第4章高频功率放大器正式版.ppt
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1、 高频电子线路第第4 4章章 高频功率放大器高频功率放大器高频功率放大器高频功率放大器4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理4.3 4.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法4.4 4.4 晶体管功率放大器的高频特性晶体管功率放大器的高频特性4.5 4.5 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成4.6 4.6 丁类高频功率放大器丁类高频功率放大器 4.7 4.7 4.7 4.7 宽频带高频功率放大器宽频带高频功率放大器宽频带高频功率放大器宽频带高频功率放大器 4.8 4.8 4.8 4.8 功率合
2、成器功率合成器功率合成器功率合成器4.9 4.9 4.9 4.9 晶体管倍频器晶体管倍频器晶体管倍频器晶体管倍频器扫晶雀运宋许手莱血堆硬猛颖梳古供沈索胀瞄啮捎断盅办撰梢运酋飞贫妇第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版1 高频电子线路4.1 概述1、使用高频功率放大器的目的放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题高效率输出高功率输出高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高。联想对比:联想对比:烘冯酉郝扰包批寄腐松阔联斩渐户富丝磺及裳欺母您攒旗溉抨援花艳洞灿第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版
3、2 高频电子线路3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处:它们放大的信号均为高频信号,而且放大器的负 载均为谐振回路。不同之处:为激励信号幅度大小不同;放大器工作点不同;晶体管动态范围不同。谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图4.1 概述锋坏述播陌雨炔渠结梦殃亡拉捶键玖劈碴梳诌捅阅蝇弄灭酵拓饲琢嫌项淘第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版3 高频电子线路小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 4.1 概述杏管奠捷添袜勇敖洽屯审鳃晦霞由姻侣坡遇轴尼析癣跑鞠臻掣御约酵堡图第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器
4、正式版4 高频电子线路谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图4.1 概述诊秆修泪宝蛀淬垂串掌锚谐纶霖菩释仗症息雁彻蹋基械法倔戳酗埃膊革丛第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版5 高频电子线路4、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同共同之处:都要求输出功率大和效率高。功率放大器实质上是一个能量转换器,把电源供给的直流能量转化为交流能量,能量转换的能力即为功率放大器的效率。谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小),其工作状态通常选为丙类工作状态(c90),为了不失真的放大信号,它的负载必须是谐振回路。非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带
5、高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载,工作在甲类或乙类工作状态;宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。4.1 概述课斑桐陋挤级侩砸系课店举虱族洲梅当身园茅裙乞弊碌从傀凛磊慈柏炽缔第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版6 高频电子线路工作状态 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式,为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态,属于非线性电路谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态,属于非线性电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率4.1 概述通吵订擒徒音感僻岁嗜何邢希绦吊遵傣殆霉玻砧涵窝蕾样跃蹭抗毁拉咯蔑第4章高频
6、功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版7 高频电子线路5.高频功放在发射机中的位置4.1 概述垦示泌症哲缸郁胃隆郝坪赢嫡税又甜骚节果玫踏娃靠吨疯汾怒艾纫拂侦的第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版8 高频电子线路4.2 谐振功率放大器的工作原理1、原理电路谐振功率放大器的基本电路晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。谐振回路LC是晶体管的负载电路工作在丙类工作状态外部电路关系式:晶体管的内部特性:见谓扣侨疼眯膏坦泉蚀纵遗鸟鼠养绅簧秧酮傅鞠热辊辟盈募梁役磁嫌帚顷第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版9 高频电子线路故晶体管的转移
7、特性曲线表达式:谐振功率放大器转移特性曲线故得:必须强调指出,集电极电流ic虽然是脉冲状,但由于谐振回路的这种滤波作用,仍然能得到正弦波形的输出。谐振功率放大器各部分的电压与电流的波形图如下图所示4.2 谐振功率放大器的工作原理踪闺仰叛邮椅成钝效搬晾馈谴搪监狠灶临史吸升魁烂培拱挑条睫付篙副返第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版10 高频电子线路高频功率放大器中各分电压与电流的关系(a)4.2 谐振功率放大器的工作原理返乒霸肿迹彩丈谴剩疮置铡麻渴矮翁媳谐匣梳腑青姻屉散装菠喉褐隙沸瞥第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版11 高频电子线路高频功率放大器中各部分电压与电
8、流的关系4.2 谐振功率放大器的工作原理贺疏膳琅臼疹瞎墩沧孝蒂犁札远檬拟悄拦胡斗秦汹成啊蓝坟擞厕孵演虏憎第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版12 高频电子线路LC回路能量转换过程回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。回路是由回路是由L、C二个储能元件组成。二个储能元件组成。当晶体管由截止转入导电时,由于回路中电感L的电流不能突变,因此,输出脉冲电流的大部分流过电容C,即使C充电。充电电压的方向是下正上负。这时直流电源VCC给出的能量储存在电容C之中。过了一段时间,当电容两端的电压增大到一定程度(接近电源电压),晶体管截止。由于这种周
9、期性的能量补充,所以振荡回路能维持振荡。当补充的能量与消耗的能量相等时,电路中就建立起动态平衡,因而维持了等幅的正弦波振荡。4.2 谐振功率放大器的工作原理辗谷氧吉乐涝想氏嘱泄忽挨奸陈囱吻唆笋焚缎渊董狄遗毫收据剩勾揣喧遵第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版13 高频电子线路2、谐振功率放大器的功率关系和效率谐振功率放大器的功率关系和效率 功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率,使之转变为交流信号功率输出去。由前述所知:由前述所知:有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上,成为集电极耗散功率。P=直流电源供给的直流功率;直流电源供给的直流功
10、率;Po=交流输出信号功率;交流输出信号功率;Pc=集电极耗散功率;集电极耗散功率;根据能量守衡定理:根据能量守衡定理:故集电极效率:故集电极效率:晓阴措济途讲腕噪遭撮训饱罐赛锚它澈江竖核本笑惶幻痪冬业沧侦侍防肄第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版14 高频电子线路由上式可以得出以下两点结论:1)设法尽量降低集电极耗散功率Pc,则集电极效率c自 然会提高。这样,在给定P=时,晶体管的交流输出功 率Po就会增大;2)由式由式可知可知 如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定值,那么提高集电极效率c,将使交流输出功率Po大为增加。谐振功率放大器就是从这方面入手,来提高输出功率与
11、效率的。饶赐抨贷凛陀俐侮靖瞬罩打哥夫混衡怜流卷醒烦舜靡耳搀厨梳苔悍弘枪受第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版15 高频电子线路如何减小集电极耗散功率Pc 可见使ic在vc最低的时候才能通过,那么,集电极耗散功率自然会大为减小。晶体管集电极平均耗散功率:故:要想获得高的集电极效率,谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角小于180,处于丙类工作状态。谐振功率放大器工作在丙类工作状态时c90,集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数:囚区拭惕陌侄胃筐蘑窟绕驴减独作胡热芹仿已绒撮嗣凉救资丘讲篮辱该卧第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版16 高频电子线路直流功率:输出
12、交流功率:Vcm 回路两端的基频电压 Icm1 基频电流Rp 回路的谐振阻抗放大器的集电极效率:兢掣祁乐怜足姻酷嵌腥汤辫履尸牛赠脓阉瘤康乱南他妨易该粮裕拙胁都捌第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版17 高频电子线路集电极电压利用系数波形系数,通角c的函数;c越小g1(c)越大越大(即Vcm越大或vmin越小)c越小效率c越高。因此,丙类谐振功率放大器提高效率c的途径即为减小c角;使LC回路谐振在信号的基频上,即ic的最大值应对应vc的最小值。基极偏置为负值;半通角c90,即丙类工作状态;负载为LC谐振回路。故谐振功率放大器的工作特点:攻胳厨哼沿植言蚕房狐性没奠陋创舶墨恨湍壶荚篷
13、绘杆壕纂饱轻气屎庐欺第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版18 高频电子线路4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法一、折线法一、折线法 对谐振功率放大器进行分析计算,关键在于求出电流的直流分量Ic0和基频分量Icm1。工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化,用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。烹虽磺晚怖晒败着娶央付堤淖稠烃卤遵叫参厄票镶靠树崭仕艰澜实枫鉴厂第4章高频功率放大器正式版第4章高频功率放大器正式版19 高频电子线路折线化的前提要求:工作在低频区低频区
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