第3講 高頻功率放大電路工作原理

1、3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 丙類功率放大器丙類功率放大器第三講第三講 高頻功率放大高頻功率放大電路的工作原理電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理 功率放大器是放大器的一種，依靜態(tài)工作點的功率放大器是放大器的一種，依靜態(tài)工作點的位置可分為甲類、乙類、丙類、丁類和戊類。位置可分為甲類、乙類、丙類、丁類和戊類。 3.1 概述概述甲類甲類 多用于小信號放大，靜態(tài)工作點位置居中，多用于小信號放大，靜態(tài)工作點位置居中，波形沒有失真，三極管在一個周期內(nèi)處于全導通狀波形沒有失真，三極管在一個周期內(nèi)處于全導通狀態(tài)，效率低。態(tài)，效率低。要求要求 效率高，輸出功率高，不失真

2、。效率高，輸出功率高，不失真。高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理小信號調(diào)諧放大器小信號調(diào)諧放大器高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理乙乙類類推推挽挽功功率率放放大大器器高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理提高效率的方法提高效率的方法CODPPPDOPP功率關(guān)系式為：功率關(guān)系式為：在在DP一定的情況下，一定的情況下，CP越小，越小，越高。越高。tduiPcecC2021因此，因此，cecui越小，越小，CP越小，越小，越高。越高。高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理 由三極管的特

3、點可知：由三極管的特點可知：0minminCCESCEiuu1、增大、增大0Ci 的時間，讓三極管工作在截止區(qū)的時間，讓三極管工作在截止區(qū)的時間延長。的時間延長。2、盡可能減小、盡可能減小CEu的數(shù)值。的數(shù)值。三極管工作在開關(guān)狀態(tài)時，必然存在最高的傳輸效率。三極管工作在開關(guān)狀態(tài)時，必然存在最高的傳輸效率。高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理靜態(tài)靜態(tài)工作點工作點導通角導通角甲類甲類乙類乙類丙類丙類工作在截止區(qū)工作在截止區(qū)的時間不斷延長的時間不斷延長效率不斷提高效率不斷提高高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理 在在甲類甲類工作狀態(tài)時工作狀態(tài)時, 為保證不失真為保證不

4、失真, 必須必須滿足滿足Ic1mIC0, 又又UcmVCC(忽略晶體管飽和壓忽略晶體管飽和壓降降), 所以最高效率為所以最高效率為50%。 高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理50%21cmm1cCCCODOVIUIPP.2cos32cos2110max0maxmaxtitiiicccC 由此由此 可求得在可求得在Ucm=VCC時的最高效率時的最高效率:%5 .78412121maxmaxccii高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理乙類乙類乙乙類類與與甲甲乙乙類類功功率率放放大大器器導通角推挽工作方式推挽工作方式改善失真的方法截止失真截止失真失真情況大于半波半波

5、 波形無失真交越失真負載電阻上電壓小于78.5%78.5%傳輸效率 線上方 線上靜態(tài)工作點位置放大區(qū)與截止區(qū)放大區(qū)與截止區(qū)三極管工作區(qū)域甲乙類乙 類0BI0BI9090Ci高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理3.23.2 丙類諧振功率放大電路丙類諧振功率放大電路3.2.13.2.1 工作原理工作原理，靜態(tài)工作點位于，靜態(tài)工作點位于 為提高效率，使三極管工作在截止區(qū)的時間為提高效率，使三極管工作在截止區(qū)的時間進一步延長，導通角小于進一步延長，導通角小于900BI 下方，即形成丙類工作狀態(tài)。下方，即形成丙類工作狀態(tài)。 此時此時, 集電極電流集電極電流 波形嚴重失真，波形嚴重失真，是

6、尖頂是尖頂余弦脈沖余弦脈沖,在負載電阻上進行在負載電阻上進行波形合成已不能滿波形合成已不能滿足波形不失真的要求。足波形不失真的要求。Ci高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理Ci 為周期性的非正弦信號，為周期性的非正弦信號，可以用傅立葉級可以用傅立葉級數(shù)展開。數(shù)展開。tnItItIIicnmmcmccCcos2coscos210 因此在放大器后加一個中心頻率為因此在放大器后加一個中心頻率為 的濾波的濾波器，則經(jīng)過濾波，必將波形還原。器，則經(jīng)過濾波，必將波形還原。 濾波器應(yīng)為帶通濾波器。選用具有良好選頻濾波器應(yīng)為帶通濾波器。選用具有良好選頻功能的窄帶濾波器功能的窄帶濾波器-LC并聯(lián)

7、諧振回路。并聯(lián)諧振回路。 LC并聯(lián)諧振回路對中心頻率并聯(lián)諧振回路對中心頻率 呈純阻性，呈純阻性，阻抗最大，并聯(lián)電阻上有最大電壓，同時電壓阻抗最大，并聯(lián)電阻上有最大電壓，同時電壓波形為不失真的正弦波。波形為不失真的正弦波。高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理 與甲類和乙類不同，三極管的負載不是單一與甲類和乙類不同，三極管的負載不是單一的負載電阻，而是的負載電阻，而是LC并聯(lián)諧振回路。并聯(lián)諧振回路。高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理 3 3、負載電阻應(yīng)并聯(lián)至諧振回路，諧振回負載電阻應(yīng)并聯(lián)至諧振回路，諧振回路同時實現(xiàn)阻抗的匹配。路同時實現(xiàn)阻抗的匹配。結(jié)論結(jié)論 4 4

8、、諧振回路的中心頻率應(yīng)與輸入信號頻率諧振回路的中心頻率應(yīng)與輸入信號頻率相同，此時實現(xiàn)信號無失真?zhèn)鬏?。相同，此時實現(xiàn)信號無失真?zhèn)鬏敗?5 5、當諧振頻率為輸入信號頻率的當諧振頻率為輸入信號頻率的2 2倍時，可倍時，可以選出以選出2 2次諧波，用做次諧波，用做2 2倍頻器。同理，可以實現(xiàn)倍頻器。同理，可以實現(xiàn)n倍頻器。倍頻器。 1 1、電路由工作在丙類狀態(tài)的三極管和、電路由工作在丙類狀態(tài)的三極管和LCLC并并聯(lián)諧振回路組成。聯(lián)諧振回路組成。 2 2、為保證丙類工作狀態(tài)，發(fā)射結(jié)電源電壓、為保證丙類工作狀態(tài)，發(fā)射結(jié)電源電壓應(yīng)為負偏置。應(yīng)為負偏置。高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理3.

9、2.23.2.2 相關(guān)計算相關(guān)計算1、諧振時的阻抗、諧振時的阻抗LQRee02、諧振阻抗上的電壓峰值、諧振阻抗上的電壓峰值mcecmIRV13、功率、功率ODCmccmeecmOCCcDPPPIVRIRVPVIPmc1220212121高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理4、效率、效率5、余弦脈沖分解、余弦脈沖分解CCceCCceDOVIRIVIRIPPmcmc02022)21 (11ccCCcmccctiitdtiItdiIcos1coscos)cos(121max201200maxCic與與分別為余弦脈沖的高度和導通角。分別為余弦脈沖的高度和導通角。高頻功率放大電路的工作原

10、理高頻功率放大電路的工作原理)1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1(cossin)()cos1(cossinmax2max1maxmax10maxmaxnainnnnniIaiiIaiiIncccncccccco0()、 1()、 n()分別稱為余弦脈沖的直分別稱為余弦脈沖的直流、流、 基波、基波、 n次諧波的分解系數(shù)。次諧波的分解系數(shù)。高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理)1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1(cossin)()cos1(cossinmax2max1maxmax10maxmaxnain

11、nnnniIaiiIaiiIncccncccccco圖3-3 電流、電壓波形3.2.33.2.3 電流、電流、 電壓波形電壓波形高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理 功率放大電路是大信號工作功率放大電路是大信號工作, 而在大信號而在大信號工作時必須考慮晶體管的非線性特性工作時必須考慮晶體管的非線性特性, 這樣將這樣將使分析比較復(fù)雜。為簡化分析使分析比較復(fù)雜。為簡化分析, 可以將晶體管可以將晶體管特性曲線理想化特性曲線理想化, 即用一條或幾條直線組成折即用一條或幾條直線組成折線來代替線來代替, 稱為折線近似分析法。稱為折線近似分析法。 折線近似分析法折線近似分析法高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理集電極電流余弦脈沖集電極電流余弦脈沖思考思考 減小導通角提高效率的同時，對輸出功減小導通角提高效率的同時，對輸出功率有何影響？率有何影響？高頻功率放大電路的工作原理高頻功率放大電路的工作原理 減小導通角可以提高效率，輸入信號不變時減小導通角可以提高效率，輸入信號不變時集電極余弦脈沖電流高度降低，從而使輸出功率集電極余弦脈沖電流高度降低，從而使輸出功率降低。降低。 為此，應(yīng)加大輸入信號的幅度，但此時反向為此，應(yīng)加大輸