谐振功率放大器 (2).ppt

2.谐振功率放大谐振功率放大器的工作原理器的工作原理2.谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点2.谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路第第2章章 谐振功率放大器谐振功率放大器功能：对高频信号（载波或已调波）进行窄带功率放大功能：对高频信号（载波或已调波）进行窄带功率放大研究的目标：高效率大功率输出研究的目标：高效率大功率输出工作状态：丙类、丁类、戊类工作状态：丙类、丁类、戊类电路结构特点：谐振回路作负载电路结构特点：谐振回路作负载谐振功率放大器谐振功率放大器 主要内容：主要内容：负载特性负载特性 功率放大功率放大谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理 性能特点性能特点 调制特性调制特性 调幅调幅 放大特性放大特性 线性放大线性放大 限幅限幅 直流馈电直流馈电电路组成电路组成 实用电路实用电路 匹配滤波网路匹配滤波网路2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理一、原理电路一、原理电路结构特点结构特点:(1)功率管丙功率管丙类工作类工作（调（调 VBB在截止在截止区）区）(2)负载：谐振回路，其负载：谐振回路，其中中L、C为匹配网络，为匹配网络，ZL为外接负载。调为外接负载。调C使回使回路谐振在输入信号的频路谐振在输入信号的频率上。率上。二、工作原理（图解法）二、工作原理（图解法）已知已知vBE和转移特性画出集和转移特性画出集电极电流和电压波形。电极电流和电压波形。集电极电流失真（周期性集电极电流失真（周期性脉冲）脉冲）傅立叶级数分解傅立叶级数分解 集电极谐振回路选频集电极谐振回路选频 不失真集电极电压。不失真集电极电压。Re：谐振电阻谐振电阻推广：将谐振回路调谐在推广：将谐振回路调谐在ns上上 倍倍频器器2.2 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点性能指标：性能指标：要提高效率要提高效率,需增大需增大Ic1m或减小或减小IC0(减小减小IC0即减小集电极平均即减小集电极平均电流电流,通过降低静态工作点可以实现通过降低静态工作点可以实现)。一、近似分析法一、近似分析法1、解析法、解析法 由图可以得到集电极由图可以得到集电极电流电流iC的分段表达式：的分段表达式：2.图解分析法图解分析法设定设定VBB、Vbm、VCC、Vcm四个值四个值画动态画动态线（交流负载线）线（交流负载线）画集电极电流波形画集电极电流波形作图过程：（描点法）取点作图过程：（描点法）取点 确定确定 的值的值在输出特性曲线上确定动态点在输出特性曲线上确定动态点画动态线画动态线画画 波形波形分解出分解出 求性能指标求性能指标结论：结论：四个电量影响放大器的性能。四个电量影响放大器的性能。问题：动态线为什么是曲线？问题：动态线为什么是曲线？动态线：动态线：ABC（交流负载线），（交流负载线），A点（点（）B点（求点（求 角），角），C点（求点（求 ）二、丙类谐振功放工作状态（欠压、临界、过压）二、丙类谐振功放工作状态（欠压、临界、过压）根据根据A点的位置确定工作状态：点的位置确定工作状态：A在放大区在放大区欠压欠压A在临界点在临界点临界临界A在饱和区在饱和区过压过压一定时，改变一定时，改变上图描述：保持上图描述：保持 不变，不变，变化对工作状态的影响。变化对工作状态的影响。欠压：欠压：余弦脉冲余弦脉冲临界：临界：余弦脉冲余弦脉冲 略略过压过压 中间凹陷脉冲，高度减小。中间凹陷脉冲，高度减小。问题：问题：1 过压状态下，过压状态下，为什么出现凹陷？为什么出现凹陷？2 为什么讨论为什么讨论 的波形变化？的波形变化？三、性能分析三、性能分析1、负载特性、负载特性VBB、Vbm、VCC一定，放大器性能随一定，放大器性能随Re变化的特性。变化的特性。VBB、VCC一定一定Q点一定，点一定，Vbm一定一定 一定一定iC宽度一定宽度一定VBB、Vbm一定一定vBEmax一定一定欠压欠压 ReVcm从欠压从欠压临界临界过压过压 Ic1mIC0最佳工作状态：临界（最佳工作状态：临界（最大，最大，较大）较大）匹配负载：匹配负载：2、调制特性、调制特性（1）集电极调制特性）集电极调制特性VBB、Vbm、Re 一定，放大器性能随一定，放大器性能随VCC变化的特性。变化的特性。VBB、Vbm一定一定 一定一定iC宽度一定，同时宽度一定，同时 一定一定过压过压 VCC 从过压从过压临界临界欠压欠压注意：过压区，注意：过压区，Vcm与与VCC成正比。成正比。控制控制VCC的变化，实现输出高频电压幅度相应变化。的变化，实现输出高频电压幅度相应变化。调幅调幅调制信号：调制信号：载波信号：载波信号：LC调谐在调谐在加在集电极上加在集电极上上，则上，则调幅波调幅波调制过程：调制过程：等效集电极电源电压等效集电极电源电压控制放大器在调制信号变化范围内过压工作。控制放大器在调制信号变化范围内过压工作。（2）基极调制）基极调制一定，放大器性能随一定，放大器性能随 变化的特性。变化的特性。欠压欠压过压过压注意：在欠压区，集电极电压幅度注意：在欠压区，集电极电压幅度 与与 成正比。成正比。控制控制 ，实现对输出高频电压幅度的控制。，实现对输出高频电压幅度的控制。调幅调幅基极调幅电路基极调幅电路3、放大特性、放大特性一定，放大器性能随一定，放大器性能随 变化的特性。变化的特性。欠压欠压过压过压注意：（注意：（1）在欠压区，）在欠压区，与与 成正比，实现线性功率放大。成正比，实现线性功率放大。（2）在过压区，无论）在过压区，无论 如何变化，如何变化，近似恒定，实现振近似恒定，实现振幅限幅器。幅限幅器。问题：这种振幅限幅器限幅门限怎样确定。问题：这种振幅限幅器限幅门限怎样确定。4.小结小结 根据对丙类谐振功放的性能分析根据对丙类谐振功放的性能分析,可得出以下几点结论可得出以下几点结论:(1)若对等幅信号进行功率放大若对等幅信号进行功率放大,应使功放工作在临界状态应使功放工作在临界状态,此时输出功率最大此时输出功率最大,效率也接近最大。比如对第效率也接近最大。比如对第5章将介绍的调频章将介绍的调频信号进行功率放大。信号进行功率放大。(2)若对非等幅信号进行功率放大若对非等幅信号进行功率放大,应使功放工作在欠压状应使功放工作在欠压状态态,但线性较差。若采用乙类工作但线性较差。若采用乙类工作,则线性较好。比如对第则线性较好。比如对第4章将章将介绍的调幅信号进行功率放大。介绍的调幅信号进行功率放大。(3)丙类谐振功放在进行功率放大的同时丙类谐振功放在进行功率放大的同时,也可进行振幅调制。也可进行振幅调制。若调制信号加在基极偏压上若调制信号加在基极偏压上,功放应工作在欠压状态；功放应工作在欠压状态；若调制信若调制信号加在集电极电压上号加在集电极电压上,功放应工作在过压状态。功放应工作在过压状态。习题习题2.2 某高频功放工作在临界状态某高频功放工作在临界状态,已知已知VCC=18V,输出特性曲线输出特性曲线中，临界线斜率中，临界线斜率gcr=0.6 AV,=60,Re=100,求输出功率求输出功率Po、直流功率直流功率PD和集电极效率和集电极效率c。2.3 已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临界已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方法所得到的输出功率状态，需要改变哪些参数？不同调整方法所得到的输出功率Po怎样变化？怎样变化？2.3 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 直流馈电线路直流馈电线路 电路组成：电路组成：滤波匹配网络滤波匹配网络 1.直流馈电线路直流馈电线路馈电原则：馈电原则：由于电路中各电极电流是脉冲形状由于电路中各电极电流是脉冲形状,包括直流、基频及各次包括直流、基频及各次谐波分量谐波分量,所以馈电线路原则：所以馈电线路原则：（1）应有效地将直流电压加在晶体管的电极间。）应有效地将直流电压加在晶体管的电极间。（2）应使基频分量流过负载回路产生输出功率应使基频分量流过负载回路产生输出功率,但不要通过直但不要通过直流电源。流电源。（3）有效地滤除高次谐波分量。）有效地滤除高次谐波分量。串联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分串联串联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分串联馈电形式馈电形式 并联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分并联并联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分并联 无论哪种电路形式无论哪种电路形式,直流偏压与交流电压总是串联迭加的直流偏压与交流电压总是串联迭加的,即即（1）集电极馈电）集电极馈电串馈串馈并馈并馈Lc：高频扼流圈（大电感）对高频开路，阻止高频信号流过直流电：高频扼流圈（大电感）对高频开路，阻止高频信号流过直流电源影响直流电源的稳压性能。源影响直流电源的稳压性能。Cc、Cc2：电源滤波电容（旁路电容），高频短路。：电源滤波电容（旁路电容），高频短路。Cc1：隔直电：隔直电容，以免电感将直流电源短路。容，以免电感将直流电源短路。馈电方式的优缺点：馈电方式的优缺点：（1）串联馈电方式的优点：）串联馈电方式的优点：Lc和和Cc处于高频地电位处于高频地电位,它们不会它们不会影响回路的谐振频率；缺点：电容器影响回路的谐振频率；缺点：电容器C不能直接接地不能直接接地,安装调整安装调整不方便。不方便。（2）并联馈电方式的优缺点正好相反。缺点：由于）并联馈电方式的优缺点正好相反。缺点：由于Lc和和Cc1不不处于高频地电位处于高频地电位,它们并接在滤波匹配网路上，直接影响回路它们并接在滤波匹配网路上，直接影响回路的谐振频率的谐振频率,；优点：回路处于直流地电位；优点：回路处于直流地电位,L、C元件可接地元件可接地,故安装调整方便。故安装调整方便。(2)基极馈电线路。基极馈电线路。基极馈电也有串馈与并馈两种形式基极馈电也有串馈与并馈两种形式,基极的偏压既可以是外加基极的偏压既可以是外加的的,也可以由基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生（自给也可以由基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生（自给偏置）。偏置）。外加分压偏置外加分压偏置为减小分压电路的功耗，为减小分压电路的功耗，分压电阻数值应适当分压电阻数值应适当大些大些串联馈电串联馈电自给偏置方式自给偏置方式iB为余弦脉冲，利用为余弦脉冲，利用 iB的直流分量的直流分量IB0在电在电阻阻Rb上产生的压降上产生的压降负偏压负偏压 在无输入信号时在无输入信号时,自给偏压电路的偏置为零。自给偏压电路的偏置为零。随着输入信号的随着输入信号的逐渐增大逐渐增大,加在晶体管加在晶体管BE结之间的偏置电压向负值方向增大。结之间的偏置电压向负值方向增大。可见：可见：(1)基极偏置电压不等于静态偏置电压。基极偏置电压不等于静态偏置电压。（2）乙类功放不能采用自给偏压方式。）乙类功放不能采用自给偏压方式。（3）自給偏置效应：偏置电压随输入信号电压振幅变化的）自給偏置效应：偏置电压随输入信号电压振幅变化的 效应。效应。利用自給偏置效应，放大等幅信号（载波）时，能自动稳定输出电利用自給偏置效应，放大等幅信号（载波）时，能自动稳定输出电压振幅。压振幅。若放大调幅波（线性放大）时，会造成输出信号失真。若放大调幅波（线性放大）时，会造成输出信号失真。2.滤波匹配网络滤波匹配网络双重作用双重作用选频滤波选频滤波阻抗匹配阻抗匹配要求要求阻抗变换阻抗变换品质因数高品质因数高传输效率高传输效率高滤波匹配网络结构：滤波匹配网络结构：L型、型、T型、型、型型（1）串、并联阻抗变换）串、并联阻抗变换等效原理：等效原理：端导纳相等端导纳相等品质因数品质因数说明：（说明：（1）串并联转换）串并联转换 值不变。值不变。（2）转换前后电抗性质不变）转换前后电抗性质不变 （3）（2）L型网络的设计L型存在的问题：若型存在的问题：若Qe较高较高RL与与Re相差较大相差较大要求：希望要求：希望RL与与Re差值不大，而差值不大，而Qe值又较高的网络。值又较高的网络。措施：两段措施：两段L型串联型串联 低阻低阻高阻和高阻高阻和高阻低阻低阻 高阻高阻低阻和低阻低阻和低阻高阻高阻（3）T型和型和型型