通信電子線路31ppt課件

1、第三章 高頻功率放大器3.0 功率放大電路基礎(chǔ)知識功率放大電路基礎(chǔ)知識3.1 概述概述3.2 丙丙(C)類高頻功率放大器的工作原理類高頻功率放大器的工作原理 3.3 丙丙C類高頻功率放大器的折線分析法類高頻功率放大器的折線分析法3.4 高頻功率放大器的實用電路高頻功率放大器的實用電路3.6 寬頻帶高頻功率放大器寬頻帶高頻功率放大器*3.7 功率合成功率合成*13.0 功率放大電路基礎(chǔ)知識功率放大電路基礎(chǔ)知識 1. 功率放大電路的特點功率放大電路的特點a根據(jù)負載要求，提供盡可能大的輸出功率。功率放大根據(jù)負載要求，提供盡可能大的輸出功率。功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。電路提供給負載

2、的信號功率稱為輸出功率。 當輸入正弦信號時，在輸出波形不超過規(guī)定的非線性當輸入正弦信號時，在輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真范圍的情況下，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電失真范圍的情況下，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積稱為最大輸出功率流有效值的乘積稱為最大輸出功率Pom，即，即 Pom=UoIo 2b） 具有較高的效率具有較高的效率 放大電路實質(zhì)放大電路實質(zhì)能量變換器。負載上所得到的信號功率由能量變換器。負載上所得到的信號功率由直流電源通過放大器件轉(zhuǎn)換而來的。當供給功率放大電路的直直流電源通過放大器件轉(zhuǎn)換而來的。當供給功率放大電路的直流電源功率一定時，為了向負載提供盡可能大的功率

3、，必須減流電源功率一定時，為了向負載提供盡可能大的功率，必須減小損耗，因此提高功率放大電路的能量轉(zhuǎn)換效率是重要問題。小損耗，因此提高功率放大電路的能量轉(zhuǎn)換效率是重要問題。 功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率是最大輸出功率與電源所提供的功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率是最大輸出功率與電源所提供的功率之比，用功率之比，用表示，即表示，即式中式中, PV為直流電源所提供的功率，為直流電源所提供的功率， Pc是轉(zhuǎn)換過程中消耗在是轉(zhuǎn)換過程中消耗在集電極上的部分能量，即集電極耗散功率。集電極上的部分能量，即集電極耗散功率。 越高說明負載從電源取得的功率越大，或者消耗于晶體越高說明負載從電源取得的功率越大，或者消耗于晶體管集電極

4、的功率越小。管集電極的功率越小。 omomVomcPPPPP3c） 盡量減小非線性失真盡量減小非線性失真 功率放大電路中，為使輸出功率盡可能大，三極管一般都功率放大電路中，為使輸出功率盡可能大，三極管一般都工作在極限狀態(tài)，瞬時工作點將運動到接近于管子的飽和區(qū)和工作在極限狀態(tài)，瞬時工作點將運動到接近于管子的飽和區(qū)和截止區(qū)，截止區(qū)， 輸出信號不可避免地會有非線性失真，而且輸出功率輸出信號不可避免地會有非線性失真，而且輸出功率越大，非線性失真越嚴重。因此必須注意功放管的正確選擇，越大，非線性失真越嚴重。因此必須注意功放管的正確選擇， 要保證管子的最大耗散功率要保證管子的最大耗散功率PCM、最大集電極

5、電流、最大集電極電流ICM、最大、最大管壓降管壓降U(BR)CEO不超過限定范圍，使管子工作在安全工作區(qū)。不超過限定范圍，使管子工作在安全工作區(qū)。 由于功率放大電路中的三極管通常都工作在大信號狀態(tài)，由于功率放大電路中的三極管通常都工作在大信號狀態(tài)， 因此在進行分析時，一般不采用小信號等效電路法，而是采用因此在進行分析時，一般不采用小信號等效電路法，而是采用圖解法進行功放電路的靜態(tài)和動態(tài)分析。圖解法進行功放電路的靜態(tài)和動態(tài)分析。 42.2.功率放大電路分類功率放大電路分類 功率放大器按放大管集電極電流導(dǎo)通時間的長短劃功率放大器按放大管集電極電流導(dǎo)通時間的長短劃分：甲分：甲(A)(A)類、乙類、乙

6、(B)(B)類、丙類、丙(C)(C)類等。類等。甲類放大器：輸入激勵信號的整個周期中，集電極都甲類放大器：輸入激勵信號的整個周期中，集電極都有電流流通。電流流通角有電流流通。電流流通角=180o=180o。乙類放大器：只在輸入激勵信號的半個周期內(nèi)有電流乙類放大器：只在輸入激勵信號的半個周期內(nèi)有電流流通，電流流通角流通，電流流通角=90o=90o。丙類放大器：小于輸入激勵信號的半個周期內(nèi)有電流丙類放大器：小于輸入激勵信號的半個周期內(nèi)有電流流通，電流流通角流通，電流流通角90o90o。 集電極電流流通時間越短，消耗在放大管中功集電極電流流通時間越短，消耗在放大管中功率就越小，集電極效率越高。就提高

7、效率而言，丙率就越小，集電極效率越高。就提高效率而言，丙類最佳，甲類最差。類最佳，甲類最差。 所以，高頻功率放大器多工作于丙類，但丙類放大所以，高頻功率放大器多工作于丙類，但丙類放大器電流波形失真太大，只能采用諧振回路作為負載。器電流波形失真太大，只能采用諧振回路作為負載。由于諧振回路具有濾波能力，電流電壓仍接近于正由于諧振回路具有濾波能力，電流電壓仍接近于正弦波形，失真小。弦波形，失真小。5 除了上幾種按電流流通角來分類的工作狀態(tài)外，還有使除了上幾種按電流流通角來分類的工作狀態(tài)外，還有使電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)的丁類放大和戊類放大。電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)的丁類放大和戊類放大。丁丁(D)(D)類

8、放大器：效率比丙類放大器還高，理論上可達類放大器：效率比丙類放大器還高，理論上可達100%100%。但其最高工作頻率受到開關(guān)轉(zhuǎn)換時間所產(chǎn)生的器件功耗但其最高工作頻率受到開關(guān)轉(zhuǎn)換時間所產(chǎn)生的器件功耗( (集電極耗散功率集電極耗散功率) )的限制。的限制。戊戊(E)(E)類放大器：對丁類電路改進，使電子器件在通斷轉(zhuǎn)換類放大器：對丁類電路改進，使電子器件在通斷轉(zhuǎn)換瞬間的功耗盡量減小，提高工作頻率。瞬間的功耗盡量減小，提高工作頻率。63.1 概述概述通信電路中，為彌補信號在傳輸過程中的衰落和各種通信電路中，為彌補信號在傳輸過程中的衰落和各種噪聲的干擾，要求發(fā)送信號具有一定的功率電平。噪聲的干擾，要求發(fā)

9、送信號具有一定的功率電平。高頻電高頻電壓放大壓放大高頻載高頻載波產(chǎn)生，波產(chǎn)生，功率小功率小71.1.高頻功率放大器功能與應(yīng)用高頻功率放大器功能與應(yīng)用 能量轉(zhuǎn)換器件，將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為大能量轉(zhuǎn)換器件，將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為大功率的高頻能量輸出。輸出信號與輸入信號頻譜相同。功率的高頻能量輸出。輸出信號與輸入信號頻譜相同。 無線電發(fā)送設(shè)備的重要組成部分，發(fā)送設(shè)備中的無線電發(fā)送設(shè)備的重要組成部分，發(fā)送設(shè)備中的緩沖級、中間放大級、推動級和輸出級均屬于高頻放緩沖級、中間放大級、推動級和輸出級均屬于高頻放大器的范圍。大器的范圍。 不僅用在各種類型的發(fā)射機中，也用于許多電子不僅用在各種類型的發(fā)射機

10、中，也用于許多電子設(shè)備，如高頻加熱裝置及微波功率源。設(shè)備，如高頻加熱裝置及微波功率源。 82.2.高頻功率放大電路分類高頻功率放大電路分類 高頻功率放大器按其工作頻帶的寬窄劃分：高頻功率放大器按其工作頻帶的寬窄劃分： 窄帶高頻功率放大器：放大相對帶寬窄的信號。窄帶高頻功率放大器：放大相對帶寬窄的信號。通常以選頻電路作為輸出回路，故又稱調(diào)諧功率放大通常以選頻電路作為輸出回路，故又稱調(diào)諧功率放大器。為了提高效率，工作狀態(tài)多選用丙類或丁類，甚器。為了提高效率，工作狀態(tài)多選用丙類或丁類，甚至戊類。至戊類。 寬帶高頻功率放大器：輸出電路是傳輸線變壓寬帶高頻功率放大器：輸出電路是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配

11、電路，又稱非調(diào)諧功率放大器。不器或其他寬帶匹配電路，又稱非調(diào)諧功率放大器。不需要調(diào)諧，適用于頻率變化范圍大的通信系統(tǒng)。工作需要調(diào)諧，適用于頻率變化范圍大的通信系統(tǒng)。工作狀態(tài)選用甲類和乙類。狀態(tài)選用甲類和乙類。93. 高頻功率放大器的主要技術(shù)指標高頻功率放大器的主要技術(shù)指標p 輸出功率輸出功率: 放大器的負載得到的功率。放大器的負載得到的功率。p 效效 率率: 高頻輸出功率與直流電源提供功率的比值。高頻輸出功率與直流電源提供功率的比值。即能量轉(zhuǎn)換的效率。即能量轉(zhuǎn)換的效率。p 功功 率率 增增 益益: 高頻輸出功率和信號輸入功率的比值。高頻輸出功率和信號輸入功率的比值。p 諧波抑制度諧波抑制度:

12、是對非線性高頻功率放大器而提出的，也是對非線性高頻功率放大器而提出的，也就是諧波分量相對于基波分量越小越好。就是諧波分量相對于基波分量越小越好。設(shè)計功率放大器時，總是根據(jù)放大器的特點，突出其中設(shè)計功率放大器時，總是根據(jù)放大器的特點，突出其中一些指標，兼顧另外一些指標。一些指標，兼顧另外一些指標。例如，發(fā)射機輸出級例如，發(fā)射機輸出級希望輸出功率高，對應(yīng)的效率希望輸出功率高，對應(yīng)的效率不一定會最高；單邊帶發(fā)射機不一定會最高；單邊帶發(fā)射機希望功放非線性失真希望功放非線性失真小，即諧波抑制度要求高，但效率不會很高。小，即諧波抑制度要求高，但效率不會很高。104. 高頻功率放大器的分析方法高頻功率放大器

13、的分析方法不能用線性模型電路分析，一般采用圖解法和折線不能用線性模型電路分析，一般采用圖解法和折線法分析其工作原理和工作狀態(tài)。法分析其工作原理和工作狀態(tài)。11p 用于發(fā)射機中，輸出功率高，高效率極為重要。用于發(fā)射機中，輸出功率高，高效率極為重要。p 為提高效率，多選在丙類或丁類、甚至戊類。晶體為提高效率，多選在丙類或丁類、甚至戊類。晶體管在這種工作狀態(tài)下，輸出電流波形失真很大，必管在這種工作狀態(tài)下，輸出電流波形失真很大，必須采用具有一定濾波特性的選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載，以須采用具有一定濾波特性的選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載，以得到接近正弦波的輸出電壓波形得到接近正弦波的輸出電壓波形諧振功率放大器，諧振功率放大器，用于推動級和末級功率放大，諧波抑制度不高。用于推動級和末級功率放大，諧波抑制度不高。p 如對諧波抑制度要求高，選用甲類等工作狀態(tài)，使如對諧波抑制度要求高，選用甲類等工作狀態(tài)，使晶體管工作在線性放大區(qū)晶體管工作在線性放大區(qū)效率不高，輸出功率不效率不高，輸出功率不高。若要求輸出功率高，可采用功率合成方法實現(xiàn)。高。若要求輸出功率高，可采用功率合成方法實現(xiàn)。本章基本要求本章基本要求1. 了解高頻功率放大器的功能和性能指標；了解高頻功率放大器的功能和性能指標；2. 掌握掌握C類諧振功率放大器的工