第一章非谐振功率放大器

1、第一章非谐振功率放大器1-1 功率放大器概述一、功放的任务与功率管安全工作条件1. 任务：功率管在安全工作的条件下，非线性失真在允许的范围内，高效率地输出大的功率。2. 功率管安全工作的条件 PCmaxPCM vCEmaxV (BR)CEO iCmaxICM二、功率放大器的分类 按按负负载载性性质质分分 纯阻负载纯阻负载（非谐振功放）（非谐振功放） 电抗性负载电抗性负载（谐振功放）（谐振功放）甲类单管（变压器耦合）甲类单管（变压器耦合）乙类推挽（变压器耦合）乙类推挽（变压器耦合）无输出变压器（无输出变压器（OTL或或OCL）集成功放集成功放宽带高频功率放大器（传输线变压器）宽带高频功率放大器（

2、传输线变压器）线性谐振功放线性谐振功放丙类谐振功放丙类谐振功放高效率功放（丁类、戊类、己类）高效率功放（丁类、戊类、己类）二、功率放大器的分类（续） 按按流流通通角角划划分分甲类功放甲类功放 180o乙类功放乙类功放 90o甲乙类甲乙类 90o 180o丙类丙类 P omax 3. 能量估算电源供给功率集电极输出功率集电极平均管耗集电极效率)(2120恒恒值值CCCQCCCDVItdViP DLCCOLCCLCmLCmCmCmOPRVPRVRVRIIVP2112121max 22222222 若若DCOODCPPPPPP max00，若若 （理想）（理想）%211max50 CDOCPP 若若

3、4. 结论1） 一旦电路确定，甲类单管功放PD为恒值。若vi=0，则PCmax=PD2） 匹配情况下，匹配负载值是唯一的；在匹配并充分激励的情况下：4） 欲想提高欲想提高Pomax主要受到主要受到PCM限制限制 3） PO大小与交流负载大小与交流负载RL 及及工作点工作点Q有关有关 50%,2maxDmaxOPP5. 甲类单管存在问题及解决途径问题：功率小、损耗大、效率低 原因：工作点设置太高 解决思想方法： 为保证输出电路波形不失真，采用推挽电路形式为保证输出电路波形不失真，采用推挽电路形式 工作点工作点 Q 90o 乙类工作状态乙类工作状态1-2 乙类推挽功率放大器一、 变压器耦合乙类推挽

4、电路1）原理电路一、变压器耦合乙类推挽电路（续1）2）工作原理 令VBE(on)=03）元件作用Tr1完成两管交替导通完成两管交替导通Tr2完成阻抗匹配和上完成阻抗匹配和上下波形的合成，形成下波形的合成，形成完整的正弦波。完整的正弦波。一、变压器耦合乙类推挽电路（续2）4）能量估算LCCmaxDLCCD22RVPRVP221当当0P0RVPRVRVPOLCCmaxOLCC2LCmO222，1222maxOmaxCLCCC.)()(PPRVPPPOD202222122，当当（单管）（单管）0.636%.44CDOC578PP max当当1一、变压器耦合乙类推挽电路（续3）Tc 5）安全工作条件提

5、高提高Pomax主要受到主要受到V(BR) CEO和和ICM的限制的限制一、变压器耦合乙类推挽电路（续4）6）非线性失真交叉失真（或交越失真） 现象现象 原因：原因：设设VBE(on)=0，实际实际VBE(on)0 措施：对措施：对T1 ，T2发射结适当加入正偏压发射结适当加入正偏压一、变压器耦合乙类推挽电路（续5） (a)产生交叉失真产生交叉失真(b)克服交叉失真克服交叉失真 (c)输出电流的波形输出电流的波形 7）存在问题及解决途径 问题：问题： 解决途径去掉解决途径去掉Tr2 OTL电路电路一、变压器耦合乙类推挽电路（续6）二、无输出变压器的互补推挽功放1. OTL电路1) 类型：同型，

6、异型 共同点：共同点：有公共负载有公共负载 RL ，有两个电源有两个电源 VCC /2 不同点：同型管构成的需两个激励源不同点：同型管构成的需两个激励源 异型管构成的只需一个激励源异型管构成的只需一个激励源1. OTL电路（续1）2) 互补对称的OTL电路及工作原理 原理：原理： 图解分析：图解分析： 电路：电路：A1. OTL电路（续2）3) OTL电路存在的问题措施：措施：a) 在末级两管射极加入反馈电阻在末级两管射极加入反馈电阻 存在交叉失真存在交叉失真采用形式采用形式: a) R与与D1,D2串联，串联，VB2B3VBE2(on)+VBE3(on)b) 加一电阻加一电阻R，R两端并联一

7、只大容量的交流两端并联一只大容量的交流旁路电容旁路电容c) 恒压偏置电路恒压偏置电路措施：措施：可在两管可在两管B2B3之间加适当正偏压之间加适当正偏压 直接耦合导致工作点漂移直接耦合导致工作点漂移 b) 采用二级电压并联负反馈采用二级电压并联负反馈1. OTL电路（续3）3) OTL电路存在的问题（续） 难选择到互补对称管难选择到互补对称管措施：采用复合管替代末级互补对称管措施：采用复合管替代末级互补对称管 不能充分利用末级互补对称管不能充分利用末级互补对称管原因：原因：推动级推动级T1工作在甲类，工作在甲类，R直负直负=RCR交交=RC/Ri3 措施：措施：引入自举电路，使引入自举电路，使

8、R交负交负R直负直负 1. OTL电路（续4）4) 实际OTL电路（或准互补对称的OTL电路） 电路：电路： 优点：优点：a) 克服工作点漂移克服工作点漂移b) 克服交叉失真克服交叉失真 c) 克服异型互补对称管选管克服异型互补对称管选管困难困难 d) 引入自举电路引入自举电路, ,克服了不克服了不能充分利用末级互补对能充分利用末级互补对称管称管 1. OTL电路（续5）5) 能量估算L2D2RVPCC L22O2RVPCC )(maxOC222 PP(单管）(单管）maxOmaxC2 . 0,636. 0PP 当当 4C6) 调整调整 波形出现交叉失真（调波形出现交叉失真（调RW） 静态静态

9、VA= （调调R1,R3）2CCV2. OCL电路1) 电路：2) 原理：原理：与与OTL电路相同电路相同3) 与与OTL不同：不同：CL去掉，改成两个电源去掉，改成两个电源VCC供电供电调整：（静态时）使调整：（静态时）使VA=0(V)，IL=0A一、集成电路要求与特点1. 要求: 大电容，大电阻，电感外接 二极管用三极管连接替代 晶体管数目不限2. 特点:1-3 集成低功放 1. 内部电路二、举例：DG4100集成功放芯片 T1、T2差分输入级差分输入级T3、R4、R5、T5组成分压电路组成分压电路 T4、T7:二级电流二级电流串联负反馈放大器串联负反馈放大器T5、T6有源负载有源负载T8

10、、T12、T13、T14互补对称互补对称OTL功放功放二、举例：DG4100集成功放芯片 2. 框图 差分输入差分输入(单入、单出）单入、单出）电流串联电流串联负反馈负反馈I电流串联电流串联负反馈负反馈II准互补对称的准互补对称的 OTL电路电路vivo两级电流负反馈放大两级电流负反馈放大电平移位电平移位前置电压放大前置电压放大对激励信号放大对激励信号放大1-4 宽带高频功放和功率合成技术 一、传输线变压器 1. 结构与性能结构：分解分解二根导线（传输线）二根导线（传输线）可为同轴线、平行线、双绞线、可为同轴线、平行线、双绞线、高强度漆包线高强度漆包线变压器变压器 性能：性能：一、传输线变压器

11、2. 工作原理 端口电压相等端口电压相等 例：例：1:1倒相器倒相器Ri : RL= 1:1Vi = V，Vo= -V流过传输线电流流过传输线电流大小相等，方向大小相等，方向相反相反一、传输线变压器3. 常用的传输线变压器1) 1:1 倒相器倒相器 2) 1:1平衡与不平衡变换器平衡与不平衡变换器i) 1:1平衡变不平衡变换器平衡变不平衡变换器 ii) 1:1不平衡变平衡变换器不平衡变平衡变换器 一、传输线变压器3. 常用的传输线变压器（续1）3) m:1传输线变压器传输线变压器 一般构成原则：一般构成原则： n个个1:1 理想的传输线变压器与一根短路线理想的传输线变压器与一根短路线始端相串，

12、终端相并称为始端相串，终端相并称为m:1传输线变压器传输线变压器 m=(1+n)2n : n 个个1:1理想传输线变压器理想传输线变压器1: 一根短路线一根短路线其中其中一、传输线变压器3. 常用的传输线变压器（续2）4) 1:m传输线变压器传输线变压器 一般构成原则：一般构成原则： n个个1:1 理想的传输线变压器与一根短路线理想的传输线变压器与一根短路线始端相并，终端相串称为始端相并，终端相串称为1:m传输线变压器传输线变压器 m=(1+n)2n : n 个个1:1理想传输线变压器理想传输线变压器1: 一根短路线一根短路线其中其中一、传输线变压器4. 存在问题 1) 阻抗比不能实现任意比值

13、 2) 频带宽，谐波分量多，导致非线性失真频带宽，谐波分量多，导致非线性失真可用平衡推挽抵消偶次谐波分量可用平衡推挽抵消偶次谐波分量二、宽带功率合成技术 1. 宽带功率合成的涵义 它指用传输线变压器构成混合网络作为功率放大器的极间耦合网络或多级这样放大器级联实现功率合成或分配的技术。 用4 : 1或1 : 1传输线变压器构成混合的网络称为魔T型网络。二、宽带功率合成技术2. 特点 1) 若有几个功放，每个对负载提供功率为P，则n个对负载提供功率为nP。 2) n个功放之间彼此相互隔离，若其中一个损坏，不影响其他功放正常工作。 二、宽带功率合成技术3. 魔T型网络1) 用4 : 1或1 : 4传输线变压器构成的魔T型网络 i) 魔T型网络结构 ii) 理想魔理想魔T网络条件网络条件 设设1 : 4或或4 : 1特性阻抗为特性阻抗为R， 则理想魔则理想魔T网络网络RRRRRRR22DCBA 二、宽带功率合成技术3. 魔T型网络（续1）1) 用4 : 1或1 : 4传输线变压器构成的魔T型网络 iii) 魔T网络可等效为：二、宽带功率合成技术3. 魔T型网络（续2）2) 用两个1 : 1传输线变压器构成的魔T网络 i) 结构ii) 理想魔理想魔T网络条件网络条件 设设1 : 1传输线变