通信電子線路第3章功放ppt課件

1、第3章 高頻功率放大電路. 概述概述. 丙類諧振功率放大電路丙類諧振功率放大電路. 寬帶高頻功率放大電路與功率合成電路寬帶高頻功率放大電路與功率合成電路. 集成高頻功率放大電路及運(yùn)用簡介集成高頻功率放大電路及運(yùn)用簡介. 章末小結(jié)章末小結(jié)第第3章章 高頻功率放大電路高頻功率放大電路第3章 高頻功率放大電路 與低頻功率放大電路一樣, 輸出功率、效率和非線性失真同樣是高頻功率放大電路的三個(gè)最主要的技術(shù)目的。不言而喻, 平安任務(wù)依然是首先必需思索的問題。 在通訊系統(tǒng)中, 高頻功率放大電路作為發(fā)射機(jī)的重要組成部分, 用于對高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)展功率放大, 然后經(jīng)天線將其輻射到空間, 所以要求輸出功率很大。輸

2、出功率大, 從節(jié)省能量的角度思索, 效率更加顯得重要。因此, 高頻功放常采用效率較高的丙類任務(wù)形狀, 即晶體管集電極電流導(dǎo)通時(shí)間小于輸入信號(hào)半個(gè)周期的任務(wù)形狀。 同時(shí), 為了濾除丙類任務(wù)時(shí)產(chǎn)生的眾多高次諧波分量, 采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò), 故稱為丙類諧振功率放大電路。 . 概述概述第3章 高頻功率放大電路 顯然,諧振功放屬于窄帶功放電路。對于任務(wù)頻帶要求較寬, 或要求經(jīng)常迅速改換選頻網(wǎng)絡(luò)中心頻率的情況, 可采用寬帶功率放大電路。寬帶功放任務(wù)在甲類形狀, 利用傳輸線變壓器等作為匹配網(wǎng)絡(luò), 并且可以采用功率合成技術(shù)來增大輸出功率。 本章著重討論丙類諧振功放的任務(wù)原理、動(dòng)態(tài)特性和電路組成, 對

3、于甲類和乙類諧振功放的性能目的也作了適當(dāng)引見, 接著再討論高頻寬帶功率放大電路, 最后給出了集成高頻功率放大電路的一些實(shí)例。 第3章 高頻功率放大電路 諧振功率放大器的任務(wù)原理諧振功率放大器的任務(wù)原理1 1、運(yùn)用高頻功率放大器的目的、運(yùn)用高頻功率放大器的目的 放大高頻大信號(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。放大高頻大信號(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。2 2、高頻功率信號(hào)放大器運(yùn)用中需求處理的兩個(gè)問題、高頻功率信號(hào)放大器運(yùn)用中需求處理的兩個(gè)問題高效率輸出高效率輸出高功率輸出高功率輸出高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和高。是輸出功

4、率大和高。聯(lián)想對比：聯(lián)想對比：第3章 高頻功率放大電路icebtooictVBZ3、諧振功率放大器與小信號(hào)諧振放大器的異同之處、諧振功率放大器與小信號(hào)諧振放大器的異同之處一樣之處：它們放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，而且放大器的負(fù)一樣之處：它們放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，而且放大器的負(fù) 載均為諧振回路。載均為諧振回路。不同之處：為鼓勵(lì)信號(hào)幅度大小不同；放大器任務(wù)點(diǎn)不同；不同之處：為鼓勵(lì)信號(hào)幅度大小不同；放大器任務(wù)點(diǎn)不同； 晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。諧振功率放大器諧振功率放大器波形圖波形圖小信號(hào)諧振放大器小信號(hào)諧振放大器波形圖波形圖icQebtooict第3章 高頻功率放大電路icQebtoo

5、ict小信號(hào)諧振放大器小信號(hào)諧振放大器波形圖波形圖 第3章 高頻功率放大電路icebtooictVBZ諧振功率放大器諧振功率放大器波形圖波形圖第3章 高頻功率放大電路4 4、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同共同之處共同之處: :都要求輸出功率大和效率高。都要求輸出功率大和效率高。 功率放大器本質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，把電源供應(yīng)的直功率放大器本質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，把電源供應(yīng)的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的才干即為功率放大器流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的才干即為功率放大器的效率。的效率。 諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(hào)諧振功率放大器通常用

6、來放大窄帶高頻信號(hào)( (信號(hào)的通帶信號(hào)的通帶寬度只需其中心頻率的寬度只需其中心頻率的1%1%或更小或更小) )，其任務(wù)形狀通常選為丙，其任務(wù)形狀通常選為丙類任務(wù)形狀類任務(wù)形狀( (c c9090) )，為了不失真的放大信號(hào)，它的負(fù)，為了不失真的放大信號(hào)，它的負(fù)載必需是諧振回路。載必需是諧振回路。 非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無調(diào)諧負(fù)載，任務(wù)在甲類大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無調(diào)諧負(fù)載，任務(wù)在甲類或乙類任務(wù)形狀；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負(fù)或乙類任務(wù)形狀；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負(fù)載。載

7、。第3章 高頻功率放大電路電路。功率放大器的主要技術(shù)目的是輸出功率與效率。電路。功率放大器的主要技術(shù)目的是輸出功率與效率。表2-1 不同任務(wù)形狀時(shí)放大器的特點(diǎn) 任務(wù)形狀 半導(dǎo)通角 理想效率 負(fù) 載 應(yīng) 用 甲類 qc=180 50% 電阻 低頻 乙類 qc=90 78.5% 推挽，回路 低頻，高頻 甲乙類 90qc180 50%h78.5% 推挽 低頻 丙類 qc90 h78.5% 選頻回路 高頻 丁類 開關(guān)形狀 90%100% 選頻回路 高頻 任務(wù)形狀任務(wù)形狀 功率放大器普通分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等任功率放大器普通分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等任務(wù)方式，為了進(jìn)一步提高任務(wù)效率還提出了丁

8、類與戊類放務(wù)方式，為了進(jìn)一步提高任務(wù)效率還提出了丁類與戊類放大器。大器。 諧振功率放大器通常任務(wù)于丙類任務(wù)形狀，屬于非線性諧振功率放大器通常任務(wù)于丙類任務(wù)形狀，屬于非線性第3章 高頻功率放大電路3.2.1 任務(wù)原理任務(wù)原理 圖圖3.2.1是諧振功率放大電路原理圖。是諧振功率放大電路原理圖。 假定輸入信號(hào)是角頻率正弦波假定輸入信號(hào)是角頻率正弦波, 輸出選頻回路調(diào)諧輸出選頻回路調(diào)諧在輸入信號(hào)的一樣頻率上。在輸入信號(hào)的一樣頻率上。 根據(jù)基爾霍夫電壓定律根據(jù)基爾霍夫電壓定律, 可可得到以下表達(dá)式得到以下表達(dá)式:uBE=UBB+ub=UBB+Ubmcos0t (3.2.1) uCE=UCC+uc=UCC

9、-Ic1mRcos0t =UCC-Ucmcos0t 3.2丙類諧振功率放大電路丙類諧振功率放大電路(3.2.2)第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.1 諧振功率放大電路原理圖 ubuBEuCECRLucUBBUCC第3章 高頻功率放大電路 其中uBE和uCE分別是晶體管b、e極電壓和c、e極電壓，ub和uc分別是輸入交流信號(hào)和輸出交流信號(hào), R是回路等效總電阻, IC0和Ic1m分別是集電極電流iC中的直流分量和基波振幅。UBB和UCC是直流電源。 由此可以得到集電極電源提供的直流功率PD、諧振功放輸出交流功率Po、集電極效率c和集電極功耗PC如下: 第3章 高頻功率放大電路022011101

10、1122212DCCCcmc mcmc moc mcmcDCCCCDoPUIUPIUIRRPIUPI UPPPh(3.2.3)(3.2.4)(3.2.5) 從公式(3.2.5)可知, 假設(shè)要提高效率, 需增大Ic1m或減小IC0(減小IC0即減小集電極平均電流, 經(jīng)過降低靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn))。 第3章 高頻功率放大電路 圖3.2.2是三種不同靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)情況時(shí)晶體管轉(zhuǎn)移特性分析。 其中QA、QB和QC分別是甲類、乙類和丙類任務(wù)時(shí)的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)。 工程上通常用dBm作為功率的單位，轉(zhuǎn)換式為10lgPdBm其中P的單位是mW。例如，1mW=0 dBm, 100mW=20 dBm。 第3章 高頻功率放大

11、電路 在甲類任務(wù)形狀時(shí), 為保證不失真, 必需滿足Ic1mIC0, 又UcmUCC(忽略晶體管飽和壓降), 所以由公式(3.2.5)可知, 最高效率為50%。 在乙類任務(wù)形狀時(shí), 集電極電流是在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的尖頂余弦脈沖, 可以用傅氏級(jí)數(shù)展開為: .2cos32cos211coscos0002010tItIItItIiiCmCmCmmcmcCC其中ICm是尖頂余弦脈沖的高度, 即集電極電流最大值。第3章 高頻功率放大電路 由此 可求得在Ucm=UCC時(shí)的最高效率%5 .78412121hCmCmcII 在圖3.2.2中, 隨著基極偏置電壓UBB逐漸左移, 靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)逐漸降低, 晶體管的任務(wù)形

12、狀由甲類、乙類而進(jìn)入丙類。由剛剛的分析可知, 乙類的效率確實(shí)高于甲類。 第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.2 甲、 乙、 丙類三種任務(wù)形狀下的轉(zhuǎn)移特性分析 iCQAQB0QCUonuBEICm180180t第3章 高頻功率放大電路 功率放大電路是大信號(hào)任務(wù), 而在大信號(hào)任務(wù)時(shí)必需思索晶體管的非線性特性, 這樣將使分析比較復(fù)雜。為簡化分析, 可以將晶體管特性曲線理想化, 即用一條或幾條直線組成折線來替代, 稱為折線近似分析法。 圖3.2.3是將晶體管轉(zhuǎn)移特性折線化, 由此來分析丙類任務(wù)形狀的有關(guān)參數(shù)。 第3章 高頻功率放大電路 圖 3.2.3 丙類形狀轉(zhuǎn)移特性分析iC斜率 gUBB00quBE

13、UonuBEUbmiCICm0qqtt第3章 高頻功率放大電路 由圖3.2.3可以得到集電極電流iC的分段表達(dá)式： iC=g(uBE-Uon) uBEUon 0 uBEUon (3.2.6)假設(shè)將輸入信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通情況用對應(yīng)的導(dǎo)通角度2來表示, 那么稱為導(dǎo)通角?？梢? 0180。 在放大區(qū), 將式(3.2.1)代入式(3.2.6), 可以得到: iC=g(UBB+Ubmcost-Uon) iC(3.2.7)第3章 高頻功率放大電路qqcos1coscoscostIUUUtgUiCmbmBBonbmC當(dāng)t=時(shí), iC=0, 由式(3.2.7)可求得: (3.2.8)當(dāng)t=0時(shí), iC=I

14、Cm, 由式(3.2.7)和(3.2.8)可求得:所以, 式(3.2.7)可寫成:arccosonBBimUUUqmax1 cosCimIgUq(3.2.9)(3.2.10)第3章 高頻功率放大電路 從集電極電流iC的表達(dá)式可以看出, 這是一個(gè)周期性的尖頂余弦脈沖函數(shù), 因此可以用傅里葉級(jí)數(shù)展開, 即 iC=IC0+Ic1mcost+Ic2mcos2t+Icnmcosnt+(3.2.11)其中各個(gè)系數(shù)可用積分方法求得，例如，,cos1,2110tdtiItdiICmcCCqqqq式中iC式3.2.10代入。由于iC是ICm和的函數(shù), 所以它的各次諧波的振幅也是ICm和的函數(shù), 假設(shè)ICm固定,

15、 那么只是的函數(shù), 通常表示為：IC0=ICm0(), Ic1m=ICm1(), Ic2m=ICm2(), (3.2.11)第3章 高頻功率放大電路其中0(), 1(), 2(), 被稱為尖頂余弦脈沖的分解系數(shù)。 110( )( )( )g qq q圖3.2.4給出了在0180范圍內(nèi)的分解系數(shù)曲線和波形系數(shù)曲線。 )cos1 (cossin)(0qqqqq)cos1 (cossin)(1qqqqq第3章 高頻功率放大電路 假設(shè)定義集電極電壓利用系數(shù)=Ucm/UCC, 可以得到集電極效率和輸出功率的另一種表達(dá)式: )(2121101qhgUIUICCCcmmccRIPCm)(212120q第3章

16、 高頻功率放大電路圖 3.2.4 尖頂余弦脈沖的分解系數(shù)()與波形系數(shù)g1() (q)0.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.0500.050.10020 40 60 80 100120140 160180q/g1(q)2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0020406080 100 120 140 160 180q/1023第3章 高頻功率放大電路 由圖3.2.4可以看出, 1(90)=1(180)=0.5, 這兩種情況分別對應(yīng)于乙類和甲類任務(wù)形狀, 均比丙類(90)的數(shù)值高, 而1的最大值是1(120)=0.536,

17、處于甲乙類形狀。這意味著當(dāng)回路等效總電阻R和脈沖高度ICm一樣時(shí), 丙類的輸出功率比甲類、甲乙類和乙類都要小一些, 但是丙類的集電極效率比它們都要高。 第3章 高頻功率放大電路 分析式(3.2.12)、 (3.2.13)可知, 增大和g1的值是提高效率的兩個(gè)措施, 增大1是增大輸出功率的措施。然而圖3.2.4通知我們, 增大g1與增大1是相互矛盾的。導(dǎo)通角越小, g1越大, 效率越高, 但1卻越小, 輸出功率也就越小。所以要兼顧效率和輸出功率兩個(gè)方面, 選取適宜的導(dǎo)通角。假設(shè)取=70, 此時(shí)的集電極效率可到達(dá)85.9%, 而=120時(shí)的集電極效率僅為64%左右。因此, 普通以70作為最正確導(dǎo)通

18、角, 可以兼顧效率和輸出功率兩個(gè)重要目的。 第3章 高頻功率放大電路 例3.1 在圖3.2.3中, 假設(shè)Uon=0.6 V, g=10mAV, ICm=20mA, 又UCC=12V, 求當(dāng)分別為180, 90和60時(shí)的輸出功率和相應(yīng)的基極偏壓UBB, 以及為60時(shí)的集電極效率。(忽略集電極飽和壓降) 解： 由圖3.2.4可知:0(60)=0.22,1(180)=1(90)=0.5, 1(60)=0.38由于 Ucm=UCC=12V第3章 高頻功率放大電路所以, 當(dāng)甲類任務(wù)時(shí)(=180), 根據(jù)式(3.2.11), (3.2.4), VgIUUmWUIPmAIICmonBBcmmcoCmmc6

19、. 1210206 . 06012102121105 . 020)180(111在乙類任務(wù)時(shí)(=90)，有VUUmWPmAIIonBBoCmmc6 . 060121021105 . 020)90(11第3章 高頻功率放大電路 當(dāng)丙類任務(wù)時(shí)(=60),有%8686. 0124 . 4126 . 721214 . 422. 020)60(6 .45126 . 7216 . 738. 020)60(010101CCCcmmccCmCoCmmcUIUImAIImWPmAIIh第3章 高頻功率放大電路由式(3.2.9)可)cos1 (qgIUcmbmVgIUUUUCmonbmonBB4 . 1)60co

20、s1 (1060cos206 . 0)cos1 (coscosqqq所以由式(3.2.8)可求得:第3章 高頻功率放大電路3.2.2性能分析性能分析 假設(shè)丙類諧振功放的輸入是振幅為假設(shè)丙類諧振功放的輸入是振幅為Ubm的單頻余的單頻余弦信號(hào)弦信號(hào), 那么輸出單頻余弦信號(hào)的振幅那么輸出單頻余弦信號(hào)的振幅Ucm與與Ubm有有什么關(guān)系什么關(guān)系?Ucm的大小受哪些參數(shù)影響的大小受哪些參數(shù)影響? 式式(3.2.1)、(3.2.2)和和(3.2.6)分別給出了諧振功放輸分別給出了諧振功放輸入回路、入回路、 輸出回路和晶體管轉(zhuǎn)移特性的表達(dá)式。由輸出回路和晶體管轉(zhuǎn)移特性的表達(dá)式。由這些公式可以看出這些公式可以看

21、出, 當(dāng)晶體管確定以后當(dāng)晶體管確定以后, Ucm的大小與的大小與VBB、VCC、R和和Ubm四個(gè)參數(shù)有關(guān)。利用圖四個(gè)參數(shù)有關(guān)。利用圖3.2.5所示折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線所示折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線, 借助以上三個(gè)借助以上三個(gè)表達(dá)式表達(dá)式, 我們來分析以上兩個(gè)問題。在分析之前我們來分析以上兩個(gè)問題。在分析之前, 讓我讓我們先確定動(dòng)態(tài)線的情況。們先確定動(dòng)態(tài)線的情況。 第3章 高頻功率放大電路 在輸出特性圖中, 表示輸出電壓uCE隨集電極電流iC變化的軌跡線稱為動(dòng)態(tài)線, 又稱為交流負(fù)載線。由于諧振功放的負(fù)載是選頻網(wǎng)絡(luò), 故輸出交流電壓uc必然是一個(gè)完好的余弦信號(hào)。由圖3.2.5可以看到,

22、截止區(qū)和飽和區(qū)內(nèi)的動(dòng)態(tài)線分別和輸出特性中截止線和臨界飽和線重合(其中臨界飽和線斜率為gcr), 而放大區(qū)內(nèi)的動(dòng)態(tài)線是一條其延伸線經(jīng)過Q點(diǎn)的負(fù)斜率線段AB。 放大區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)線AB的表達(dá)式可用以下步驟求出。 第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.5 折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性分析 iC斜率 gUBB00UbmtuBEuBEiCICm0tiCA0CBD斜率 gdUCCuCEQuCE0qtUcm第3章 高頻功率放大電路 由式(3.2.1)和(3.2.2)可寫出： cmCECCbmBBBEUuUUUu代入式(3.2.6), 經(jīng)過整理可得到動(dòng)態(tài)線表達(dá)式:iC=-gd(uCE-U0) 其中bmcmoncmBBbm

23、CCcmbmdUUUUUUUUUUgg0第3章 高頻功率放大電路由圖(3.2.5)可以寫出斜率值gd的另一種方式:)cos1 (qcmCmdUIg由 于 I c 1 m = I C m 1 ( ) , R=Ucm/Ic1mRgRdd)cos1)(11qq(3.2.14)可見，放大區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)線的斜率是負(fù)的，其數(shù)值gd動(dòng)態(tài)電導(dǎo)與R、兩個(gè)參數(shù)都有關(guān)系，且動(dòng)態(tài)電阻Rd與回路等效總電阻R不相等第3章 高頻功率放大電路 1. 負(fù)載特性 假設(shè)UBB、UCC和Ubm三個(gè)參數(shù)固定, R發(fā)生變化, 動(dòng)態(tài)線、Ucm以及Po、c等性能目的會(huì)有什么變化呢?這就是諧振功放的負(fù)載特性。 由圖3.2.6可知, UBB和UCC固

24、定意味著Q點(diǎn)固定, Ubm固定進(jìn)一步意味著也固定。根據(jù)式(3.2.14), 放大區(qū)動(dòng)態(tài)線斜率1/ Rd將僅隨R而變化。圖中給出了三種不同斜率情況下的動(dòng)態(tài)線。 第3章 高頻功率放大電路1coscosBEBBbmCECCc muUUtuUUt三點(diǎn)法作圖：三點(diǎn)法作圖： t=0，uBE=UBB+Ubm； uCE=UCC-Uc1m 得到得到C點(diǎn)點(diǎn) t= /2，uBE=UBB； uCE=UCC 得到得到 B點(diǎn)點(diǎn) t= ， uBE=UBB-Ubm 0-iC=0； uCE=UCC+Uc1m 得到得到D點(diǎn)點(diǎn)直線直線BC與橫軸交于與橫軸交于A點(diǎn)點(diǎn)動(dòng)態(tài)特性分析：動(dòng)態(tài)特性分析：iC、uBE和和uCE的關(guān)系曲線，稱動(dòng)的

25、關(guān)系曲線，稱動(dòng)特性曲線特性曲線 即交流負(fù)載線即交流負(fù)載線uCECBD UBE=UBB+UbmUBE=UBBUCC0icUc1mA折線折線CAD即為諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性曲線即為諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性曲線第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.6 三種不同斜率情況下的動(dòng)態(tài)線及波形分析iC0tiCA2A1A30B1B2B3UCCuCEQ0Ucm1Ucm2Ucm3tuCE0UBBuBEtUbm第3章 高頻功率放大電路 動(dòng)態(tài)線A1B1的斜率最大,即對應(yīng)的負(fù)載R最小, 相應(yīng)的輸出電壓振幅Ucm1也最小, 晶體管任務(wù)在放大區(qū)和截止區(qū)。 動(dòng)態(tài)線A2B2的斜率較小，與特性曲線相交于飽和區(qū)和放大區(qū)的交點(diǎn)處(此點(diǎn)

26、稱為臨界點(diǎn)), 相應(yīng)的輸出電壓振幅Ucm2增大, 晶體管任務(wù)在臨界點(diǎn)、放大區(qū)和截止區(qū)。動(dòng)態(tài)線A3B3的斜率最小, 即對應(yīng)的負(fù)載R最大, 相應(yīng)的輸出電壓振幅Ucm3比Ucm2略為增大, 晶體管任務(wù)在飽和區(qū)、 放大區(qū)和截止區(qū)。根據(jù)輸出電壓振幅大小的不同, 這三種任務(wù)形狀分別稱為欠壓形狀、臨界形狀和過壓形狀, 而放大區(qū)和飽和區(qū)又可分別稱為欠壓區(qū)和過壓區(qū)。 留意, 在過壓形狀時(shí), iC波形的頂部發(fā)生凹陷, 這是由于進(jìn)入過壓區(qū)后轉(zhuǎn)移特性為負(fù)斜率而產(chǎn)生的。 第3章 高頻功率放大電路 圖3.2.7 給出了負(fù)載特性曲線。 參照圖3.2.6和式(3.2.3)(3.2.5), 對于圖3.2.7中各參數(shù)曲線隨R變化

27、的規(guī)律將很容易了解。 由圖3.2.7可以看到, 隨著R的逐漸增大, 動(dòng)態(tài)線的斜率逐漸減小, 由欠壓形狀進(jìn)入臨界形狀, 再進(jìn)入過壓形狀。在臨界形狀時(shí), 輸出功率Po最大, 集電極效率c接近最大, 所以是最正確任務(wù)形狀。第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.7 諧振功放的負(fù)載特性曲線 0IclmIC0Ucm欠壓臨界過壓 R欠壓臨界過壓RPDPoPCch0第3章 高頻功率放大電路 2. 放大特性 假設(shè)UBB、UCC、R三個(gè)參數(shù)固定, 輸入U(xiǎn)bm變化, 此時(shí)輸出Ucm以及Po、c等性能目的隨之變化的規(guī)律被稱為放大特性。 圖3.2.8是利用折線化轉(zhuǎn)移特性分析丙類任務(wù)時(shí)iC波形隨Ubm變化的關(guān)系, 并給出了

28、Ucm、Ic1m和Ic0與Ubm的關(guān)系曲線。由于Ubm的變化將導(dǎo)致的變化, 從而使輸出特性欠壓區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)線的斜率發(fā)生變化, 所以利用輸出特性分析放大特性不方便第3章 高頻功率放大電路 由圖3.2.8可以看到, 在欠壓形狀時(shí), Ucm隨Ubm增大而增大, 但不成線性關(guān)系, 由于也會(huì)隨之增大, 使iC脈沖的寬度和高度都隨之增大。僅當(dāng)處于甲類或乙類任務(wù)形狀時(shí),固定為180或90, 不會(huì)隨Ubm的變化而變化, 此時(shí)Ucm與Ubm才成正比關(guān)系。在過壓形狀, 隨著Ubm添加, Ucm幾乎堅(jiān)持不變。 第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.8 放大特性分析 iC0uBEuBEUbmtiC0欠壓 臨界 過壓t0欠壓

29、 臨界 過壓UcmIclmIC0Ubm(a)(b)第3章 高頻功率放大電路 3. 調(diào)制特性調(diào)制特性 (1) 基極調(diào)制特性。基極調(diào)制特性。 假設(shè)假設(shè)UCC、R和和Ubm固定固定, 輸出電壓振幅輸出電壓振幅Ucm隨基極偏壓隨基極偏壓UBB變化的規(guī)律被稱為基極調(diào)制特性。變化的規(guī)律被稱為基極調(diào)制特性。 由于由于UBB和和ub是以串聯(lián)迭加方式處于功放的輸入回路是以串聯(lián)迭加方式處于功放的輸入回路, 所以所以UBB的變化與的變化與ub的振幅的振幅Ubm的變化對輸出電流的變化對輸出電流iC和輸出電壓振和輸出電壓振幅幅Ucm的影響是類似的的影響是類似的, 可以將圖可以將圖3.2.9和圖和圖3.2.8(b)進(jìn)展對

30、照分析。進(jìn)展對照分析。 基極調(diào)制的目的是使基極調(diào)制的目的是使Ucm隨隨UBB的變化規(guī)律而變化的變化規(guī)律而變化, 所以功所以功放應(yīng)任務(wù)在欠壓形狀放應(yīng)任務(wù)在欠壓形狀, 才干使才干使UBB對對Ucm有控制造用。有控制造用。 第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.9 基極調(diào)制特性 UcmIclmIC00欠壓臨界過壓UBB第3章 高頻功率放大電路 (2) 集電極調(diào)制特性。 假設(shè)UBB、R和Ubm固定, 輸出電壓振幅Ucm隨集電極電壓UCC變化的規(guī)律被稱為集電極調(diào)制特性。 由圖3.2.10(a)可以看到, UCC的變化使得靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)左右平移, 從而使欠壓區(qū)內(nèi)的動(dòng)態(tài)線左右平移, 動(dòng)態(tài)線的斜率不變。 由圖 3.

31、2.10(b)可以看到，在欠壓形狀時(shí), 當(dāng)UCC改動(dòng)時(shí), Ucm幾乎不變。在過壓形狀時(shí), Ucm隨UCC而單調(diào)變化。所以, 此時(shí)功放應(yīng)任務(wù)在過壓形狀, 才干使UCC時(shí)對Ucm有控制造用, 即振幅調(diào)制造用。 第3章 高頻功率放大電路iC過壓032臨界欠壓tiC0UCC3UCC2UCC1Q3Q2Q1uCEmin(a)(b)0過壓臨界欠壓UCCUcmIclmIC01uCE圖 3.2.10 集電極調(diào)制特性第3章 高頻功率放大電路 4. 小結(jié) 根據(jù)以上對丙類諧振功放的性能分析, 可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論: (1) 假設(shè)對等幅信號(hào)進(jìn)展功率放大, 應(yīng)使功放任務(wù)在臨界形狀, 此時(shí)輸出功率最大, 效率也接近最大。比如

32、對第7章將引見的調(diào)頻信號(hào)進(jìn)展功率放大。 (2) 假設(shè)對非等幅信號(hào)進(jìn)展功率放大, 應(yīng)使功放任務(wù)在欠壓形狀, 但線性較差。假設(shè)采用甲類或乙類任務(wù), 那么線性較好。比如對第6章將引見的調(diào)幅信號(hào)進(jìn)展功率放大。 第3章 高頻功率放大電路 (3) 丙類諧振功放在進(jìn)展功率放大的同時(shí), 也可進(jìn)展振幅調(diào)制。假設(shè)調(diào)制信號(hào)加在基極偏壓上, 功放應(yīng)任務(wù)在欠壓形狀； 假設(shè)調(diào)制信號(hào)加在集電極電壓上, 功放應(yīng)任務(wù)在過壓形狀。 (4) 回路等效總電阻R直接影響功放在欠壓區(qū)內(nèi)的動(dòng)態(tài)線斜率, 對功放的各項(xiàng)性能目的關(guān)系很大, 在分析和設(shè)計(jì)功放時(shí)應(yīng)注重負(fù)載特性。第3章 高頻功率放大電路比較三種任務(wù)形狀：比較三種任務(wù)形狀：1臨界形狀：

33、臨界形狀：Pin最大；最大；較高；最正確任務(wù)較高；最正確任務(wù)形狀形狀 (對應(yīng)最正確負(fù)載對應(yīng)最正確負(fù)載RLcr)；主要用于發(fā)射機(jī)；主要用于發(fā)射機(jī)末級(jí)。末級(jí)。2過壓形狀：過壓形狀： 較高弱過壓形狀較高弱過壓形狀最高最高)；負(fù)載阻抗變化時(shí)，負(fù)載阻抗變化時(shí)，UC1根本不變；用于發(fā)射機(jī)根本不變；用于發(fā)射機(jī)中間級(jí)中間級(jí)3欠壓形狀：欠壓形狀： Pin較??；較小； 較低；較低；Po大；大；輸出電壓不夠穩(wěn)定；很少采用，基極調(diào)幅電路輸出電壓不夠穩(wěn)定；很少采用，基極調(diào)幅電路任務(wù)于此形狀。任務(wù)于此形狀。第3章 高頻功率放大電路 【例3.2】 知一諧振功放任務(wù)在欠壓形狀，假設(shè)要將它調(diào)整到臨界形狀，需求改動(dòng)哪些參數(shù)？不同

34、調(diào)整方法所得到的輸出功率Po能否一樣？為什么？ 解： 可以有四種調(diào)整方法。設(shè)原輸出功率為Po0，原放大區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)線及其延伸線為AQ1，四種方法得到的輸出功率分別為Po1、Po2、Po3、Po4。 1 增大負(fù)載R，那么放大區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)線斜率減小，Q點(diǎn)不變， 仍為Q1，動(dòng)態(tài)線及其延伸線為BQ1。根據(jù)圖3.2.7負(fù)載特性，Ucm和Po將增大，所以Po1Po0。 第3章 高頻功率放大電路 2 減小UCC，那么動(dòng)態(tài)線平行左移，R不變，動(dòng)態(tài)線及其延伸線為BQ2。根據(jù)圖3.2.10集電極調(diào)制特性，Ucm略減小，Po略有減小，所以Po2Po0。 3 增大UBB，那么動(dòng)態(tài)線平行上移， R 不變，Q點(diǎn)上移， 動(dòng)態(tài)線及其

35、延伸線為CQ3。根據(jù)圖3.2.9基極調(diào)制特性， Ucm增大， Po將增大，所以Po3Po0。 4 增大Ubm，那么動(dòng)態(tài)線從A延伸到D， R不變，Q點(diǎn)不變， 根據(jù)圖3.2.8放大特性，Ucm和Po均增大，所以Po4Po0。 第3章 高頻功率放大電路 從圖例3.3可見，4的Ucm略大于3的Ucm，而3和4的R一樣，故Po4Po3。另外，1的Ucm 略大于3、4的Ucm ， 但1的R大于3、4的R ， 所以， Po1的功率大小取決于R增大的程度。假設(shè)采用方法1時(shí)R增大較多， 使Po1Po3，那么有Po4Po3Po1Po2。 第3章 高頻功率放大電路圖例3.3 iC0CDB原狀態(tài)UCCuCEQ2(1)

36、(2)(4)(3)原狀態(tài)UcmuBE(4)(3)(1)(2)tUBBubmAQ3Q1,Q4第3章 高頻功率放大電路 3.2.3直流饋電線路與匹配網(wǎng)絡(luò) 1. 直流饋電線路 在高頻功放的輸入回路和輸出回路應(yīng)分別加上適宜的直流偏壓, 有關(guān)的直流饋電線路可分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種根本電路方式。前者是指晶體管、直流電源和回路三部分串聯(lián), 后者是指這三部分并聯(lián)。但無論哪種電路方式, 直流偏壓與交流電壓總是串聯(lián)迭加的, 假定交流電壓是單頻信號(hào), 即滿足uBE=UBB+Ubmcost, uCE=UCC-Ucmcost的關(guān)系式。 第3章 高頻功率放大電路(1) 集電極饋電線路。圖3.2.11給出了集電極饋電線

37、路的兩種根本方式。 由于集電極電流是脈沖外形, 包括直流、基頻及各次諧波分量, 所以集電極饋電線路除了應(yīng)有效地將直流電壓加在晶體管的集電極與發(fā)射極之間外, 還應(yīng)使基頻分量流過負(fù)載回路產(chǎn)生輸出功率, 同時(shí)有效地濾除高次諧波分量。圖中的高頻扼流圈Lc和高頻短路電容Cc、Cc1、Cc2的作用在于阻止高次諧波流過直流電源并為其提供短路通道, 以免高次諧波影響直流電源的穩(wěn)壓性能。 第3章 高頻功率放大電路串聯(lián)饋電方式的優(yōu)點(diǎn)是Lc和Cc處于高頻地電位, 它們對地的分布電容不會(huì)影響回路的諧振頻率, 缺陷是電容器C的動(dòng)片不能直接接地,安裝調(diào)整不方便。而并聯(lián)饋電方式的優(yōu)缺陷正好相反。由于Lc和Cc1不處于高頻地

38、電位, 它們對地的分布電容直接影響回路的諧振頻率, 但回路處于直流地電位, L、C元件可接地, 故安裝調(diào)整方便。 第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.11 集電極饋電線路(a) 串聯(lián)饋電； (b) 并聯(lián)饋電 ucLA UCCUCCCCcucLC UCCCc2Lc BCc1UCCUCC(a)(b)LcC第3章 高頻功率放大電路 (2) 基極饋電線路。 基極饋電也有串饋與并饋兩種方式, 但對于丙類諧振功放, 通常采用自給偏壓方式。圖3.2.12給出了幾種基極饋電線路, 均為自給偏壓方式。 在無輸入信號(hào)時(shí), 自給偏壓電路的偏置為零。 隨著輸入信號(hào)的逐漸增大, 加在晶體管be結(jié)之間的偏置電壓向負(fù)值方向

39、增大。由此可見,乙類功放不能采用自給偏壓方式。第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.12 諧振功放的基極偏置電路 Cb2LbRbCb1CbLbReCeCbLb(a)(b)(c)第3章 高頻功率放大電路2 .匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò) 為了使諧振功放的輸入端可以從信號(hào)源或前級(jí)功放得到有為了使諧振功放的輸入端可以從信號(hào)源或前級(jí)功放得到有效的功率效的功率, 輸出端可以向負(fù)載輸出不失真的最大功率或滿足后級(jí)輸出端可以向負(fù)載輸出不失真的最大功率或滿足后級(jí)功放的要求功放的要求,在諧振功放的輸入和輸出端必需加上匹配網(wǎng)絡(luò)。在諧振功放的輸入和輸出端必需加上匹配網(wǎng)絡(luò)。 匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是在所要求的信號(hào)頻帶內(nèi)進(jìn)展有效的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)

40、的作用是在所要求的信號(hào)頻帶內(nèi)進(jìn)展有效的阻抗變換變換(根據(jù)實(shí)踐需求使功放任務(wù)在臨界點(diǎn)、根據(jù)實(shí)踐需求使功放任務(wù)在臨界點(diǎn)、 過壓區(qū)或欠壓區(qū)過壓區(qū)或欠壓區(qū)), 并并充分濾除無用的雜散信號(hào)。充分濾除無用的雜散信號(hào)。 第第1章已引見了幾種根本章已引見了幾種根本LC選頻匹選頻匹配網(wǎng)絡(luò)配網(wǎng)絡(luò), 詳細(xì)運(yùn)用時(shí)為了產(chǎn)生良好的選頻匹配效果詳細(xì)運(yùn)用時(shí)為了產(chǎn)生良好的選頻匹配效果, 常采用多節(jié)常采用多節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的方式。匹配網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的方式。第3章 高頻功率放大電路為了衡量輸出匹配網(wǎng)絡(luò)上的功率損耗，可以定義回路效率為oLnPPh3.2.15其中，PL、Po分別是負(fù)載上得到的功率和功放的輸出功率第3章 高頻功率放大電路 例3

41、.4 分析圖例3.4所示任務(wù)頻率為175 MHz的兩級(jí)諧振功率放大電路的組成及元器件參數(shù)。 圖例 3.4 C1R1 RsC2R2V1R3 R1C3C4L1L2R4V2R5 R2C5L3C6Rs 50 (前級(jí)輸出電阻)C7C8C9C10UCCRL 50 第3章 高頻功率放大電路 解： 兩級(jí)功放的輸入饋電方式均為自給負(fù)偏壓, 輸出饋電方式均為并饋。 此電路輸入功率Pi=1W, 輸出功率Po=12W, 信號(hào)源阻抗Rs=50, 負(fù)載RL=50。其中第一級(jí)輸出功率Po1=4W, 電源電壓UCC= V。 兩級(jí)功放管分別采用3DA21A和3DA22A, 均任務(wù)在臨界形狀, 飽和壓降分別為1V和15V。各項(xiàng)目的滿足平安任務(wù)條件。 可以計(jì)算出各級(jí)回路等效總阻抗分別應(yīng)該為:2042) 15 .13(221211ocmPUR第3章 高頻功率放大電路 由于3DA21A和3DA22A的輸入阻抗分別為R2=7和R4=5, 故RsR2, R1 R4, R2RL, 即不滿足匹配條件, 所以在信號(hào)源與第一級(jí)放大器之間、第一級(jí)放大器與第二級(jí)放大器之