高频功率放大器.ppt

声音 图1 2 8调幅发射机方框图 6 1概述 6 1概述 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路 CE CC CB 1 谐振 高频 功放与非谐振 低频 功放的比较 相同 要求输出功率大 效率高 非线性 大信号 不同 低频 音频 20Hz 20kHz 高频 射频 以调幅为例 已调信号 AM广播信号 535kHz 1605kHz BW 10kHz 谐振与非谐振 工作状态 高频窄带信号 工作频率与相对频宽不同 6 1概述 功率放大电路的主要特点 输入为大信号要求输出功率尽可能大 管子工作在接近极限状态效率要高非线性失真要小BJT的散热问题 管子的保护 a 甲类class Aamplifier b 乙类class Bamplifier c 甲乙类class ABamplifier d 丙类class Camplifier 2 分类 6 1概述 流通角 一个周期内有电流流通的相角 6 1概述 3 要解决的问题 减小失真 线性度 管子的保护 提高输出功率 提高效率 丙类 C类 放大器的效率最高 但是波形失真也最严重 4 效率与失真矛盾的解决 6 1概述 4 效率与失真矛盾的解决 丙类 6 1概述 6 1概述 功能 将直流功率转换为交流信号功率 主要指标 输出功率与效率 工作状态 丙类大信号的非线性状态 非线性失真 分析方法 折线近似分析法 大信号 高频谐振功率放大器 6 2谐振功率放大器的工作原理 6 2 1获得高效率所需要的条件 6 2 2功率关系 6 2 1获得高效率所需要的条件 小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于 工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类 因此 采用负电源作基极偏置 图6 2 1高频功率放大器的基本电路 失真 图1非线性工作的晶体三极管集电极电流与静态工作点和输入信号大小的关系 a 静态工作点处于放大区 1 iC与vBE同相 与vCE反相 2 iC脉冲最大时 vCE最小 3 导通角和vCEmin越小 Pc越小 6 2 1获得高效率所需要的条件 6 2 2功率关系 电路正常工作 丙类 谐振 时 外部电路关系式 谐振回路 直流功率 输出交流功率 集电极效率 集电极电压利用系数 波形系数 6 2 2功率关系 6 3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法 6 3 2集电极余弦电流脉冲的分解 6 3 3高频功率放大器的动态特性与负载特性 6 3 4各极电压对工作状态的影响 6 3 5工作状态的计算 估算 举例 6 3 1晶体管特性曲线的理想化及其解析式 6 3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法 6 3 2集电极余弦电流脉冲的分解 6 3 3高频功率放大器的动态特性与负载特性 6 3 4各极电压对工作状态的影响 6 3 1晶体管特性曲线的理想化及其解析式 6 3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法 0 为了对高频功率放大器进行定量分析与计算 关键在于求出电流的直流分量Ic0与基频分量Icm1 最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角 c的关系 以便于电路设计和调试时 对放大器工作状态的选择指明方向 考虑到谐振功率放大器工作于丙类 非线性 大信号 状态 采取图解法与数学解析分析相折中的办法 折线近似分析法 6 3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法 6 3 1晶体管特性曲线的理想化及其解析式 图6 3 1晶体管的输出特性及其理想化 iC gcrvCE 欠压 临界 过压 End 图6 3 2晶体管静态转移特性及其理想化 iC gc vBE VBZ vBE VBZ 6 3 1晶体管特性曲线的理想化及其解析式 以上建立了晶体管的简化分析模型 下面求解集电极余弦脉冲电流中的各个频率分量 首先 写出其表达式 iC gc vBE VBZ vBE VBZ gc Vbmcos t VBZ VBB gcVbm cos t cos c gcVbm 1 cos c 当 t 0时 iC iCmax 取决于脉冲高度iCmax与通角 c 当 t c时 iC 0 6 3 2集电极余弦电流脉冲的分解 6 3 2集电极余弦电流脉冲的分解 图6 3 3尖顶余弦脉冲 由傅里叶级数求系数 得 其中 尖顶余弦脉冲的分解系数 波形系数 下面分析基波分量Icm1 集电极效率 c和输出功率Po随通角 c变化的情况 从而选择合适的工作状态 尖顶脉冲的分解系数 当 c 120 时 Icm1 iCmax最大 在iCmax与负载阻抗Rp为某定值的情况下 输出功率将达到最大值 但此时放大器处于甲乙类状态 效率太低 6 3 2集电极余弦电流脉冲的分解 图6 9尖顶脉冲的分解系数 由曲线可知 极端情况 c 0时 如果此时 1 c可达100 为了兼顾功率与效率 最佳通角取70 左右 End 6 3 2集电极余弦电流脉冲的分解 下面分析基波分量Icm1 集电极效率 c和输出功率Po随通角 c变化的情况 从而选择合适的工作状态 6 3 3高频功率放大器的动态特性与负载特性 因此 下面分析四个参数Rp和电压VCC VBB Vbm的变化对工作状态的影响 即谐振功放的动态特性 从而阐明各种工作状态的特点 为工作状态的调整提供参考 集电极效率 c和输出功率Po是否能最佳实现最终取决于功放中外部电路参数Rp和电压VBB Vbm VCC 6 3 3高频功率放大器的动态特性与负载特性 1 高频功放的动态特性 为一直线 下面通过折线近似分析法定性分析其动态特性 首先 建立由Rp和VCC VBB Vbm所表示的输出动态负载曲线 2 高频功放的负载特性 vbe 过压区 临界区 欠压区 6 3 3高频功率放大器的动态特性与负载特性 2 高频功放的负载特性 vbe 过压区 临界区 欠压区 6 3 3高频功率放大器的动态特性与负载特性 2 高频功放的负载特性 过压区 临界区 欠压区 6 3 3高频功率放大器的动态特性与负载特性 End 欠压 过压 临界