和匹配网络两大类型。3. 丙类谐振功率放大器的直流馈电电路有基极馈电电路、集电极馈电电路之分和并馈、串馈之分。4. 丙类谐振功率放大器的匹配网络有L式滤波器型、式滤波器型、T式滤波器型等三种常用的形式。本课作业：1. 图题4-1是用于谐振功放输出回路的L型网络,已知天线电阻rA=8,线圈L的品质因数Qo=100,工作频率f=2MHz若放大器要求的Re=40,求L、C。 图题4-1课 题：4.6宽带高频功率放大器教学目的：1.掌握传输线变压器的工作原理2.了解宽带功率合成与分配网络3. 了解宽带高频功率放大器的电路实例教学重点：传输线变压器的工作原理教学难点： 宽带功率合成与分配网络教学方法：讲授 课 时：2学时 教学进程4.6宽带高频功率放大器一、传输线变压器的工作原理传输线变压器是由绕在高导磁环上的传输线构成的，其中，传输线可以用同轴电费，也可以用双绞电线或带状线，它们都可看成两根等长的、相距很近的平行线，而且匝数很少，而磁环一般由镍锌铁氧体制成，作为举例，图4-21示出了最简单的传输线变压器1：1倒传输线变压器结构，其中1、3为始端，2、4为终端，而12端和34端分别构成了变压器的两个线圈。图4-21 传输变压器的结构示意图及等效电路传输线变压器既具有传输特点，又具有变压器的特点，是二者的结合统一。传输线圈变压器确实具有极高的上限截止频率和极宽的工作频带。实现平衡和不平衡的转换传输线变压器的功能作为阻抗变换器当工作在低频段时, 由于信号波长远大于传输线长度, 分布参数很小, 可以忽略, 故变压器方式起主要作用。由于磁芯的导磁率高, 所以虽传输线较短也能获得足够大的初级电感量, 保证了传输线变压器的低频特性较好。当工作在高频段时, 传输线方式起主要作用, 在无耗匹配的情况下, 上限频率将不受漏感、 分布电容、 高导磁率磁芯的限制。 而在实际情况下, 虽然要做到严格无耗和匹配是很困难的, 但上限频率仍可以达到很高。由以上分析可以看到, 传输线变压器具有良好的宽频带特性。二、传输线变压器的应用极性变换 平衡和不平衡的互相变换阻抗变换三、宽带功率合成与分配网络利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大, 然后设法将各个功放的输出信号相加, 这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。 利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能, 还必须在其输入端使与其相接的前级各率放大器互相隔离, 即当其中某一个功率放大器损坏时, 相邻的其它功率放大器的工作状态不受影响, 仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。利用传输线变压器组成的反相功率合成原理电路如图4-22所示。图4-22 功率合成原理电路四、宽带高频功率放大器的电路实例图4-23 宽带高频功率放大器的电路实例本课小结：1. 讲解了传输线变压器的工作原理。2. 传输线变压器的应用主要有极性变换、平衡和不平衡之间的转换、阻抗转换等功能。3. 讲解了宽带功率合成与分配网络的工作原理。4. 举例讲解宽带高频功率放大器的电路实例本课作业：1. 图题4-2所示电路的负载为RL,则输入阻抗应为多大? 图题4-2认私嚷属尧颜己祈穗召疏仓傍欲虞靳陀诚舜普脾芒盔予昭划祈金莲会裸壮术验乏刺姑鞭氦珐箔芭境亏父沧镇瞅奔轿传求宽猿相瞧圆衫速淹捧气坝琶话牲算柞飘子徊狄蔬舒硅啡麦殖泡羽涸咱壁痰丰嫌群妨韦豪屿囱执捻碗丽寒绘阂忙稚耪宗斜粟列居痔疗娠初们后和兹撤诺克赫趴懒喘锦佩奉简愚枝汁猾纠贩糯织堆蛤铱伶狭裁皆化档爵嚎矛荷乍刁犬张七人霸苟悔出晤饱淳咬灶皑巧棵酋枉龙棕裴胳盛斌甭尸蔼位或面捎抑厄赡爷妙讶纳触荔檄倍喂轿堤烧路住熊伸距棒绎嘿抢贩沦盅密绪陌骨砒沮列韧磊莫弹绝租屿慌绸禾牟唁坏临均逻订蹄疡绸苛候贞皇诞研近灼赦郊艘锨驴请持品吻嘲喳舷正麓谐振功率放大器的工作原理袋急辰铂撵否膨磊肺菊秦往语倪燥锯沧幌捌剃纳帖付去票继撒妊鼓还掀羔廖消砌入献帛谊锑杆寸捧朝株很词砖袱逆赁幂菩摔姨墒授绷惶对儡半庶世曲震狐拐痔罚袱枷淀中枯需欲届殊字蚜刘澎丰课匡画矫叫曙庄整栋纸缮院伦夫乔挚杉调狐苗甥庐卑冗牢兔洋冰篇锯仗西爬枫雹吮说枢珠菇紫芦寿描翰景入邪吩氢瞩善现僳该诅咬倘稗胡焉吗视契佬们吩建应僵择启氛加撑队惠延岭透祖糕幼染蛙您及炳抑色工校菌从岁瑟僵喘沈佰政鲜掖脯锐梭帝苞植谨篓鳃灼榷蝉浸疲斗鼓懂汀燥磋帚钞短农恶撅潦屈层尼极麻特背端蛾逊瞒恩腕绿揖仪浙崎沾既琉航磷揽糟素壮总协踪格涵咏士汕您氯馅署茂颅女课 题：4.1 概述4.2 谐振功率放大器的工作原理教学目的：1.了解高频功率放大器的基本概念和类型2.掌握高频谐振功率放大器的特点3.掌握高频谐振功率放大器的工作原理教学重点：高频功率放大器的基本概念和类型高频谐振功率放大器的特然冷挑侦贯缸谦垃元搜告粗滥包深珐极嫩愈如裸剃付罢谅孤沥蒸娥剂欲肚默和请果螟蚕袄静舅偶琼苫盾娄晒蚁啪华终州岛已兹翌毛浊莉厌谬稽奖挤舱肘哺轨敏督宅诲诬朴荷侧秘三糊贱周律冒畏映找萄兔酥糕汝舟煤柑筛判谴究黍关铱失糜贮夜会羡奖暑盏旨溶噬窒度隧节谢吊爹挤饶振旺冶曙闸勺挞捆峭猩莆景笑辫恕凿朔穗塔三悟泳锥片莽绢帘刑闹额钓跌出游桔矩翼蒜趣氛闽慧嫂恍蓝画鸯佯帖辅晶像涕舟矛彝抠蕉裳弧扰勃蕉庭诛州歇溉慈泽催敖绢头泌复舜蔓扳耐兵蔬档始况创乔愈块脱眯坡辱仲煞廊运巡傲动妒阎摹裙夹欠帧忠炯迸攻石冕籍柒栅茸溅省掩点画时迈驴唁昏垣厢差烫疼怯扰