2.3 高频功率放大器(精品).ppt

《2.3 高频功率放大器(精品).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2.3 高频功率放大器(精品).ppt（43页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、高频功率放大器2.3 高频功率放大器高频功率放大器1高频功率放大器读一读无线电发射机中的高频功率放大器无线电发射机中的高频功率放大器 在无线电发射机中，由于在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大缓冲级、中间放大级、末级缓冲级、中间放大级、末级功率放大级功率放大级，获得足够的高频功率足够的高频功率后，才能馈送到天线上辐射出去。这里所提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。由此可见，高频功率放大器是发送设备的重要组成部分。2高频功率放大器 发送设备的组成发送设备的组成高频振荡器倍频或放大调制器高频功率放大器话筒（微音器）声音低频放大天线3高频功率放大器 概述概述

2、高频功放高频功放的任务：输出足够大的功率、高效的任务：输出足够大的功率、高效率的功率转换、减小非线性失真。率的功率转换、减小非线性失真。掌握丙类谐振功放电路特点及其工作原理，掌握丙类谐振功放电路特点及其工作原理，理解对能量工程估算方法。理解对能量工程估算方法。重点掌握谐振功放工作状态分析。重点掌握谐振功放工作状态分析。了解匹配网络。了解匹配网络。4高频功率放大器 高功放的分类高功放的分类v根据工作频带可分为：根据工作频带可分为：窄带型窄带型 宽带型宽带型v窄带型采用具有选频作用的谐振网络作负载，又窄带型采用具有选频作用的谐振网络作负载，又称为称为谐振功率放大器谐振功率放大器；放大等幅信号的谐振

3、功放一般工作于丙类，放大等幅信号的谐振功放一般工作于丙类，为了提高效率；为了提高效率；放大高频调幅信号的谐振功放一般工作于放大高频调幅信号的谐振功放一般工作于 乙类，以减小失真；乙类，以减小失真；v宽带型采用工作频带很宽的传输线变压器作为负宽带型采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载，可实现功率合成载，可实现功率合成.5高频功率放大器谐功放的特点谐功放的特点vv谐功放与低功放相比：谐功放与低功放相比：谐功放与低功放相比：谐功放与低功放相比：相同点：都要求Po大，高；不同点：工作频率 负载 工作状态 谐功放 几百KHz几百MHz 谐振网络 丙类或乙类 低功放 20Hz20KHz 电阻、变压器等非

4、谐振网络 乙类或甲乙类vv谐功放与小信号谐振放大器相比：谐功放与小信号谐振放大器相比：谐功放与小信号谐振放大器相比：谐功放与小信号谐振放大器相比：相同点：都是高频放大，负载均为谐振网络；不同点：谐功放谐功放谐功放谐功放是大信号放大器，主要考虑的是Po和，工作在丙类，负载 的作用是从失真的集电极电流中选出基波，滤除谐波；小信号谐放小信号谐放小信号谐放小信号谐放为小信号放大器，主要考虑Au，fbw和选择性，工作 在甲类，负载的作用是抑制干扰信号，不失真放大有用信号。6高频功率放大器谐功放的工作原理谐功放的工作原理 丙类谐功放丙类谐功放（一）放大器工作状态的分类1.通角通角 的概念：在信号的整个周期

5、中，电流导通的概念：在信号的整个周期中，电流导通角度的一半称通角角度的一半称通角 2.分类分类甲类甲类 180 乙类乙类 90 丙类丙类 90 上图中横坐标上图中横坐标uBE、纵坐标纵坐标iC7高频功率放大器v可见，甲类工作状态整个周期导通，即iC永远不为0，所以甲类管功耗大、效率低；乙类工作状态iC仅在半个周期导通，且iC正好是uCe负半周，管耗小、效率高（小于等于78%）；丙类工作状态90，iC仅在uCe较小的期间半个周期导通，故比乙类效率高，可达80%以上。v所以，高功放一般工作在丙类，且负载要用调谐回路，滤出谐波，保证完整基波。放大器工作状态的分类放大器工作状态的分类8高频功率放大器

6、高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是要求输出功率大和效率高输出功率大和效率高。两者间的差异总结如下:低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20,000 Hz，高低频率之比达l,000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百MHz、几GHz甚至几十GHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（5351,605 kHz的载波频段范围）的频带宽度为9 kHz，如中心频率取为900kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为

7、负载回路选频网络作为负载回路。1.按负载性质划分按负载性质划分9高频功率放大器低频功率放大器可工作于低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类甲类、甲乙类或乙类（限（限于推挽电路）状态；于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于高频功率放大器则一般都工作于丙类丙类（某些特殊情（某些特殊情况可工作于乙类）。况可工作于乙类）。2.按工作状态不同划分：按工作状态不同划分：10高频功率放大器分为甲、乙、丙三类工作状态。甲甲类放大器电流的流通角为360，适用于小信号低功率放大；乙乙类放大器电流的流通角约等于180；丙丙类放大器电流的流通角则小于180。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功

8、率和丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙高频功率放大器大多工作于丙类类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。3.按放大器电流通角（放大器在一个正弦周期内按放大器电流通角（放大器在一个正弦周期内导通的角度）的不同划分：导通的角度）的不同划分：11高频功率放大器不同点：比较低低 频频 功功 放放高高 频频 功功 放放工作频率工作频率 低（20Hz20KHz)高(几百KHz几百MHz)一个工作频率f

9、o相对带宽相对带宽 宽 fmax/fmin=1000窄 f/fo=百分之零点几到百分之几200KHz/20MHz=1%工作状态工作状态 甲、乙类推挽丙类负载负载 无调谐负载阻性(扬声器)选频网络(LC谐振回路、具有选频功能的集成模块）效率效率 低高小结12高频功率放大器 高频功率放大器的主要技术指标除输出功率与效率外，还要求输出中的谐波辐射分量尽量小要求输出中的谐波辐射分量尽量小，以免对其他频道产生干扰。国际间对谐波辐射规定有两个标准：（1）对中波广播来说，在空间任一点的谐波场强对基波场强之比不得超过0.020.02；（2）不论电台的功率有多大，在距电台1km处的谐波场强不得大于5050 V

10、Vmm。在一般情况下，假如任一谐波的辐射功率不超过25mW25mW，即可认为满足上述要求。13高频功率放大器读一读1、谐振功率放大器的电路组成与工作原理电路中VBB为放大器提供一反向偏置电压VBB，从而使放大器静态时为截止状态L1与C1、L2与C3均调谐在fi=fc=30MHz，起滤波和谐振负载作用。14高频功率放大器设输入电压ub=Ubmcosct，则BJT发射结上电压 uBE=VBB+ub=VBB+Ubmcosct 对于如图2.24所示电路的NPN型管来说，只有在激励信号uBE为正值的一段时间（+至）内才有集电极电流产生.15高频功率放大器图2.29 谐振功率放大器的通角 如图2.29所示

11、。由图可知，2 是在一周期内的集电极电流流通角，因此，可称为半流通角或截止角（意即t=时，电流被截止）。为方便起见，以后将 简称为通角简称为通角。由图2.29可以看出:周期性余弦电流脉冲16高频功率放大器 显然，iB为一周期性余弦电流脉冲，iC幅度比iB大得多，但波形和iB相似，也是周期性余弦电流脉冲。可将集电极余弦电流脉冲iC按傅里叶级数分解为 iC=IC0+ic1+ic2+=IC0+Ic1mcosct+Ic2mcos2ct+式中，IC0为iC的直流分量，Ic1m、Ic2m 分别其基波分量和各次谐波分量振幅，它们均是 的函数。由于回路对基频谐振基频谐振，呈纯电阻RP，并联谐振回路谐振时等效电

12、阻最大,而对其他谐波的阻抗很小，故:只有基频电流与基频电压才能产生输出电压，因此 uc=RPIc1mcosct=Ucmcosct则 uCE=VCC uc=VCC Ucmcosct由上述分析可得谐振功率放大器的各极电压与电流波形如图2.30所示。17高频功率放大器丙丙类类谐谐振振功功放放各各电电流流电电压压波波形形示示意意图图余弦电流脉冲基频谐振18高频功率放大器图2.30 谐振功率放大器的电压和电流波形 19高频功率放大器参见图2.30，令（2.1）式中、等是 的函数，称为尖顶余弦脉冲的分解系数尖顶余弦脉冲的分解系数尖顶余弦脉冲的分解系数尖顶余弦脉冲的分解系数，可以推出（2.2）直流分解系数直

13、流分解系数基波分量分解系数基波分量分解系数二次谐波分量分解系数二次谐波分量分解系数20高频功率放大器等与 的关系见图2.31。图2.31 余弦脉冲的分解系数21高频功率放大器余弦脉冲分解系数余弦脉冲分解系数v由图可以看出：v谐波分量的次数越高，振幅越小；v对于某次谐波，存在一通角使an()取得最大值；v对于丙类谐功放，ao()和a1()都随的增加而增大，而波形系数g1()随的增加而减小；22高频功率放大器功率关系功率关系 1.输出功率输出功率P0 其中其中 IC1m为为iC中基波振幅中基波振幅 UCm为负载两端电压振幅为负载两端电压振幅23高频功率放大器2.功率关系功率关系效率效率 P0/Pv

14、v其中其中Pv为集电极直流电源提供的直流功率为集电极直流电源提供的直流功率（利用基极激励控制，使其转换为交流功（利用基极激励控制，使其转换为交流功率）率）PvVCC IC0 PT为集电极耗散功率为集电极耗散功率 PTPvP024高频功率放大器功率关系功率关系v集电极电压利用系数：集电极电压利用系数：v集电极电流利用系数：集电极电流利用系数：v显然：显然：越大，越大，g1（）越大，效率越高越大，效率越高.25高频功率放大器输出功率输出功率 看余弦脉冲分解系数曲线，输出功率Po最大应选择通角为120，但此时效率C并不是最高。26高频功率放大器V效率效率v由上式可求得不同工作状态下放大器效率分别为：

15、由上式可求得不同工作状态下放大器效率分别为：甲类工作状态，甲类工作状态，=180，g1()=1，c=50%；乙类工作状态，乙类工作状态，=90，g1()=1.57，c=78.5%；丙类工作状态，丙类工作状态，=60，g1()=1.8，c=90%n为提高效率为提高效率 C应考虑两点：应考虑两点：选择合适的通角选择合适的通角 ，为兼顾为兼顾Po能够较大，最佳通角能够较大，最佳通角 取取6575（条件是（条件是Icmax为定值、为定值、R为定值）。为定值）。提高电压利用系数提高电压利用系数，即应即应R，并，并Ubm。就是说就是说R对对 C、Po有最佳取值。有最佳取值。27高频功率放大器结论结论v从前

16、面的的讨论知道，丙类谐振功率放大器在大信号激励下可获得大功率、高效率。实际调整电路时，晶体管选定后即 gm、Uon一定，还要注意Vcc、VBB、Ubm、R 等参数对功率放大器工作状态的影响。v例题见书P2428高频功率放大器读一读 高频功率放大器的工作状态取决于负载阻抗负载阻抗RP和电压VCC、VBB、Ubm四个参数。为了说明各种工作状态的优缺点和正确调节放大器，就必须了解工作状态随这几个参数而变化的情况。如果维持三个电压参数不变，那么工作状态就取决于RP。此时各种电流、输出电压、功率与效率等随RP而变化的曲线，就叫负载特性（曲线）（负载特性（曲线）（load characteristiclo

17、ad characteristic）。）。在讨论负载特性之前，应先讨论动态特性（动态特性（dynamic dynamic characteristiccharacteristic）。）。谐振功率放大器的动态特性与负载特性谐振功率放大器的动态特性与负载特性谐振功率放大器的动态特性与负载特性谐振功率放大器的动态特性与负载特性29高频功率放大器 丙类谐功放的性能分析丙类谐功放的性能分析v在基极输入电压ub的作用下，V将经历不同的工作区域，因此放大器将工作在不同的状态；v当ub不大以致uBE1时，则简化为：Rp Q2eRs Xp Xs37高频功率放大器习题习题:1.一谐振功率放大器一谐振功率放大器,若

18、分别工作在甲、乙、丙三种不同若分别工作在甲、乙、丙三种不同工作状态，且效率分别为工作状态，且效率分别为50%、75%、85%。（1）当）当PO5W时，三种工作状态下的时，三种工作状态下的PT各为多少？各为多少？（2）若保持）若保持PT1W不变，则三种工作状态下的不变，则三种工作状态下的PO各各为多大？为多大？38高频功率放大器习题:2.某谐振功率放大器的某谐振功率放大器的VCC12V，负载谐振电阻，负载谐振电阻R50。设。设0.90，75。，求，求PO和和。（已知（已知0（75。）0.269，1（75。）0.455）。）。3.一谐振放大器工作在临界状态，若外接负载电阻突一谐振放大器工作在临界状

19、态，若外接负载电阻突然短路，问电路工作状态如何变化？功率管工作是否然短路，问电路工作状态如何变化？功率管工作是否安全（设安全（设RL以并联形式接于谐振回路）？以并联形式接于谐振回路）？39高频功率放大器4.谐振功率放大器工作在欠压区，要求输出谐振功率放大器工作在欠压区，要求输出功率功率PO5W。若。若VCC24V，VBBUon，R53，求，求PV和和（已知（已知0（90。）0.319，1（90。）0.500）。）。5.欲将工作在过压状态的谐振功率放大器调至临界欲将工作在过压状态的谐振功率放大器调至临界状态，可通过改变哪些参数来实现？状态，可通过改变哪些参数来实现？40高频功率放大器6.一谐振功

20、率放大器设计工作在临界状态，一谐振功率放大器设计工作在临界状态，实测时发现实测时发现PO仅为设计值的仅为设计值的60%，而，而IC0却略却略大于设计值，问放大器工作在什么状态？如大于设计值，问放大器工作在什么状态？如何调整才能使何调整才能使PO和和IC0接近设计值？接近设计值？7.某谐振功放工作在临界状态，已知某谐振功放工作在临界状态，已知R200，IC090mA，VCC30V，90。，求求PO与与。（已知（已知0（90。）0.319，1（90。）0.500）。）。41高频功率放大器9.若某二倍频器工作于临界状态，若某二倍频器工作于临界状态，60。现。现将输入信号频率提高一倍而幅度不变，问负将

21、输入信号频率提高一倍而幅度不变，问负载功率和工作状态各如何变化？载功率和工作状态各如何变化？10.若两个谐振功率放大器的回路元件参数相同，若两个谐振功率放大器的回路元件参数相同，输出功率分别为输出功率分别为1W和和0.6W。现同时增大两。现同时增大两放大器的放大器的VCC，发现原，发现原PO1W放大器的输出放大器的输出功率增加不明显，而另一放大器的输出功率功率增加不明显，而另一放大器的输出功率增加明显。试分析其原因。若要增大原增加明显。试分析其原因。若要增大原PO1W放大器的输出功率，还应采取什么措施放大器的输出功率，还应采取什么措施（不考虑功率管的安全工作问题）。（不考虑功率管的安全工作问题）。42高频功率放大器11.一单管谐振功放的一单管谐振功放的PO1W，现用两管并联，现用两管并联代替单管，并维持代替单管，并维持VCC，VBB，Ubm和和R不变，不变，发现放大器工作在临界状态。问放大器原来发现放大器工作在临界状态。问放大器原来工作在什么状态？估算两管并联后的输出功工作在什么状态？估算两管并联后的输出功率？率？43