第3章-高频功率放大器电路gyx..ppt

1、第三章高频功率放大器电路，2，内容，3.1高频功率放大器概要3.2谐振功率放大器的工作原理3.3谐振功率放大器的特性分析3.4谐振功率放大器电路和设订3.5丁类和戊类谐振功率放大器3.6集成高频功率放大器及其应用概要3.7宽带高频功率放大器， 3高频功率放大器是各种无线发送机的重要组成部分，主要用于功率放大载波信号和高频调制波信号，其输出功率为几毫瓦、几百瓦、上千瓦甚至兆瓦级。 在高频功率放大领域发挥重要作用的是高频谐振功率放大器。 本章主要介绍了高频谐振放大器的基本原理、动态特性、功率和效率等指标以及高频谐振放大器电路的实际设置修订，简要介绍了集成和宽带高频放大器及相关技术。 3.1高频功率

2、放大器概要，4，作用：有效输出足够大的信号功率。 5、3.2谐振功率放大器的工作原理、图3.1高频谐振功率放大器的原理电路图、3.2.1基本工作原理、6、放大器的工作状态的选择、7、设为输入信号时，由图3.1(c )电路可知，晶体管的基极和发射极间的电压如下所示，(3.1)、 晶体管集电极发射极间的电压为，8、图3.2谐振功率放大器激励电压和集电极电流脉冲波形、9、图3.3谐振功率放大器中的电流电压波形、10、3.2.2谐振功率放大器的近似分析、作为图3.4晶体管特性曲线的折线化和集电极电流的输入电路和输出电路， 在图所示的几何关系，亦即，t=时，iC=0可写成、(3.10 )，从此式可获得导

3、通角，可获得c级的动作条件，12、VBB可使用式(3.10 )，所述式(3.10 )是将uBE代入正负，即式(3.7)。 由图3.4可知，在t=0的情况下，iC=iCmax，式上式实质上是式(3.3)的尖峰电流脉冲的式子，能够利用傅立叶级数展开为、(3.13 )，其中IC0是直流成分，Icnm是基波及各高次谐波的振幅。 应用数学求傅里叶级数的方法可以求出各成分，它们都是函数。 (3.14 )、14、(3.15 )、(3.16 )、15，同样，(3.17 )、(3.18 )、16，一般，17、图3.5佟弦脉冲电流分解系数，18，两个电压式： (1)、(2)、19、3.2.3输出功率和效率， 放大

4、器输出交流功率是集电极基波电流成分在负载Re上的平均功率，即集电极耗散功率PC等于直流功率PD与交流功率Po之差，即、(3.21 )、(3.22 )、(3.24 )、(3.23 )、(20 )，在此称为、 导通角的函数，是单调的，其关系如图3.5所示。 的条件下，不同动作类型时的放大器的效率：甲类动作状态：乙类动作状态：丙类动作状态： 21，例3.1在图3.1(c )所示的谐振功率放大器电路中，VCC=30 V从图中可以看出，可以根据式(3.15 )求出，可以根据式(3.17 )求出，可以根据式(3.21 )求出，可以根据式(3.22 )求出，可以根据式(3.23 )求出大功率、高功率3.3.

5、1谐振功率放大器的工作状态和负载特性、动态特性是施加激励信号和负载阻抗时，晶体管集电极电流ic与基极电压uBE或集电极电压uCE的关系曲线，在iCuBE或iCuCE坐标系中为曲线。 那个做法和小信号放大器不同。 当用折线近似晶体管的特性时，动态特性曲线为直线。 式(3.11 )、1 .高频放大器的动态特性，23，根据上式可知，iC和uCE是直线关系，两点决定一条直线，所以在输出特性上只求谐振功率放大器的两个瞬时工作点，它们的接线是晶体管放大区域的动态特性曲线(3) 、24、图3.6高频谐振功率放大器的动态特性曲线、25、2 .谐振功率放大器的动作状态，当改变电路残奥仪表时，瞬时动作点、的位置可

6、能会移动，如图3.6所示。 因此，根据a点的位置，谐振功率放大器有欠电压、临界、过电压3种动作状态。 图3.7的3个状态下的动态特性及集电极电流波形、26，3 .负载特性、图3.8的电流波形变化的特性的3个状态下的动态特性及集电极电流波形、图3.9谐振功率放大器的负载特性、负载特性是指，晶体管及VCC、VBB、Uim变化时变化的27 如果需要，可输出信号功率，其中为集电极饱和电压降。 28、3.3.2vcc对放大器的工作状态的影响、(a )脉冲形状变化(b )集电极调制特性图3.10对放大器的工作状态的影响、(29、)、图3.11集电极振幅调制电路如果不在过电压区域工作，则不会出现调制特性、(

7、30 (a)iC脉冲形状变化(a )。 放大特性图3.12对放大器的动作状态的影响、1 .对放大器的动作状态的影响、31，2 .对放大器的动作状态的影响、(a)iC脉冲形状变化(b )基本调制特性通过图3.13调整方法得到的输出是否相同？ 解：减小RP (图3.9 )、增大VCC (图3.10 )、减小VBB而减小Uim (图3.123.13 )； 或者进行综合调节。 根据调整方法的不同，得到的输出也不同。 在33，3.4谐振功率放大器的电路和设置之前，我们先分析了谐振功率放大器的原理电路，但是实际的谐振功率放大器电路往往比原理电路复杂得多。 通常包含直流供电(包括集电极供电和基极供电)和匹配

8、网络(包括输入匹配网络和输出匹配网络)两部分，分别介绍如下。 3.4.1直流供电电路、1 .集电极供电线、集电极供电分为两种形式，一种是串联供电，另一种是并联供电。 (1)串联供电、集电极串联供电是以电路形式将直流电源VCC、集电极负载谐振电路和晶体管c、e三者串联连接的供电方式，如图3.15所示。34、图3.15集电极串行馈电电路、LC和CC的可能值必须满足实际工艺：(3.26 )、(3.27 )、35、(2)并联馈电、图3.16集电极串行馈电电路、和基极串联馈电是指偏压VBB、输入信号源ui以及如图3.17所示。 串行进料和残奥级进料同样满足关系式，也适用于折线近似分析法。37、图3.19

9、“零”偏压和稍微正电压偏压电路，图3.18基本自给偏压，38、3.4.2滤波器匹配网络、1 .对匹配网络的要求，在图3.20中，RL在输出匹配网络中变换因为它起着过滤和匹配的双重作用，所以也称为过滤匹配网络。 对图3.20匹配网络、39和滤波匹配网络的主要要求是： (1)滤波匹配网络需要频率选择作用，充分滤除不需要的直流和谐波分量，以确保外接负载只输出高频基波功率通常，滤波器性能的好坏由滤波器速度n表示，(2)滤波器匹配网络还需要阻抗转换作用，并且(3.30 )滤波器匹配网络可以高效地将由功率管理提供的信号功率Po传送到外部负载RL (功率是PL )，即，匹配网络下文仅讨论滤波器匹配网络的阻抗

10、转换特性。 40，2.LC网络的阻抗变换作用(1)串并联电路的阻抗变换、图3.21串并联电路的阻抗变换中，串联阻抗变换能够变换为并联阻抗的关系式是(3.31 )、(3.32 )、(3.33 )的式(式) 变换前后电抗特性不变化，电抗值的差小。 42、(2)L型滤波器匹配网络的阻抗变换l型网络是从2个各向异性电抗元件连接到“l”形结构的阻抗变换网络，是最简单的阻抗变换电路。 图3.23(a )是低阻抗变高的阻抗的l型滤波器匹配网络。 (a) L型滤波器匹配网络(b )等效电路图3.23低电阻高电阻l型滤波器匹配网络，43，图3.23(a )中的l和RL的串联电路用并联电路等效时，得到图3.23(

11、b )所示的等效电路。 应当从方程(3.31)(3.36 )的串并行电路的阻抗转换关系可得出、(3.37 )、图3.23(b )所示的并行电路应当在信号频率上表现出谐振，其谐振电阻Re等于RL。 已知有(3.38 )、44、例3.4某谐振功率放大器的工作频率f=50MHz，实际负载电阻RL=50，所需的匹配负载为Re=1k。 作为输出滤波器匹配网络，试着设定、修改l型网络。 采用低电阻、高电阻型l型滤波器匹配网络，其电路如图3.23(a )所示，残奥仪表设定校正由式(3.38 )得到，由式(3.37 )得到，因此，在外接负载电阻RL较大的45、(a) L型滤波器匹配网络(等效电路图3.24高电

12、阻低电阻l型滤波器匹配网络用串联电路对图3.24(a )中的c和RL并联电路进行等效，可以得到图3.24(b )所示的等效电路。 从式(3.31)(3.36 )和串联电路的阻抗变换关系可以得出，(3.39 )、(3.40 )、46、图3.23(a )和图3.24(a )的低通电路具有较好的高频滤波器作用，应用广泛。 图3.25的2种高通量型网络、47、(3)型和t型的过滤匹配网络、波形网络的形式如图3.26(a )所示。这可以看作如图3.26(b )中所示的两个l型匹配网络的级联。 型匹配网络的阻抗变换的特点是高电阻低电阻高电阻。 图3.27(a )表示(a )型网络(b )等效电路图3.26

13、型滤波器匹配网络、48、(a) T型网络(b )等效电路图3.27 T型滤波器匹配网络、t型网络的形式。 显然，如图3.27(b )所示，可视为两个l型匹配网络的级联。 t型匹配网络的阻抗变换的特点是低电阻、高电阻、低电阻。49、3.4.3谐振功率放大器的电路设定修改例、修改例3.63DA1硅高频晶体管制作的谐振功率放大器，工作频率fo=2MHz、输出功率Po=2W、VCC=24V、3da1的残奥仪表如下： ft ICM允许晶体管我试着改正其他的残奥仪表。 解： (1)在低频区域工作，可用折线法修正。 选择导通角，(2)修正匹配电阻，在临界状态下工作，则，(50 )修正，从最大允许电流的观点来

14、看，晶体管工作是安全的。 从修正、集电极消耗功率来看，晶体管的工作是安全的。 从这两个条件来看，设计是合理的。 设51、(5)输入残奥仪表的校正、硅晶体管的导通电压，则是52、3.4.4谐振功率放大器的实际电路，图3.29 50MHz谐振功率放大器电路，图中，ub1和ub2是从ui通过变压器产生的2个极性相反的输入激励当输入激励电压是角频率的稳定正弦波，其振幅在ui正半周T1管饱和导通，T2管截止，在ui负半周T2管饱和导通，T1管截止，V1和V2管的饱和电压降低到UCES时，V1管饱和导通时，a点对地电压由、该电压由l、c和r构成如果谐振电路调谐到输入信号的角频率，并且q值足够高，则流经电路的电流io可以近似为角频率的伪正弦波，并且可以获得RL中没有失真的输出功率。 57， 3.6 integratedradiofreq