高頻電子教案(第三版)第3章課件

1、 第 3 章 諧振功率放大器任務(wù)： 高效率向負(fù)載提供足夠大的信號功率工作狀態(tài)： 丙類(信號的小半周期晶體管導(dǎo)通)特點：利用LC諧振回路濾除諧波，窄帶放大用途：載波功率的放大3.1 諧振功率放大器的工作原理一、電路3.1.1 基本工作原理iC+uiRL+uCE+ uBE VCCVBBiB+uo+ +LC(VBB可為負(fù)值)電路調(diào)諧在：二、電流、電壓波形tuBEOVBBuBE(on)導(dǎo)通角 uCE(sat)欠壓uCE對iC 有影響當(dāng) uCE = uCE(sat)臨界當(dāng)uCE uCE(sat)過壓uCE 對 iC 影響小iC+uiRL+uCE+ uBE VCCVBBiB+uo+ +LC2. 造成過壓狀

2、態(tài)下iC 凹陷的原因飽和區(qū)：uCE uBE集電結(jié)正偏, uBE 對iC 影響小uCE 對iC 影響大二、負(fù)載特性 (RP對 iC 的影響)iC+uiRL+uCE+ uBE VCCVBBiB+uo+ +LC設(shè)VCC、VBB、Uim不變1. RP變化對 iC 波形的影響tiCORP2. RP對 電壓、電流的影響RPIUOIC0Ic1mUcm欠壓臨界過壓欠壓狀態(tài)過壓狀態(tài)3. RP對 功率、效率的影響RPP O欠壓臨界過壓PoPomaxPDPCcRPopt3.2.2 VCC對放大器工作狀態(tài)的影響tiCOVCC設(shè)VBB、Uim 、Rp不變1. iC 脈沖形狀變化欠壓區(qū)： iC 變化不大過壓區(qū)：VCC，U

3、cm，iC 2. 集電極調(diào)制特性VCCI UO過 壓臨界欠壓IC0Ic1mUcm3.2.3 Uim和VBB對放大器工作狀態(tài)的影響設(shè)VCC 、VBB 、Rp不變1. Uim對放大器工作狀態(tài)的影響 UimI UO欠壓臨界過壓IC0Ic1mUcmtiCOUim 2. VBB對放大器工作狀態(tài)的影響 VBBI UO欠壓臨界過壓UcmIc1mIC0VBB 基極調(diào)制特性作 業(yè)3-13-33-53.3 諧振功率放大器電路一、集電極直流饋電電路3.3.1 直流饋電電路1. 串饋+uCEVCC +LCLCCC1LC 、CC1對電源濾波，避免級間反饋LC 高扼圈(對高頻接近開路) CC1 旁路電容(對高頻短路)特點

4、：LC 回路處于直流高電位上，諧振元件不能直接接地。2. 并饋+uCEVCC + LCLCCC2CC1CC2 隔直電容 (對高頻短路)特點： LC 回路處于直流低電位上，諧振元件可以直接接地，易安裝。缺點： LC 、CC1的參數(shù)影響諧振回路調(diào)諧。直流電源、負(fù)載諧振回路和功率管串聯(lián)直流電源、負(fù)載諧振回路和功率管并聯(lián)二、基極偏置電路1. 自給偏置電路 (利用基極脈沖的直流成分產(chǎn)生負(fù)VBB) RB產(chǎn)生自給負(fù)偏壓 + VBBIB0RBCBLBVBB = IB0RBCB旁路交流iB = 0 時，VBB = 0VBB負(fù)向iB ，IB0 IB0LB由L的直流電阻獲自給負(fù)偏壓 并饋串饋IE0LBRECERE產(chǎn)

5、生自給負(fù)偏壓 2. 分壓式基極偏置電路 + +VCCRB1CBLBRB2VBB0 VBB RL)并聯(lián)諧振：例3.3.3已知 f = 50 MHz，RL= 10 ，使RP = 200 ，決定參數(shù)。解=139 nH=146 nH2) 高阻變低阻 (適合于RL較大，需變小的情況)RPCRLLRPCRLL串聯(lián)諧振： 1(II)(I)3. 型和T濾波匹配網(wǎng)絡(luò)(適于RL和RL相差不太大的情況)RPC2RLL1C1C2RLL11C1L12目的：提高QRPRL低阻變高阻高阻變低阻步驟：1) 選取網(wǎng)絡(luò)(II)的Q 值；2) 根據(jù)Q和RL計算RL ；3) 根據(jù)Q和RL計算C2 ；RLC2RLL124) 根據(jù)Q和C

6、2計算C2 ；5) 根據(jù)和C2計算L12 ；6) 根據(jù)RP和RL計算Q1 ；7) 根據(jù)Q1和RL計算L11 ；8) 根據(jù)L11和Q1 計算L11 ；RPC1L119) 根據(jù)L11和 計算C1 。RPC2RLL1C1例3.3.4已知 f = 50 MHz，RL= 50 ，使RP = 150 ，采用型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，決定C1、C2、L1 的值。解(II)(I)C2RLL11C1L12RPRLRLC2RLL12選取網(wǎng)絡(luò)(II)的 Q = 4RPC1L11二、濾波匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例LBLC+VCCL2L3L1C1C2CCC3C4C550 50 輸入耦合網(wǎng)絡(luò)輸出耦合網(wǎng)絡(luò)C4C4L4L2L3C3C4C5L4R

7、LRLRLRP高扼圈的直流電阻提供基極負(fù)偏壓集電極并饋高扼圈LC和CC構(gòu)成電源濾波RL 0 , V1飽和導(dǎo)通，V2截止+ui+ub1ub2+uoRLCALiC1iC2+VCCV1V1uA = VCC UCE(sat)ui 0 , V1飽和導(dǎo)通，V2截止+ui+ub1ub2+uoRLCALiC1iC2+VCCV1V1uA = VCC UCE(sat)ui 0 , V2飽和導(dǎo)通 ，V1截止uA = UCE(sat)tuAOVCCUCE(sat)tiC1OtiC2OtuoOio3.4.2 丙類倍頻器倍頻器功能: 輸出信號頻率是輸入信號的整數(shù)倍。實現(xiàn)方法: 將諧振回路調(diào)諧在二次或三次諧波頻率上。電路：

8、+ui+uoC1LBL1L2C2C3L3+ VCCLCCCL1 、C1構(gòu)成串聯(lián)諧振，fL2 、C2構(gòu)成串聯(lián)諧振，L3 、C3構(gòu)成并聯(lián)諧振，2f3f陷波器基波和二次諧波對地短路3.5 功率合成技術(shù)功率合成：理想功率合成：1. 無損失地合成各功放電路的輸出功率；2. 各功放電路之間互不影響；3. 具有寬頻帶特性。多個功率放大器共同向負(fù)載提供大功率信號。一、傳輸線變壓器的工作原理3.5.1 傳輸線變壓器由傳輸線繞在高導(dǎo)磁率低損耗磁環(huán)構(gòu)成。1. 傳輸線：兩根緊靠的平行線、扭絞線、同軸線特點：無耗傳輸(高頻)信號流過兩條線的電流大小相等，相位相同無耗傳輸?shù)臈l件：阻抗匹配 (傳輸線特性阻抗 Zc= Rs=

9、 RL)傳輸線長度 l min / 8最小工作波長2. 1:1傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)RLRSus4123 + 等效Rsus13 + RL24 + + u1u2i1i2i1i2Zi無耗傳輸：匹配條件：因磁芯中磁場抵消，故無耗相當(dāng)于1:1 的變壓器Rs1 + RL234us + u1 + u2變壓器上限頻率只幾十MHz，傳輸線變壓器達(dá)上千MHz變壓器頻率覆蓋系數(shù)只有幾百傳輸線變壓器可達(dá)1043. 影響上、下限頻率的因素fH 取決于傳輸線長度 l ， l 越短， fH 越高；fL 取決于激磁電流 i0 的大小，因為 i0 造成電流分配不均勻，應(yīng)采用高導(dǎo)磁率磁環(huán)。4. 平衡和不平衡電路的轉(zhuǎn)換不平衡 平衡轉(zhuǎn)

10、換平衡 不平衡轉(zhuǎn)換Rsus13 + 24 + + Rsus13 + RL24Rsus + + uu + ii+u+uii二、阻抗變換器1. 4:1阻抗變換器RLRSus4123 + Rsus13 + RL24 + + uuRiii2i傳輸線特性阻抗：2. 1:4阻抗變換器Rsus13 + RL24 + + uuii2iRiRiRL + u + u + u + u + u + uiiiiiii題310（a）3.5.2 功率合成和分配網(wǎng)絡(luò)H1H4A1H2H3A2A2A4HHA2AAPiPoR功率合成的原理框圖A 10W單元放大器H 功率合成和分配網(wǎng)絡(luò)R 平衡電阻5 W10 W5 W5 W10 W5

11、 W5 W10 W10 W20 W20 W40 W一、功率合成網(wǎng)絡(luò)Rd + + ududRausaA + + uaRbusb + ubBRcCDDTr1Tr2功率源A功率源BTr2 平衡-不平衡變換Tr1 混合網(wǎng)絡(luò)itRc 平衡電阻Rd 合成器負(fù)載itiaibididicud/2+ ud/2+ ia = id + i tib = id i tic = 2i tid = (ia + i b) /2ic = ia i bit = (ia i b) /2若 ua = ub, 則ia = ibit = 0, ic = 0, id = ia = ibud = ua( ub) = 2ua = 2ub Pd

12、 = Pa+ Pb (D 端功率合成)Rc上: Pc = 0每個功率源的等效負(fù)載：實現(xiàn)阻抗匹配，使： Ra = Rb = Rd / 22. 若 ua = ub 則 ia = ib ,Pc = Pa+ Pb (C 端功率合成)id = 0, ic = 2ia = 2ib,同相合成實現(xiàn)阻抗匹配，使：Ra = Rb = 2 RcRd + + ududRsusaA + + uaRsusb + ubBRcCDDTr1Tr2功率源A功率源Bititiaibididicud/2+ ud/2+ 3. 若 ua ub若 Rc = Rd / 4，則 ua = iaRd / 2, 僅由功率源A 決定，不 受B 影響

13、。同理, ub 僅由功率源B決定, 不 受A 影響。也可在C、D 端輸入功率，在A或B端獲得合成功率。二、功率分配網(wǎng)絡(luò)idRd + + ududRaA +RcucBRbCDDTr1Tr2ititiaibidicuc 輸入信號Ra 、Rb 分配器負(fù)載ia = it id ib = i t + idic = 2i tud = idRd = iaRa ibRb idRd = (it id )Ra(it + id)Rb 當(dāng) Ra = Rb = R 時: id = 0, ia = ib = it = ic / 2Ra、Rb 等于并聯(lián)：RL = Ra/ Rb = R / 2D端未獲得功率，A、B 端各獲得

14、一半功率欲獲得最大功率輸出，要求功率源內(nèi)阻 Rc = RL= R / 21. 同相功率分配網(wǎng)絡(luò)2. 反相功率分配網(wǎng)絡(luò)idRd + + ududRaA +RcucBRbCDDTr1Tr2ititiaibidicRa = Rb = R當(dāng)信號從D端輸入時，C端未獲得功率，A、B 端獲得等值反相功率，同理可證明：阻抗匹配功率放大功率合成功率分配3.5.3 功率合成電路應(yīng)用舉例 + ui25 25 AADDBBCCTr2Tr1Tr3Tr4Tr5Tr612.5 12.5 12.5 12.5 25 25 6 10 10 6V1000 pF1500 pF + uo1H1H8 F1:1傳輸線變壓器作用：把不平衡

15、輸入變?yōu)槠胶廨斎爰拥絋r2的D端和Tr2C端；A、B端獲得等值反相功率，Tr2 、Tr2為4:1阻抗變換器。RiRL + u + u + u + u + u + uiiiiiii題310（a）RL/2RL/2iiii2i2i + u + u + u + uRi題310（b）3.5.2 功率合成和分配網(wǎng)絡(luò)H1H4A1H2H3A2A2A4HHA2AAPiPoR功率合成的原理框圖A 10W單元放大器H 功率合成和分配網(wǎng)絡(luò)R 平衡電阻5 W10 W5 W5 W10 W5 W5 W10 W10 W20 W20 W40 W一、功率合成網(wǎng)絡(luò)Rd + + ududRausaA + + uaRbusb + ub

16、BRcCDDTr1Tr2功率源A功率源BTr2 平衡-不平衡變換Tr1 混合網(wǎng)絡(luò)itRc 平衡電阻Rd 合成器負(fù)載itiaibididicud/2+ ud/2+ ia = id + i tib = id i tic = 2i tid = (ia + i b) /2ic = ia i bit = (ia i b) /2若 ua = ub, 則ia = ibit = 0, ic = 0, id = ia = ibud = ua( ub) = 2ua = 2ub Pd = Pa+ Pb (D 端功率合成)Rc上: Pc = 0每個功率源的等效負(fù)載：實現(xiàn)阻抗匹配，使： Ra = Rb = Rd / 2

17、2. 若 ua = ub 則 ia = ib ,Pc = Pa+ Pb (C 端功率合成)id = 0, ic = 2ia = 2ib,同相合成實現(xiàn)阻抗匹配，使：Ra = Rb = 2 RcRd + + ududRsusaA + + uaRsusb + ubBRcCDDTr1Tr2功率源A功率源Bititiaibididicud/2+ ud/2+ 3. 若 ua ub若 Rc = Rd / 4，則 ua = iaRd / 2, 僅由功率源A 決定，不 受B 影響。同理, ub 僅由功率源B決定, 不 受A 影響。也可在C、D 端輸入功率，在A或B端獲得合成功率。二、功率分配網(wǎng)絡(luò)idRd + +

18、 ududRaA +RcucBRbCDDTr1Tr2ititiaibidicuc 輸入信號Ra 、Rb 分配器負(fù)載ia = it id ib = i t + idic = 2i tud = idRd = iaRa ibRb idRd = (it id )Ra(it + id)Rb 當(dāng) Ra = Rb = R 時: id = 0, ia = ib = it = ic / 2Ra、Rb 等于并聯(lián)：RL = Ra/ Rb = R / 2D端未獲得功率，A、B 端各獲得一半功率欲獲得最大功率輸出，要求功率源內(nèi)阻 Rc = RL= R / 21. 同相功率分配網(wǎng)絡(luò)2. 反相功率分配網(wǎng)絡(luò)idRd + +

19、ududRaA +RcucBRbCDDTr1Tr2ititiaibidicRa = Rb = R當(dāng)信號從D端輸入時，C端未獲得功率，A、B 端獲得等值反相功率，同理可證明：阻抗匹配功率放大功率合成功率分配3.5.3 功率合成電路應(yīng)用舉例 + ui25 25 AADDBBCCTr2Tr1Tr3Tr4Tr5Tr612.5 12.5 12.5 12.5 25 25 6 10 10 6V1000 pF1500 pF + uo1H1H8 F1:1傳輸線變壓器作用：把不平衡輸入變?yōu)槠胶廨斎爰拥絋r2的D端和Tr2C端；A、B端獲得等值反相功率，Tr2 、Tr2為4:1阻抗變換器。第 3 章 高頻功率放大器作用：高效率地輸出足夠大的信號功率。諧振功率放大器寬帶高頻功率放大器放大固定頻率信號或窄帶信號。需調(diào)諧。用于放大需在很寬范圍內(nèi)變換頻率的信號或?qū)拵盘?。不需調(diào)諧。第 3 章 高頻功率放大器 諧振功率放大器的工作原理 諧振功率放大器的特性分析 諧振功率放大器電路 丁類諧振功率放大器 集成高頻放大器及其應(yīng)用3.1 諧振功率放大器的工作原理主要要求： 理解諧振功放的電路組成，掌握其工作原理掌握丙類諧振功放輸出功率、管耗和效率的計算。一、 放大器工作狀態(tài)的選擇222甲類（ 180）乙類（ 90）丙類（ 90）越小，效率越高諧振功率放大器通常工作于丙類二、 諧振功放的電