高频调谐功率放大器课件

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,*,高频电子线路,Tel：,qq ：624554818,第五章,5,.1,概述,（1）使用高频功放的目的,（2）功率放大器使用中需解决的两个问题,（3）高频功率放大器的种类,（4）高频功放与小信号放大器的比较,（5）高频功放与低频功放的区别,（6）工作状态,（7）高频功放的主要技术指标,（,1,）使用高频功放的目的,从图中可见，高频功放是无线发射机的重要组成部分,无线发射机,无线接收机,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,）功率放大器使用中需解决的两个问题,高效率输出,高功率输出,高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和高。,联想对比：,（,3,）高频功率放大器的种类,谐振功率放大器（学习重点）,特点是负载是一个谐振回路，功率放大增益可以很大，一般用于末级；,不易于自动调谐。,宽带功率放大器（了解即可）,特点是负载是传输线变压器，可在很宽的频带内对高频信号进行功率放大；,功率增益有限，一般用于中小功率级。,（4）工作状态,三极管,四种工作状态,根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分,乙类：,导通角等于,180,甲类：,一个周期内均导通,甲乙类：,导通角大于,180,丙类：,导通角小于,180,工作状态,半导通角,理想效率,负,载,应,用,甲类,q,c,=180,50%,电阻，回路,低频，高频,乙类,q,c,=90,78.5%,推挽,低频,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,（4）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。,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；,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。,高频小信号放大器,高频功率放大器,放大器原理电路,（5）高频功放与高频小信号放大器的比较,i,c,e,b,t,o,o,i,c,t,V,BZ,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,：,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。,谐振功率放大器,波形图,小信号谐振放大器,波形图,i,c,Q,e,b,t,o,o,i,c,t,（5）高频功放与高频小信号放大器的比较,（5）高频功放与高频小信号放大器的比较,高频小信号,放大器,高频功放,电路性质,线性,非线性,应用场合,发射机送给功放的信号接收机天线送来的信号,发射机末端,放大器类型,甲类,丙类,集电极输出波形,与输入信号一致,余弦脉冲,设计的目的,信号波形放大、传输,将电源的能量尽可能以信号的形式输出,最关心的指标,电压增益,效率,（6）高频（谐振）功放与低频功放的区别,低频功放,高频功放,工作频率,音频(3003400Hz),射频,应用场合,接收机末端,发射机末端,负载,纯电阻,LC,谐振回路,放大器类型,甲类或乙类,丙类,相同之处,：,要求输出功率大、效率高。,不同之处,：,工作频率、相对频宽、放大器负载、放大器的工作状态不同。,（,7,）高频功放的主要技术指标,主要指标：,输出功率,效率（将电源能量转换成输出信号能量的能力）,大家应当了解的工程指标,谐波场强,2,0,的,场强与,0,的,场强之比小于万分之二,在发射机,1km,处,2,0,的,场强小于,50(uV/m),谐波功率（小于,25mW,）,注意,:,该电路,和小信号调谐放大器的不同,(bias),5.2.1 放大器原理电路,各元件的作用：,E,c,（V,CC,）,是直流电源电压；,E,b,（V,bb,）,是基极,偏置电源电压。,输入信号,经变压器,T,1,耦合到晶体管基-射极，,这个信号也,叫激励信号。,L、C,组成并联谐振回路，作为集电极负载，,这个回路也叫,槽路。,放大后的信号通过变压器耦合到负载,R,L,上以,达到阻抗匹配的要求。,电路图中各变量关系及波形分析,分析第一步：输入信号有反向偏置电压，从而输出为余弦脉冲,v,BE,i,C,t,i,C,t,分析第二步：把集电极余弦电流脉冲看成一系列电流源的叠加,等效,为了分析更清晰，先假设没有抽头,由于,LC,的选频作用,i,c,t,c,c,i,c1,i,c2,i,c3,I,co,I,cmax,注意：,高频调谐功率放大器，选频的对象是：,集电极电流,i,c,中的不同频率成分。,集电极余弦脉冲电流分析,分析第三步：,V,CC,减去,v,o,得到集电极电压,v,C,t,v,C,分析第四步：把输入信号，集电极电流，集电极电压,画到同一个坐标中（从图中可以读出很多关系）,可以看出，,v,BEmax,最大时，,i,C,最大值,i,Cmax,，,v,C,最小值,v,Cmin,通过滤波器滤掉除了 之外的所有分量，实现只对信号频率的放大。,回路失谐造成的后果：,对输出来说，如果,LC,回路失谐，相当于滤波器的中心频率偏移，会使有用频率幅度降低，而使无用频率得到放大，从而使输出波形产生失真；,对三极管来说，如果,LC,回路失谐，根据第三章知识，则,LC,的导纳变大（阻抗变小），使回路电流增大，而且电压集中在三极管上，三极管可能由于功率过大而烧毁。,为什么,i,c,的波形时有时无,而输出的波形,v,o,却能是连续的,?,如果能从频谱的角度来理解最好，即,i,c,是有很多余弦分量相加而成的，经过滤波器将其他分量滤除，剩下的自然是一个基频余弦分量,I,cm1,cos,t,这也是为什么要用选频网络作负载的原因。,功率关系和效率,余弦脉冲可以看作是多个频率分量的叠加,t,i,c,t,t,t,功率关系和效率,i,c,t,c,c,i,c1,i,c2,i,c3,I,co,I,cmax,功率关系和效率,t,v,C,谐振功放的特点,（,1,）放大高频大信号，属于非线性工作状态；,（,2,）基极偏置为负值，,c,90,，丙类,（,3,）电流脉冲是尖顶余弦脉冲；,（,4,）负载是,LC,谐振回路。,讨论：,不论由于上述什么原因使,V,cm,增大时，则,也增大，从而使 提高。,不过 也不能任意提高，因为在管子导通的,某一瞬间，集电极电压,v,c,下降的最小值为,，则 ，当减小到一定程度（约为,1,2V），晶体管进入饱和区。此后虽然,V,cm,仍可增,大，,v,cmin,进一步减小，电压利用系数也有所提高，,但其变化缓慢极限为1。,此折线可以表示为,导通角和电流峰值分析,用折线分析法分析大输入信号,v,B,i,C,t,t,i,C,电流余弦脉冲,i,c,的表达式,i,C,t,v,B,考虑在流通角内,V,bm,代入,v,B,cos,c,的表达式,i,C,t,v,B,V,bm,电流最大值,i,Cmax,的表达式,t,i,C,i,Cmax,恰好为cos,c,直流分量：,基波分量：,n,次谐波,:,0,，,1,. ,n,等仅,与半通角有关,c,对高频谐振功放效率的影响,余弦脉冲的分解系数,c,对高频谐振功放效率的影响,余弦脉冲的分解系数,5,.3.3,高频功放动态特性及负载特性,1.,动态特性,高频放大器的工作状态是由负载阻抗,R,p,、激励电压,v,b,、供电电压,V,CC,、,V,BB,等,4,个参量决定的。,为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。,在考虑了负载的作用后，所获得,v,C,、,v,BE,与,i,c,的关系曲线叫做动态特性曲线,。,当,v,C,、,v,BE,同时变化时，,i,c,v,C,关系的动态特性曲线,。（,负载线,）,t,1.,动态特性,外部电路关系,负载线的表达式,t,代入,画出负载线,i,C,t,三极管工作,三极管截止,负载线的,Q,点（注意是虚拟的）,虚拟电流,i,C,t,三极管工作,三极管截止,负载线的,A,点,放大器的三种工作状态,之,欠压状态,i,C,t,放大器的三种工作状态,之,临界状态,i,C,t,放大器的三种工作状态,之,过压状态,i,C,t,三极管工作区,三极管饱和区,三种状态的波形汇总,功放的负载特性（即,Rp,变化对功率和效率的影响）,v,BEmax,i,c,v,C,I,cm1,I,c0,V,cm,R,p,欠压区,过压区,临界态,功放的负载特性（即,Rp,变化对功率和效率的影响）,I,cm1,I,c0,V,cm,R,p,欠压区,过压区,临界态,R,p,欠压区,过压区,临界态,P,=,P,c,P,o,三种状态的小结（欠压状态特点）,欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但,晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。,三种状态的小结（临界状态特点）,临界状态的特点是,输出功率最大，效率也较高,，比最大效,率差不了许多，可以说是,最佳工作状态,，发射机的末级常,设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状,态为例。,三种状态的小结（过压状态特点）,过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平,稳且幅值较大，,在弱过压时，效率可达最高,，但输出功率,有所下降，发射机的中间级、,集电极调幅级常采用这种状,态,。,掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。,1.,其他条件不变,V,CC,改变对工作状态的影响,1.,其他条件不变,V,CC,改变对工作状态的影响,临界,过压区,欠压区,用于集电,极调幅时要工作与过压状态,1.,其他条件不变,V,CC,改变对工作状态的影响,2.,其他条件不变,V,bm,改变对工作状态的影响,2.,其他条件不变,V,bm,改变对工作状态的影响,临界,欠压区,过压区,用于基,极调幅时要工作与过压状态,2.,其他条件不变,V,bm,改变对工作状态的影响,各变量对功放状态影响的总结,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。,小 结,高频功放是谐振功放，其效率,c,=Po/P,=,=Po/(Po+Pc)。甲、乙、丙类功放通过提高,集电极输出功率,，使信号输出功率增加；丁戊类功放通过降,低集电极耗散功率,，使信号输出功率增加。,欠压和临界时，,i,c,为余弦脉冲，过压时,i,c,为余弦凹顶脉冲。,负载变化时，,I,c1,I,co,和,V,c,变化曲线，,p,c,、,p,o,和,p,=,和,c,变化曲线,V,CC,改变对工作状态的影响,V,bm,改变对工作状态的影响,1,.已知高频功放的输出功率P,0,=5W，集电极电源电压V,cc,=+24V，若要求功放集电极效率,C,=80%，则P,=,为（ ）,A、6.25W B、5W C、11.25W D、1.25W,2,.高功放中，U,bm,对,Ic,1m、I,co,的影响为（ ）,A、 B、 C、,3.丙类谐振功率放大器的半导通角 （ ）,A、=180 B、90,作业五,