高頻調(diào)諧功率放大器

1、高頻調(diào)諧功率放大器,2,3.1 概述 3.2 調(diào)諧功率放大器的工作原理（重點(diǎn)） 3.3功率和效率 （重點(diǎn)） 3.4調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析 3.5調(diào)諧功率放大器的實(shí)用電路（重點(diǎn)） 3.6功率晶體管的高頻效應(yīng) （指導(dǎo)實(shí)踐） 3.7 倍頻器,高頻調(diào)諧功率放大器,3,本章知識(shí)點(diǎn)及結(jié)構(gòu),高頻調(diào)諧功率放大器,工作原理（原理電路、電流電壓分析、評(píng)價(jià)指標(biāo)） 3.2，3.3, 3.7(倍頻器),工作狀態(tài)分析（動(dòng)態(tài)特性、工作狀態(tài)分類與判別） 3.4,實(shí)用電路（直流饋電、自給偏壓、匹配網(wǎng)絡(luò)） 3.5、3.6,4,本節(jié)問題：,3.1 概述,一、高頻功率放大器在無線電發(fā)射機(jī)中的位置?,二.高頻功率放大器性能的評(píng)價(jià)

2、指標(biāo)？,四、調(diào)諧功率放大器的基本電路形式（構(gòu)成）？,三、調(diào)諧功放與小信號(hào)調(diào)諧放大器的比較,5,一、高頻功率放大器在無線電發(fā)射機(jī)中的位置,在發(fā)射機(jī)末端,6,功率放大器的作用及其實(shí)質(zhì)，決定了衡量它性能的兩個(gè)主要指標(biāo)：,1.（輸出的交流）功率 2.（直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量的）效率,二.高頻功率放大器的性能指標(biāo),放大輸入信號(hào)，使之達(dá)到足夠的（交流）功率輸出，以滿足天線發(fā)射遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)的要求，或其他負(fù)載的要求。,7,三、調(diào)諧功放與小信號(hào)調(diào)諧放大器的比較,8,四、高頻功率放大器的典型電路,9,3.2 調(diào)諧功率放大器的工作原理,一、調(diào)諧功率放大器的電路形式（構(gòu)成）？,二、調(diào)諧功率放大器如何完成它的功能 （

3、即它的工作原理）?,問題：,10,回顧問題： （模擬電子技術(shù)中的功放內(nèi)容）,1. 放大器的實(shí)質(zhì)？,3. 每種放大器的效率？,2. （已學(xué)的）三類放大器？,11,1. 放大器的實(shí)質(zhì),是一種能量轉(zhuǎn)換器件. 將直流電源輸出的直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量，供給負(fù)載。,12,(1) 甲(A)類（電壓放大器）,ui,三極管集電極電流導(dǎo)通角為 2360或180,放大電路分類,13,(2) 乙(B)類（低頻功率放大器）,ui,三極管集電極電流導(dǎo)通角為 2180或90,14,無輸出耦合電容功放,雙電源、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器,存在交越失真,UEQ=0,乙類互補(bǔ)功放（OCL,Output Capacitorless),

4、15,(3) 甲乙(AB)類（低頻功率放大器）,ui,三極管集電極電流導(dǎo)通角為 180 360或 90 180,16,克服交越失真,單電源、輸出端接大電容的甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器,UEQ=,甲乙類互補(bǔ)功放（OTL,Output Transformerless),17,(4) 丙(C)類（高頻功率放大器）,ui,t,iC,0,三極管集電極電流導(dǎo)通角為 180或90,18,丙類功放原理電路：,19,ic,對(duì)丙類功放集電極余弦脈沖電流，進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解：,丙類功放輸出波形不失真的原因：,20,總結(jié)：丙類功放工作原理,1.為獲得高效率工作在丙類狀態(tài)靜態(tài)偏置電路保證其工作于丙類,Eb0,2. 為獲得

5、不失真輸出波形集電極的選頻回路（槽路）,21,課前問題：,丁類（D類）、戊類（E類）功放的工作原理、效率、 應(yīng)用,22,因工作于大信號(hào)非線性狀態(tài)， 所以，采用折線近似分析法，分析其 導(dǎo)通角、集電極電流、輸出電壓等參量， 以便計(jì)算功放的性能指標(biāo)。,調(diào)諧功率放大器的折線近似分析法,23,3.2.2 調(diào)諧功率放大器的折線近似分析法,一、晶體管特性的折線化,二、集電極余弦脈沖電流分析,三、槽路電壓,將晶體管的特性理想化，每條特性曲線用一組折線來代替。,24,一、晶體管特性的折線化,25,集電極電流導(dǎo)通角的計(jì)算,Uj,26,結(jié)論 ：,導(dǎo)通角是調(diào)諧功率放大器的重要參數(shù),2. 導(dǎo)通角的計(jì)算 續(xù),丙類工作狀態(tài)

6、下,所以,設(shè)功放采用反向偏置，,27,二、集電極余弦脈沖電流分析,28,ic,二、集電極余弦脈沖電流分析,直流分量：,基波分量：,n次諧波:,直流分量分解系數(shù),基波分量分解系數(shù),n次諧波分量分解系數(shù),30,余弦脈沖分解系數(shù)曲線圖,其中,總結(jié)：,31,32,三、槽路電壓（即諧振回路集電極抽頭電壓）,33,三、槽路電壓（即諧振回路集電極抽頭電壓）,集電極抽頭處基波電壓幅值,則晶體管集電極與發(fā)射極間電壓為 ：,34,3.3 功率和效率,晶體管,直流功率 交流功率,槽路,脈沖功率 正弦功率,集電極電流利用系數(shù) ，盡量大,諧振回路 盡量大，在保證選頻性能的前提下， 盡量?。?10）,2.槽路效率,35,

7、某調(diào)諧功率放大器，已知 問：（1）當(dāng) 時(shí)， 及 值是多少？ （2）若 保持不變，將 提高到80%， 減少多少？,應(yīng)用例：,36,折線分析及 導(dǎo)通角的計(jì)算,Uj,37,3.4調(diào)諧功放的工作狀態(tài)分析,調(diào)諧功放的性能隨電路外部參數(shù)變化的規(guī)律？,調(diào)諧功放的動(dòng)態(tài)特性,分析出,研究目的：,38,放大器瞬時(shí)工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡,3.4.1 調(diào)諧功放的動(dòng)態(tài)特性,即晶體管內(nèi)部特性和外部特性結(jié)合起來的特性,1. 由晶體管內(nèi)部特性轉(zhuǎn)移特性曲線,2. 在放大器有載情況下（負(fù)載回路處于諧振狀態(tài)），輸入、輸出電壓的表示式 晶體管外部特性,3. 將以上兩特性方程聯(lián)立，得到ic=f (uce)關(guān)系的動(dòng)態(tài)特性曲線,39,Uj,40

8、,由此直線方程，描點(diǎn)法作圖。 取點(diǎn)如下：,1) 靜態(tài)工作點(diǎn)Q,2) 起始導(dǎo)通點(diǎn)B,3）QB延長線與ubemax交于點(diǎn)C,41,欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)、過壓狀態(tài),結(jié)合丙類狀態(tài)下，晶體管實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間，得到描述放大器瞬時(shí)工作點(diǎn)移動(dòng)軌跡的動(dòng)態(tài)特性為折線AB、BC。,根據(jù)放大器動(dòng)態(tài)特性折線BC段與折線段ubemax交點(diǎn)C的不同位置，定義放大器的三種工作狀態(tài)為：,42,3.4.2 外部參數(shù)變化對(duì)調(diào)諧功放工作狀態(tài)的影響,1. 負(fù)載特性,2. 調(diào)制特性,3. 振幅特性,調(diào)諧功放的性能隨電路負(fù)載變化的規(guī)律？,調(diào)諧功放的工作狀態(tài)隨集電極電源電壓和基極偏置電壓變化的規(guī)律？,調(diào)諧功放的工作狀態(tài)隨激勵(lì)（輸入）電壓振幅變化的

9、規(guī)律？,43,1. 負(fù)載特性,44,45,b.最佳負(fù)載電阻,a.臨界狀態(tài)槽路抽頭部分的電壓幅值,（1）選最佳工作狀態(tài)臨界狀態(tài),丙類功放的設(shè)計(jì)方法：,（2）計(jì)算最佳負(fù)載電阻（已知Po、Ec、晶體管飽和壓降Uces),46,（3）電路中實(shí)現(xiàn)Rce=Rcp,計(jì)算線圈匝數(shù)的主要依據(jù),47,例題諧振功放電路如下圖(a)所示。要求其工作狀態(tài)如圖(b)所示。已知RL=100，f0=z，B=1.5MHz，C=100pF,EC=12V，N1+N2=60匝。求：N3,N1,N2。(不考慮LC回路本身的諧振電阻R0),48,3.5 調(diào)諧功放的實(shí)用電路,信號(hào)源、 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、 基極自給偏壓、 功放管、 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)

10、、 負(fù)載。,調(diào)諧功放電路的組成： (為了更好地辨認(rèn)電路),49,輸入匹配電路：, 匹配電路作用,實(shí)現(xiàn)信號(hào)源輸出阻抗與放大器輸入阻抗之間的匹配，以期獲得最大的激勵(lì)功率。,輸出匹配電路：,將負(fù)載變換為放大器所需的最佳負(fù)載電阻，以保證放大器輸出功率最大。,50,1.并聯(lián)諧振回路形式：用于前級(jí)、中間級(jí)放大器以及某些需要可調(diào)電路的輸出級(jí) 2.濾波器形式：用于大功率、低阻抗寬帶輸出級(jí)，如無線電發(fā)射機(jī)多用此種電路。, 匹配電路形式,二、輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò),51,b.最佳負(fù)載電阻,a.臨界狀態(tài)槽路抽頭部分的電壓幅值,（1）選最佳工作狀態(tài)臨界狀態(tài),丙類功放的設(shè)計(jì)方法：,（2）計(jì)算最佳負(fù)載電阻（已知Po、Ec、晶

11、體管飽和壓降Uces),52,計(jì)算線圈匝數(shù)的主要依據(jù),（3）用并聯(lián)諧振匹配電路實(shí)現(xiàn)Rc=Rcp,53,在甚高頻或大功率輸出級(jí)，廣泛利用L、C變換網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)調(diào)諧和阻抗匹配，主要有L型、T型和 型。,型 型,（4）用濾波器型匹配電路實(shí)現(xiàn)Rc=Rcp,54,濾波器型匹配電路，電路參數(shù)求解步驟： 1. 將電阻、電容串并變換，使匹配電路等效為并聯(lián)（或串聯(lián)）諧振回路。 2. 計(jì)算回路各參數(shù)，各參數(shù)推導(dǎo)依據(jù)： 諧振條件Xc=XL（即諧振時(shí)回路電抗值為0，呈純阻性） 阻抗匹配條件R諧振=Rcp (即諧振時(shí)回路的等效諧振電阻的值等于最佳負(fù)載電阻),55,T型匹配網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)（設(shè)Qc2已知， 作為輸出匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，

12、Rs=Rcp）,56,型匹配網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)為（設(shè)QC1已知）,57,二、直流饋電線路,2、基極饋電線路 （為晶體管基極提供饋電電源）,1、集電極饋電線路 （為晶體管集電極提供饋電電源）,58,1、集電極直流饋電電路,根據(jù)直流電源連接方式的不同，可分為： 串聯(lián)饋電線路：直流電源、晶體管和負(fù)載三者之間串聯(lián)。 并聯(lián)饋電線路：直流電源、晶體管和負(fù)載三者之間并聯(lián)。,59,（1）扼流圈阻抗應(yīng)比相應(yīng)支路的阻抗大一個(gè)數(shù)量級(jí)（即大10倍）,扼流圈和旁路電容的選取原則:,（2） 旁路電容應(yīng)比相應(yīng)支路阻抗小一個(gè)數(shù)量級(jí)。,60,61,2.基極偏置電路（即代替基極偏置電壓Eb的電路）,采用射極或基極電流的直流成分，通過一

13、定阻值的電阻而產(chǎn)生的壓降，作為放大器的基極自給偏壓 .,62,按照輸入回路、晶體管和基極直流偏壓三者的連接關(guān)系可以分為：串饋，并饋。,（為晶體管基極提供饋電電源）,63,(1).射極電流自給偏壓,(2).基極電流自給偏壓,64,(3)兩種偏置方式比較,射極電流自給偏壓：對(duì)放大器起負(fù)反饋?zhàn)饔茫?能夠自動(dòng)維持放大器的工作穩(wěn)定。但要消 耗一定的,基極電流自給偏壓：對(duì) 有調(diào)節(jié)作用，這對(duì) 改善輸入信號(hào)源的穩(wěn)定性有利。,65,66,功放實(shí)用電路舉例：p79,集電極直流饋電方式（串饋、并饋）？ 基極直流饋電方式（串饋、并饋）？ 基極直流電壓偏置方式？ 輸入匹配電路的形式？ 輸出匹配電路的形式？,67,1、倍頻器在無線電發(fā)射機(jī)中的位置,3.7 倍頻器,68,3. 自學(xué)提綱,采用倍頻器的主要原因？ 丙類倍頻器與丙類功放，兩者在選擇槽路諧振頻率時(shí)有何不同？ 丙類二、三倍頻器的最佳導(dǎo)通角？ 丙類倍頻器的最佳工作狀態(tài)？（欠壓、臨界、過壓）,2、倍頻器的作用,69,本章總結(jié),理解：,計(jì)算：用折線分析法計(jì)算丙類功放的性能指標(biāo) （輸出功率、效率等）,分析：,丙類功放的工作原理 丙類倍頻器的工作原理,丙類功放實(shí)際電路構(gòu)成（饋電方式、偏置電路、匹配網(wǎng)絡(luò)）,70,1、高頻功放的調(diào)整是保證放大器工作在