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文檔簡介
第4章高頻功率放大器4.1概述4.2諧振功率放大器的工作原理4.3晶體管諧振功率放大器的折線近似分析法4.4晶體管功率放大器的高頻特性4.5高頻功率放大器的電路組成4.1
概述1、使用高頻功放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、兩個問題①高效率輸出②高功率輸出icebtooictVBZ3、諧振功放與小信號諧振放大器相同之處:放大的信號均為高頻信號,負(fù)載均為諧振回路。不同之處:激勵信號幅度大小不同;放大器工作點不同;晶體管動態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號諧振放大器波形圖icQebtooicticQebtooict小信號諧振放大器波形圖icebtooictVBZ諧振功率放大器波形圖4、諧振功率放大器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)負(fù)載必須是諧振回路特點⑴非線性繼續(xù)⑵管子:盡限繼續(xù)要解決的問題管子的保護(hù)提高Po提高η繼續(xù)
分類依據(jù):功放管的導(dǎo)通時間(1)甲類(A類)工作狀態(tài)輸入信號的整個周期(2)乙類(B類)輸入信號的半個周期繼續(xù)(3)甲乙類(AB類)介于甲類和乙類,晶體管導(dǎo)通時間大于半個周期,小于一個周期(4)丙類(C類)晶體管導(dǎo)通的時間小于半個周期繼續(xù)(5)丁類(D類)晶體管處于開關(guān)狀態(tài):輸入信號的半個周期內(nèi)飽和導(dǎo)通;另外半個周期內(nèi),晶體管截止。效率關(guān)系式:匯總(a)甲類class-Aamplifier(b)乙類class-Bamplifier(c)甲乙類class-ABamplifier(d)丙類class-Camplifier分類—匯總繼續(xù)丙類(C類)效率最高,但波形失真也最嚴(yán)重
效率與失真的矛盾ωlowhigh3ωnω2ω0繼續(xù)通過諧振負(fù)載,從丙類余弦周期脈沖里恢復(fù)基波完整周期信號有源器件諧振回路窄帶諧振放大器丙類繼續(xù)(1)丙類導(dǎo)通角<90o,何時最優(yōu)?問:(2)放大、臨界、飽和,何處最優(yōu)?繼續(xù)4.2諧振功率放大器分析1、原理電路諧振功率放大器的基本電路諧振回路LC是晶體管的負(fù)載電路工作在丙類工作狀態(tài)
Ec、Eb為集電極和基極的直流電源。輸入信號經(jīng)變壓器T1
耦合到晶體管基-射極,這個信號叫激勵信號。
L、C組成并聯(lián)諧振回路,作為集電極負(fù)載,稱為槽路。繼續(xù)折線化將電子器件的特性理想化,每條特性曲線用一組折線代替繼續(xù)ECICEO
uCE
iCO??Q???Q?截止區(qū)飽和區(qū)繼續(xù)+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b)等效電路+uc1--UBBCECL+uS-+ub-(a)原理電路繼續(xù)+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic2工作原理(重要?。﹗BEic?-UBB?UBZubic?UbmgC+uBE_繼續(xù)vBEic?-UBB?-UBZvbic?VbmgCIcmax+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE_繼續(xù)(1)集電極電流icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmax繼續(xù)
、、稱作余弦脈沖分解系數(shù),它們是導(dǎo)通角的函數(shù)。、的特點:1.2.從曲線可以看出:諧波次數(shù)越高其振幅值越小;對某一次諧波而言,總有一個相應(yīng)的θ可使振幅最大。繼續(xù)iC頻譜(2)集電極輸出電壓LC回路阻抗Rp+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE_icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcmUbmuBEic?-UBB?UBZubUbmgC繼續(xù)
功率和效率(重要?。?/p>
功率放大器輸出功率大,電源供給、管子發(fā)熱等問題也大。為盡量減小損耗,合理地利用晶體管和電源,須了解功放的功率和效率問題。有如下幾種功率需要考慮:
繼續(xù)1.電源供給的直流功率PS
;2.通過晶體管轉(zhuǎn)換的交流功率,即晶體管集電極輸出的交流功率Po
;3.通過槽路送給負(fù)載的交流功率,即RL
上得到的功率PL;4.晶體管在能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗功率,即晶體管損耗功率PC;5.槽路損耗功率
PT;繼續(xù)
電源供給的功率PS
,一部分(PC)損耗在管子,使管子發(fā)熱;另一部分(Po)轉(zhuǎn)換為交流功率,輸出給槽路。通過槽路一部分(PT)損耗在槽路線圈和電容中,另一部分(PL)輸出給負(fù)載RL。n
1.集電極效率直流電源供給功率集電極交流輸出功率放大器的能量轉(zhuǎn)換效率(集電極效率)討論:(1)——
集電極電壓利用系數(shù)
(2)——
集電極電流利用系數(shù)
(波形系數(shù))
↑,↑,但↓,Po↓,為了兼顧功率和效率,通常取。繼續(xù)尖頂脈沖的分解系數(shù)繼續(xù)
2.槽路效率(負(fù)載折算到槽路)PL——負(fù)載功率,RL所吸收的功率;PT——槽路損耗功率,槽路空載電阻R0所吸收的功率。取決于槽路的空載和有載品質(zhì)因數(shù)。由于受到槽路元件質(zhì)量的限制,Q0一般幾十到幾百。QL也不能太小,否則槽路濾波效果太差,輸出波形不好,一般QL=5~10。繼續(xù)
結(jié)論:
為了盡可能利用小功率容量的管子和電源,輸出較大的功率,應(yīng)力求和高。高要適當(dāng)選取,電壓利用系數(shù)盡可能大;高,要求槽路空載品質(zhì)因數(shù)Q0大,即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。繼續(xù)uBEicgCUBZ+ub-CLEC-UBB-uc1+icRp+uCE-+uBE_
4.2.2諧振功放的工作狀態(tài)分析(重要)
繼續(xù)繼續(xù)uceicUo?A?BOEC?QUcmucmingdubemax繼續(xù)思考1:如何列寫高頻功放的動態(tài)特性方程?思考2:如何畫出高頻功放的動態(tài)特性曲線?高頻功率放大器的負(fù)載特性
uceicUo?gduBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuceicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?繼續(xù)EC?QUcesUcm?uBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuceicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?uCEicgcrIcmaxubemax繼續(xù)回顧:三種工作狀態(tài)icuce
高頻功放的負(fù)載特性PoRp欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Rp欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoPDPcubemaxUc1繼續(xù)思考:由p94圖4.2.5p98圖4.2.9的分析過程;記住后者
高頻功率放大器的調(diào)制特性
uceicubemax?QEC??QEC?QEC????icEC欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)EC欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoPDPOPC繼續(xù)思考:高頻功放的集電極調(diào)制特性,記住p99圖
4.2.10(b)進(jìn)入過壓狀態(tài)后,隨著UBB向正值方向增大,ic的寬度增加,幅度幾乎不變,但凹陷加深,結(jié)果使Ico、Icml和相應(yīng)的Ucm增大得十分緩慢
UcmIcoIcml臨界UBB過壓欠壓O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)當(dāng)Ubm固定,UBB自負(fù)值向正值方向增大時,ic的導(dǎo)通角θc增大,從而其幅度和寬度均增大,狀態(tài)由欠壓區(qū)進(jìn)入過壓區(qū)繼續(xù)思考:高頻功放的基極調(diào)制特性,記住p100圖
4.2.12(b)高頻功率放大器的放大特性uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)UcmIcmlIcoUbm過壓臨界欠壓OOωticOωticUbm增大OωticωtOictUbm線性功率放大器tUcmUbmUcm振幅限幅器UcmtUbmUcm當(dāng)諧振功放作為線性功放,為了使輸出信號Ucm反映輸入信號Ubm的變化,放大器必須工作在欠壓狀態(tài)當(dāng)諧振功放用作振幅限幅器時,放大器必須工作在過壓狀態(tài)繼續(xù)思考:高頻功放的放大特性,記住p99圖4.2.11固定UBB、增大Ubm和固定Ubm、增大UBB的情況類似:都使基極輸入電壓uBEmax隨之增大,對應(yīng)的ic的幅度和寬度均增大,放大器由欠壓進(jìn)入過壓
高頻功率放大器的調(diào)諧特性
實際回路在調(diào)諧過程中,其負(fù)載是一阻抗Zp,當(dāng)改變回路的元件數(shù)值,如改變回路的電容C時,功放的外部電流Ico、Icml和相應(yīng)的Ucm等隨C的變化特性稱為調(diào)諧特性。
設(shè)諧振時功放工作在弱過壓狀態(tài),當(dāng)回路失諧后,由于阻抗Zp的模值減小,根據(jù)負(fù)載特性可知,功放的工作狀態(tài)將向臨界及欠壓狀態(tài)變化,此時Ico和Icml要增大,而Ucm將下降。UcmIcmlIco繼續(xù)回路失諧時直流輸入功率PD=IcoEC隨Ico的增加而增加。而輸出功率Po=UcmIcmlcosφ主要因cosφ因子而下降。因此失諧后集電極功耗PC將迅速增加,因此:高頻功放必須經(jīng)常保持在諧振狀態(tài)。
調(diào)諧過程中處于失諧狀態(tài)的時間要盡可能的短,調(diào)諧動作要迅速,以防止晶體管過熱而損壞。4.3繼續(xù)集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)
串饋(b)
并饋4.3諧振功率放大器電路組成IcoECIc1CLIcn繼續(xù)LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路ICniC頻譜LC回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT繼續(xù)CBLBLBLBCERBReVTVTVT2基極饋電線路(了解)IBOUBBIBOIeo
+UBB-耦合4.3.2輸入/輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(了解)RiRoR'LR'S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,以保證到負(fù)載的功率最大:匹配。
(2)抑制工作頻率范圍以外的頻率:濾波。
繼續(xù)L1C1C2L2CARAr1IAM介于放大器與天線回路之間的L1C1回路叫做中介并聯(lián)諧振回路。RA、CA分別代表天線的輻射電阻與等效電容;
L2、C2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),以使天線回路的電流IA達(dá)到最大值,亦即使天線幅射功率達(dá)到最大。
輸出匹配電路
(1)并聯(lián)諧振回路型的匹配電路
繼續(xù)L1C1C2L2CARAr1IAMRp(1)并聯(lián)諧振回路型的匹配電路改變M和p
:在不影響回路調(diào)諧的情況下,達(dá)到阻抗匹配繼續(xù)R2代表終端(負(fù)載)電阻,R1則代表由R2折合到左端
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