第九讲高频功率放大器精选文档.ppt

《第九讲高频功率放大器精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九讲高频功率放大器精选文档.ppt（34页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第九讲高频功率放大器本讲稿第一页，共三十四页10.1 概述概述高频功率放大器高频功率放大器所处位置所处位置：发射机：发射机末级末级功能：将已调制的通带信号功能：将已调制的通带信号放大放大到一定到一定功率功率送上送上天线发射天线发射不能干扰不能干扰相邻信道相邻信道与与本接收机本接收机大功率、高效率大功率、高效率负载阻抗固定负载阻抗固定限制频带限制频带本章内容：本章内容：1.1.高频功率放大器的高频功率放大器的基本特点，主要性能指标基本特点，主要性能指标2.2.高频功率放大器的高频功率放大器的分类分类3.3.高效率高效率的高频功率放大器的高频功率放大器本讲稿第二页，共三十四页晶体管晶体管工作状态：

2、工作状态：电源电源VCC、负载负载 R工作点工作点Q最大输出状态最大输出状态（饱和、截止）（饱和、截止）输出输出大功率、高效率大功率、高效率天线天线阻值确定阻值确定（一般为（一般为50）功率功率放大器：放大器：小信号小信号放大器放大器小信号、强调的是小信号、强调的是增益增益若要求输出若要求输出功率功率1W，输出输出电压幅度电压幅度 V 峰峰峰峰值值 V 电源电源VCC 大于大于20V电源电压电源电压太高太高 这些区别会造成什么影响？这些区别会造成什么影响？高频高频功率放大器功率放大器与与小信号放大器小信号放大器相比有哪些区别？相比有哪些区别？本讲稿第三页，共三十四页解决办法解决办法采用采用扼流

3、圈馈电扼流圈馈电结果：输出同样功率，结果：输出同样功率，电源电压降低一半电源电压降低一半（10V）注意晶体管注意晶体管工作状态工作状态 工作点工作点Q 直流负载直流负载 0 交流负载交流负载 R 最大输出电压最大输出电压 =Vcc问题：问题：晶体管晶体管承受的承受的耐压不变耐压不变20V 如何降低耐压如何降低耐压？本讲稿第四页，共三十四页降低晶体管降低晶体管耐压耐压方法？方法？晶体管输出功率为：晶体管输出功率为：保证保证输出功率输出功率不变不变，要，要降低降低耐压耐压增大增大电流电流减小减小负载电阻负载电阻方法方法进行进行阻抗变换阻抗变换结论：结论：高频功率放大器的高频功率放大器的工作特点工作

4、特点是是 低电压低电压、大电流大电流 高频功放高频功放基本基本组成单元组成单元是是 晶体管、偏置电路、扼流圈、晶体管、偏置电路、扼流圈、阻抗匹配网络和负载阻抗匹配网络和负载本讲稿第五页，共三十四页高频功率放大器的指标分析高频功率放大器的指标分析 功率功率 根据用途而定根据用途而定 效率效率 功率放大器的效率有功率放大器的效率有两种定义方法两种定义方法(a).集电极效率集电极效率输出功率输出功率Pout与电源供给功率与电源供给功率Pdc之比之比 没有考虑没有考虑放大器的放大器的输入功率输入功率 (b).功率增加效率功率增加效率（power-added efficiency）（）（PAE），），输

5、出输出功率功率Pout与与输入输入功率功率Pin的差的差与与电源电源供给功率供给功率Pdc之比之比 包含了包含了功率增益功率增益的因素的因素 本讲稿第六页，共三十四页 杂散输出与噪声杂散输出与噪声 线性线性 衡量功率放大器衡量功率放大器线性的主要指标线性的主要指标：三阶互调截点三阶互调截点（IP3），），1dB压缩点，谐波等压缩点，谐波等 邻道功率比邻道功率比衡量由放大器的非线性引起的衡量由放大器的非线性引起的频谱再生频谱再生 对邻道的干扰程度。对邻道的干扰程度。不能放大不能放大非恒定包络非恒定包络的已调波的已调波干扰相邻信道干扰相邻信道相邻信道相邻信道发射信号发射信号对本接收机对本接收机形成

6、干扰形成干扰接收信道接收信道线性线性功率放大器功率放大器 不失真不失真，效率低，效率低非线性非线性功率放大器功率放大器效率高效率高失真失真频域频域表现：谐波、互调失真、表现：谐波、互调失真、频谱再生频谱再生时域时域表现：包络失真、波形失真表现：包络失真、波形失真本讲稿第七页，共三十四页10.2 高频功率放大器的高频功率放大器的分类分类两种两种分类原则分类原则按晶体管的按晶体管的导通角导通角分类分类按晶体管按晶体管等效电路等效电路分类分类按按等效电路等效电路分分ABC属于同一类属于同一类晶体管等效为晶体管等效为受控电流源受控电流源DE属于同一类属于同一类晶体管等效为晶体管等效为开关开关 按按导通

7、角导通角分分A、B、C类类A类类B类类C类类 =180度度 =90度度 90度度 本讲稿第八页，共三十四页高频功率放大器的高频功率放大器的分类分类当放大器的当放大器的负载是电阻负载是电阻且阻抗且阻抗匹配网络匹配网络的的带宽足够宽带宽足够宽时时A、B类放大器类放大器均属于均属于宽带放大器宽带放大器本讲稿第九页，共三十四页 丙类丙类(C类类)放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。有源器件有源器件谐振回路谐振回路窄带谐振放大器窄带谐振放大器 通通过过谐谐振振负负载载，从从丙丙类类余余弦弦周周期期脉脉冲冲里里恢恢复复基基波波完完整整周周期期信信号。号。本讲稿第

8、十页，共三十四页10.4 C类功率放大器类功率放大器本讲稿第十一页，共三十四页10.4.1 电路组成与特点电路组成与特点分析内容：分析内容：输入电路输入电路输出电路输出电路电流、电压波形电流、电压波形功率、效率功率、效率1.基极偏置基极偏置特点：特点：导通角导通角 90度度、非线性非线性放大器、放大器、效率高效率高 基极偏置基极偏置 使晶体管使晶体管静态时静态时截止截止静态电流静态电流输入输入必须是必须是大信号大信号本讲稿第十二页，共三十四页设设输入输入电压为：电压为：输入回路输入回路方程：方程：为使晶体管为使晶体管导通导通，应满足：，应满足：输入为大信号输入为大信号结论：结论：偏置偏置输入信

9、号幅度输入信号幅度共同共同决定了决定了导通角导通角导通角导通角（注意（注意 可正可负可正可负）本讲稿第十三页，共三十四页2.集电极电流集电极电流导通角导通角 小于小于90 集电极电流为集电极电流为余弦脉冲余弦脉冲 余弦脉冲余弦脉冲参数参数导通角导通角 最大最大幅度幅度 余弦脉冲余弦脉冲所含所含频谱频谱：将电流将电流 进行进行傅里叶级数傅里叶级数分解分解 直流分量直流分量基波分量基波分量二次谐波分量二次谐波分量问题：问题：各分量与余弦脉冲各分量与余弦脉冲参数的关系参数的关系？本讲稿第十四页，共三十四页，最大最大最大最大，最大最大基波基波：二次谐波二次谐波：直流直流：与与脉冲幅度脉冲幅度导通角导通

10、角有关有关结论：结论：控制控制导通角导通角 可控制各分量大小可控制各分量大小本讲稿第十五页，共三十四页3.输出电路输出电路特点特点接有接有LC回路回路将将天线阻抗天线阻抗 变换为放大器变换为放大器最佳负载最佳负载输出输出电路方程电路方程输出电压输出电压正弦波正弦波（回路从电流众多频率分量中（回路从电流众多频率分量中只选出只选出了了基波基波）回路回路作用作用 选频选频 阻抗变换阻抗变换中心频率中心频率 与输入信号频率相同与输入信号频率相同 带宽带宽与输入信号带宽相同与输入信号带宽相同谐振谐振功放功放窄带窄带功放功放本讲稿第十六页，共三十四页4.电流电压电流电压波形波形导通角导通角 90度度集电极

11、电流集电极电流是脉冲是脉冲集电极最大电压集电极最大电压集电极最小电压集电极最小电压回路输出电压回路输出电压是正弦是正弦幅度幅度本讲稿第十七页，共三十四页10.4.2 动态动态负载线负载线 C 类类放大器工作特点放大器工作特点输入正弦信号输入正弦信号一周内一周内管子管子轮流导通、截止轮流导通、截止动态负载线动态负载线 画在晶体管的输出特性曲线上画在晶体管的输出特性曲线上 由管子的集电极由管子的集电极电流与电压电流与电压 共同决定的动态点的共同决定的动态点的运动轨迹运动轨迹 时间时间输入信号的输入信号的一周期一周期内内非线性非线性工作工作输出阻抗输出阻抗变化变化本讲稿第十八页，共三十四页画动态负载

12、线的画动态负载线的依据依据 晶体管输入输出晶体管输入输出特性曲线特性曲线 放大器放大器外电路方程外电路方程晶体管的晶体管的输出特性曲线输出特性曲线是是集电极集电极 的关系的关系 外电路输出方程描述的是外电路输出方程描述的是集电极电压集电极电压与与基波电流基波电流的关系的关系？画画C类放大器负载线的类放大器负载线的难点难点：线性放大器的线性放大器的负载线负载线（将外电路方程画在（将外电路方程画在 晶体管输出特性曲线上）晶体管输出特性曲线上）本讲稿第十九页，共三十四页逐点描逐点描C类放大器的类放大器的动态负载线动态负载线00000000点点AABBCCD本讲稿第二十页，共三十四页从动态负载线看出以

13、下几点从动态负载线看出以下几点:在输入信号变化一周中，管子在输入信号变化一周中，管子 动态负载线是条动态负载线是条折线折线经历了经历了导通导通截止截止导通导通过程过程 集电极集电极最大电压值最大电压值为：为：选管子要求选管子要求 输出电压输出电压波形波形如图如图 C类类放大器放大器是非线性是非线性放大器放大器 不适合不适合放大放大非恒定包络非恒定包络的已调信号的已调信号 本讲稿第二十一页，共三十四页放大放大 AM调幅波调幅波输入信号幅度输入信号幅度 不同不同导通角导通角 不同不同输出电流输出电流 的的基波分量基波分量的的幅度为：幅度为：输出电压输出电压幅度幅度问题：输出电压幅度与输入调幅波幅度

14、问题：输出电压幅度与输入调幅波幅度是否是否成正比？成正比？由于由于 、的的非线性非线性关系关系不成正比不成正比输出电压的输出电压的包络失真包络失真结论：结论：C类放大器只能放大类放大器只能放大恒定包络恒定包络的信号的信号本讲稿第二十二页，共三十四页10.4.3 输出功率与效率输出功率与效率1.功率与效率功率与效率C类类谐振谐振功率放大器功率放大器C类类集电极电流包含谐波集电极电流包含谐波集电极负载为集电极负载为选频回路选频回路输出为输出为基波功率基波功率集电极效率集电极效率 为为为为集电极电压利用系数集电极电压利用系数，由后面的分析可知，由后面的分析可知（为集电极负载）为集电极负载）集电极集电

15、极电源电源 提供的功率：提供的功率：本讲稿第二十三页，共三十四页集电极效率集电极效率 主要取决于：主要取决于：称称 为为波形系数波形系数 分析分析效率效率与与 关系关系：（设（设 ）时时 效率效率可达可达100%但但基波输出功率基波输出功率为为0 0 增加，增加，减小，减小，效率降低效率降低 当当 时，时，结论：结论：功率放大器从功率放大器从A类类到到B类类再到再到C类类，通过，通过减少导通角减少导通角获得获得高效率高效率。为兼顾为兼顾大的大的输出功率输出功率和和高的高的效率，效率，C类放大器取类放大器取 左右左右本讲稿第二十四页，共三十四页导通角减小导通角减小 效率提高的效率提高的真正原因真

16、正原因？集电极集电极效率效率：输出输出功率功率电源电源供给功率供给功率管子管子消耗功率消耗功率 降低降低管耗管耗 提高提高效率效率降低管耗的降低管耗的两条途径两条途径：积分积分区间小区间小 与与 的的乘积小乘积小管耗：管耗：结论：结论：减小减小 与与 的的乘积乘积是提高是提高效率的效率的根本途径根本途径（减小导通角）（减小导通角）本讲稿第二十五页，共三十四页2 2最佳负载和功率增益最佳负载和功率增益C类功率放大器类功率放大器工作状态工作状态导通、截止导通、截止输出阻抗输出阻抗变化变化当天线阻抗当天线阻抗不等于不等于最佳负载时，最佳负载时，阻抗变换阻抗变换如何如何匹配匹配？什么是？什么是最佳负载

17、最佳负载？最佳负载最佳负载 保证保证输出最大功率输出最大功率则则为输出为输出最大功率最大功率，应有：应有：本讲稿第二十六页，共三十四页C类放大器的功率增益类放大器的功率增益输入功率输入功率注意：是注意：是基波基波或或C类类与与A类类放大器的放大器的功率增益功率增益比较比较 A类类增益大增益大本讲稿第二十七页，共三十四页1)欠压工作状态欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压交流输出电压较低较低且变化较大。且变化较大。3)临界工作状态临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。集电极最大点电

18、流正好落在临界线上。2)过压工作状态过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，交流输出电压较高且变化不大。交流输出电压较高且变化不大。在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将高频功率放大器的工作状极是否进入饱和区，将高频功率放大器的工作状态分为三种：态分为三种：临界工作状态：输出功率最大临界工作状态：输出功率最大本讲稿第二十八页，共三十四页10.4.4 倍频倍频与与调制调制特性特性1.倍频倍频C类类功率放大器功率放大器非线性非线性集电极电流含有集电极电流含有丰富的谐波丰富的谐波输出回路输

19、出回路谐振于基波谐振于基波放大器放大器输出回路输出回路谐振于某次谐波谐振于某次谐波倍频器倍频器倍频器应用时注意点倍频器应用时注意点 谐波分量随着谐波次数谐波分量随着谐波次数 n 的增大而迅速减小的增大而迅速减小高次倍频时，输出功率小，效率很低高次倍频时，输出功率小，效率很低 合理设计选频回路合理设计选频回路Q值，值，滤除滤除基波基波和和低次谐波低次谐波 注意控制导通角注意控制导通角本讲稿第二十九页，共三十四页2.调幅调幅（普通调幅普通调幅 AM）信息信息包含在其包含在其包络包络的变化中的变化中不能用不能用高效率的高效率的非线性放大器非线性放大器放大放大 AM直接在高效率放大器中完成直接在高效率

20、放大器中完成调制并放大调制并放大 C类放大器调幅原理是什么类放大器调幅原理是什么？决定放大器输出的决定放大器输出的 4 个参数：个参数：电源电源 负载负载偏置偏置 输入信号幅度输入信号幅度共同决定共同决定用用调制信号调制信号控制某些控制某些参数参数可实现可实现调幅调幅本讲稿第三十页，共三十四页C类功率放大器调幅类型类功率放大器调幅类型集电极集电极调幅调幅基极基极调幅调幅（1）集电极调幅）集电极调幅用调制信号控制用调制信号控制电源电压电源电压使输出电压幅度变化使输出电压幅度变化调幅调幅 、不变不变负载线斜率负载线斜率不变不变不变不变导通角导通角不变不变A负载线的负载线的顶点顶点 A 沿着曲线沿着

21、曲线 从从放大区放大区移动到移动到饱和区饱和区A当电源电压当电源电压 从大从大变小变小时，时，动态负载线动态负载线向左移动向左移动大大欠压区欠压区 变化不大变化不大小小过压区过压区 变化大变化大本讲稿第三十一页，共三十四页集电极电流脉冲集电极电流脉冲 随随 变化的变化的波形波形 欠压区欠压区过压区过压区由由集电极电流集电极电流直流直流集电极电流集电极电流基波基波回路回路输出电压输出电压饱和区饱和区放大区放大区若调制信号为若调制信号为使使 且放大器工作在且放大器工作在过压区过压区则实现则实现集电极调幅集电极调幅本讲稿第三十二页，共三十四页(2)(2)基极调幅基极调幅放大器放大器输出输出电压电压幅

22、度幅度随随基极偏压基极偏压 变化变化 、不变不变负载线负载线不变不变当当 从从负向负向朝朝正向正向增加时增加时导通角导通角增大增大增大增大负载线的负载线的顶点顶点在提高在提高 结论：用调制信号结论：用调制信号控制偏置控制偏置 ，并确保，并确保C类放大器工作在类放大器工作在 欠压状态欠压状态（放大区），可实现（放大区），可实现基极调幅基极调幅集电极集电极电流脉冲电流脉冲 随随 而而变化变化 、和和 随随 而变化而变化 放大区放大区饱和区饱和区本讲稿第三十三页，共三十四页小结：小结：1A、B、C类放大器对应的类放大器对应的导通角导通角分别是分别是180、90和小于和小于90 度，度，通过通过减小导

23、通角减小导通角来提高放大器的效率来提高放大器的效率 2.从从A BC类，放大器的类，放大器的功率增益降低功率增益降低 3.3.C类类放大器的放大器的高效率高效率（）和）和大的输出功率大的输出功率（）不可能同时取得不可能同时取得 7.C类类功率放大器属于功率放大器属于非线性放大器非线性放大器，当放大，当放大非恒定包络非恒定包络的的 已调信号时会产生已调信号时会产生频谱再生频谱再生4.4.C类类放大器的集电极电流是脉冲，因此在集电极必须设置放大器的集电极电流是脉冲，因此在集电极必须设置 LC选频回路选频回路，确保输出为正弦波，确保输出为正弦波 5.5.当输出功率和电源电压确定后，可以求出放大器的当输出功率和电源电压确定后，可以求出放大器的最佳负载最佳负载 6.C类类功率放大器可以实现功率放大器可以实现倍频倍频和和调幅调幅 本讲稿第三十四页，共三十四页