w第3章-高频功率放大器要点.ppt
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1、高频电子高频电子高频功率放大器的地位高频功率放大器的地位高频电子高频电子第一节第一节 概述概述一、高频功率放大器的功能一、高频功率放大器的功能高频功率放大器的功能是用小功率的高频输入信号去控制高频高频功率放大器的功能是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器将直流电源供给的能量转换为大功率的高频能量输功率放大器将直流电源供给的能量转换为大功率的高频能量输出出(通常称为通常称为功率放大功率放大)。其输出信号与输入信号的频谱相同。)。其输出信号与输入信号的频谱相同。二、高频功率放大器的主要技术指标二、高频功率放大器的主要技术指标高频输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等。由于高频输出功率、
2、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等。由于输出功率高,通常要求效率高,因此,高频功率放大器多选择输出功率高,通常要求效率高,因此,高频功率放大器多选择工作在丙类工作状态。工作在丙类工作状态。三、高频功率放大器的分类三、高频功率放大器的分类可分为可分为窄带放大器窄带放大器(谐振功率放大器)(谐振功率放大器)和和宽带放大器宽带放大器(传输线变压器(传输线变压器为负载的宽频带高频功率放大器为负载的宽频带高频功率放大器)两类。两类。窄带信号举例:中波段调幅广播,载波频率窄带信号举例:中波段调幅广播,载波频率531-1602kHz,信息带宽,信息带宽9kHz,相对带宽相对带宽0.6 1.7.高频电子高频电
3、子第二节第二节 谐振高频功放的工作原理谐振高频功放的工作原理一、基本电路及其特点一、基本电路及其特点电路形式:电路形式:中间级(中间级(a)、输出级()、输出级(b)实际负载是实际负载是下一级的输下一级的输入阻抗入阻抗实际负载实际负载是天线是天线 天线等效阻天线等效阻抗抗 CA 、rA中间级、输出级的负载均中间级、输出级的负载均可等效为并联谐振回路可等效为并联谐振回路高频电子高频电子高频功率放大器的高频功率放大器的特点特点特点特点1、为了提高效率,放、为了提高效率,放大器常工作于丙类状态,大器常工作于丙类状态,晶体管发射结为静态负偏晶体管发射结为静态负偏压,由压,由Vbb 0来保证。流来保证。
4、流过晶体管的电流为失真的过晶体管的电流为失真的脉冲波型;脉冲波型;非线性状态非线性状态(非线性非线性电路),且输入电路),且输入是大信号是大信号;特点特点2、负载为、负载为LC并联谐振回路,除了确保从电流并联谐振回路,除了确保从电流脉冲波中取出基波分量,获得正弦电压波形外,还脉冲波中取出基波分量,获得正弦电压波形外,还能实现放大器的阻抗匹配。能实现放大器的阻抗匹配。高频电子高频电子二、工作原理二、工作原理输入信号ub=Ubmcost发射结电压ube=Vbb+Ubmcostib为脉动形状,同样ic也为脉动形状ic与ub周期相同, 可分解成无数个正弦波之和tnItItIIicnmmcmccccos
5、2coscos210 高频电子高频电子分析讨论分析讨论当集电极当集电极LC回路调谐于高频输入信号频率回路调谐于高频输入信号频率时,由于回路的选时,由于回路的选择性,对集电极电流的基波分量来说,回路等效为纯电阻择性,对集电极电流的基波分量来说,回路等效为纯电阻,且,且为最大值为最大值Rp,;对各次谐波来说,回路失谐,呈现很小的阻抗,;对各次谐波来说,回路失谐,呈现很小的阻抗,LC回路两端可近似认为短路;而直流分量只能通过回路电感回路两端可近似认为短路;而直流分量只能通过回路电感支路,其直流电支路,其直流电阻阻很小,可近似认为短路。很小,可近似认为短路。111coscoscoscp c mcmc
6、m pceCCcCCp c mCCcmuRItUI RuVuVRIt VUt晶体管晶体管c、e极间压降极间压降LC并联回路两并联回路两端的压降端的压降uc电压符号的定义:电压符号的定义:下为下为+,上为,上为-高频电子高频电子pmccmcmCCceRIUtUVu1cos由于谐振回路的选频,由于谐振回路的选频,集电极的输出电压仍集电极的输出电压仍是与输入电压相同的是与输入电压相同的正弦波,相位相反,正弦波,相位相反,幅度增大。幅度增大。高频电子高频电子第三节第三节 折线分析法折线分析法一、特性曲线的理想化一、特性曲线的理想化放大器特点:放大器特点:工作在大信工作在大信号、非线性号、非线性状态状态
7、晶体管工作的三个区:线晶体管工作的三个区:线性区、饱和区、截止区性区、饱和区、截止区高频电子高频电子(一)输入特性的理想化(折线化)(一)输入特性的理想化(折线化))(uAib)(Vube0.2 0.4 0.6 0.8 1.05101520VuCE05CEuVbzU对于晶体管的输入特性来说,对于晶体管的输入特性来说,当集电极电压大于一定值后,当集电极电压大于一定值后,输入特性就可用一条输入特性输入特性就可用一条输入特性曲线来表示。曲线来表示。用如图虚线表示理想化(折线用如图虚线表示理想化(折线化)的输入特性曲线。输入特化)的输入特性曲线。输入特性表达式为性表达式为:ib = 0 ube Ubz
8、ib = gb (ube - ubz) ube Ubzbebbuig高频电子高频电子(二)正向传输特性的理想化(二)正向传输特性的理想化正向传输特性是指正向传输特性是指ic与与ube的关系曲线。的关系曲线。因为因为ic =ib(放大区)(放大区)正向传输特性正向传输特性表达式为表达式为:ic = 0 ube Ubz 截止区 ic = gc (ube - Ubz) ube Ubz 线性区bcggUbz高频电子高频电子(三)输出特性的理想化(三)输出特性的理想化1、饱和区、饱和区发射有余,收集不足,集电极电流发射有余,收集不足,集电极电流只受集电极电压的控制,而与基极只受集电极电压的控制,而与基极
9、电压无关。这样,理想化特性曲线电压无关。这样,理想化特性曲线对不同的对不同的vbe(ib )值,重合为一条通值,重合为一条通过原点的斜线,这斜线称为饱和临过原点的斜线,这斜线称为饱和临界线,斜率用界线,斜率用gcr表示。表示。ic = gcruce , gcr=ic/uce2、放大区、放大区收集能力充足,因此集电极电流只受基极电流的控制,而与集收集能力充足,因此集电极电流只受基极电流的控制,而与集电极电压无关,各条特性曲线均为平行的水平线。电极电压无关,各条特性曲线均为平行的水平线。ic = ib ,ic= ib为了分析方便,理想化输出特性曲线中的参变量为了分析方便,理想化输出特性曲线中的参变
10、量ib改为改为ube, ic = gc (ube - Ubz) 高频电子高频电子总结总结饱和临界线:饱和临界线:ic = gcruce放大区:放大区: ic = gc (ube - Ubz)截止区:截止区: ic = 0ceucibeu高频电子高频电子二、集电极二、集电极余弦电流脉冲的分解余弦电流脉冲的分解设激励信号ub=Ubmcost则ube=Vbb+Ubmcost当ubeUbz时ic=gc(ube-Ubz) =gc(Vbb+Ubmcost-Ubz)定义发射结临界导通时的t为半通角c,或称通角在-ctc ,发射结导通当t =c时,ic=0,可得bmbbbzcUVUcosICM 、 c结果结果
11、1高频电子高频电子0,)cos1 ()cos(coscos1)cos1 (,0)cos(coscoscos,)cos(cbzbecccMcccMbmccMcbmccMccbmcccbmbbbzbmbbbzccbzbmbbcciUutIiIUgIUgIittUgiUVUUVUUtUVgi时另外当式要根据已知条件实际应用时采用哪个公已知如果最大时当由已知如果结果结果2中间结果中间结果结果结果3高频电子高频电子余弦电流脉冲的分解系数余弦电流脉冲的分解系数012001 ,coscos2coscoscossincos11( )221 cos(1 cos )coscos11cos1 cosccccccc
12、mc mcnmcccccccMcMcMccccc mccMciiIIt ItIn ttIid tId t IItIitd tI 为 周 期 性 的 电 流 脉 冲可 用 傅 立 叶 级 数 分 解1sin coscos( )(1 cos )coscos11coscos( )1 coscccccccMcMccccnmccMcMncctd t IItIin td tIn td t I 称为余弦脉冲分解系数称为余弦脉冲分解系数0(c) 称为称为直流分量直流分量分解系数分解系数1(c) 称为称为基波分量基波分量分解系数分解系数n(c) 称为称为n次谐波分量次谐波分量分解系数分解系数以上系数均可查表获得
13、以上系数均可查表获得。高频电子高频电子g1高频电子高频电子三、功率和效率三、功率和效率tnItItIIicnmmcmccccos2coscos210 1、直流电源供给的功率、直流电源供给的功率0cCCcCCIViVP平均2、输出功率、输出功率mcpcmmccmpcmpmcpmcoIRUIURURIRIP1122121212121)2(3、晶体管集电极消耗的功率、晶体管集电极消耗的功率ocPPP1101101011()22/1()/() /()ocmc mccCCccmCCcc mcccPUIgPVIUVgII 称为集电极电压利用系数,称为波形系数4、集电极的功率、集电极的功率高频电子高频电子讨
14、论)(/)()(,/)(2121011101cccCCcmccCCmccmocgVUgIVIUPP1、在=1的理想条件下,甲类放大c =180o,g1 (c )=1,故甲类放大器的理想效率c=50 ;乙类放大c =90o,g1 (c )=1.57,故乙类放大器的理想效率c=78.5;丙类放大c 1.57,故丙类放大器的理想效率c78.5;高频电子高频电子2、高频功率放大器在谐振电阻Rp一定的条件下, c =120o时,输出功率最大,但集电极效率只有66 ; c =1o 15o时,输出功率很小,但集电极效率最高;因此,在实际中,为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率,通常取c =60o 80o 。
15、)(21)(2111121ccccMmcpmcogIIRIPg1高频电子高频电子四、动态特性四、动态特性1、晶体管的晶体管的静态特性:是静态特性:是晶体管晶体管在集电极电在集电极电路内没有负载阻抗的条件下得到的路内没有负载阻抗的条件下得到的ic=f(ube,uce)的关系,这是的关系,这是晶体晶体管本身所固有的。也就是晶管本身所固有的。也就是晶体管的输入、输出特性曲线。体管的输入、输出特性曲线。2、放大器的放大器的动态特性:在高频功率放大器的动态特性:在高频功率放大器的电路和输入、输出条件确定后,也就是在晶体电路和输入、输出条件确定后,也就是在晶体管、电源电压管、电源电压Vcc和和Vbb、输入
16、信号振幅、输入信号振幅Ubm和和输出信号振幅输出信号振幅Ucm(或(或Rp)一定条件下,)一定条件下, ic=f(ube,uce)的关系。的关系。高频电子高频电子类推如何用图解法来分析丙类功率放大器的动态特如何用图解法来分析丙类功率放大器的动态特性呢,我们可以采用类似于模拟电路的方法,性呢,我们可以采用类似于模拟电路的方法,找到两个找到两个ic与与uce的关系方程,图解的关系方程,图解两个方程两个方程的的交点交点即是丙类功率放大器的动态特性。即是丙类功率放大器的动态特性。同样我们已知三极管的输出特性,并已经理想同样我们已知三极管的输出特性,并已经理想化化放大区:放大区: ic = gc (ub
17、e - Ubz);只要再找到另外一个方程即可。;只要再找到另外一个方程即可。高频电子高频电子推导第二个推导第二个ic=f(uce)当放大器工作在谐振状态时当放大器工作在谐振状态时0coscos()()()cosbebbbmcccebebbbmcecccmcmccbebzcccebmbmccbzcmbbcmccbbbmbzccecmcmbmbmccbzcmbbcmbzbbcccmcccmcbmbmduVUtVuuVUuVUtUig uUVuUU VU UV Uig VUUguUUUU VU UV UUVUVUVUUUg 令0()bmccmcdceUgUiguU则晶体管外部电路晶体管外部电路约束,
18、方程约束,方程1ubeUbz,晶体管工作在线性区时,内部约束,方程晶体管工作在线性区时,内部约束,方程2晶体管内部、外部电晶体管内部、外部电路共同约束,方程路共同约束,方程1、2的交点的交点高频电子高频电子截距法绘动态特性截距法绘动态特性2、当ubeUbz时ic0,但由于谐振回路的作用,uce0动态特性为图上BC段1、当ubeubz时ic=gd(uce-U0),首先确定B点(U0,0),由B点作斜率为gd=-gcUbm/Ucm的直线,与ubemax=Vbb+Ubm的交点即为A点(ic峰值),则图上BA段,为ubeUbz段的动态特性动态特性AB-BC是折线是折线高频电子高频电子虚拟电流法虚拟电流
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