高頻第六高頻功率放大器

1、高頻第六高頻功率放大器第1頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五16.1 概述1、使用高頻功率放大器的目的 放大高頻大信號使發(fā)射機(jī)末級獲得足夠大的發(fā)射功率。2、高頻功率信號放大器使用中需要解決的兩個(gè)問題高效率輸出高功率輸出 高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和效率高。聯(lián)想對比：第2頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五23、諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號均為高頻信號，而且放大器的負(fù) 載均為諧振回路。不同之處：激勵(lì)信號幅度大小不同；放大器工作點(diǎn)不同； 晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號諧振放大

2、器波形圖icQebtooicticebtooictVBZ第3頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五34、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同共同之處:都要求輸出功率大和效率高。 功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。 諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)(c90)，為了不失真的放大信號，它的負(fù)載必須是諧振回路。 非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無調(diào)諧負(fù)載，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)；寬帶高

3、頻功率放大器以寬帶傳輸線為負(fù)載。第4頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五4三極管四種工作狀態(tài) 根據(jù)正弦信號整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類：導(dǎo)通角等于180甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于180丙類：導(dǎo)通角小于180第5頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五5ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好, 管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通， 靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真, 管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于

4、半個(gè)周期，靜態(tài)IC 0，一般功放常采用。第6頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五6工作狀態(tài) 功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。諧振功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率表2-1 不同工作狀態(tài)時(shí)放大器的特點(diǎn) 工作狀態(tài) 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)狀態(tài)

5、 90%100% 選頻回路 高頻 第7頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五75.高頻功放在發(fā)射機(jī)中的位置第8頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五86.2 諧振功率放大器的工作原理1、原理電路諧振功率放大器的基本電路晶體管的作用是將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。諧振回路LC是晶體管的負(fù)載電路,工作在丙類工作狀態(tài)外部電路關(guān)系式：晶體管的內(nèi)部特性： + vb iB + VBB + VCC + vC C + vc L 輸出iE iC vB tVVvtVVvcmCCCbmBBBwwcoscos-=+-=)(BZBccVvgi-=正值第9頁

6、，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五9=bmBZBBcVVVcos+q故諧振功率放大器轉(zhuǎn)移特性曲線故得：必須強(qiáng)調(diào)指出，集電極電流ic雖然是脈沖狀，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。諧振功率放大器各部分的電壓與電流的波形圖如下圖所示Vbmcosqc=BBV +VBZ 轉(zhuǎn)移 特性 ic VBZ o 理想化 ic max ic wt o +qc qc o +qc qc vBmax Vbmm vB vb VBB wt 第10頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五10cCCvVvC-=高頻功率放大器中各分電壓與電流的關(guān)系（a） VBZ VBB w

7、t VCC wt wt wt vB ib ic vcVcm Vcm vb 第11頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五11 wt 或電壓 電流 VBZ o iCmax vC min ic qc vC Vcm VCC ic vc vB max 2p p VBB vB Vbm vb 23p 2p 25p (b) 高頻功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系第12頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五122、諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率 功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘柟β瘦敵鋈?。由前述所知?有一部

8、分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電極耗散功率。P=直流電源供給的直流功率；Po=交流輸出信號功率；Pc=集電極耗散功率；根據(jù)能量守衡定理：故集電極效率：cooocPPPPP+=h=P= Po+ Pc第13頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五13由上式可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：1) 設(shè)法盡量降低集電極耗散功率Pc，則集電極效率c自 然會(huì)提高。這樣，在給定P=時(shí)，晶體管的交流輸出功 率Po就會(huì)增大；2） 由式可知 如果維持晶體管的集電極耗散功率Pc不超過規(guī)定值，那么提高集電極效率c，將使交流輸出功率Po大為增加。諧振功率放大器就是從這方面入手，來提高輸出功率與效率的。第14

9、頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五14如何減小集電極耗散功率Pc 可見使ic在vc最低的時(shí)候才能通過，那么，集電極耗散功率自然會(huì)大為減小。晶體管集電極平均耗散功率： 故：要想獲得高的集電極效率，諧振功率放大器的集電極電流應(yīng)該是脈沖狀。導(dǎo)通角小于180，處于丙類工作狀態(tài)。 諧振功率放大器工作在丙類工作狀態(tài)時(shí)c90，集電極余弦電流脈沖可分解為傅里葉級數(shù)：dtvTTCC01iic=Ico+ Icm1coswt+Icm2cos2wt+Icm3cos3wt+ 第15頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五15 I直流功率：輸出交流功率：Vcm 回路兩端的基頻電壓 I

10、cm1 基頻電流Rp 回路的諧振阻抗 放大器的集電極效率：I p21cmp2cm1cmcmoRI21R2VV21P=P=VCCc0)(g21IVIV21PPc10cCC1cmcmocqx=h=tVVvtVVvcmCCCbmBBBwwcoscos-=+-=功率計(jì)算：第16頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五16集電極電壓利用系數(shù)波形系數(shù)，通角c的函數(shù)；c越小，g1(c)越大越大(即Vcm越大或vCmin越小)，c越小，則效率c越高。因此，丙類諧振功率放大器提高效率c的途徑即為減小c角；使LC回路諧振在信號的基頻上，即ic的最大值應(yīng)對應(yīng)vc的最小值。基極偏置為負(fù)值；半通角c90

11、，即丙類工作狀態(tài)；負(fù)載為LC諧振回路。故諧振功率放大器的工作特點(diǎn)：CCcmVV=x0c1cmc1II)(g=q第17頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五176.3 諧振功率放大器的折線近似分析法一、折線法 對諧振功率放大器進(jìn)行分析計(jì)算，關(guān)鍵在于求出電流的直流分量Ic0和基頻分量Icm1。 工程上都采用近似估算和實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的方法對高頻功率放大器進(jìn)行分析和計(jì)算。折線法就是常用的一種分析法。 所謂折線法是將電子器件的特性曲線理想化，用一組折線代替晶體管靜態(tài)特性曲線后進(jìn)行分析和計(jì)算的方法。第18頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五18折線分析法的主要步驟：1

12、、測出晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線iC vB及輸出特性曲線iC vC， 并將這兩組曲線作理想折線化處理2、作出動(dòng)態(tài)特性曲線3、根據(jù)激勵(lì)電壓vB的大小在已知理想特性曲線上畫出對 應(yīng)電流脈沖iC和輸出電壓vC的波形4、求出iC的各次諧波分量Ic0、Ic1、Ic2由給定的負(fù)載諧 振阻抗的大小，即可求得放大器的輸出電壓、輸出功率、 直流供給功率、效率等指標(biāo)第19頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五19二、晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線晶體管實(shí)際特性和理想折線 根據(jù)理想化原理晶體管的靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性可用交橫軸于VBZ的一條直線來表示(VBZ為截止偏壓)。 理想化折線 （虛線） ic gc v

13、B 0 VBZ ic 過壓區(qū) 臨界線 欠壓區(qū) vB vC 0 (a) (b) gcr 第20頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五20若臨界線的斜率為gcr，則臨界線方程可寫為 iC=gcrvC1)欠壓工作狀態(tài)： 集電極最大點(diǎn)電流在臨界線的右方， 交流輸出電壓較低且變化較大。 在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種： 由上圖可見，在飽和區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。放大區(qū) iC =gc(vBVBZ) (vBVBZ) 第21頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五213)臨界工作

14、狀態(tài)： 是欠壓和過壓狀態(tài)的分界點(diǎn)， 集電極最大點(diǎn)電流正好落在臨界線上。2)過壓工作狀態(tài)： 集電極最大點(diǎn)電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)， 交流輸出電壓較高且變化不大。第22頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五22三、集電極余弦電流脈沖的分解 當(dāng)晶體管特性曲線理想化后，丙類工作狀態(tài)的集電極電流脈沖是尖頂余弦脈沖。這適用于欠壓或臨界狀態(tài)(跟過壓區(qū)不同)。尖頂余弦脈沖晶體管的內(nèi)部特性為：它的外部電路關(guān)系式當(dāng)t=0時(shí)，ic= ic max ic=gc(vBVBZ)vB= VBB+VbmcostvC= VCCVcmcost因此，ic max= gcVbm(1cos c)ic maxwto2

15、qc第23頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五23若將尖頂脈沖分解為傅里葉級數(shù)由傅里葉級數(shù)的求系數(shù)法得其中：尖頂脈沖的分解系數(shù) an 2.0 1.0 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 40 60 80 100 qc a1 a0 180 120 160 a1 a0 a0 a1 a2 a3 140 )()(maxmax10max0CnCcmnCCcmCCCiIiIiIqaqaqa=)(=1ic =Ic0+Icm1coswt+Icm2cos2wt+Icmncosnwt+)cos1)(1(sincoscossin2)()cos1(sincos)()cos1(coss

16、in)(210ccccccnccccccccccnnnnnqqqqqpqaqpqqqqaqpqqqqa-=-=-=ictccic1ic2ic3IcoIcmax第24頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五24尖頂脈沖的分解系數(shù)當(dāng)c120時(shí)，Icm1/icmax達(dá)到最大值。在Ic max與負(fù)載阻抗Rp為某定值的情況下，輸出功率將達(dá)到最大值。這樣看來，取c=120應(yīng)該是最佳通角了。但此時(shí)放大器處于甲乙類工作狀態(tài)效率太低。右圖可見：an2.01.00.50.40.30.20.1020406080100qca1a0180120160a1a0a0a1a2a3140第25頁，共79頁，20

17、22年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五25尖頂脈沖的分解系數(shù)由于：波形系數(shù)由曲線可知： 極端情況c=0時(shí)，此時(shí)如果=1，c可達(dá)100%，但電流等于零，輸出功率為零。不可用因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取70左右。an2.01.00.50.40.30.20.1020406080100qca1a0180120160a1a0a0a1a2a31402)()()(gc0c1c1=qaqa=q第26頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五261. 諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性 高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗Rp、激勵(lì)電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個(gè)參量決定的。 為了闡明各種工作狀態(tài)

18、的特點(diǎn)和正確調(diào)節(jié)放大器，就應(yīng)該了解這幾個(gè)參量的變化會(huì)使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生怎樣的變化。 如果VCC、VBB、vb 3個(gè)參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)載電阻Rp決定。此時(shí)，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨Rp而變化的特性，就叫做放大器的負(fù)載特性。四、諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性與負(fù)載特性第27頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五27當(dāng)放大器工作于諧振狀態(tài)時(shí)，它的外部電路關(guān)系式為vB= VBB+Vbmcost vC= VCCVcmcost消去cost可得，vB= VBB+Vbm另一方面，晶體管的折線化方程為ic = gc(vBVBZ)得出在iCvC坐標(biāo)平面上的動(dòng)態(tài)特性曲

19、線(負(fù)載線或工作路)方程：= gd(vC V0)-+-=BZcmCCCbmBBccVVvVVVg)(i-=bmcmBBcmBZCCbmCcmbmcVVVVVVVvVVgCCcmVV-vC動(dòng)態(tài)特性曲線斜率動(dòng)態(tài)特性曲線在橫軸的截距第28頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五28vCEicVoABOVCCQVcmvcminvBmax(4) 連接ABD即得動(dòng)態(tài)特性曲線 D第29頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五29圖中示出動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率為負(fù)值，它的物理意義是： 從負(fù)載方面看來，放大器相當(dāng)于一個(gè)負(fù)電阻，亦即它相當(dāng)于交流電能發(fā)生器，可以輸出電能至負(fù)載。 用類似的

20、方法，可得出在iCvB坐標(biāo)平面的動(dòng)態(tài)特性曲線。電壓、電流隨負(fù)載變化波形 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半導(dǎo)通角 wt B A C D 3 2 1 負(fù)載增大 vB=vB max VCC Q vC min Vcm 1.欠壓狀態(tài) 2.臨界狀態(tài) 3.過壓狀態(tài) Rp Vcm Vcm 第30頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五303. 功率放大器的負(fù)載特性在其他條件不變(VCC、VBB、vb為一定)，只變化放大器的負(fù)載電阻而引起的放大器輸出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負(fù)載特性。電壓、電流隨負(fù)載變化波形 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半導(dǎo)通角 w

21、t B A C D 3 2 1 負(fù)載增大 vB=vB max VCC Q vC min Vcm 1.欠壓狀態(tài) 2.臨界狀態(tài) 3.過壓狀態(tài) Rp Vcm Vcm 第31頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五311) vc、ic隨負(fù)載變化的波形如圖所示，放大器的輸入電壓是一定的，其最大值為Vbmax，在負(fù)載電阻RP由小至大變化時(shí)，負(fù)載線的斜率由大變小，如圖中123。不同的負(fù)載，放大器的工作狀態(tài)是不同的,所得的ic波形、輸出交流電壓幅值、功率、效率也是不一樣的。2) 欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài) 欠壓狀態(tài) B點(diǎn)以右的區(qū)域。在欠壓區(qū)至臨界點(diǎn) 的范圍內(nèi)，根據(jù)Vc=RpIc1，放大器的交

22、流輸出電 壓在欠壓區(qū)內(nèi)必隨負(fù)載電阻RP的增大而增大， 其輸出功率、效率的變化也將如此。第32頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五32 臨界狀態(tài) 負(fù)載線和 vb max正好相交于臨界 線的拐點(diǎn)。放大器工 作在臨界線狀態(tài)時(shí)， 輸出功率大，管子損 耗小，放大器的效率 也就較大。 過壓狀態(tài) 放大器的 負(fù)載較大，在過壓 區(qū)，隨著負(fù)載Rp的加 大，Ic1要下降，因此 放大器的輸出功率和 效率也要減小。電壓、電流隨負(fù)載變化波形 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半導(dǎo)通角 wt B A C D 3 2 1 負(fù)載增大 vB=vB max VCC Q vC min Vcm 1.欠

23、壓狀態(tài) 2.臨界狀態(tài) 3.過壓狀態(tài) Rp Vcm Vcm 第33頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五33 欠壓 過壓 0 臨界 Icm1 Icm0 VCm Rp 0 hc P= Po Pc 欠壓 過壓 臨界 Rp 根據(jù)上述分析，可以畫出諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線 欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負(fù)載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。第34頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五34過壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過壓時(shí)，效率可達(dá)最高，但輸出功率有

24、所下降，發(fā)射機(jī)的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。負(fù)載特性曲線 欠壓 過壓 0 臨界 Icm1 Icm0 VC Rp 0 hc P= Po Pc 欠壓 過壓 臨界 Rp 第35頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五35 欠壓 過壓 0 臨界 Icm1 Icm0 VC Rp 0 hc P= Po Pc 欠壓 過壓 臨界 Rp 臨界狀態(tài)的特點(diǎn)是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機(jī)的末級常設(shè)計(jì)成這種狀態(tài)，在計(jì)算諧振功率放大器時(shí)，也常以此狀態(tài)為例。 掌握負(fù)載特性，對分析集電極調(diào)幅電路、基極調(diào)幅電路的工作原理，對實(shí)際調(diào)整諧振功率放大器的工作狀態(tài)

25、和指標(biāo)是很有幫助的。負(fù)載特性曲線第36頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五362. 欠壓、臨界、過壓工作狀態(tài)的調(diào)整 調(diào)整欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)，大致有以下幾種方法：改變集電極負(fù)載Rp；改變供電電壓VCC；改變偏壓VBB；改變激勵(lì)Vb。(1) 改變Rp，但Vb、VCC、VBB不變 當(dāng)負(fù)載電阻Rp由小至大 變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。在臨 界狀態(tài)時(shí)輸出功率最大。(2) 改變VCC，但Rp、Vb、VBB不變,當(dāng)集電極供電電壓VCC由小至 大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由過壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入欠壓。第37頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五37 欠壓

26、 過壓 臨界 ic1 ic2 ic3 ic4 ic5 ic vb vc VCC5 VCC3 VCC1 VC1 VC2 VC3 VC4 VC5 欠壓 臨界 過壓 VCC變化時(shí)對工作狀態(tài)的影響在欠壓區(qū)內(nèi)，輸出電流的振幅基本上不隨VCC變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區(qū)，輸出電流的振幅將隨VCC的減小而下降，故輸出功率也隨之下降。第38頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五38 在過壓區(qū)中輸出電壓隨VCC改變而變化的特性為集電極調(diào)幅的實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)；因?yàn)樵诩姌O調(diào)幅電路中是依靠改變VCC來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅過程的。改變VCC時(shí)，其工作狀態(tài)和電流、功率隨之變化(如上圖所示)。00(a)(

27、b)欠壓狀態(tài)過壓狀態(tài)VCC欠壓狀態(tài)過壓狀態(tài)VCCIc0Icm1PoP=Pc第39頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五39第40頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五40(3) Vbm變化，但VCC、VBB、Rp不變或VBB變化，但VCC、Vb、Rp不變 這兩種情況所引起放大器工作狀態(tài)的變化是相同的。因?yàn)闊o論是Vbm還是VBB的變化，其結(jié)果都是引起vB的變化。由 vB= -VBB+Vbmcost vB max= -VBB+Vbm 當(dāng)Vbm由小到大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。 ic vB4 max vCE VCC vB3 max vB2 ma

28、x vB1 max 0 VC4 VC3 VC2 VC1 t Q 當(dāng)VBB由大到小變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。第41頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五41Vbm變化時(shí)電流、功率的變化(a)過壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)VbmIC0OIcm1(b)過壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)VbmPoOP=Pcip第42頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五42 使 Vcm 按 VBB(t) 的規(guī)律變化，放大器工作在欠壓狀態(tài)。第43頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五43六、諧振功率放大器的計(jì)算諧振功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。以臨界狀態(tài)為例：1) 首先要求

29、得集電極電流脈沖的兩個(gè)主要參量icmax和c導(dǎo)通角c集電極電流脈沖幅值Icmic max=gcVb(1cosqc)=bmBZBBcVVVcos+q第44頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五442) 電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù)0(c)、1(c)、 n(c)可查表求得，并求得個(gè)分量的實(shí)際值。3) 諧振功率放大器的功率和效率直流功率：P=Ic0 VCC交流輸出功率：集電極效率：maxcc1CC1cmcmo)(V21IV21Piqax=)(g21PPccocqx=h=第45頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五454) 根據(jù)可求得最佳負(fù)載電阻：在臨界工作時(shí)，接近

30、于1，作為工作估算，可設(shè)定=1。 “最佳”的含義在于采用這一負(fù)載值時(shí)，調(diào)諧功率放大器的效率較高，輸出功率較大。 可以證明，放大器所要求的最佳負(fù)載是隨導(dǎo)通角c改變而變化的。c小，Rp大。要提高放大器的效率，就要求放大器具有大的最佳負(fù)載電阻值。 在實(shí)際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過匹配網(wǎng)絡(luò)和終端負(fù)載(如天線等)相匹配。p2CCp2cmoR)V(21RV21Px=o2CCpP2)V(Rx=第46頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五46，功放管的集電極損耗功率。試計(jì)算：直流電源提供的功率例1 某高頻諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率 , 集電極電源 =24V，集電極電流

31、直流分量，電壓利用系數(shù)及效率，臨界負(fù)載電阻解： 第47頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五4780第48頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五486.5 高頻功率放大器的電路組成一、直流饋電電路二、輸出回路和級間耦合回路集電極饋電電路基極饋電電路級間耦合網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)第49頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五491. 集電極饋電電路集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。一、直流饋電電路LCC1LC+VCCA(a) 串饋LCCC1+VCCLC2(b) 并饋1、除晶體管的內(nèi)阻外，沒有其它電阻消耗直流能量；2、只有高頻基波分量通過負(fù)載

32、回路；3、管外電路對高頻諧波分量短路。第50頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五50(1) 串饋電路 指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功 率管三者首尾相接的一種直流饋電電路。C1、LC為低通 濾波電路，A點(diǎn)為高頻地電位，既阻止電源VCC中的高頻 成分影響放大器的工作，又避免高頻信號在LC負(fù)載回路 以外不必要的損耗。(2) 并饋電路 指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功 率管三者為并聯(lián)連接的一種饋電電路。如圖LC為高頻扼 流圈，C1為高頻旁路電容，C2為隔直流通高頻電容， LC、C1、C2的選取原則與串饋電路基本相同。第51頁，共79頁，2022年，5月20日，

33、1點(diǎn)21分，星期五512. 基極饋電電路基極饋電電路也分串饋和并饋兩種。 基極偏置電壓VBB可以單獨(dú)由穩(wěn)壓電源供給，也可以由集電極電源VCC分壓供給。在功放級輸出功率大于1W時(shí)，基極偏置常采用自給偏置電路。CBLBLBLBCERBReVTVTVT第52頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五52CBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB第53頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五53RiRoRLRS功 率放大器輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)RLRSuS (1) 使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。 (2

34、) 抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波作用。 (3) 在有幾個(gè)電子器件同時(shí)輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到公共負(fù)載，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響。 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)或級間耦合網(wǎng)絡(luò):是用以與下級放大器的輸入端相連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò):是用以輸出功率至天線或其他負(fù)載二、輸出回路和級間耦合回路第54頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五541. 級間耦合網(wǎng)絡(luò) 多級功放中間級的一個(gè)很大問題是后級放大器的輸入阻抗是變化的，是隨激勵(lì)電壓的大小及管子本身的工作狀態(tài)變化而變化的。(整個(gè)工作過程晶體管經(jīng)歷幾個(gè)狀態(tài)的變化，這些狀態(tài)對應(yīng)的阻抗是不同的，即便在

35、同一個(gè)狀態(tài)，阻抗也有變化) 這個(gè)變化反映到前級回路，會(huì)使前級放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。此時(shí)，若前級原來工作在欠壓狀態(tài)，則由于負(fù)載的變化，其輸出電壓將不穩(wěn)定。 對于中間級而言，最主要的是應(yīng)該保證它的電壓輸出穩(wěn)定，以供給下級功放穩(wěn)定的激勵(lì)電壓，而效率則降為次要問題。二、輸出回路和級間耦合回路兩個(gè)過程第55頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五55對于中間級應(yīng)采取如下措施：1) 使中間級放大器工作于過壓狀態(tài)，使它近似為一個(gè)恒 壓源。2) 降低級間耦合回路的效率?；芈沸式档秃?，其本身 的損耗加大。這樣下級輸入阻抗的變化相對于回路本 身的損耗而言就不顯得重要了。中間級耦合回路的效 率

36、一般為k，平均在0.3上下。第56頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五562. 輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級功放與天線或其他負(fù)載間的網(wǎng)絡(luò)，這種匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、型、T型網(wǎng)絡(luò)及由它們組成的多級網(wǎng)絡(luò)，也有用雙調(diào)諧耦合回路的。 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的主要功能與要求是匹配、濾波和高效率。 高頻調(diào)諧功率放大器的阻抗匹配就是在給定的電路條件下，改變負(fù)載回路的可調(diào)元件，將負(fù)載阻抗ZL轉(zhuǎn)換成放大管所要求的最佳負(fù)載阻抗Rp，使管子送出的功率P0能盡可能多的饋至負(fù)載。這就叫做達(dá)到了匹配狀態(tài)，或簡稱匹配。第57頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五57最常見的輸出回路是復(fù)

37、合輸出回路，如圖所示。圖中，介于電子器件與天線回路之間的L1C1回路就叫做中介回路；RACA分別代表天線的輻射電阻與等效電容；Ln、cn為天線回路的調(diào)諧元件，它們的作用是使天線回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，以獲得最大的天線回路電流iA，亦即使天線輻射功率達(dá)到最大。復(fù)合輸出回路(為了簡化電路，省略了 直流電源及輔助元件L、C、C等)這種電路是將天線(負(fù)載)回路通過互感或其他形式與集電極調(diào)諧回路相耦合。LnC1CARACnL1r1L2第58頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五58 可以看到：輸出網(wǎng)絡(luò)，從晶體管集電極向右方看去，等效為一個(gè)并聯(lián)諧振回路，如圖所示。等效電路由耦合電路的理論可

38、知，當(dāng)天線回路調(diào)諧到串聯(lián)諧振狀態(tài)時(shí)，它反映到L1C1中介回路的等效電阻為因而等效回路的諧振阻抗為A22RMw=rC1L1rr1ikw+=+=A22111111pRMCL)(CLRrrr(2-5-10)第59頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五59 改變M(晶體管電路由于元件小，實(shí)現(xiàn)可變M是較困難的，這時(shí)里為了便于說明問題，因而仍采用了改變M的講法)，就可以在不影響回路調(diào)諧的情況下(電感、電容未變)，調(diào)整中介回路的等效阻抗，以達(dá)到阻抗匹配的目的。 耦合越緊，即互感M越大，則反映等效電阻越大，回路的等效阻抗也就下降越多。第60頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星

39、期五60為了使器件的輸出功率絕大部分能送到負(fù)載RA上就希望 反射電阻r回路損耗電阻r1 衡量回路傳輸能力優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，通常以輸出至負(fù)載的有效功率與輸入到回路的總交流功率之比來代表。這比值叫做中介回路的傳輸效率k，簡稱中介回路效率。2121122)()()( MRMIIAkkkwwh+=+=+=rrrrrrr功率電子器件送至回路的總回路送至負(fù)載的功率rrrrrr+=+=11111110111 )( LQQCLRLQQCLRLppww值有負(fù)載時(shí)的回路抗有負(fù)載時(shí)的回路諧振阻值無負(fù)載時(shí)的回路抗無負(fù)載時(shí)的回路諧振阻第61頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五61 從回路傳輸效率高的觀點(diǎn)來

40、看，應(yīng)使QL盡可能地小。但從要求回路濾波作用良好來考慮，則QL值又應(yīng)該足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，QL值一般不應(yīng)小于10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。故有:0111111QQRRrLppk-=-=+-=+=rrrrrh第62頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五62 1.L型匹配網(wǎng)絡(luò) L型匹配網(wǎng)絡(luò)具有電路簡單、容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是電路的品質(zhì)因數(shù)Q值很低(通常Q10)，因此電路的濾波特性很差，所以在實(shí)際的發(fā)射機(jī)中，常常選用T型或型網(wǎng)絡(luò)作匹配之用。 L L C RLCR (小) C RL (大) (a)L-I型 RLRLCR匹配網(wǎng)絡(luò) L L C RL (小

41、) C RLCR (大) (b) L-II型 RLRLCR匹配網(wǎng)絡(luò) 第63頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五63 2.形匹配網(wǎng)絡(luò) 3.T形匹配網(wǎng)絡(luò)第64頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五64在大功率輸出級，T型、型等濾波型的匹配網(wǎng)絡(luò)就得到了廣泛的應(yīng)用。 圖中的R2一般代表終端(負(fù)載)電阻，R1則代表由R2折合到左端的等效電阻，現(xiàn)以 (a)為例進(jìn)行計(jì)算公式的推導(dǎo) 兩種型匹配網(wǎng)絡(luò)(a)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2 將并聯(lián)回路R1C1與R2C2變換為串聯(lián)形式，由串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式可得L1C1R1C2R2網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí)，R1= R2 由諧振條

42、件得 :第65頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五65例 有一個(gè)輸出功率為2W的高頻功率放大器、負(fù)載電阻RL=50，EC=24V，f=50MHz，Q1=10，試求型匹配網(wǎng)絡(luò)的元件值。 解 :L1R1C1R2= RLC2 R1應(yīng)該是功率放大器所要求的匹配電阻 Rp ,即L1C1R1C2R2網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí)，R1= R2 改寫為： 解之得： 第66頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五66由諧振條件得 :注意，考慮到晶體管的輸出電容Co后，C1應(yīng)減去Co之值，才是所需外加的調(diào)諧電容值。一般，當(dāng)L1確定之后，用C2主要調(diào)匹配，用C1主要調(diào)諧振。 實(shí)際還有其它各種形式的

43、匹配網(wǎng)絡(luò)。分析方法都很類似，即從匹配與諧振兩個(gè)條件出發(fā)，再加上一個(gè)假設(shè)條件(通常都是假定Q1值)，即可求出電路元件的數(shù)值。 第67頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五676.6 丁類（D類）高頻功率放大器 一、 概述 甲、乙、丙類 放大器的比較第68頁，共79頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五68甲到乙到丙類是通過不斷減小導(dǎo)通角c ，通過減少ic的流通時(shí)間(Pc)，使。 c太小時(shí),雖高,但I(xiàn)cm,Po反而下降。為提高Icm，必須加大激勵(lì)電壓(太大會(huì)擊穿管子)。丁(D)類，戊(E)類采用固定c=90o(Icm固定)，而盡量減小Pc的方法，提高,即：管子工作于開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時(shí)進(jìn)入飽和區(qū)： vc=Vces, ic=ices截止時(shí)