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1、第一章 非谐振功率放大器1-1功率放大器概述功率放大器概述一、功放的任务与功率管安全工作条件一、功放的任务与功率管安全工作条件1.任务任务：功率管在安全工作的条件下，非线性：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。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功率管安全工作的条件 PCmaxPCMvCEmaxV(BR)CEO iCmaxICM二、功率放大器的分类二、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
2、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（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、功率放大器的分类二、功率放大器的分类（续）（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90o180o丙类丙类 P omax3.能量估算能量估算电源供给功率电源供给功率集电极输出功率集电极输出功率集电极平均管耗集电极平均管耗集电极效率集电极效率4.结论结论1 1）一旦电路确定，
3、甲类单管功放一旦电路确定，甲类单管功放PD为恒值。若为恒值。若vi=0，则则PCmax=PD2）匹配情况下，匹配负载值是唯一的；在匹配并匹配情况下，匹配负载值是唯一的；在匹配并充分激励的情况下：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 5.甲类单管存在问题及解决途径甲类单管存在问题及解决途径问题：功率小、损耗大、效率低问题：功率小、损耗大、效率低原因：工作点设置太高原因：工作点设置太高解决思想方法解决思想方法：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
4、路形式工作点工作点Q90o乙类工作状态乙类工作状态1-2乙类推挽功率放大器乙类推挽功率放大器一、一、变压器耦合乙类推挽电路变压器耦合乙类推挽电路1）原理电路）原理电路一、一、变压器耦合乙类推挽电路（续变压器耦合乙类推挽电路（续1）2）工作原理）工作原理令令VBE(on)=03）元件作用）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、一、变压器耦合乙类推挽电路（续变压器耦合乙类推挽电路（续2）4）能量估算）能量估算一、一、变压器耦合乙类推挽电路（续变压器耦合乙类推挽电路（续3）5）安全工作条
5、件安全工作条件提高提高Pomax主要受到主要受到V(BR)CEO和和ICM的限制的限制一、一、变压器耦合乙类推挽电路（续变压器耦合乙类推挽电路（续4）6）非线性失真非线性失真交叉失真（或交越失真）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、一、变压器耦合乙类推挽电路（续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
6、OTL电路电路一、一、变压器耦合乙类推挽电路（续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二、无输出变压器的互补推挽功放1.OTL电路电路1)类型：同型，异型类型：同型，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：不同点：同型管构成的需两个激励源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（续电路（续1）2)互补对称的互补对称的OTL电路及工作原理电路及工作原理 原理：原理：图解分析：图解分析：电路：电路：A1.OTL电路（续电路（续2）3)OTL电路存在的问题电路存在的问题措施：
7、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（续电路（续3）3)OTL电路存在的问题（续）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
8、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R交负交负R直负直负 1.OTL电路（续电路（续4）4)实际实际OTL电路（或准互补对称的电路（或准互补对称的OTL电路）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
9、 1.OTL电路（续电路（续5）5)能量估算能量估算6)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VA=（调调R1,R3）2.OCL电路电路1)电路：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一、集成电路要求与特点1.要求要求:大电容，大电阻，电感外接大电容，大电阻，电感外接二极管用三极管连接替代二极管用三极管连接替代晶体管数目不限晶体管数目不限2.特点特点:1-3集成低功放集成低功放1.内部电路内部电路
10、二、举例：二、举例：DG4100集成功放芯片集成功放芯片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、T12、T13、T14互补对称互补对称OTL功放功放二、举例：二、举例：DG4100集成功放芯片集成功放芯片2.框图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
11、-4宽带高频功放和功率合成技术宽带高频功放和功率合成技术一、传输线变压器一、传输线变压器1.结构与性能结构与性能结构：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、传输线变压器一、传输线变压器2.工作原理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流过传输线电流大流过传输线电流大小相等，方向相反小相等，方向相反一、传输线变压器一、传输线变压器3.常用的传输线变压器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
12、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、传输线变压器一、传输线变压器3.常用的传输线变压器常用的传输线变压器（续（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理想的传输线变压器与一根短路线始端相串，终端相并称为短路线始端相串，终端相并称为m:1传输线变压传输线变压器器 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、传输线变压器一、传输线变压器3.常用的传输线变压器常用的传输线变压器（续（续2）4)1:
13、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，终端相串称为短路线始端相并，终端相串称为1:m传输线变压传输线变压器器 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、传输线变压器一、传输线变压器4.存在问题存在问题1)阻抗比不能实现任意比值阻抗比不能实现任意比值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、宽带功率合成技术二、宽带功率合成技术1.宽带功率合成的涵义宽带功率
14、合成的涵义它指用传输线变压器构成混合网络作为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。大器级联实现功率合成或分配的技术。用用4:1或或1:1传输线变压器构成混合的传输线变压器构成混合的网络称为魔网络称为魔T型网络。型网络。二、宽带功率合成技术二、宽带功率合成技术2.特点特点1)若有几个功放，每个对负载提供功率为若有几个功放，每个对负载提供功率为P，则则n个对负载提供功率为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
15、。坏，不影响其他功放正常工作。二、宽带功率合成技术二、宽带功率合成技术3.魔魔T型网络型网络1)用用4:1或或1:4传输线变压器构成的魔传输线变压器构成的魔T型网络型网络i)魔魔T型网络结构型网络结构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网络网络二、宽带功率合成技术二、宽带功率合成技术3.魔魔T型网络型网络（续（续1）1)用用4:1或或1:4传输线变压器构成的魔传输线变压器构成的魔T型网络型网络iii)魔魔T网络可等效为：网络可等效为：二、宽带功率合成技术二、宽带功率合成技术3.魔魔T型网络型网络（续（续2）2)用两个用两个1:1传输
16、线变压器构成的魔传输线变压器构成的魔T网络网络i)结构结构ii)理想魔理想魔T网络条件网络条件设设1:1传输线变压器的特性传输线变压器的特性阻抗为阻抗为R，则理想魔则理想魔T网络网络二、宽带功率合成技术二、宽带功率合成技术3.魔魔T型网络型网络（续（续3）3)理想魔理想魔T网络性能网络性能i)功率合成功率合成同相合成同相合成反相合成反相合成同相功率合成同相功率合成反相功率合成反相功率合成二、宽带功率合成技术二、宽带功率合成技术3.魔魔T型网络型网络（续（续4）3)理想魔理想魔T网络性能网络性能ii)功率分配功率分配同相功率分配同相功率分配反相功率分配反相功率分配同相分配同相分配反相分配反相分配二、宽带功率合成技术二、宽带功率合成技术3.魔魔T型网络型网络（续（续5）4)举例：有一个阻值为举例：有一个阻值为Rg的信号源的信号源vg，试设计，试设计一个三分配器，并分别求各电阻值。一个三分配器，并分别求各电阻值。设设Tr2，Tr3特性组均为特性组均为R