谐振功率放大器ppt课件.ppt

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1、第第 2 章章谐振功率放大器谐振功率放大器2.3谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路2.3.1直流馈电电路直流馈电电路2.3.2滤波匹配网络滤波匹配网络2.3.3谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路谐振功放管外电路：谐振功放管外电路：直流馈电电路直流馈电电路 滤波匹配网络滤波匹配网络2.3.1直流馈电电路直流馈电电路考考虑虑因因素素：滤滤波波匹匹配配网网络络安安装装方方便便；馈馈电电电电路路(Power Supply Circuit)对滤波匹配网络的影响。对滤波匹配网络的影响。直流直流馈电电馈电电路分路分为为串串馈馈并并馈馈1串馈与并馈串馈与并馈(1)串馈串馈三三者者(直直流流电电源源 VCC

2、、滤滤波波匹匹配配网网络络和和功功率率管管)在在电电路路形式上为形式上为串接串接的馈电方式。的馈电方式。(a)图图 231集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路LC高高频频扼扼流流圈圈，与与 CC 构构成成电源滤波电路。电源滤波电路。在在信信号号频频率率上上 LC 的的感感抗抗很很大大，接接近近开开路路；CC 的的容容抗抗很很小小，接接近近短短路路，避避免免信信号号电电流流通通过过直直流流电电源源而而产生级间反馈，造成工作不稳定。产生级间反馈，造成工作不稳定。(2)并馈并馈三三者者(直直流流电电源源 VCC、滤滤波波匹匹配配网网络络和和功功率率管管)在在电电路路形式上为形式上为并接并接的馈电方式

3、。的馈电方式。(b)图图 231集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路LC 高频扼流圈；高频扼流圈；CC1 隔直电容；隔直电容；CC2 电源滤波电容。电源滤波电容。在在信信号号频频率率上上，LC 感感抗抗很很大大，接接近近开开路路，CC1、CC2 的容抗很小，接近短路。的容抗很小，接近短路。虽然电源与滤波匹配网络虽然电源与滤波匹配网络在形式上是并联的，但滤波匹在形式上是并联的，但滤波匹配网络两端电压配网络两端电压 vc(t)直接反映在直接反映在 LC 上，因而上，因而vCE=VCC+vc。与。与串串馈电馈电路路相同。相同。(3)串馈与并馈的比较串馈与并馈的比较相同点：相同点：两种馈电方式，两种馈

4、电方式，VCC 都能全部加到集电极上。都能全部加到集电极上。不同点：不同点：滤波匹配网络的接入方式。滤波匹配网络的接入方式。(a)()(b)图图 231集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路 串串馈馈：滤滤波波匹匹配配网网络络处处于于直直流流高高电电位位上上，网网络络元元件件不能直接接地。不能直接接地。并并馈馈：CC1 隔隔直直流流，匹匹配配网网络络处处于于直直流流地地电电位位上上，网网络络元元件件可可直直接接接接地地，安安装装比比串串馈馈方方便便。但但 LC 和和 CC1 与与匹配网络匹配网络相并联，它们的分布参数影响网络调谐。相并联，它们的分布参数影响网络调谐。2基极偏置电路基极偏置电路(1

5、)作用作用为为放放大大电电路路提提供供合合适适的的偏偏置置电电压压，使使功功率率管管工工作作在在丙丙类。类。(2)常用类型常用类型三种三种。图图 232基极偏置电路基极偏置电路 图图 232(a)，基基极极偏偏置置电电压压由由 VCC 通通过过 RB1 和和 RB2 分分压压提提供供，为为保保证证丙丙类类工工作作，其其值值应应小小于于功功率率管管的的导导通通电电压。压。图图 232(b)、(c)，自给偏置电路。自给偏置电路。图图 232(b)偏置电路：偏置电路：LB、RB、CB1。RB：产产生生压压降降，提提供供自自偏偏电电压压；LB：避避免免 RB、CB1 对对输入滤波匹配网络的旁路影响。输

6、入滤波匹配网络的旁路影响。3自给偏置电路自给偏置电路ibi2i1(1)自给偏压自给偏压 IB0 的产生的产生图图 232(b)，vb 0 ib 0，为为脉脉冲冲电电流流，可可分分解解为为 IB0、Ib1m、Ib2m、由基由基尔尔霍夫定律霍夫定律ib=i1+i2i2 通通路路有有高高扼扼圈圈 LB，仅仅直直流流电电流流可可以以通通过，过，ib 中的直流分量为中的直流分量为 IB0，故，故 i2 为为 IB0。(2)自给偏置自给偏置Vb(t)=0，VBE=0；Vb(t)由由小小至至大大 IB0 随随之之增增大大 VBE=IB0RB 负向增大。负向增大。自自给给偏偏置置效效应应：这这种种偏偏置置电电

7、压压随随输输入入信信号号电电压压振振幅幅而而变化的效应。变化的效应。(3)自给偏置电路的作用自给偏置电路的作用 用用于于载载波波功功放放，可可以以在在输输入入信信号号振振幅幅变变化化时时起起到到自自动稳定输出电压振幅的作用。动稳定输出电压振幅的作用。用于正弦波振荡器，可以稳定振荡幅度。用于正弦波振荡器，可以稳定振荡幅度。若若用用于于线线性性功功率率放放大大器器，会会使使放放大大器器偏偏离离乙乙类类工工作作，造成输出信号失真，应当避免。造成输出信号失真，应当避免。2.3.2滤波匹配网络滤波匹配网络1位置位置对对交交流流通通路路而而言言，滤滤波波匹匹配配网网络络(Filter-Matched Ne

8、twork)介于功率管介于功率管 T 和外接负载和外接负载 RL 之间。之间。2对滤波匹配网络的要求对滤波匹配网络的要求(2+1 条条)(1)变换变换将将外外接接负负载载 RL 变变换换为为放放大大管管所所要要求求的的负负载载 Re，以以保保证放大器高效率证放大器高效率地输出所需功率。地输出所需功率。图图 233基极偏置电路基极偏置电路(2)滤波滤波充充分分滤滤除除不不需需要要的的高高次次谐谐波波分分量量，以以保保证证在在外外接接负负载载上上输输出出所所需需基基波波功功率率(在在倍倍频频器器中中为为所所需的倍频功率需的倍频功率)。谐波抑制度谐波抑制度 Hn：工程上表示滤波性能好坏的参数。：工程

9、上表示滤波性能好坏的参数。设设 IL1m 和和 ILnm 分分别别为为通通过过外外接接负负载载电电流流中中基基波波和和 n 次次谐谐波波分分量量的的振振幅幅，相相应应的的基基波波和和 n 次次谐谐波波功功率率分分别别为为 PL 和和 PLn，则对，则对 n 次谐波的次谐波的谐波抑制度谐波抑制度定义为定义为Hn 越越小小，网网络络对对 n 次次谐谐波波的的抑抑制制能能力力越越强强。通通常常n 选选 2，即，即对二次谐波的抑制度对二次谐波的抑制度。(3)高效高效将将功功率率管管给给出出的的信信号号功功率率 Po 高高效效地地传传送送到到外外接接负负载载上上，即要求网即要求网络络的的传输传输效率效率

10、 K=PL/Po 接近接近 1。3讨论讨论(1)谐波抑制度谐波抑制度 Hn 和和 K 间的矛盾间的矛盾 在在实实际际滤滤波波匹匹配配网网络络中中，提提高高 Hn，就就会牺牲传输效率会牺牲传输效率 K，反之亦然。，反之亦然。(2)说明说明 图图 234LC 谐振回路谐振回路如如图图 234 所所示示，L 和和 C 为为滤滤波波网网络络(简简称称 L 型型网网络络)，rL 为为 L 中的中的固有固有损损耗耗电电阻阻，RL 为为外接外接负载电负载电阻阻。令。令为为回路回路固有品固有品质质因数因数，在高，在高 Q 条件下，它的条件下，它的有有载载品品质质因数因数 显显然然，当当 Q0 一一定定时时，R

11、L 越越大大于于 rL，相相应应的的 K 就就越越大大。但但 RL 越越大大，Qe 越越小小，回回路路谐谐振振曲线越平坦，对谐波的抑制能力就越差。曲线越平坦，对谐波的抑制能力就越差。(3)谐振功放匹配滤波网络的基本形式谐振功放匹配滤波网络的基本形式LC 并联并联谐振回路谐振回路LC 串联串联谐振回路谐振回路具体电路形式有多种。具体电路形式有多种。作用：作用：阻抗匹配阻抗匹配、选频滤波选频滤波。不不论论形形式式有有何何不不同同，均均可可由由串串-并并联联阻阻抗抗变变换换公公式式将将其等效为上述两种基本网络的组合。其等效为上述两种基本网络的组合。常常用用滤滤波波匹匹配配网网络络的的结结构构、组组成

12、成元元件件的的表表达达式式参参阅阅教教材表材表 2-3-1(p101)。4串、并联阻抗转换公式串、并联阻抗转换公式 若若将将一一个个由由电电抗抗和和电电阻阻相相串串接接的的电电路路与与相相并并接接的的电电路路等效转换，根据等效转换，根据等效原理等效原理，令两者的，令两者的端导纳相等端导纳相等，即即 由此得由此得(1)串转并公式串转并公式(2)并转串公式并转串公式 (3)说明说明 式中式中，Xp 和和 Xs 为实数为实数 电电容：容：X 电电感：感：XL=L 上上述述各各式式表表明明，Qe 取取定定后后，Rp 和和 Rs，Xp 和和 Xs 之之间间可可以以相相互互转转换换。转转换换前前后后的的电

13、电抗抗性性质质不不变变(Xs 和和 Xp 有有相相同同的的正负号正负号)。5滤波匹配网络的设计滤波匹配网络的设计 在在谐谐振振功功率率放放大大器器中中，为为了了提提高高传传输输效效率率，回回路路的的有有载载品品质质因因数数都都较较小小，一一般般在在 10 以以下下。考考虑虑到到谐谐波波抑抑制制度度，常常用用的的滤滤波波匹匹配配网网络络除除了了上上述述最最简简单单的的 L 型型外外，更更多多的的是是由由三三个个电电抗抗元元件件组组成成的的 、T 型型以以及及由由它它们们组组成成的的多多级级混混合网络。下面就介绍合网络。下面就介绍滤波匹配网络的阻抗变换特性滤波匹配网络的阻抗变换特性。假假设设滤滤波

14、波匹匹配配网网络络的的固固有有损损耗耗电电阻阻为为零零，即即回回路路传传输输效效率率趋趋近近于于 1，外外接接负负载载电电阻阻为为 RL，要要求求与与 Re 和和 C0 的的串串接接或或并并接接阻阻抗抗相相匹匹配配，C0 为为功率管的分布电容功率管的分布电容。利利用用串串、并并联联阻阻抗抗转转换换公公式式，就就可可以以导导出出各各种种滤滤波波匹匹配网络的元件表达式。配网络的元件表达式。图图 237基极偏置电路基极偏置电路例例 1：图图 2-3-7(a)为为 T 型型滤滤波波匹匹配配网网络络，要要求求与与 Re 和和 C0 串接阻抗匹配，串接阻抗匹配，求各元件表达式求各元件表达式。解解：将将 T

15、 型型 网网 络络 分分 割割 成成 两两 个个 串串 接接 的的 L 型型 网网 络络，图图 中中 。再再对这对这两个两个 L 型网型网络络进行分析。进行分析。在在后后一一个个 L 型型网网络络中中，将将 XC2 和和 RL 的的串串接接阻阻抗抗转转换换为为 Xp2 和和 Rp2 的并接阻抗的并接阻抗，分别取值为分别取值为(注意注意 XC2 含含负负号号)(b)图图 237基极偏置电路基极偏置电路令令 ，回回路路并并联联谐谐振振，则则 L 型型网网络络呈呈现现的的谐谐振振电电阻阻为为其中，其中，且网络元件的表达式为且网络元件的表达式为 XC2=-Qe2RL，再再来来分分析析前前一一个个 L型

16、型网网络络，它它的的负负载载电电阻阻为为 。将。将和和的的并并接接阻阻抗抗转转换换为为 Xs1 和和 Rs1 的的串串接接阻阻抗抗，分分别为别为其其中中。令令，回回路路串串联谐联谐振，振，则则 L 型网型网络络呈呈现现的的谐谐振振电电阻阻 或或，由于由于 Qe2 为为正正实实数，因而数，因而根号内的值应大于零，故根号内的值应大于零，故有有相应网络元件的表达式相应网络元件的表达式为为所所以以，若若已已知知 Re、C0 与与 RL，并并选选定定 Qe1，则则 T 型型网网络络的各元件的各元件值值由下列各式确定由下列各式确定式中式中，讨论：讨论：该网络仅适用于该网络仅适用于 的的匹匹配配要要求求。但

17、但由由于于 Re 越越接接近近 RL，A 越越趋趋近近 Qe1，XC1 就就越越大大，相相应应 C1 就就越越小小，而而过过小小的的 C1，在在实实践践上上是是难难以以实实现现的的，故此处，故此处，Re 不易接近不易接近 RL。例例 2：图图 2-3-8 示示 型型滤滤波波匹匹配配网网络络，要要求求与与 Re、C0 的并接阻抗匹配，求各元件表达式。的并接阻抗匹配，求各元件表达式。图图 238 形滤波匹配电路形滤波匹配电路解解：首首先先取取 XL1+XC0=0，L1 和和 C0 并并联联谐谐振振，网网络络得得到到简简化，然后将化，然后将 XL2 用虚用虚线线分成两个串分成两个串联电联电感，即感，即在在由由与与 XC2 组组成成的的 L 型型网网络络中中，它它的的负负载载为为 RL，现现将将 XC2 与与 RL 并并联联阻抗阻抗转换为转换为串串联联阻抗阻抗 Xs2 和和 Rs2。并令。并令，网网络络串串联谐联谐振振。结果是网络呈现的结果是网络呈现的谐振电阻谐振电阻为为且且2.3.3谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 1电路电路(p102 103)2分析分析 直流馈电直流馈电(集电极、基极集电极、基极)电路，元件作用电路，元件作用 滤波、匹配网络滤波、匹配网络(输入、输出输入、输出)