2-7 谐振功率放大器原理分析.ppt

1、第二章 射频电子系统中的放大器设计,2.1 高频小信号调谐放大器 （2.1.12.1.7） 2.2 高频谐振功率放大器 （2.2.12.2.6）,2.2高频谐振功率放大器,1、射频功率放大器的用途 2、射频功率放大器的分类 3、射频功率放大器的主要技术指标 4、射频功率晶体管的选择与保护 5、射频功放的分析方法 6、有效的能量传输与阻抗匹配。,2.2高频谐振功率放大器,1、射频功率放大器的用途,需对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸、重量等进行综合考虑。,发射机框图,2.2高频谐振功率放大器,1、功率放大器的用途 2、射频功率放大器的分类,2.2高频谐振功率放大器,2、射频功率放大器的

2、分类 按工作频带分为：窄带射频功放、宽带射频功放 窄带高频功率放大器通常以LC并联谐振回路作负载， 因此又称为谐振功率放大器。 按电流导通角不同分为：甲类、甲乙类、乙类、丙类。 射频功放大多工作于丙类，采用谐振回路做负载。 按工作状态分为：线性放大和非线性放大 射频功放通常工作于非线性放大状态，具有较高的效率。,2.2高频谐振功率放大器,1、射频功率放大器的用途 2、射频功率放大器的分类 3、射频功率放大器的主要技术指标,2.2高频谐振功率放大器,3、射频功率放大器的主要技术指标,VCEO ICM PCM,高效率、大输出功率。谐波、杂散波。,功率与效率,集电极效率:,输出的交流功率：,能量守恒

3、：,电源提供的功率：Pdc 集电极耗散功率：Pc 输出的交流功率：P0,效率,甲、乙、丙三种状态时的晶体管集电极电流波形,甲类,乙类,丙类,集电极效率:,输出功率,固态器件与电真空器件功率量级比较图,2.2高频谐振功率放大器,1、射频功率放大器的用途 2、射频功率放大器的分类 3、射频功率放大器的主要技术指标 4、射频功率晶体管的选择与保护,2.2高频谐振功率放大器,4、射频功率晶体管的选择与保护,VCEO ICM PCM 功放管的保护 1、一般不能空载上电。 2、加散热片。,功放管的保护,散热,功放管的保护,接负载 一般来说，功率放大器应该在接妥负载以后，才能接通电源开启机器，否则容易造成损

4、坏，特别是在有输入信号时，接通电源而又不接负载，危险性更大。对于电子管功率放大器、A类功率放大器更是严格禁止在负载开路情况下通电开机，因为在这种状态下，功率输出器件将承受最大的功率耗散，有可能超过其安全工作区而造成损坏。而且负载开路状态下，常会导致放大器的工作不稳定，甚至自激，也有可能会造成功率输出器材的损坏。,2.2高频谐振功率放大器,1、射频功率放大器的用途 2、射频功率放大器的分类 3、射频功率放大器的主要技术指标 4、射频功率晶体管的选择与保护 5、射频功放的分析方法,谐振功放与低频功放的区别,5、射频功放的分析方法,高频功放工作于大信号的非线性状态，用解析法 分析较困难，故工程上普遍

5、采用近似的分析方法。 用图解法或折线近似分析法来分析功率放大器。,5、射频功放的分析方法,图解法： 利用电子器件的特性曲线对它的工作状态进行计算。,5、射频功放的分析方法,折线近似分析法： 用折线来表示电子器件的特性曲线。 大信号工作条件下高频功放折线近似为理想化特性曲线的原理：,5、射频功放的分析方法,例：3DA21型晶体管的静态特性曲线,VBZ理想化晶体管的导通电压或称截止电压。gc 正向传输特性的斜率,VBZ,在饱和区，集电极电流只受集电极电压 的控制，而与基极电压无关。 该斜线称为饱和临界线,在放大区，根据理想化原理，集电极电流与集电极电压无关。那么，各条特性曲线均为平行于 Uce轴的

6、水平线。,分析条件 建立在 的基础上，此时可认为 。晶体管的静态特性可作为高频谐振功率放大器理论分析的基础。分析小信号谐振放大时，一般满足 。此时，晶体管静态特性失效，要借助其他方法，如y参数法，来分析小信号谐振放大器。,5、射频功放的分析方法,2.2高频谐振功率放大器,1、射频功率放大器的用途 2、射频功率放大器的分类 3、射频功率放大器的主要技术指标 4、射频功率晶体管的选择与保护 5、射频功放的分析方法 6、有效的能量传输与阻抗匹配。,6、有效的能量传输与阻抗匹配。,射频功率放大器中，阻抗匹配网络是为了实现有效的能量传输。,匹配网络也会引起损耗： 传输效率为：,实际放大器的效率为：,2.

7、2.1高频谐振功放的基本工作原理,基本原理图,工程实践,工作频率近似等于谐振回路的谐振频率,2.2.1高频谐振功放的基本工作原理,回路谐振电阻,因为VBB为略正、零或负电压，就需较大幅度的Vb才可将管子打通。所以丙类功放是在大信号输入时工作的。,2.2.1高频谐振功放的基本工作原理,丙类的工作效率可提高到75%！ VBB可正可负！,集电极效率:,2.2.1高频谐振功放的基本工作原理,设单音激励信号,输入回路方程,输出回路方程,谐振回路对 呈现阻抗 ，对 ， ，可近似认为短路(阻抗近似为零)。,脉冲电流 的周期与输入信号的周期是相同的，可分解成无数多个正弦波之和：,2.2.1高频谐振功放的基本工

8、作原理,2.2.1高频谐振功放的基本工作原理,电源输入的直流功率(平均功率),放大器输出的交流功率：,波形系数 g1,2.2.2 高频谐振功放折线近似分析方法,例：3DA21型晶体管的静态特性曲线,VBZ理想化晶体管的导通电压或称截止电压。gc 正向传输特性的斜率,VBZ,在饱和区，集电极电流只受集电极电压 的控制，而与基极电压无关。 该斜线称为饱和临界线,在放大区，根据理想化原理，集电极电流与集电极电压无关。那么，各条特性曲线均为平行于 Uce轴的水平线。,2.2.2 高频谐振功放折线近似分析方法,2.2.2 高频谐振功放折线近似分析方法,2.2.2 高频谐振功放折线近似分析方法,2.2.2

9、 高频谐振功放折线近似分析方法,2.2.2 高频谐振功放折线近似分析方法,尖顶余弦电流分解系数图,倍频器：2倍频器，3倍频器。,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,研究基极接上输入信号，集电极接上负载阻抗时，晶体管集电极电流ic与集电极电压Uce之间的关系。 功放工作点变化的轨迹称为动态交流负载线。 当某些参数变化时，负载线的斜率、位置与斜率大小都会发生变化，这种特性称为动态特性。,一、负载特性,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,一、负载特性,建立由Rp和VCC 、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（Ic与Uce的关系曲线。）,V0,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,1、动态负载线,建

10、立由Rp和VCC 、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（Ic与Uce的关系曲线。）,V0,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,1、动态负载线,B,建立由Rp和VCC 、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（Ic与Uce的关系曲线。）,V0,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,1、动态负载线,B,甲类,与低频放大器负载线的斜率公式一致,偏离1800，即非甲类工作时，负载线的斜率变化。,建立由Rp和VCC 、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（Ic与Uce的关系曲线。）,V0,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,1、动态负载线,B,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,一、负载特性,vbe,过压区,临界区,欠压区,A1,A5,A3,A4,A2,V0,V0,V0,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,一、负载特性,欠压、过压、临界三种工作状态的特点：,欠压：恒流，Vcm变化，Po较小，c低，Pc较大