第五章 高频功率放大器.ppt

,第五章高频功率放大器,5.1概述,5.2调谐功率放大器的工作原理,5.3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法,5.4晶体管功率放大器的高频特性,5.5高频功率放大器的电路组成,5.6D类）功率放大器,5.7戊类（E类）功率放大器,5.8宽带高频功率放大器,5.9功率合成器,5.10晶体管倍频器,第五章高频功率放大器,学习目的与要求,1.掌握高频功率放大器的工作原理。2.掌握高频功率放大器的折线近似分析法。3.熟悉高频功率放大器的电路组成原则与匹配网络的计算。4.了解丁类与戊类功率放大器的工作原理。5.了解传输变压器的工作原理，了解功率合成器的工作原理，了解倍频器的工作原理。,调幅发射机方框图,5.1概述,第五章高频功率放大器,5.1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）:20Hz20kHz,高频（射频）:,（以调幅为例）,已调信号,AM广播信号:,535kHz1605kHz，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,5.1概述,2.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),5.1概述,(a)甲类class-Aamplifier,(b)乙类class-Bamplifier,(c)甲乙类class-ABamplifier,(d)丙类class-Camplifier,3.功率放大器的分类,5.1概述,流通角:一个周期内有电流流通的相角.,5.1概述,4.功率放大器要解决的问题,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。,5.效率与失真矛盾的解决,5.1概述,5.效率与失真矛盾的解决,丙类,5.1概述,5.1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,5.2谐振功率放大器的工作原理,5.2.1获得高效率所需要的条件,5.2.2功率关系,5.2.1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,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；,5.2.1获得高效率所需要的条件,5.2.2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,5.2.2功率关系,5.3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法,5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解,5.3.3高频功率放大器的动态特性与负载特性,5.3.4各极电压对工作状态的影响,5.3.5工作状态的计算(估算)举例,5.3.1晶体管特性曲线的理想化及其解析式,5.3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。,5.3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法,5.3.1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(vBEVBZ)(vBEVBZ),5.3.1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(vBEVBZ)(vBEVBZ),=gc(VbmcostVBZVBB),=gcVbm(costcosc),=gcVbm(1cosc),当t=0时，iC=iCmax,取决于脉冲高度iCmax与通角c,当t=c时，iC=0,5.3.2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c120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。,5.3.2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,5.3.2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。,例2：某谐振功率放大器的折线化转移特征性如图5.4.2所示。已知所用的晶体管参数为：,功率增益，允许通过的最大极电极电流，容许的最大集电极耗散功率,负偏压并且。试求输出功率、集电极效率与基极激励功率。,例3：一调谐功率放大器工作于临界状态，已知，临界线的斜率为0.6AV，管子导通角为，输出功率P2W，试计算。,5.3.3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。,5.3.3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,5.3.3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,5.3.3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,5.3.3高频功率放大器的动态特性与负载特性,