高频功率放大器.ppt

第10章高频功率放大器,10.1概述,10.2谐振功率放大器的工作原理,10.3谐振功率放大器电路,10.1概述,高频功率放大器的作用是使高频信号获得足够大的输出功率，以满足天线辐射功率的要求，所以高频功率放大器又常称为射频功率放大器。,10.1.1高频功率放大器的分类,根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。,窄带型高频功率放大器常采用具有选频作用的谐振网络作为负载，所以又称为谐振功率放大器。为了提高效率，谐振功率放大器常工作于乙类或丙类状态。,宽带型高频功率放大器采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载，可以实现功率合成,10.1.2谐振功率放大器的特点,1.高频功放工作频率高，但相对频带却很窄,2.高频功放一般都采用选频网络作为负载回路，,3.高频功放要求有大的输出功率和高的效率。,4.高频功放则工作在丙类状态,5.高频功放利用选频网络来选出信号的基波分量，滤除谐波成分。,10.2谐振功率放大器的工作原理,10.2.1丙类谐振功率放大器的工作原理,丙类谐振功放的原理电路,谐振回路的作用有三个：一是传输功率，当回路工作于调谐频率时，可把基波功率从输入端传送到晶体管，再由晶体管放大后传送给负载，起选取基波分量的作用；二是滤除各次谐波成分；三是匹配作用，当输入匹配时，可从前级获取最大功率，当输出匹配时，可保证放大器输出最大功率。电源分两组，一组为基极电源VBB，它的作用是保证晶体管工作在丙类状态；另一组是集电极电源VCC，它是功率放大器的能源。,甲、乙、丙三种工作状态时的集电极电压、电流波形,下面我们讨论调谐功率放大器的工作过程。设输入激励电压ubUbmcosct，则加在晶体管发射结两端的电压为uBE=VBB+ub=VBB+Ubmcosct只有当uBE大于Uth时，基极才出现电流iB。显然，iB为余弦脉冲波，根据傅里叶级数的理论，电流iB可用式子表示如下。iBIB0i1bib2IB0Ibm1cosct+Ibm2cos2ct+式中IB0为直流分量，Ibm1,Ibm2分别为基波、二次谐波的振幅。,晶体管导通时有集电极电流iC,iC与iB对应，也为余弦脉冲波，也可用傅里叶级数分解为iCIC0ic1ic2IC0Icm1cosct+Icm2cos2ct+,丙类谐振功放的基级电压Ub和基极电流ib的波形,由于输出回路谐振于c，则回路对基波分量的电流呈现很大的纯电阻性阻抗R，而回路对各高次谐波严重失谐，呈现很小的阻抗，可视为短路，回路对直流分量也可视为短路，因此只有基波分量Icm1cosct在输出回路两端产生压降，即uc=RIcm1cosct=Ucmcosct,丙类谐振功放的电压和电流波形,10.2.2丙类谐振功率放大器的性能分析,在基极输入余弦电压ub的作用下，丙类功放中的放大管将经历不同的工作区域，因此，放大器将工作在不同的状态。1.当基极输入电压的瞬时值ub不太大时，uBEUth，管子将截止；2.当ub变大使uBEUth时，管子将导通。若ub的振幅Ubm不太大，则管子导通时将一直处于放大区，这时称丙类功放处于欠压状态；如果Ubm的大小恰好使管子导通时从放大区进入临界饱和，则称丙类功放工作于临界状态。3.如果Ubm很大，则管子导通时将从放大区进入饱和区，于是称丙类放大器工作在过压状态。,1.调制特性,调制特性有集电极调制特性和基极调制特性两种。,（1）集电极调制特性：是指在Ubm、VBB和R保持不变时，谐振功放性能随VCC变化的特性，如图所示。由图可见，当VCC由小增大时，放大器将历经过压、临界、欠压三种工作状态。工作在过压区的谐振功放VCC的变化可有效地控制集电极回路电压振幅Ucm的变化，这就是集电极调幅原理。,集电极调制特性,（2）基极调制特性：基极调制特性是指在Ubm，VCC和R保持不变时，丙类谐振功放的性能随VBB的变化特性，如图所示。当VBB由小增大时，放大器将历经欠压、临界、过压三种工作状态。VBB工作在欠压状态的谐振功放的变化可有效地控制集电极回路电压振幅Ucm的变化，这就是基极调幅原理。,基极调制特性,2.放大特性,丙类谐振功放的放大特性是指在VBB，VCC和R保持不变时，放大器的性能随Ubm变化的特性。在VCC和R为定值时，固定VBB、增大Ubm与固定Ubm、增大VBB的情况类似，因此放大特性与基极调制特性十分相似，如图所示。,放大特性,3负载特性,丙类谐振功放的负载特性是指在VBB，Ubm和VCC保持不变时，放大器的性能随R的变化特性，如图所示。,负载特性,10.3谐振功率放大器电路,丙类谐振功放的管外电路包括输入端与输出端的直流馈电电路和匹配网络（耦合电路等）。,10.3.1直流馈电电路,直流馈电电路是指把直流电源馈送到晶体管各极的电路，它包括集电极馈电电路和基极馈电电路两部分。无论是哪一部分馈电电路都有串联馈电与并联馈电两种方式。,1.基极馈电电路,所谓串联馈电方式，就是直流馈电电路与输入信号源串联连接。所谓并联馈电方式，就是其直流馈电电路与输入信号源并联连接。,基极馈电电路,为了保证晶体管处于丙类工作状态，可在晶体管基极加小于Uth的正偏压或直接加负偏压VBB,基极自给偏压电路,采用一个独立电源实现偏置，很不方便，因此在负偏置的丙类谐振功放中，一般采用基极自给偏压电路，如图所示。,2.集电极馈电电路,集电极馈电电路,所谓串联馈电方式是指直流电源、匹配网络（谐振回路）与功放管三者是串联连接的馈电方式，所谓并联馈电，即上面三者是并联连接的馈电方式。,10.3.2匹配网络,在谐振功率放大器中，为了满足输出功率和效率的要求，并有较高的功率增益，除正确选择放大器的工作状态外，还必须正确设计输入和输出匹配网络。,谐振功放的输入、输出匹配网络,无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，都具有传输有用信号的作用，故又称为耦合电路。对于输出匹配网络，要求它具有滤波和阻抗变换（匹配）功能，即滤除各次谐波分量，使负载上只有基波电压；将外接负载RL（或ZL）变换为谐振功放所要求的负载电阻R，以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络也称为滤波匹配网络。对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。,10.3.3谐振功放的实际电路,150MHz谐振功放,本章小结,（1）高频功率放大器有窄带型和宽带型两种，它们各自应用于不同的场合。窄带型功率放大器一般采用具有选频功能的谐振网络作为负载，又称为谐振功率放大器。（2）为提高效率，谐振功放一般工作在