第三章高频功率放大器.pptx

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1、1 1、使用高频功率放大器的目的、使用高频功率放大器的目的 放大高频大信号放大高频大信号,使发射机末级获得足够大的发射功率。使发射机末级获得足够大的发射功率。2 2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题高效率输出高效率输出高功率输出高功率输出A、谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；、谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；B、谐振功率放大器与低频功率放大器；、谐振功率放大器与低频功率放大器；C、谐振功率放大器与非谐振功率放大器。、谐振功率放大器与非谐振功率放大器。联想对比：联想对比：3.1 概述概述第1页/共46页A、谐振功率放大器与小信号谐振

2、放大器的异同之处谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。载均为谐振回路。不同之处不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。晶体管动态范围不同。ictooictUBZ谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图icQtooictuBuB第2页/共46页B、高频功率放大器与低频功率放大器的异同、高频功率放大器与低频功率放大器的异同共同之处共同之处：都要求输出功率大和效

3、率高。：都要求输出功率大和效率高。不同之处不同之处：工作频率与相对频宽不同；：工作频率与相对频宽不同；放大器的负载不同；放大器的负载不同；放大器的工作状态不同。放大器的工作状态不同。第3页/共46页表2-1 不同工作状态时放大器的特点 工作状态 半导通角 理想效率 负 载 应 用 甲类 qc=180 50%电阻 低频 乙类 qc=90 78.5%推挽，回路 低频，高频 甲乙类 90qc180 50%h78.5%推挽 低频 丙类 qc90 h78.5%选频回路 高频 丁类 开关状态 90%100%选频回路 高频 工作状态工作状态 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工功率放大器一般分为甲

4、类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。大器。谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路。其分析方法有图解法和解析法。电路。其分析方法有图解法和解析法。第4页/共46页ECICEO uCE iCOQQ截止区截止区饱和区饱和区第5页/共46页C、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同共同之处共同之处:都要求输出功率大和效率高。都要求输出功率大和效率高。谐振功率放大器谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号通常用

5、来放大窄带高频信号(信号的通带信号的通带宽度只有其中心频率的宽度只有其中心频率的1%或更小或更小)，其工作状态通常选为丙，其工作状态通常选为丙类工作状态类工作状态(c c9090)，为了不失真的放大信号，它的负载，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。必须是谐振回路。非谐振放大器非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。第6页/共46页小结

6、小结1.1.高频功率放大器功能高频功率放大器功能 是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。能量转换的能力即为功率放大转换为高频交流输出。能量转换的能力即为功率放大器的效率。器的效率。2.2.高频功率放大器分类高频功率放大器分类 高频功率放大器按其高频功率放大器按其工作频带工作频带的宽窄划分：的宽窄划分：窄带高频功率放大器：窄带高频功率放大器：通常以通常以选频电路选频电路作为输出作为输出回路，故又称为回路，故又称为调谐功率放大器调谐功率放大器；宽带高频功率放大器：宽带高频功率放大器：输出电路则是输出电路则是传输线变压传输线变压器

7、或其他宽带匹配电路器或其他宽带匹配电路，因此又称为，因此又称为非调谐功率放大非调谐功率放大器。器。第7页/共46页第8页/共46页3.调谐功率放大器的主要技术指标调谐功率放大器的主要技术指标 输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。（或信号失真度）等。4.调谐功率放大器的分析方法调谐功率放大器的分析方法工程上普遍采用近似的分析方法工程上普遍采用近似的分析方法折线法折线法来分析来分析其工作原理和工作状态。其工作原理和工作状态。1、输出功率、输出功率:放大器的负载得到的功率。放大器的负载得到的功率。2、效、效 率率:高频输出功率与直流

8、电源提供功率的比值。即能量转高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的效率。换的效率。3、功、功 率率 增增 益益:高频输出功率和信号输入功率的比值。高频输出功率和信号输入功率的比值。5、谐波抑制度、谐波抑制度:是对非线性高频功率放大器而提出的，也就是谐波是对非线性高频功率放大器而提出的，也就是谐波分量相对于基波分量越小越好。分量相对于基波分量越小越好。5.高频功率放大器特点高频功率放大器特点第9页/共46页3.2 丙（丙（C）类高频功率放大器的工作原理）类高频功率放大器的工作原理 无论中间级还是输出级电路都可以等效为：无论中间级还是输出级电路都可以等效为：输入回路输入回路、非线非线性

9、器件性器件和和带通滤波器带通滤波器。中间级放大中间级放大输出级放大输出级放大第10页/共46页谐振于输入谐振于输入信号的频率信号的频率谐振功率放大器等效原理图谐振功率放大器等效原理图特点特点：为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，流过晶体管的电流为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；（由为失真的脉冲波形；（由Vbb保证发射结负偏置保证发射结负偏置，工作在丙类），工作在丙类）取出基波分量，获得正弦电压波形取出基波分量，获得正弦电压波形阻抗匹配阻抗匹配负载为谐振回路负载为谐振回路第11页/共46页2 工作原理分析工作原理分析uBEiBVbbUBZubUbmgbic

10、+uBE _(1)输入回路电压分析输入回路电压分析iB第12页/共46页ictccic1ic2ic3IcoIcmax第13页/共46页iC频谱频谱(2)集电极输出电压LC回路回路阻抗阻抗Rpictccic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZVBBIcmaxuBEtibtictuCEuctVCCUcmUbmic第14页/共46页3.3 丙（丙（C）类高频功率放大器的折线分析法）类高频功率放大器的折线分析法 丙类高频功率放大器工作在丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态大信号非线性状态下，晶体管的下，晶体管的小信号分析方法小信号分析方法不再适用。不再适用。采用采用静态特性曲线经过理想化成为折

11、线静态特性曲线经过理想化成为折线来进行近似分析会存来进行近似分析会存在一定误差，但很简洁。在一定误差，但很简洁。1.晶体管特性曲线的理想化及解析式晶体管特性曲线的理想化及解析式分输入特性曲线和输出特性曲线分输入特性曲线和输出特性曲线第15页/共46页第16页/共46页输出特性曲线输出特性曲线分别对分别对饱和区饱和区和和放大区放大区采用不同的简化方法。采用不同的简化方法。第17页/共46页饱和区：近似认为饱和区：近似认为iC只受只受uCE的控制，而与的控制，而与uBE无关。理想的无关。理想的饱和临界线为一条通过原点的斜线。斜率：饱和临界线为一条通过原点的斜线。斜率：放大区：近似认为放大区：近似认

12、为iC与与uCE无关。各条曲线为平行于无关。各条曲线为平行于uCE的的水平线。对于等差的水平线。对于等差的 iB间隔应该是相等的。间隔应该是相等的。表征表征临界饱和线临界饱和线的方程：的方程：第18页/共46页uBEic-VbbUBZubicUbmgCic+uBE _2.集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解第19页/共46页vBEic-UBB-UBZvbicVbmgCIcmaxic+uBE _第20页/共46页ictccic1ic2ic3IcoIcmax第21页/共46页直流分量分解系数直流分量分解系数 基波分量分解系数基波分量分解系数 n次谐波分量分解系数次谐波分量分解系数 第2

13、2页/共46页第23页/共46页3.高频功放的功率与效高频功放的功率与效率率 co13g11.02.02第24页/共46页u 在在 的条的条件下件下甲类工作状态：甲类工作状态：乙类工作状态：乙类工作状态：丙类工作状态：丙类工作状态：u 导通角的选择导通角的选择（1）Rp一定的条件下，一定的条件下，c=120o时输出功率最大，但效率只时输出功率最大，但效率只有有66%。（2）c=1o15o时，效率最高，但输出功率很小。时，效率最高，但输出功率很小。（3）在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极）在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，谐振功率放大器导通角常取效率，谐振功率放大器

14、导通角常取c=60o80o。co13g11.02.02第25页/共46页例例1 某谐振功率放大器的转移特性如图所示。已知该放大器采用晶体管的参数为：某谐振功率放大器的转移特性如图所示。已知该放大器采用晶体管的参数为：fT 150MHz，功率增益，功率增益Ap 13dB，管子允许通过的最大电流，管子允许通过的最大电流Icmax=3A，最大集电极，最大集电极功耗为功耗为Pcmax=5W。管子的。管子的VBZ=0.6V，放大器的负偏置，放大器的负偏置VBB=1.4V，c=70，Vcc=24V，=0.9，试计算放大器的各参数。，试计算放大器的各参数。1)根据图可求得转移特性的斜率gc2)求Vbm3)求

15、icmax,Ic1,Ic0第26页/共46页4)求交流电压振幅以及功率和效率5)激励功率第27页/共46页输出特性曲线理想化输出特性曲线理想化静态特性曲线是在集电极电路内没有负载阻抗的条件下得到的。若考虑负载的影静态特性曲线是在集电极电路内没有负载阻抗的条件下得到的。若考虑负载的影响，所获得的响，所获得的uCE,uBE与与iC的关系曲线就叫做动态特性曲线。最常用的是当的关系曲线就叫做动态特性曲线。最常用的是当uBE,uCE同时变化时，表示同时变化时，表示ic与与uCE关系的动态特性曲线关系的动态特性曲线ic=f(uBE,uCE)，也叫做负载线。，也叫做负载线。4、高频功率放大器的动态特性高频功

16、率放大器的动态特性 第28页/共46页绘制方法一：绘制方法一：利用利用U0和和gd。ic=f(uCE)第29页/共46页绘制方法二：静态工作点法绘制方法二：静态工作点法静态工作点静态工作点Q第30页/共46页输出电压输出电压波形波形欠欠 压压:动态特性动态特性A1B1-B1C1在输入信号在输入信号一周内，一周内，A点没有进入晶体管的饱和区点没有进入晶体管的饱和区，这种工作状态称为欠压工作状态。，这种工作状态称为欠压工作状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲。对应的集电极电流为尖顶脉冲。临界：临界：动态特性动态特性A2B2-B2C2，A点正好点正好在晶体管的临界饱和线上，这种工作在晶体管的临界饱和线上

17、，这种工作状态称为临界工作状态。对应的集电状态称为临界工作状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲。极电流为尖顶脉冲。过压：过压：动态特性动态特性MA3-A3B3-B3C3在输在输入信号一周内，入信号一周内，A点已进入晶体管的饱点已进入晶体管的饱和区，这种工作状态称为过压工作状和区，这种工作状态称为过压工作状态。对应的集电极电流为凹顶脉冲。态。对应的集电极电流为凹顶脉冲。丙类功放的三种工作状态丙类功放的三种工作状态欠压、临界、过压5、负载线类型有哪些？、负载线类型有哪些？第31页/共46页VCCQUcesUcmuCEicgcrIcmaxubemax临界点分析临界点分析Uces(晶体管饱和压降晶体管饱和

18、压降)则则Ucmmax=Vcc Uces第32页/共46页指晶体管的指晶体管的Vcc、Vbb、Ubm一定时，改变回路谐振电阻一定时，改变回路谐振电阻Rp，功放的，功放的工作状态、电流、电压、功率、效率随工作状态、电流、电压、功率、效率随Rp变化的关系。变化的关系。不变不变变化变化变化变化|gd|和和Rp成反比成反比随着随着Rp的增大，工作状态的增大，工作状态从欠压从欠压-临界临界-过压过压6、负载线影响因素分析、负载线影响因素分析1Rpgd如何呢？如何呢？第33页/共46页（1）欠压区）欠压区icuceubemaxQRp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Rp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区

19、区Ic1mIcoP=PcUcmPo第34页/共46页（2）过压区）过压区icuceubemaxQRp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Rp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1mIcoP=PcUcmPo第35页/共46页Rp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Rp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1mIcoP=PcUcmPo2、在欠压状态、在欠压状态Ic0，Ic1m几乎不变，功放相当于几乎不变，功放相当于一个恒流源，而过压状态一个恒流源，而过压状态Ucm几乎不变，相当于几乎不变，相当于一个恒压源（可用于中间级功放）。一个恒压源（可用于中间级功放）。第36页/共46页6、负载线影响因

20、素分析、负载线影响因素分析2VccuceicubemaxQ2Vc2Q1Vc1Q3Vc3ic第37页/共46页uceicubemaxQ2Vc2Q1Vc1Q3Vc3icVcc欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Vcc欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoP=POPC第38页/共46页6、负载线影响因素分析、负载线影响因素分析3Ubmubemax2ubemax3ubemax1uceicQVCCMA1A2A3A3B1B2B3C1C2C3第39页/共46页Ubm欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoP=POUbm欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区第40页/共46页6、负载线影响因素

21、分析、负载线影响因素分析4Vbb第41页/共46页ubemax2ubemax3ubemax1uceicQ1VCCMA1A2A3A3B1B2B3C1C2C3Q2Q3第42页/共46页Vbb欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoP=POVbb欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区第43页/共46页UcmIcmlIcoUbm过压过压临界临界欠压欠压OO ticOticUbm增大增大OtictOictUbm线性功率线性功率放放 大大 器器tUcmUbmUcm振振 幅幅限幅器限幅器UcmtUbmUcm 固定固定Vbb、增大、增大Ubm和固定和固定Ubm、增大、增大Vbb的情况类似，的情况类似，它

22、们都使基它们都使基极输入电压极输入电压uBEmax随之增大，随之增大，对对应应的的集电极脉冲电流集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均的幅度和宽度均增大，放大器的工作状态由欠压进入过压增大，放大器的工作状态由欠压进入过压。当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅Ucm反映输入信号振幅反映输入信号振幅Ubm的变化，的变化，放大器必须在放大器必须在Ubm变化范围内工作变化范围内工作在欠压状态。在欠压状态。当谐振功率放大器用作振幅限幅器时，当谐振功率放大器用作振幅限幅器时，放大器必须在放大器必须在Ubm变化的变化的范围内工作在过压状态。范围内工作在过压状态。(Ucm变化比较平缓变化比较平缓)第44页/共46页例例 谐振功率放大器输出功率谐振功率放大器输出功率Po已测出，在电路参数不变时，为提高已测出，在电路参数不变时，为提高Po采用提高采用提高Vbm的办法，但效果不明显，试分析原因，并指出为了达到的办法，但效果不明显，试分析原因，并指出为了达到Po明显提高的目的，可采用明显提高的目的，可采用什么措施。什么措施。P=POUbm欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Vcc欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区P=POPC第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页