《高频功率放大器》PPT课件.ppt

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1、第四章、高频功率第四章、高频功率放大器与功率放大器与功率合成技术合成技术主要内容：丙类谐振功放的特点 丙类谐振功放的工作原理 丙类谐振功放的性能分析折线近似方法 v 丙类谐振功放的动态特性和负载特性。v 丙类谐振功放的直流馈电线路。v 丙类谐振功放的级间匹配问题(匹配网络)丁类高频功率放大电路简介 宽带高频功率放大器简介4.1概述概述v一、作用与应用：v作用作用:高频功率放大器的作用实际上是把电源的直流能量转换成高频交流能量。v应用应用：发射机发射无线电波v 高频加热、高频换流、微波功率源 v二、高频功放的特点：v特点特点:高频、大功率、高效率，电路属非线性 三、与低频功放、小信号谐振放大器比

2、较v1.与低频功放相比较：v相同点：v都要求输出功率大和效率高v激励信号幅度均为大信号v不同点：v工作频率和相对频带不同v负载性质不同v工作状态不同2.与小信号谐振放大器比较v相同点：v放大的信号均为高频信号v放大器的负载均为谐振回路v不同点：v激励信号幅度大小不同v谐振网络的作用不同v工作状态不同四、高频功放的分析方法v图解法：利用电子器件的特性曲线来分析它的工作状态v解析近似分析法：把电子器件的特性曲线用某些近似解析式来表示最常用的是折线法五、高频功放中用作放大的有源期间v晶体管：千瓦级以下v电子管：千瓦级以上六、高频功放管的主要技术指标v输出功率大v效率高v谐波分量尽量小4.2谐振功率放

3、大器分析谐振功率放大器分析 v4.2.1 谐振功率放大器的工作原理：v一、获得高效率所需要的条件：v能量转换效率：v或写成：谐振功率放大器的原理电路电路说明：三极管V在工作时应处于丙类工作状态，只有小部分时间导通。LC谐振回路起到滤波和匹配作用。基极电源VBB应小于死区电压以保证晶体管工作于丙类状态，一般VBB略小于0。集电极电压VCC是功率放大器的能量来源。三种工作状态：半导通角 ，为甲类工作状态半导通角 ，为乙类工作状态半导通角 ，为丙类工作状态二、电路性能的分析v1、采用的分析方法准线性的折线近似分析法：v将电子器件特性曲线理想化，即将每一条特性曲线用一条或几条(组成折线)来代替，这样就

4、可以用简单的数字解释或来代表电子器件的特性曲线。v优点:物理概念清楚，计算比较简单，而概括性的理论分析、工程近似估算已满足要求。v缺点:精度较低。二、电路性能的分析2、工作原理（余弦脉冲分解）：设输入ui为一余弦信号:则三极管的外部特性：因为管子只在小半周期内导通，因而iB为脉冲电流。放大后的iC也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得：2、工作原理（余弦脉冲分解）：考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得：因而：见下页：波形分析：波形分析：三极管输入特性基极脉冲电流及谐波分量集电极脉冲电流及谐波分量LC谐振回路两端电压波形晶体管集电极和发射极之间的瞬时电压波形3、功率与效率v放大器的输出功率：v集电极

5、直流供给功率：v集电极效率：4、导通角的选择v1）等幅波功率放大v2）调幅波功率放大v3）n次谐波倍频4.2.2 谐振功率放大器的工作状态分析v一、谐振功率放大器的工作状态分析v1、晶体管特性的折线化临界线:左边饱和区，过压状态 右边放大区，欠压状态临界线方程:或：1、晶体管特性的折线化ic与激励电压的关系:（截止)(放大)2、谐振功率放大器的工作状态分析v1）动态特性的定义：v动态特性曲线是在晶体管输出特性和转移特性上画出谐振功率放大器瞬时工作点的轨迹。v2）放大区动态特性方程:vube=Vbb+Ubcost (1)vuce=Vcc Uccost(2)vic=g(ube Vbz)(3)v由(

6、2)式变换代入(1)式可得：v再代入上(3)式得:vic=gd(uce Vo)v式中:3、动态特性直线的作法:v两点确定一直线的方法v令ic=0，则uce=Vo，得B点v令t=/2，ube=Vbb，uce=Vcc得Q点 v连接B、Q点，并延长与临界线相交于A点整体动态特性4）谐振功率放大器的动态负载电阻v动态负载电阻可用动态线斜率的倒数求得v动态负载电阻既与导通角有关，又与谐振电阻有关v动态负载电阻一般不等于负载电阻二、谐振功率放大器的3种工作状态高高频频功率放大器的功率放大器的负载负载特性特性负载特性:即放大器Vcc、Vbb、Ub-定时，负载电阻改变引起Ico、Ic1和Po、变化的特性。1、

7、3种工作状态Vcc、Vbb、Ub不变，Rp Recr 过压状态RP变化对集电极余弦脉冲的影响2、负载特性曲线:vIc1、Ico、Uc Rp关系:欠压区临界线内临界过压区vRp Rcer过压区，放大区近似恒压源Po、P、Pc、Rp关系 Rp小 大状态:欠压 临界 过压P小 大 小Po大 小 更小Pc大 小 更小小 大 大 略降P在临界有最大值、选放大器在临界状态 三种工作状态比较三种工作状态比较 v欠压状态v过压状态v临界状态三、各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响v1、Vcc变化对放大器工作状态的影响集电极调制特性v当Vbb、Ubm和Rp定，放大器的性能随Vcc变化的特性称为集电极

8、调制特性。Rp=常数，特性1、2、3斜率不变 调制特性:1、Vcc改变会使Ucm改变，即Vcc可控制高频振幅，有调幅作用。2、在过压状态区,Vcc对Ucm有较大作用。3、集电极调幅应选择在过压区，此区域内Vcc对Uc控制灵敏效率高。2、Ubm变化对放大器工作状态的影响 v动态线斜率不变v静态特性曲线UBEmax向上平移3、Vbb变化对放大器工作状态的影响vRp、Vcc恒定，Vbb变化对放大器的性能的影响称基极调制特性(基极电压对输出的影响)四、谐振功率放大器工作状态的计算v步骤：v1、首先求出集电极电流脉冲的两个主要参量：icmax、cosv2、求出电流余弦脉冲的各谐波分量v3、求出相应的功率

9、与效率v举例：举例：v有一个用硅NPN外延平面型高频功率管做成的谐振功率放大器，设已知VCC=24V，PO=2W,工作频率f=1MHz。试求其集电极耗散功率、效率、基极激励功率。v由晶体管手册已知其有关参数为：vfT 70MHz，功率增益GP 13dB，安全工作电流Icmax=750mA，集电极饱和压降UCES，集电极最大耗散功率PCM=1W4.3 谐振功率放大器电路组成v一、直流馈电线路直流馈电线路：v馈电线路及其作用v馈电线路的方式:(串联、并联)v馈电线路的基本要求：v1）要保证Vcc、Vbb 畅通无阻地全部加到放大管的集电极或基极上v2）直流馈电线路还要尽可能不消耗高频信号功率一、集电

10、极馈电线路集电极馈电线路 1、集电极馈电线路的要求 ：-2、串并联馈电方式线路分析 a)串联馈电:组件作用输出回路：直流通路:Vcc L L BG C极 e 交流通路:uce ic C LC ucb)并联馈电:组件作用直流通路:Vcc L BG C极 e Vcc交流通路:BG C ic C LC e馈电组件的选择，C和L的确定3、串、并馈直流供电线路的优缺点v见P112二、基极馈电线路基极馈电线路几种常用的自偏电路 4.3.2 输入输出匹配网络v1、作用v2、LC匹配网络v3、耦合回路4.4 丁(D)类高频功率放大电路简介v丁类放大电路中，三极管处于开关状态;v在理想情况下，丁类高频功率放大电

11、路的效率可达100%，实际情况下也可达90%左右。v4.4.1 电流开关型D类放大器v4.4.2 电压开关型D类放大器4.5 宽带高频功率放大器简介1.传输线变压器工作原理传输线变压器的工作方式是传输线原理与变压器原理的结合，其主要特点是工作频带极宽。如图1:1传输线变压器：2.传输线变压器的应用4.6 功率合成器v定义：v功率合成与分配应用举例：本章小结：1.高频功率放大器分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。2.为了提高效率，谐振功放一般工作在丙类状态，其集电极电流是失真严重的脉冲波形。3.谐振功率放大器有欠压、临界、过压三种状态。4.谐振功率放大器电路包括集电极馈电电路、基极馈电电路和匹配网络等。5.传输线变压器是以传输线原理和变压器原理相结合的方式工作，因此具有良好的宽频带传输特性。本章作业vP139-140:v4.1,4.2,4.3(有改动）,