高频功率放大器资料PPT课件

第3章高频功率放大器,作用：高效率地输出足够大的信号功率。,谐振功率放大器,宽带高频功率放大器,放大固定频率信号或窄带信号，LC谐振网络作为负载，需调谐。,放大变换频率的信号或宽带信号，传输线变压器作为负载，不需调谐。,无线电发射机与超外差接收机的结构框图,3.1谐振功率放大器的工作原理,主要要求：,理解谐振功放的电路组成，掌握其工作原理,掌握丙类谐振功放输出功率、管耗和效率的计算,集电极耗散功率,3.1.1基本工作原理,一、放大器的工作状态,谐振功率放大器通常选择工作在丙类，效率高。,二、谐振功放的电路组成,三、谐振功放的工作原理,VBB使放大器工作于丙类。LC回路调谐于输入信号的中心频率，构成滤波匹配网络。,VBB,uBE(on),iBmax,ic1,ic2,VCC,uc,iC为iCmax时，uCE为uCEmin。ic不仅出现时间短，而且只在uCE很小的时段内出现，因此集电极损耗很小，功放效率较高。,谐振功放工作原理小结：,设置VBBUBE(on)，使晶体管工作于丙类；当输入余弦信号时，集电极电流为余弦脉冲；将LC回路调谐在信号频率上，可将余弦电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出。,3.1.2余弦电流脉冲的分解,假设不考虑器件极间电容的影响，将转移特性曲线折线化。,t=时，iC=0，则,故iC可写为,又t=0时，iC=iCmax，由上式可得,故可将iC表示为,将iC展开为傅里叶级数,1,2,3.1.3输出功率与效率,集电极电压利用系数,1,2,例图示电路中，VCC=24V，Po=5W，=70，=0.9,求功放的C、PD、PC、iCmax和回路谐振阻抗Rp,解：,小结,功率放大器的主要指标：输出功率和效率功率放大器的工作状态：丙类（效率最高）丙类功率放大器的负载：LC谐振网络（消除谐波）（负载匹配）（3.3节）,常用公式：,3.2谐振功率放大器的特性分析,主要要求：,理解谐振功放过压、欠压、临界工作状态的特点,掌握丙类谐振功放的负载特性,了解VCC、VBB、Uim对谐振功放工作状态的影响,3.2.1谐振功放的工作状态与负载特性,放大器工作状态的分类：,按晶体管导通时间分,甲类（始终导通）,乙类（半周导通）,甲乙类（大半周导通）,丙类（小半周导通）,丙类谐振功放按晶体管是否进入饱和区分,欠压（不进入饱和区）,过压（进入饱和区）,临界（达到临界饱和）,一、谐振功率放大器的动态特性,谐振功率放大器的动态特性：当谐振功率放大器加上信号源及负载阻抗时，晶体管电流与电极电压的关系曲线。,谐振功率放大器的动态特性指：晶体管内部特性与外部特性结合的特性，即为实际的放大器的工作特性。,二、晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线,晶体管实际特性和理想折线,根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VD的一条直线来表示(VD为截止偏压)。,三、动态特性的作法,(1)写出和表达式,(2)作出动态特性,(3)画出波形,(4)根据图进行讨论,1)欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压较低且变化较大。,在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：,2)过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，交流输出电压较高且变化不大。,3)临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。,四、欠压、临界和过压工作状态,1、欠压、临界和过压工作状态,2、谐振电阻Re对集电极电流的影响,(3)讨论,3、负载特性,VCC、VBB、Vim不变时，放大器的工作状态、电流、电压和功率以及效率随Re的变化而变化的关系。,Re放大器从欠压临界过压。,VCC、VBB、Vim不变时，Im，以及IQ基本不变。,谐振功放的负载特性,RP,O,IC0,Ic1m,Ucm,欠压,临界,过压,RP,O,欠压,临界,过压,Po,PD,PC,c,PC在回路阻抗很小时很大！因此，回路失谐大时易损坏功率管！,临界时Po最大，PC较小，效率较高，功放性能最佳。,3.2.2VCC对谐振功放工作状态的影响,RP、VBB、Uim不变，VCC，放大器从过压区临界欠压区。,用作集电极调制电路时，工作于过压区。,RP、VBB、Uim不变时，Ucm随VCC变化的特性称为集电极调制特性。,3.2.3Uim和VBB对谐振功放工作状态的影响,1.Uim对放大器工作状态的影响,RP、VBB、VCC不变，Uim，放大器从欠压临界过压,RP、VBB、VCC不变，Ucm随Uim变化的特性称为放大特性。,用作线性放大器时应工作于欠压区，若工作于过压区，则成为限幅器。,2.VBB对放大器工作状态的影响,RP、VCC、Uim不变时，Ucm随VBB变化的特性称为基极调制特性,谐振功放用作基极调制电路时，必须工作于欠压区。,小结,丙类谐振功放按晶体管是否进入饱和区分:,欠压、过压、临界三种状态。,Rp放大器从欠压临界过压。,PC在回路阻抗很小时很大！因此，回路失谐大时易损坏功率管！,临界时Po最大（匹配负载），PC较小，功放性能最佳。,RP、VBB、Uim不变，VCC，放大器从过压临界欠压。,RP、VBB、VCC不变，Uim，放大器从欠压临界过压。,应用：谐振功放用作功放时，工作于临界状态；用作基极调幅电路时，必须工作于欠压区；用作集电极调幅电路时，必须工作于过压区；对uim而言，工作于欠压区时，可用作线性放大电路，工作于过压区时，可用作限幅电路。,3.3谐振功率放大器电路,主要要求：,了解谐振功放常用的直流馈电电路及其特点。,掌握谐振功放中滤波匹配网络的作用，了解其主要要求。,了解基本滤波匹配网络的组成、分析与设计。,3.3.1直流馈电电路,一、集电极直流馈电电路,LC、CC1构成电源滤波器，避免信号电流通过直流电源而产生级间反馈,一、集电极直流馈电电路,3.3.1直流馈电电路,虽然电路结构形式不同，但都实现了：,一、集电极直流馈电电路,3.3.1直流馈电电路,串馈电路特点：LC回路接直流高电位，谐振元件不能直接接地。,并馈电路特点：LC回路接直流低电位，谐振元件能直接接地，易安装。但LC、CC1并联于回路，其分布参数直接影响谐振回路的调谐。,二、基极偏置电路,欲使晶体管工作于丙类，基极应加反向偏压或小于UBE(on)的正向偏压。,利用IB0流经RB产生偏压电压：VBB=IB0RB调节RB，可调节反偏电压大小。,利用LB中的固有直流电阻获得偏置电压,自给偏置电路,自给偏置效应自给偏置电路中，未加输入信号时iB=0，则偏置电压也为零。当输入信号幅度加大时，iB脉冲增大，则直流分量IB0也增大，反向偏压随之增大。这种偏置电压随输入信号幅度而变化的现象称为自给偏置效应。,分压式基极偏置电路,由于自给偏压效应，图中基极偏置电压动态值要比静态值小。,3.3.2滤波匹配网络,一、滤波匹配网络的作用和要求:,滤除不需要的谐波成分阻抗变换，给放大器提供匹配电阻Rpopt,注意：,在丙类谐振功放中，把RL变换为Rpopt，以获得最大输出功率，称为阻抗匹配。线性电路中的阻抗匹配，指负载阻抗与信号源的输出阻抗相等时，负载可从信号源取得最大功率。,二、LC网络的阻抗变换作用,1.串并联网络的阻抗变换,串并联网络变换后，品质因数不变，电抗性质不变。,解：,=102.5nH,解：,=55pF,2.L型滤波匹配网络（谐振网络）的阻抗变换,谐振时,应用中，根据阻抗匹配要求可确定Q：,例3.3.3已知某谐振功放的f=50MHz，RL=10，所需的匹配负载为RP=200，试确定L型滤波匹配网络的参数。,解：,=139nH,采用低阻变高阻L型滤波匹配网络，其参数设计如下,谐振时,应用中，根据阻抗匹配要求可确定Q：,3.型和T滤波匹配网络,L型滤波匹配网络的阻抗变换中,或,故在RL和RL相差不大时，Q很小，使滤波性能很差！这时可采用型或T滤波匹配网络,恰当选择两个L型网络的Q值，就可兼顾滤波和阻抗匹配的要求。,3.3.3谐振功率放大器电路举例,一、例1,电路性能：160MHz，负载50，输出功率13W，功率增益9dB,馈电电路：基极采用自给偏压。集电极采用并馈电路。,匹配电路：L2、C3和C4构成L型输出匹配网络，调C3和C4在工作频率上实现阻抗匹配。,输入匹配网络,功放的输入阻抗很低，且随放大器工作状态的改变而变化。为了减小其对前级放大器的影响，需要有输入匹配网络。,输入匹配网络把低的功放输入阻抗变为较稳定的高阻抗。通常使前级工作于过压区，从而使功放获得较稳定的激励电压。,工作于过压区时，输出电压几乎不随负载变化。,二、例2,电路性能：50MHz，负载50，输出功率25W，功率增益7dB,基极馈电电路和输入匹配网络类例1。集电极采用串馈电路,L2、L3、C3、C4构成型输出匹配网络,小结,LC滤波匹配网络：,谐振功率放大器直流馈电电路：,集电极：串馈、并馈基极：自给偏压（只产生反偏压）、分压式,作用：将负载阻抗变换为放大器要求的最佳负载、滤波,3.4丁类谐振功率放大器,主要要求：,了解丁类谐振功放的工作原理,一、提高功放效率的方法,提高功放效率的方法：,1.减小,2.减小iCuCE,丙类；有限制,各种高效率谐振功放的设计基础,如丁类,要减小PC,减小iCuCE,使放大器工作于开关状态：晶体管导通时iC0，令uCE最小，约为零（饱和导通）；而当晶体管截止时iC=0，uCE0。因此，iCuCE很小，理想情况下效率可达100%。,思路:,二、丁类谐振功率放大器,V1、V2两管同类型且特性相同,两管的激励电压ub1和ub2大小相等，极性相反。,两管的负载是L、C、RL构成的串联谐振回路,设ui为足够大的正弦波，则两管轮流饱和导通。,工作原理：,当回路调谐于输入信号频率，且Q值足够高时，负载RL上得到不失真的输出电压uo