《丁类集成宽放》ppt课件

1、第三章第三章 高频功率放大器高频功率放大器-李汪彪李汪彪福建师范大学物光学院电子信息福建师范大学物光学院电子信息工程系工程系3.4 丁类高频功率放大电路简介3.5 集成高频功率放大电路及运用简3.3 宽带高频功率放大器3.4 丁类谐振功率放大器丁类谐振功率放大器主要要求：主要要求： 了解提高放大器效率的方法。了解提高放大器效率的方法。了解丁类谐振功放的任务原理。了解丁类谐振功放的任务原理。一、提高功放效率的方法一、提高功放效率的方法提高功放效率的方法：提高功放效率的方法： )(21CtduiPCEC tuBEOVBBuBE(on) tiCO iCmaxVCCuc tuCEO1.1.减小减小2.

2、2.减小减小 iC uCE iC uCE 丙类；丙类； 有限制有限制 各种高效率谐振功放的设计根底各种高效率谐振功放的设计根底 例如丁类例如丁类CooDoCPPPPP 要减小要减小PCPC提高功放效率的方法：提高功放效率的方法： )(21CtduiPCEC tuBEOVBBuBE(on) tiCO iCmaxVCCuc tuCEO1.1.减小减小2.2.减小减小 iC uCE iC uCECDoooCPPPPP 要减小要减小PCPC一、提高功放效率的方法一、提高功放效率的方法使放大器任务于开关形状，当晶体管导通使放大器任务于开关形状，当晶体管导通 iC0 iC0 时，时，uCEuCE最最小，约

3、为零；而当小，约为零；而当 uCE0 uCE0 时，晶体管截止，时，晶体管截止，iC=0 iC=0 。因此，。因此，iC uCE很小，理想情况下效率可达很小，理想情况下效率可达100% 。思思路路二、丁类谐振功率放大器二、丁类谐振功率放大器 有电压开关型和有电压开关型和电流开关型两类电流开关型两类+ui+ub1ub2+uoRLCL电压开关型丁类功放原理图电压开关型丁类功放原理图+VCCV1V2V1V1、V2 V2 两管同类型两管同类型且特性一样且特性一样两管的鼓励电压两管的鼓励电压ub1ub1和和ub2ub2大小相等，极性相反。大小相等，极性相反。两管的负载是两管的负载是L L、C C、R L

4、R L构成的串联谐振回路构成的串联谐振回路+ui+ub1ub2+uoRLCL电压开关型丁类功放原理图电压开关型丁类功放原理图+VCCV1V2任务原理：任务原理：设设ui ui 为足够大的正弦波，那么两管轮番饱和导通。为足够大的正弦波，那么两管轮番饱和导通。当当V1V1管饱和导通时，管饱和导通时，uA = VCC UCE(sat)uA = VCC UCE(sat)当当V2V2管饱和导通时，管饱和导通时，uA = UCE(sat)uA = UCE(sat)因此因此uAuA为方波电压，其幅值为为方波电压，其幅值为 VCC VCC 2UCE(sat) 2UCE(sat) tuAOVCCUCE(sat)

5、二、丁类谐振功率放大器二、丁类谐振功率放大器+ui+ub1ub2+uoRLCL电压开关型丁类功放原理图电压开关型丁类功放原理图+VCCV1V2任务原理：任务原理：当回路调谐于输入信号频率，且当回路调谐于输入信号频率，且Q Q值足够高时，值足够高时， 只需只需uAuA中的基波分量能在回路中产生电流中的基波分量能在回路中产生电流ioio，因，因此负载此负载RLRL上得到不失真的输出电压上得到不失真的输出电压 uo uo 。 tuAOVCCUCE(sat) tioO tuoOiouo二、丁类谐振功率放大器二、丁类谐振功率放大器+ui+ub1ub2+uoRLCL电压开关型丁类功放原理图电压开关型丁类功

6、放原理图+VCCV1V2任务原理：任务原理：io只能由只能由V1和和V2管分别导通时的管分别导通时的iC1 、iC2合成。合成。iC1 、iC2为半波电流为半波电流 tuAOVCCUCE(sat)io tiC1O tiC2OiC1iC2二、丁类谐振功率放大器二、丁类谐振功率放大器+ui+ub1ub2+uoRLCL电压开关型丁类功放原理图电压开关型丁类功放原理图+VCCV1V2任务原理：任务原理：可见：丁类谐振功放中的两管均任务于开关形状，可见：丁类谐振功放中的两管均任务于开关形状，它们均为半周导通、半周截止。导通时，电流为半它们均为半周导通、半周截止。导通时，电流为半个正弦波，但管压降约为零；

7、截止时，管压降很大，个正弦波，但管压降约为零；截止时，管压降很大，当电流为零，因此管耗很小，功放效率很高。当电流为零，因此管耗很小，功放效率很高。 tuAOVCCUCE(sat)io tiC1O tiC2OiC1iC2二、丁类谐振功率放大器二、丁类谐振功率放大器丁类谐振功放的问题及其措施：丁类谐振功放的问题及其措施： 高频任务时，由于管子结电容和电路分布电容的影高频任务时，由于管子结电容和电路分布电容的影响，响， uA的波形有一定的上升沿和下降沿，因此产生较大的波形有一定的上升沿和下降沿，因此产生较大的动态管耗。频率越高，动态管耗在总管耗中的影响越的动态管耗。频率越高，动态管耗在总管耗中的影响

8、越大，致使效率大大下降。因此丁类谐振功放的效率遭到大，致使效率大大下降。因此丁类谐振功放的效率遭到管子开关特性的限制。管子开关特性的限制。戊类谐振功放：在丁类谐振功放的根底上改良。采用戊类谐振功放：在丁类谐振功放的根底上改良。采用 特殊设计的输出回路，以保证特殊设计的输出回路，以保证uCE为为 最小值的一段时间内才有最小值的一段时间内才有 iC 流通。流通。3.4丁类高频功率放大电路总结 n丁类功率放大电路如下图: nV1、V2各饱和导通半周，虽然导通电流很大，但相应的管压降很小，这样每管的管耗就很小，放大器的效率也很高。 丁类放大电路中，三极管处于开关形状 ; 在理想情况下，丁类高频功率放大

9、电路的效率可达100%，实践情况下也可达90%左右。 3.5 集成高频功率放大电路及运用简微带线 又称微带传输线决议电性能：绝缘板的介电系数和厚度H、带状导体宽度W实践运用时, 微带线是采用双面敷铜板, 在上面作出各种图形, 构成电感、电容等各种微带元件, 从而组成谐振电路、 滤波器以及阻抗变换器等。典型运用电路 图3.5.3是TW-42超短波电台中发信机高频功放部分电路图。 此电路采用了日本三菱公司的高频集胜利放电路M57704H。 TW-42电台是采用频率调制, 任务频率为4577MHz458 MHz, 发射功率为5W。由图3.5.3可见, 输入等幅调频信号经M57704H功率放大后, 一

10、路经微带线匹配滤波后, 再经过V115送多节LC的型网络, 然后由天线发射出去；另一路经V113、 V114检波, V104、V105直流放大后, 送给V103调整管, 然后作为控制电压从M57704H的第脚输入, 调理第一级功放的集电极电源, 可以稳定整个集胜利放的输出功率。第二三级功放的集电极电源是固定的 V。 M57704运用电路阐明3.6 宽带高频功率放大器 宽带高频功率放大电路采用非调谐宽带网络作为匹配网络, 能在很宽的频带范围内获得线性放大。常用的宽带匹配网络是传输线变压器, 它可使功放的最高频率扩展到几百兆赫甚至上千兆赫, 并能同时覆盖几个倍频程的频带宽度。 由于无选频滤波性能,

11、 故宽带高频功放只能任务在非线性失真较小的甲类或乙类形状, 效率较低。所以, 宽带高频功放是以牺牲效率来换取任务频带的加宽。 3.6.1 传输线变压器 普通变压器上、下限频率的扩展方法是相互制约的。为了扩展下限频率, 就需求增大初级线圈电感量, 使其在低频段也能获得较大的输入阻抗, 如采用高导磁率的高频磁芯和添加初级线圈的匝数, 但这样做将使变压器的漏感和分布电容增大, 降低了上限频率；为了扩展上限频率, 就需求减小漏感和分布电容, 减小高频功耗, 如采用低导磁率的高频磁芯和减少线圈的匝数, 但这样做又会使下限频率提高。 传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件。

12、它是将传输线(双绞线、带状线或同轴线等)绕在高导磁率的高频磁芯上构成的, 以传输线方式与变压器方式同时进展能量传输。 3.6.1传输线变压器 利用图3.6.1所示一种简单的1 1传输线变压器, 可以阐明这种特殊变压器能同时扩展上、下限频率的原理。 在图3.6.1中, (a)图是构造表示图, (b)图和(c)图分别是传输线方式和变压器方式的任务原理图, (d)图是用分布电感和分布电容表示的传输线分布参数等效电路。 在以传输线方式任务时, 信号从、 端输入, 、 端输出。假设信号的波长与传输线的长度可以相比较, 两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路。假设传输线是

13、无损耗的, 那么传输线的特性阻抗Z c=CL传输线变压器 其中L、C分别是单位线长的分布电感和分布电容。 当Zc与负载电阻RL相等, 那么称为传输线终端匹配。 在此无耗、 匹配情况下, 假设传输线长度l与任务波长相比足够小(lmin8)时, 可以以为传输线上任何位置处的电压或电流的振幅均相等, 且输入阻抗Zi=Zc=RL, 故为1 1变压器。 可见, 此时负载上得到的功率与输入功率相等且不因频率的变化而变化。 在以变压器方式任务时, 信号从、端输入, 、端输出。由于输入、输出线圈长度一样, 从图(c)可见, 这是一个1 1的反相变压器。 传输线变压器 当任务在低频段时, 由于信号波长久大于传输

14、线长度, 分布参数很小, 可以忽略, 故变压器方式起主要作用。由于磁芯的导磁率高, 所以虽传输线较短也能获得足够大的初级电感量, 保证了传输线变压器的低频特性较好。 当任务在高频段时, 传输线方式起主要作用, 在无耗匹配的情况下, 上限频率将不受漏感、 分布电容、 高导磁率磁芯的限制。 而在实践情况下, 虽然要做到严厉无耗和匹配是很困难的, 但上限频率仍可以到达很高。 由以上分析可以看到, 传输线变压器具有良好的宽频带特性。 传输线变压器 传输线变压器的功能1、平衡不平衡电路的转换 与普通变压器一样, 传输线变压器也可以实现阻抗变换, 但由于受构造的限制, 只能实现某些特定阻抗比的变换。 图3

15、.6.4给出了一种4 1传输线阻抗变换器的原理图。 图3.6.5给出了一种1 4传输线阻抗变换器的原理图。2、阻抗变换 利用多个功率放大电路同时对输入信号进展放大利用多个功率放大电路同时对输入信号进展放大, 然后设法将各个功放的输出信号相加然后设法将各个功放的输出信号相加, 这样得到的总这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。就是功率合成技术。 利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。高频输出功率。 理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能理想的功率合成器

16、不但应具有功率合成的功能, 还必需在其输入端使与其相接的前级各率放大器相互还必需在其输入端使与其相接的前级各率放大器相互隔离隔离, 即当其中某一个功率放大器损坏时即当其中某一个功率放大器损坏时, 相邻的其它相邻的其它功率放大器的任务形状不受影响功率放大器的任务形状不受影响, 仅仅是功率合成器仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。输出总功率减小一些。 图图3.6.6给出了一个功率合成器原理方框图。给出了一个功率合成器原理方框图。 3.6.2功率合成功率合成器的原理框图 由图可见, 采用7个功率增益为2, 最大输出功率为10 W的高频功放, 利用功率合成技术, 可以获得40W的功率输出。 其中采用了三个一分为二的功率分配器和三个二合一的功率合成器。 功率分配器的作用在于将前级功放的输出功率平分为假设干份, 然后分别提供应后级假设干个功放电路。 利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器, 且具有频带宽、 构造简单、插入损耗小等优点, 然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。 功率合成器阐明 功率合成网络图3.6.7 方向功率合成网络功率分配网络图图3.6.8 同向功率分配网络同向功率分配网络(a) 传输线变压器方式传输线变压器方式 (b)自耦