射频功率放大器1ppt课件

第4章 射频功率放大器 * 41 引言 42 功率放大器的工作原理 45 阻抗匹配网络与网络设计 第4章 射频功率放大器 * 41 引言 射频频功率放大器RFPA是发发射系统统中的主要功能电电路部分。 在调调制器产产生射频频已调调信号后，射频频已调调信号就由RFPA将它 放大到足够够功率，经经匹配网络络，再由天线发线发 射出去。 图图411 发发射系统统框图图 第4章 射频功率放大器 * 41 引言 功率放大器输输出功率大，从直流电电能转换转换 成交流输输出功 率的转换转换 效率是功率放大器所要研究的主要问题问题 。 为为提高效率，将放大器的工作状态态从A类类(甲类类)设计设计 成B 类类(乙类类)，又进进一步从B类设计为类设计为 C类类(丙类类)、D类类(丁类类)、E类类 (戌类类) 、F类类。 通常在RFPA中，可以用LC谐谐振回路选选出基频频或某次谐谐 波，实现实现 不失真放大。D类类和E类类以及F类类功放则则是开关型功率 放大器，这类这类 功放目前常称的高效功率放大器。 第4章 射频功率放大器 回顾三极管知识 典型小信号三极管放大电路 第4章 射频功率放大器 回顾三极管知识 第4章 射频功率放大器 第4章 射频功率放大器 第4章 射频功率放大器 ic eb t o o ic t VBZ 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： 谐振功率放大器 波形图 小信号谐振放大器 波形图 ic Q eb t oo ic t 高频功放与高频小信号放大器的比较 8 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。 第4章 射频功率放大器 高频（谐振）功放与低频功放的区别 低频功放高频功放 工作频率音频射频 应用场合接收机末端发射机末端 负载 纯电阻（无调谐负载） 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。 思考：高频小信号放大器与低频小信号放大器区别？ 第4章 射频功率放大器 功率放大器工作状态： 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 c=180 50% 电阻 低频 乙类 c=90 78.5% 推挽，回路 低频，高频 甲乙类 90c180 50% h78.5% 推挽 低频 丙类 c 90 h78.5% 选频回路 高频 丁类 开关状态 90%100% 选频回路 高频 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(c90)，为了不失真的放大信号，它的负 载必须是谐振回路。 10 第4章 射频功率放大器 1.输入信号强，电压在几百毫伏几伏数量级附近; 2.为了提高放大器的工作效率，它通常工作在丙类， 即晶体管工作延伸到非线性区域饱和区、截止 区; 3.要求：输出功率大、效率高。 功放特点和要求 第4章 射频功率放大器 4.2 功率放大器的工作原理 一、电路 二、折线近似分析法直线段近似法 三、晶体管导通的特点、导通角、 余弦脉冲电流的分析 四、槽路电压 第4章 射频功率放大器 一、电路 第4章 射频功率放大器 各元件的作用： Ec 是直流电源电压； Eb 是基极偏置电源电压。 输入信号经变压器T1 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 RL上以 达到阻抗匹配的要求。 第4章 射频功率放大器 二、折线近似分析法直线段近似法 晶体管特性及其折线化 iC vbe 近似为 iC UjUjvbe 第4章 射频功率放大器 所谓折线近似分析法，是将电子器件的特性理想化，每条特性曲 线用一组折线来代替。这样就忽略了特性曲线弯曲部分的影响，简化 了电流的计算，可满足工程的需要。 在转移特性的放大区，折线化后的线斜率为（约几十至几百）。 此时，理想静态特性可用下式表示 （3-1） 第4章 射频功率放大器 三、晶体管导通的特点、导通角、余弦脉冲电流的分析 1.晶体管导通的特点 无信号：晶体管截止 有信号：激励信号 Eb+Uj 导通 当激励信号 ube 足够大，放大器工作在放大区和截止区，集电极 电流是周期性的余弦脉冲。将ube表示式 代入式（3-1）可得 (3) 第4章 射频功率放大器 根据导通角的定义， 当 时， 即 由此可得导通角 与Eb、Ubm、Uj 间的 关系 第4章 射频功率放大器 2.导通时间的衡量导通角 1）当Eb、Uj一定，改变激励信号，就可改变 导通角 (4) 2）当管子定下来，Uj 一定，在一定激励信号 下，改变Eb 就可改变导通角的大小。 第4章 射频功率放大器 折线法分析非线性电路电流电压波形 第4章 射频功率放大器 1）采用折线近似分析法 ic是周期性余弦脉冲电流。 2）余弦特征的表达峰值Icmax ,导通角 3）余弦特征的分解直流成分、基波及 2、3、 n次谐波 。 3.余弦脉冲电流的分析 第4章 射频功率放大器 周期性余弦脉冲电流可用傅里叶级数展开。 为此，需要求得余弦脉冲电流的幅度Icmax 。将式 （4）代入式（3）得到 当时，电流 ic 为最大值，以Icmax表示 这样电流 ic又可写成 (5) (6) 第4章 射频功率放大器 电流 ic 的傅里叶级数展开式为 (7) 其中，ic 直流分量为 (8) 第4章 射频功率放大器 基波分量幅值为 (9) 对于 n 次谐波的幅值为 (10) 上述各式都包含两部分，一部分是最大电流 Icmax ， 另一部分是以 为变量的函数。 第4章 射频功率放大器 对应于直流分量、基波分量，n 次谐波分量的 函数，分别用 、 、 表示，即 n1 第4章 射频功率放大器 直流成分为 基波成分为 2次谐波为 、 、 称作余弦脉冲分解系数，它们是导通角 的函数。 为了使用方便，将几个常用系数与 的关系绘制在图 中。 第4章 射频功率放大器 第4章 射频功率放大器 四、槽路电压（输出电压） 1.波形基本正弦 条件1）槽路调谐于基波 2）谐振回路品质因数 足够高 2.大小 第4章 射频功率放大器 3.3 功率和效率 从能量转换方面看，放大器是通过晶体管把直流功率转换成 交流功率，通过槽路把脉冲功率转换为正弦功率，然后传输给负 载。在能量的转换和传输过程中，不可避免地产生损耗，所以放 大器的效率不能达到100。功率放大器功率大，电源供给、管 子发热等问题也大。为了尽量减小损耗，合理地利用晶体管和电 源，必须了解功率放大器的功率和效率问题。 调谐功率放大器有如下五种功率需要考虑。 第4章 射频功率放大器 1.电源供给的直流功率PS ； 2.通过晶体管转换的交流功率，即晶体管集电极输出的 交流功率Po ； 3.通过槽路送给负载的交流功率,即RL 上得到的功率PL; 4.晶体管在能量转换过程中的损耗功率，即晶体管损耗 功率PC ； 5.槽路损耗功率 PT。 以上五项功率的相互关系可用下图表示。 第4章 射频功率放大器 图5 调谐功率放大器中的功率关系 第4章 射频功率放大器 晶体管转换能量的效率叫集电极效率，以 表示，其计算 式为 (21) 槽路将交流功率Po传送给负载的效率，叫槽路效率以 表示，其计算式为 (22) 下面分析 与哪些因素有关，以便设计出高效率的放大器 。 （重点考虑集电极效率，假设槽路效率为1.） 第4章 射频功率放大器 电源供给功率PS和交流输出功率Po可分别表 示为 1 .集电极效率 （23） （24） 第4章 射频功率放大器 集电极效率 为 上式说明 与 、 成正比，是余弦脉冲基波 分量和直流分量分解系数之比，代表着集电极电流基 波幅值与直流电流之比，所以这个比值叫集电极电流 利用系数。因为 、 都是 的函数，所以它与负 载、激励大小及导通角有关。 第4章 射频功率放大器 讨论： 定义：电压利用系数 集电极电压 uce下降的最小值为 当减小到一定程度（约为1V），晶体管进入饱和区。 此后虽然Ucm仍可增大，ucemin进一步