高频功率放大器优秀(3)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 高频谐振功率放大器,第一节 概述,第二节 谐振式（,C,类）高频功放的工作原理,第三节 谐振功率放大器的折线分析法,第四节 谐振功率放大实用电路,*,第六节 宽频带高频功率放大器,*,第七节 功率合成,基本要求,1.,了解,高频功率放大器的功能和性能指标；,2.,掌握,C,类谐振功率放大器的工作原理、分析方法、电路构成和使用方法；,（,）,3.,了解,传输线变压器的工作原理和应用特点。,1,、使用高频功率放大器的目的,放大高频大信号,使发射机末级获得足够大的发射功率。,2,、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题,高效率输出,高功率输出,A,、谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；,B,、谐振功率放大器与低频功率放大器；,C,、谐振功率放大器与非谐振功率放大器。,联想对比：,3.1,概述,A,、,谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处,相同之处,：,它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负,载均为谐振回路。,不同之处,：,为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；,晶体管动态范围不同。,i,c,t,o,o,i,c,t,U,BZ,谐振功率放大器,波形图,小信号谐振放大器,波形图,i,c,Q,t,o,o,i,c,t,u,B,u,B,B,、高频功率放大器与低频功率放大器的异同,共同之处,：都要求输出功率大和效率高。,不同之处,：工作频率与相对频宽不同；,放大器的负载不同；,放大器的工作状态不同。,表,2,-,1,不同工作状态时放大器的特点,工作状态,半导通角,理想效率,负,载,应,用,甲类,q,c,=180,50%,电阻,低频,乙类,q,c,=90,78.5%,推挽，回路,低频，高频,甲乙类,90,q,c,180,50%,h,78.5%,推挽,低频,丙类,q,c,90,h,78.5%,选频回路,高频,丁类,开关状态,90%100%,选频回路,高频,工作状态,功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。,谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路。其分析方法有图解法和解析法。,E,C,I,CEO,u,CE,i,C,O,Q,Q,截止区,饱和区,C,、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同,共同之处,:,都要求输出功率大和效率高。,谐振功率放大器,通常用来放大窄带高频信号,(,信号的通带宽度只有其中心频率的,1%,或更小,),，其工作状态通常选为丙类工作状态,(,c,90,),，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。,非谐振放大器,可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。,小结,1.,高频功率放大器功能,是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。能量转换的能力即为功率放大器的效率。,2.,高频功率放大器分类,高频功率放大器按其,工作频带,的宽窄划分：,窄带高频功率放大器：,通常以,选频电路,作为输出回路，故又称为,调谐功率放大器,；,宽带高频功率放大器：,输出电路则是,传输线变压器或其他宽带匹配电路,，因此又称为,非调谐功率放大器。,3.,调谐功率放大器的主要技术指标,输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。,4.,调谐功率放大器的分析方法,工程上普遍采用近似的分析方法,折线法,来分析其工作原理和工作状态。,1,、输出功率,:,放大器的负载得到的功率。,2,、效 率,:,高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的效率。,3,、功 率 增 益,:,高频输出功率和信号输入功率的比值。,5,、谐波抑制度,:,是对非线性高频功率放大器而提出的，也就是谐波分量相对于基波分量越小越好。,5.,高频功率放大器特点,3.2,丙（,C,）类高频功率放大器的工作原理,无论中间级还是输出级电路都可以等效为：,输入回路,、,非线性器件,和,带通滤波器,。,中间级放大,输出级放大,谐振于输入,信号的频率,谐振功率放大器等效原理图,特点,：,为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；（由,V,bb,保证发射结负偏置,，工作在丙类）,取出基波分量，获得正弦电压波形,阻抗匹配,负载为谐振回路,2,工作原理分析,u,BE,i,B,V,bb,U,BZ,u,b,U,bm,g,b,i,c,+,u,BE _,(1),输入回路电压分析,i,B,i,c,t,c,c,i,c1,i,c2,i,c3,I,co,I,cmax,i,C,频谱,(2),集电极输出电压,LC,回路阻抗,R,p,i,c,t,c,c,i,c1,i,c2,i,c3,I,co,I,cmax,u,b,U,BZ,V,BB,I,cmax,u,BE,t,i,b,t,i,c,t,u,CE,u,c,t,V,CC,U,cm,U,bm,i,c,3.3,丙（,C,）类高频功率放大器的折线分析法,丙类高频功率放大器工作在,大信号非线性状态,下，晶体管的,小信号分析方法,不再适用。采用,静态特性曲线经过理想化成为折线,来进行近似分析会存在一定误差，但很简洁。,1.,晶体管特性曲线的理想化及解析式,分输入特性曲线和输出特性曲线,输出特性曲线,分别对,饱和区,和,放大区,采用不同的简化方法。,饱和区：近似认为,i,C,只受,u,CE,的控制，而与,u,BE,无关。理想的饱和临界线为一条通过原点的斜线。斜率：,放大区：近似认为,i,C,与,u,CE,无关。各条曲线为平行于,u,CE,的水平线。对于等差的,i,B,间隔应该是相等的。,表征,临界饱和线,的方程：,u,BE,i,c,-V,bb,U,BZ,u,b,i,c,U,bm,g,C,i,c,+,u,BE _,2.,集电极余弦电流脉冲的分解,v,BE,i,c,-U,BB,-U,BZ,v,b,i,c,V,bm,g,C,I,cmax,i,c,+,u,BE _,i,c,t,c,c,i,c1,i,c2,i,c3,I,co,I,cmax,直流分量分解系数,基波分量分解系数,n,次谐波分量分解系数,3.,高频功放的功率与效率,c,o,1,3,g,1,1.0,2.0,2,在 的条件下,甲类工作状态：,乙类工作状态：,丙类工作状态：,导通角的选择,（,1,）,R,p,一定的条件下，,c,=120,o,时输出功率最大，但效率只有,66%,。,（,2,）,c,=1,o,15,o,时，效率最高，但输出功率很小。,（,3,）在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，谐振功率放大器导通角常取,c,=60,o,80,o,。,c,o,1,3,g,1,1.0,2.0,2,例,1,某谐振功率放大器的转移特性如图所示。已知该放大器采用晶体管的参数为：,f,T,150MHz,，功率增益,Ap,13dB,，管子允许通过的最大电流,Ic,max=3A,，最大集电极功耗为,Pc,max=5W,。管子的,V,BZ,=0.6V,，放大器的负偏置,V,BB,=1.4V,，,c,=70,，,V,cc=24V,，,=0.9,，试计算放大器的各参数。,1),根据图可求得转移特性的斜率,g,c,2),求,V,bm,3),求,i,c,max,I,c,1,I,c,0,4),求交流电压振幅以及功率和效率,5),激励功率,输出特性曲线理想化,静态特性曲线是在集电极电路内没有负载阻抗的条件下得到的。若考虑负载的影响，所获得的,u,CE,u,BE,与,i,C,的关系曲线就叫做动态特性曲线。最常用的是当,u,BE,u,CE,同时变化时，表示,i,c,与,u,CE,关系的动态特性曲线,i,c,=f,(,u,BE,u,CE,),，也叫做负载线。,4,、 高频功率放大器的动态特性,绘制方法一：,利用,U,0,和,g,d,。,i,c,=,f,(,u,CE,),绘制方法二：静态工作点法,静态工作点,Q,输出电压,波形,欠 压,:,动态特性,A,1,B,1,-B,1,C,1,在输入信号一周内，,A,点没有进入晶体管的饱和区，这种工作状态称为欠压工作状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲。,临界：,动态特性,A,2,B,2,-B,2,C,2,，,A,点正好在晶体管的临界饱和线上，这种工作状态称为临界工作状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲。,过压：,动态特性,MA,3,-A,3,B,3,-B,3,C,3,在输入信号一周内，,A,点已进入晶体管的饱和区，这种工作状态称为过压工作状态。对应的集电极电流为凹顶脉冲。,丙类功放的三种工作状态,欠压、临界、过压,5,、负载线类型有哪些？,V,CC,Q,U,ces,U,cm,u,CE,i,c,g,cr,I,cmax,u,bemax,临界点分析,U,ces,(,晶体管饱和压降,),则,U,cm,max,=,V,cc,U,ces,指晶体管的,V,cc,、,V,bb,、,U,bm,一定时，改变回路谐振电阻,R,p,，功放的工作状态、电流、电压、功率、效率随,R,p,变化的关系。,不变,变化,变化,|g,d,|,和,R,p,成反比,随着,R,p,的增大，工作状态从欠压,-,临界,-,过压,6,、负载线影响因素分析,1,R,p,g,d,如何呢？,（,1,）欠压区,i,c,u,ce,u,bemax,Q,R,p,欠压区,过压区,临界区,R,p,欠压区,过压区,临界区,I,c,1m,I,co,P,=,P,c,U,cm,P,o,（,2,）过压区,i,c,u,ce,u,bemax,Q,R,p,欠压区,过压区,临界区,R,p,欠压区,过压区,临界区,I,c,1m,I,co,P,=,P,c,U,cm,P,o,R,p,欠压区,过压区,临界区,R,p,欠压区,过压区,临界区,I,c,1m,I,co,P,=,P,c,U,cm,P,o,2,、在欠压状态,I,c,0,，,Ic,1m,几乎不变，功放相当于一个恒流源，而过压状态,U,cm,几乎不变，相当于一个恒压源（可用于中间级功放）。,6,、负载线影响因素分析,2,V,cc,u,ce,i,c,u,bemax,Q,2,V,c2,Q1,V,c1,Q3,V,c3,i,c,u,ce,i,c,u,bemax,Q,2,V,c2,Q1,V,c1,Q3,V,c3,i,c,V,cc,欠压区,过压区,临界区,V,cc,欠压区,过压区,临界区,I,c1,I,co,P,=,P,O,P,C,6,、负载线影响因素分析,3,U,bm,u,bemax2,u,bemax3,u,bemax1,u,ce,i,c,Q,V,CC,M,A,1,A,2,A,3,A,3,B,1,B,2,B,3,C,1,C,2,C,3,U,bm,欠压区,过压区,临界区,I,c1,I,co,P,=,P,O,U,bm,欠压区,过压区,临界区,6,、负载线影响因素分析,4,V,bb,u,bemax2,u,bemax3,u,bemax1,u,ce,i,c,Q,1,V,CC,M,A,1,A,2,A,3,A,3,B,1,B,2,B,3,C,1,C,2,C,3,Q,2,Q,3,V,bb,欠压区,过压区,临界区,I,c1,I,co,P,=,P,O,V,bb,欠压区,过压区,临界区,U,cm,I,cml,I,co,U,bm,过压,临界,欠压,O,O,t,i,c,O,t,i,c,U,bm,增大,O,t,i,c,t,O,i,c,t,U,bm,线性功率,放 大 器,t,U,cm,U,bm,U,cm,振 幅,限幅器,U,cm,t,U,bm,U,cm,固定,V,bb,、增大,U,bm,和固定,U,bm,、增大,V,bb,的情况类似，,它们都使基极输入电压,u,BEmax,随之增大，,对,应,的,集电极脉冲电流,i,c,的幅度和宽度均增大，放大器的工作状态由欠压进入过压 。,当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅,U,cm,反映输入信号振幅,U,bm,的变化，,放大器必须在,U,bm,变化范围内工作在欠压状态。,当谐振功率放大器用作振幅限幅器时，,放大器必须在,U,bm,变化的范围内工作在过压状态。,(,U,cm,变化比较平缓,),例 谐振功率放大器输出功率,P,o,已测出，在电路参数不变时，为提高,P,o,采用提高,V,bm,的办法，但效果不明显，试分析原因，并指出为了达到,P,o,明显提高的目的，可采用什么措施。,P,=,P,O,U,bm,欠压区,过压区,临界区,V,cc,欠压区,过压区,临界区,P,=,P,O,P,C,