15 第三章 高频功率放大器.ppt
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1、1 1、丙类高频功率信号放大器是如何实现的?、丙类高频功率信号放大器是如何实现的?上节回顾上节回顾基极负偏压,减少了导通角。基极负偏压,减少了导通角。co13g11.02.02u 在在 =1=1的条件下的条件下甲类工作状态:甲类工作状态:乙类工作状态:乙类工作状态:丙类工作状态:丙类工作状态:u 导通角的选择导通角的选择(1)Rp一定的条件下,一定的条件下,c=120o时输时输出功率最大,但效率只有出功率最大,但效率只有66%。(2)c=1o15o时,效率最高,但输时,效率最高,但输出功率很小。出功率很小。(3)在实际运用中,为了兼顾高的)在实际运用中,为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率,谐
2、振功输出功率和高的集电极效率,谐振功率放大器导通角常取率放大器导通角常取c=60o80o。2 2、效率如何计算?、效率如何计算?3 3、如何绘制动态特性?、如何绘制动态特性?输出电压输出电压波形波形欠压、临界、过压4、丙类功放的三种工作状态、丙类功放的三种工作状态欠压和临界区内欠压和临界区内Icmax由由ubemax决定,后者不改变,决定,后者不改变,Icmax就不变。就不变。无论存在何种工作状态,无论存在何种工作状态,Ic1m,Ic0正比正比Icmax。icuceubemaxQRp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Rp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1mIcoP=PcUcmPo5、
3、负载线影响因素分析、负载线影响因素分析1Rp1、临界状态临界状态输出功率最大,效率也较高,可谓输出功率最大,效率也较高,可谓末级功放的最佳末级功放的最佳工作状态工作状态。过压效率高,但输出功率小。过压效率高,但输出功率小。2、在欠压状态、在欠压状态Ic0,Ic1m几乎不变,功放相当于一个恒流源,而几乎不变,功放相当于一个恒流源,而过压状态过压状态Ucm几乎不变,相当于一个恒压源(几乎不变,相当于一个恒压源(可用于中间级功放可用于中间级功放)。uceicubemaxQ2Vc2Q1Vc1Q3Vc3icVcc欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Vcc欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoP
4、=POPC5、负载线影响因素分析、负载线影响因素分析2Vcc5、负载线影响因素分析、负载线影响因素分析3UbmUbm欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoP=POUbm欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区5、负载线影响因素分析、负载线影响因素分析4VbbVbb欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoP=POVbb欠压区欠压区过过压压区区临临界界区区 固定固定Vbb、增大、增大Ubm和固定和固定Ubm、增大、增大Vbb的情况类似,的情况类似,它们都使基它们都使基极输入电压极输入电压uBEmax随之增大,随之增大,对对应应的的集电极脉冲电流集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均的幅度和
5、宽度均增大,放大器的工作状态由欠压进入过压增大,放大器的工作状态由欠压进入过压。基极幅度调制工作在欠压。基极幅度调制工作在欠压区。区。1 1、丙类高频功率信号放大器基本组成、丙类高频功率信号放大器基本组成 谐振功率放大器是由谐振功率放大器是由输入谐振回路输入谐振回路、非线性器件(晶体管、非线性器件(晶体管、场效应管)、场效应管)、输出谐振回路输出谐振回路组成。组成。输入谐振回路:输入谐振回路:基极的馈电电路,分为串馈和并馈。其负偏基极的馈电电路,分为串馈和并馈。其负偏电压可由自身提供。电压可由自身提供。CBLBLBLBCERBReVTVTVTIBOUBBIBOIeo +UBB -3.4 高频功
6、率放大器的实用电路高频功率放大器的实用电路 输出谐振回路:输出谐振回路:集电极的馈电电路,分为串馈和并馈。集电极的馈电电路,分为串馈和并馈。IcoECIcnIc1CL+输出回路方程:输出回路方程:uce=Ec Ucmcos t+Ec 串馈适用于高频低功率情况;并馈适用串馈适用于高频低功率情况;并馈适用于低频高功率情况。于低频高功率情况。电路组成三原则:电路组成三原则:三 高频功放的耦合回路高频功放的耦合回路RiRoRLRS功率功率放大器放大器输入输入匹配匹配网络网络输出输出匹配匹配网络网络RLRSuS(1)使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配,以保证放大器传输到负使负载阻抗与放大器所需要的
7、最佳阻抗相匹配,以保证放大器传输到负载的功率最大载的功率最大,即它起着匹配网络的作用。,即它起着匹配网络的作用。(2)抑制工作频率范围以外的不需要频率,即它抑制工作频率范围以外的不需要频率,即它有良好的滤波作用。有良好的滤波作用。(3)在有几个电子器件同时输出功率的情况下,保证它们都在有几个电子器件同时输出功率的情况下,保证它们都能有效地传送能有效地传送功率到公共负载功率到公共负载,同时又尽可能地使这几个电子器件,同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离,互不影响彼此隔离,互不影响。级间耦合网络级间耦合网络:放大器输出放大器输出 至至 放大器输入端放大器输入端输出匹配网络输出匹配网络:放大器输出
8、端放大器输出端 至至 天线或其他负载天线或其他负载输入匹配网络输入匹配网络:信号源内阻信号源内阻 至至 放大器输入端放大器输入端u 教材上有关三种匹配网络的计算公式在设计放大电路时可以参考应用。教材上有关三种匹配网络的计算公式在设计放大电路时可以参考应用。但是但是在实际应用中尚需认真调整。在实际应用中尚需认真调整。几种常见的LC匹配 (a)L型;(b)T型;(c)型滤波器型的匹配网络滤波器型的匹配网络已知已知R2、R1,输入端品质因数,输入端品质因数QL,求,求L1,C1和和C2。1.级间耦合网络(含输入回路)级间耦合网络(含输入回路)多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输多级功放中间级
9、的一个很大问题是后级放大器的输入阻抗是变化的,是随激励电压的大小及管子本身的工作入阻抗是变化的,是随激励电压的大小及管子本身的工作状态变化而变化的。状态变化而变化的。这个变化反映到前级回路,会使前级放大器的工作这个变化反映到前级回路,会使前级放大器的工作状态发生变化。此时,若前级原来工作在欠压状态,则由状态发生变化。此时,若前级原来工作在欠压状态,则由于负载的变化,其输出电压将不稳定。于负载的变化,其输出电压将不稳定。对于中间级而言,最主要的是应该保证它的对于中间级而言,最主要的是应该保证它的电压输电压输出稳定出稳定,以供给下级功放稳定的激励电压,而效率则降为,以供给下级功放稳定的激励电压,而
10、效率则降为次要问题。次要问题。对于中间级应采取如下措施:对于中间级应采取如下措施:1)1)使中间级放大器工作于使中间级放大器工作于过压状态过压状态,使它近似为一个,使它近似为一个恒恒 压源压源。2)2)降低级间耦合回路的降低级间耦合回路的效率效率。回路效率降低后,其本。回路效率降低后,其本 身的损耗加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回身的损耗加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回 路本身的损耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路路本身的损耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路 的效率一般为的效率一般为 k k=0.1=0.10.50.5,平均在,平均在0.30.3上下。也就是说,上下。也就是说,中间
11、级的输出功率应为后一级所需激励功率的中间级的输出功率应为后一级所需激励功率的3 31010倍。倍。2.输出匹配网络输出匹配网络 输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负载输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负载间的网络,这种匹配网络有间的网络,这种匹配网络有L L型、型、型、型、T T型网络及由它们组成型网络及由它们组成的多级网络,也有用双调谐耦合回路的。的多级网络,也有用双调谐耦合回路的。输出匹配网络的主要功能与要求是输出匹配网络的主要功能与要求是匹配、滤波、隔离和高匹配、滤波、隔离和高效率。效率。高频调谐功率放大器(阻抗在变化)的高频调谐功率放大器(阻抗在变化)的阻抗匹配
12、阻抗匹配就是在就是在给定的电路条件下,改变负载回路的可调元件,给定的电路条件下,改变负载回路的可调元件,将负载阻抗将负载阻抗Z ZL L转换成放大管所要求的最佳负载阻抗转换成放大管所要求的最佳负载阻抗R Rp p,使管子送出的功,使管子送出的功率率P P0 0能尽可能多的馈至负载。能尽可能多的馈至负载。这就叫做达到了匹配状态,或这就叫做达到了匹配状态,或简称匹配。简称匹配。根据负载接入集电极回路方式,可分为简单输出回路(负根据负载接入集电极回路方式,可分为简单输出回路(负载直接和回路并联)和复合输出回路(负载通过电抗元件和回载直接和回路并联)和复合输出回路(负载通过电抗元件和回路并联)。路并联
13、)。最常见的输出回路是复合输出回路,如图所示。最常见的输出回路是复合输出回路,如图所示。图中,介于电子器件与天线回图中,介于电子器件与天线回路之间的路之间的L1C1 1回路就叫做中介回路就叫做中介回路;回路;RACA分别代表天线的辐分别代表天线的辐射电阻与等效电容;射电阻与等效电容;Ln、cn为为天线回路的调谐元件,它们的天线回路的调谐元件,它们的作用是使天线回路处于串联谐作用是使天线回路处于串联谐振状态,以获得最大的天线回振状态,以获得最大的天线回路电流路电流iA,亦即使天线辐射功,亦即使天线辐射功率达到最大。率达到最大。复合输出回路复合输出回路(为了简化电路,省略了为了简化电路,省略了 直
14、流电源及辅助元件直流电源及辅助元件L、C、C 等等)这种电路是将天线这种电路是将天线(负载负载)回路通过互感或其他形式与集电回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。极调谐回路相耦合。LnC1CARACnL1r1L2图图3-2350MHz功率放大器功率放大器50MHz,25W谐振功率放大器谐振功率放大器四四 实际电路举例实际电路举例C1、C2和和L1 构成构成T型匹配网络型匹配网络L2、L3和和C3、C4 构成构成型网络,串馈型网络,串馈补充补充:丙类倍频器:丙类倍频器 原因原因:1、降低主振器的频率,对频率稳定指标是有利的。、降低主振器的频率,对频率稳定指标是有利的。2、为了提高发射信号
15、频率的稳定程度,主振器常采用石英晶体振、为了提高发射信号频率的稳定程度,主振器常采用石英晶体振荡器,但限于工艺,其只能达到几十荡器,但限于工艺,其只能达到几十MHz,因此为了获得更高的,因此为了获得更高的频率,主振后要倍频。频率,主振后要倍频。3、加大调频发射机信号的频移或相移,即加深调制度。、加大调频发射机信号的频移或相移,即加深调制度。4、倍频器的输入信号与输出信号的频率是不相同的,因而可以削、倍频器的输入信号与输出信号的频率是不相同的,因而可以削弱前后级寄生耦合,对发射机的稳定工作是有利的。弱前后级寄生耦合,对发射机的稳定工作是有利的。5、展宽通频带。、展宽通频带。倍频器常有三种形式倍频
16、器常有三种形式:1、乘法器实现倍频;、乘法器实现倍频;2、丙类放大器倍、丙类放大器倍频;频;3、参量倍频器,利用晶体管的结电容随电压变化的非线性、参量倍频器,利用晶体管的结电容随电压变化的非线性来实现倍频。来实现倍频。iC+uce-uc2+iciC1iC2ic频谱频谱0ICOIC1IC2IC3IC4LC谐振特性谐振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC2co13g11.02.02在作倍频器应用时,为使输出最大,一般应选择使在作倍频器应用时,为使输出最大,一般应选择使 n(c)为最大值的导为最大值的导通角,而此最佳导通角为:通角,而此最佳导通角为:1.由于倍频器主要是利用了余弦尖顶脉冲的谐波分量
17、,由于倍频器主要是利用了余弦尖顶脉冲的谐波分量,2.如果设倍频器的导通角为如果设倍频器的导通角为 c,则倍频器的输出功率和效率为,则倍频器的输出功率和效率为3.n值越高,输出功率和效率下降;同时,最佳值越高,输出功率和效率下降;同时,最佳 c值越小。为了减少值越小。为了减少 c,就必,就必须提高倍频器的基极反向偏压须提高倍频器的基极反向偏压Vbb,就可能使得发射结的反向偏压超过击穿电,就可能使得发射结的反向偏压超过击穿电压。因此,压。因此,n通常不超过通常不超过3-4,一般只取,一般只取2-3。丙类放大器集电极电流丙类放大器集电极电流ic的基的基波分量的振幅最大,二阶谐波次波分量的振幅最大,二
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