高频功率放大器ppt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,*,高频功率放大器,2.3 高频功率放大器,1,2.3 高频功率放大器1,读一读,无线电发射机中的高频功率放大器,在无线电发射机中，由于在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大,缓冲级、中间放大级、末级功率放大级,，获得,足够的高频功率,后，才能馈送到天线上辐射出去。这里所提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。由此可见，高频功率放大器是发送设备的重要组成部分。,2,读一读无线电发射机中的高频功率放大器2,发送设备的组成,高频振荡器,倍频或放大,调制器,高频功率放大器,话筒（微音器）,声音,低频放大,天线,3,发送设备的组成高频振荡器倍频或放大调制器高频功率放大,概述,高频功放,的任务：输出足够大的功率、高效率的功率转换、减小非线性失真。,掌握丙类谐振功放电路特点及其工作原理，理解对能量工程估算方法。,重点掌握谐振功放工作状态分析。,了解匹配网络。,4,概述高频功放的任务：输出足够大的功率、高效率的功率转换、减,高功放的分类,根据工作频带可分为：窄带型,宽带型,窄带型采用具有选频作用的谐振网络作负载，又称为,谐振功率放大器,；,放大等幅信号的谐振功放一般工作于丙类，,为了提高效率；,放大高频调幅信号的谐振功放一般工作于,乙类，以减小失真；,宽带型采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载，可实现功率合成.,5,高功放的分类根据工作频带可分为：窄带型5,谐功放的特点,谐功放与低功放相比：,相同点：都要求Po大，,高；,不同点：工作频率,负载,工作状态,谐功放 几百KHz几百MHz,谐振网络,丙类或乙类,低功放 20Hz20KHz,电阻、变压器等非谐振网络,乙类或甲乙类,谐功放与小信号谐振放大器相比：,相同点：都是高频放大，负载均为谐振网络；,不同点：,谐功放,是大信号放大器，主要考虑的是P,o,和,，工作在丙类，,负载,的作用,是从失真的集电极电流中选出基波，滤除谐波；,小信号谐放,为小信号放大器，主要考虑A,u,，f,bw,和选择性，工作,在甲类，,负载的作用,是抑制干扰信号，不失真放大有用信号。,6,谐功放的特点谐功放与低功放相比：6,谐功放的工作原理,丙类谐功放,（一）放大器工作状态的分类,1.通角,的概念：在信号的整个周期中，电流导通角度的一半称通角,2.,分类,甲类,180,乙类,90,丙类,90,上图中横坐标u,BE,、纵坐标i,C,7,谐功放的工作原理 丙类谐功放（一）放大器工作状态的分类1.,可见，甲类工作状态整个周期导通，即i,C,永远不为0，所以,甲类管功耗大、效率低；乙类,工作状态i,C,仅在半个周期导通，且i,C,正好是u,Ce,负半周，,管耗小、效率高（小于等于78%,）；,丙类,工作状态,90,，i,C,仅在u,Ce,较小的期间半个周期导通，故比乙类,效率高，可达80%以上,。,所以，,高功放一般工作在丙类，且负载要用调谐回路，滤出谐波，保证完整基波。,放大器工作状态的分类,8,可见，甲类工作状态整个周期导通，即iC永远不为0，所以甲类管,高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是要求,输出功率大和效率高,。两者间的差异总结如下:,低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。,例如，自20至20,000 Hz，高低频率之比达l,000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如,电阻、变压器,等。,高频功率放大器的工作频率高,（由几百kHz一直到几百MHz、几GHz甚至几十GHz），,但相对频带很窄。,例如，调幅广播电台（5351,605 kHz的载波频段范围）的频带宽度为9 kHz，如中心频率取为900kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用,选频网络作为负载回路,。,1.按负载性质划分,9,高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是要求输出功,低频功率放大器可工作于,甲类、甲乙类或乙类,（限于推挽电路）状态；,高频功率放大器则一般都工作于,丙类,（某些特殊情况可工作于乙类）。,2.按工作状态不同划分：,10,低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状,分为甲、乙、丙三类工作状态。,甲,类放大器电流的流通角为360,，适用于小信号低功率放大；,乙,类放大器电流的流通角约等于180,；,丙,类放大器电流的流通角则小于180,。,乙类和丙类都适用于大功率工作。,丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者,。,高频功率放大器大多工作于丙类,。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。,3.按放大器电流通角（放大器在一个正弦周期内导通的角度）的不同划分：,11,分为甲、乙、丙三类工作状态。3.按放大器电流通角（放大器在,不同点：比较,低 频 功 放,高 频 功 放,工作频率,低,（,20Hz20KHz),高,(,几百KHz几百MHz),一个工作频率fo,相对带宽,宽,f,max,/,f,min,=1000,窄,f/f,o,=百分之零点几到百分之几,200KHz/20MHz=1%,工作状态,甲、乙,类推挽,丙,类,负载,无调谐负载,阻性,(扬声器),选频网络,(LC谐振回路、具有选频功能的集成模块）,效率,低,高,小结,12,不同点：比较低 频 功 放高 频 功 放工作频率低（20H,高频功率放大器的主要技术指标除输出功率与效率外，还,要求输出中的谐波辐射分量尽量小,，以免对其他频道产生干扰。国际间对谐波辐射规定有两个标准：,（1）对中波广播来说，在空间任一点的谐波场强对基波场强之比不得超过,0.02；,（2）不论电台的功率有多大，在距电台1km处的谐波场强不得大于,50,Vm,。,在一般情况下，假如任一谐波的辐射功率不超过,25mW,，即可认为满足上述要求。,13,高频功率放大器的主要技术指标除输出功率与效率外，还要求,读一读,1、谐振功率放大器的电路组成与工作原理,电路中,V,BB,为放大器提供一反向偏置电压,V,BB,，从而使放大器静态时为截止状态,L,1,与,C,1,、,L,2,与,C,3,均调谐在,f,i,=,f,c,=30MHz，起滤波和谐振负载作用。,14,读一读1、谐振功率放大器的电路组成与工作原理电路中VBB为,设输入电压,u,b,=,U,bm,cos,c,t,，则BJT发射结上电压,u,BE,=,V,BB,+,u,b,=,V,BB,+,U,bm,cos,c,t,对于如图2.24所示电路的NPN型管来说，只有在激励信号,u,BE,为正值的一段时间（+,至,）内才有集电极电流产生.,15,设输入电压ub=Ubmcosct，则BJT发射结上电压15,图2.29 谐振功率放大器的通角,如图2.29所示。由图可知，2,是在一周期内的集电极电流流通角，因此，,可称为半流通角或截止角（意即,t,=,时，电流被截止）。为方便起见，以后将,简称为通角,。由图2.29可以看出:,周期性余弦电流脉冲,16,图2.29 谐振功率放大器的通角 如图2.29所示,显然，,i,B,为一周期性余弦电流脉冲，,i,C,幅度比,i,B,大得多，但波形和,i,B,相似，也是周期性余弦电流脉冲。可将集电极余弦电流脉冲,i,C,按傅里叶级数分解为,i,C,=,I,C0,+,i,c1,+,i,c2,+,=,I,C0,+,I,c1m,cos,c,t,+,I,c2m,cos2,c,t,+,式中，,I,C0,为,i,C,的直流分量，,I,c1m,、,I,c2m,分别其基波分量和各次谐波分量振幅，它们均是,的函数。,由于回路对,基频谐振,，呈纯电阻,R,P,，,并联谐振回路谐振时等效电阻最大,而对其他谐波的阻抗很小，故:只有基频电流与基频电压才能产生输出电压，因此,u,c,=,R,P,I,c1m,cos,c,t,=,U,cm,cos,c,t,则,u,CE,=,V,CC,u,c,=,V,CC,U,cm,cos,c,t,由上述分析可得谐振功率放大器的各极电压与电流波形如图2.30所示,。,17,显然，iB为一周期性余弦电流脉冲，iC幅度比iB大得多,丙类谐振功放各电流电压波形示意图,余弦电流脉冲,基频谐振,18,丙类谐振功放各电流电压波形示意图余弦电流脉冲基频谐振18,图2.30 谐振功率放大器的电压和电流波形,19,图2.30 谐振功率放大器的电压和电流波形 19,参见图2.30，令,（2.1）,式中、,等是,的函数，称为,尖顶余弦脉冲的分解系数,，可以推出,（2.2）,直流分解系数,基波分量分解系数,二次谐波分量分解系数,20,参见图2.30，令（2.1）式中、等是 的函数，称为尖顶余,等与,的关系见图,2.31。,图2.31 余弦脉冲的分解系数,21,等与 的关系见图2.31。图2.31 余弦脉冲的分解系数,余弦脉冲分解系数,由图可以看出：,谐波分量的次数越高，振幅越小；,对于某次谐波，存在一通角,使a,n,()取得最大值；,对于丙类谐功放，a,o,()和a,1,()都随的增加而增大，而波形系数g,1,()随的增加而减小；,22,余弦脉冲分解系数由图可以看出：22,功率关系,1.输出功率P,0,其中,I,C1m,为i,C,中基波振幅,U,Cm,为负载两端电压振幅,23,功率关系 1.输出功率P0 23,2.,功率关系,效率,P,0,/P,v,其中P,v,为集电极直流电源提供的直流功率（利用基极激励控制，使其转换为交流功率）,P,v,V,CC,I,C0,P,T,为集电极耗散功率 P,T,P,v,P,0,24,2.功率关系效率 P0/Pv24,功率关系,集电极电压利用系数：,集电极电流利用系数：,显然：,越大，g,1,（）越大，效率越高.,25,功率关系集电极电压利用系数：25,输出功率,看,余弦脉冲分解系数曲线,，,输出功率P,o,最大应选择通角,为120，但此时效率,C,并不是最高。,26,输出功率 看余弦脉冲分解系数曲线，26,V,效率,由上式可求得不同工作状态下放大器效率分别为：,甲类工作状态，=180，g,1,()=1，,c,=50%；,乙类工作状态，=90，g,1,()=1.57，,c,=78.5%；,丙类工作状态，=60，g,1,()=1.8，,c,=90%,为提高效率,C,应考虑两点：,选择合适的通角,，,为兼顾P,o,能够较大，最佳通角,取6575（条件是I,cmax,为定值、R为定值）。,提高电压利用系数,，,即应R,，并U,bm,。就是说R对,C,、P,o,有最佳取值。,27,V效率由上式可求得不同工作状态下放大器效率分别为：为提高效率,结论,从前面的的讨论知道，丙类谐振功率放大器在大信号激励下可获得大功率、高效率。实际调整电路时，晶体管选定后即 g,m,、U,on,一定，还要注意,V,cc,、,V,BB,、,U,bm,、,R,等参数对功率放大器工作状态的影响。,例题见书P24,28,结论从前面的的讨论知道，丙类谐振功率放大器在大信号激励下可获,读一读,高频功率放大器的工作状态取决于,负载阻抗,R,P,和电压,V,CC,、,V,BB,、,U,bm,四个参数。,为了说明各种工作状态的优缺点和正确调节放大器，就必须了解工作状态随这几个参数而变化的情况。,如果维持三个电压参数不变，那么工作状态就取决于,R,P,。,此时各种电流、输出电压、功率与效率等随,R,P,而变化的曲线，就叫,负载特性（曲线）（load characteristic）。,在讨论负载特性之前，应先讨论,动态特性（dynamic characteristic）。,谐振功率放大器的动态特性与负载特性,29,读一读 高频功率放大器的工作状态取决于负载阻抗RP和电压V,丙类谐功放的性能分析,在基极输入电压u,b,的作用下，V将经历不同的工作区域，因此放大器将工作在不同的状态；,当u,b,不大以致u,BE,1时，则简化为：