第5章高频调谐功率放大器.pptx

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1、（1）使用高频功放的目的从图中可见，高频功放是无线发射机的重要组成部分无线发射机无线接收机目的：放大高频大信号,使发射机末级获得足够大的发射功率。第1页/共63页（2）功率放大器使用中需解决的两个问题高效率输出高功率输出高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和高。联想对比：第2页/共63页（3）高频功率放大器的种类谐振功率放大器（学习重点）特点是负载是一个谐振回路，功率放大增益可以很大，一般用于末级；不易于自动调谐。宽带功率放大器（了解即可）特点是负载是传输线变压器，可在很宽的频带内对高频信号进行功率放大；功率增益有限，一般用于中小功率级。第3页/共63页（4）工作状态三极管四

2、种工作状态 根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分乙类：导通角等于180甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180丙类：导通角小于180第4页/共63页 工作状态 半导通角 理想效率 负 载 应 用 甲类 c=180 50%电阻，回路 低频，高频 乙类 c=90 78.5%推挽 低频 甲乙类 90c180 50%h78.5%推挽 低频 丙类 c90 h 78.5%选频回路 高频 丁类 开关状态 90%100%选频回路 高频 （4）工作状态 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或

3、乙类工作状态；谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小)，其工作状态通常选为丙类工作状态(c90)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。第5页/共63页高频小信号放大器高频功率放大器放大器原理电路（5）高频功放与高频小信号放大器的比较第6页/共63页icebtooictVBZ相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。谐振功率放大器波形图小信号谐振放大器波形图icQebtooict（5）高频功放与高频小信号放大器的比较第7页/共63页（5）高频功放与

4、高频小信号放大器的比较高频小信号高频小信号放大器放大器高频功放高频功放电路性质线性非线性应用场合发射机送给功放的信号接收机天线送来的信号发射机末端放大器类型甲类丙类集电极输出波形与输入信号一致余弦脉冲设计的目的信号波形放大、传输将电源的能量尽可能以信号的形式输出最关心的指标电压增益效率第8页/共63页（6）高频（谐振）功放与低频功放的区别低频功放低频功放高频功放高频功放工作频率音频(3003400Hz)射频应用场合接收机末端发射机末端负载纯电阻LC谐振回路放大器类型甲类或乙类丙类相同之处：要求输出功率大、效率高。不同之处：工作频率、相对频宽、放大器负载、放大器的工作状态不同。第9页/共63页（

5、7）高频功放的主要技术指标主要指标：输出功率效率（将电源能量转换成输出信号能量的能力）大家应当了解的工程指标谐波场强20的场强与0的场强之比小于万分之二在发射机1km处20的场强小于50(uV/m)谐波功率（小于25mW）第10页/共63页注意:该电路和小信号调谐放大器的不同(bias)5.2.1 放大器原理电路放大器原理电路第11页/共63页各元件的作用：各元件的作用：Ec（V VCCCC）是直流电源电压；是直流电源电压；Eb（Vbb）是基极是基极偏置电源电压。偏置电源电压。输入信号输入信号经变压器经变压器T1 耦合到晶体管基耦合到晶体管基-射极，射极，这个信号也这个信号也叫激励信号。叫激励

6、信号。L、C 组成并联谐振回路，作为集电极负载，组成并联谐振回路，作为集电极负载，这个回路也叫这个回路也叫槽路。槽路。放大后的信号通过变压器耦合到负载放大后的信号通过变压器耦合到负载 RL上以上以达到阻抗匹配的要求。达到阻抗匹配的要求。第12页/共63页电路图中各变量关系及波形分析分析第一步：输入信号有反向偏置电压，从而输出为余弦脉冲vBEiCtiC t第13页/共63页分析第二步：把集电极余弦电流脉冲看成一系列电流源的叠加等效为了分析更清晰，先假设没有抽头由于LC的选频作用第14页/共63页ictccic1ic2ic3IcoIcmax注意：高频调谐功率放大器，选频的对象是：集电极电流 ic中

7、的不同频率成分。集电极余弦脉冲电流分析 第15页/共63页分析第三步：VCC减去vo得到集电极电压vCtvC第16页/共63页第17页/共63页第18页/共63页分析第四步：把输入信号，集电极电流，集电极电压画到同一个坐标中（从图中可以读出很多关系）可以看出，vBEmax最大时，iC最大值iCmax，vC最小值vCmin第19页/共63页通过滤波器滤掉除了 之外的所有分量，实现只对信号频率的放大。回路失谐造成的后果：对输出来说，如果LC回路失谐，相当于滤波器的中心频率偏移，会使有用频率幅度降低，而使无用频率得到放大，从而使输出波形产生失真；对三极管来说，如果LC回路失谐，根据第三章知识，则LC

8、的导纳变大（阻抗变小），使回路电流增大，而且电压集中在三极管上，三极管可能由于功率过大而烧毁。第20页/共63页 为什么为什么i ic c的波形时有时无的波形时有时无,而而输出的波形输出的波形v vo o却能是连续的却能是连续的?如果能从频谱的角度来理解最好，即ic是有很多余弦分量相加而成的，经过滤波器将其他分量滤除，剩下的自然是一个基频余弦分量Icm1cost,这也是为什么要用选频网络作负载的原因。第21页/共63页功率关系和效率功率关系和效率第22页/共63页余弦脉冲可以看作是多个频率分量的叠加ticttt功率关系和效率第23页/共63页ictccic1ic2ic3IcoIcmax功率关系

9、和效率 第24页/共63页第25页/共63页tvC第26页/共63页谐振功放的特点n（1）放大高频大信号，属于非线性工作状态；n（2）基极偏置为负值，c90，丙类n（3）电流脉冲是尖顶余弦脉冲；n（4）负载是LC谐振回路。第27页/共63页讨论：讨论：不论由于上述什么原因使不论由于上述什么原因使Vcm增大时，则增大时，则也增大，从而使也增大，从而使 提高。提高。不不过过 也也不不能能任任意意提提高高，因因为为在在管管子子导导通通的的某一瞬间，集电极电压某一瞬间，集电极电压 vc下降的最小值为下降的最小值为 ，则则 ，当当减减小小到到一一定定程程度度（约约为为1 1 2V2V），晶晶体体管管进进

10、入入饱饱和和区区。此此后后虽虽然然Vcm仍仍可可增增大，大，vcmin进一步减小，电压利用系数也有所提高，进一步减小，电压利用系数也有所提高，但其变化缓慢极限为但其变化缓慢极限为1 1。第28页/共63页此折线可以表示为导通角和电流峰值分析第29页/共63页用折线分析法分析大输入信号vBiCttiC 第30页/共63页电流余弦脉冲ic的表达式iCtvB考虑在流通角内Vbm代入vB第31页/共63页cosc的表达式iCtvBVbm第32页/共63页电流最大值iCmax的表达式tiC iCmax恰好为cosc第33页/共63页直流分量：基波分量：n次谐波:0，1.n等仅与半通角有关第34页/共63

11、页c对高频谐振功放效率的影响余弦脉冲的分解系数第35页/共63页c对高频谐振功放效率的影响余弦脉冲的分解系数第36页/共63页5.3.3 高频功放动态特性及负载特性1.动态特性 高频放大器的工作状态是由负载阻抗Rp、激励电压vb、供电电压VCC、VBB等4个参量决定的。为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。在考虑了负载的作用后，所获得vC、vBE与ic的关系曲线叫做动态特性曲线。当vC、vBE同时变化时，icvC关系的动态特性曲线。（负载线）第37页/共63页t1.动态特性外部电路关系第38页/共63页负载线的表达式t代入第3

12、9页/共63页画出负载线iCt三极管工作三极管截止第40页/共63页负载线的Q点（注意是虚拟的）虚拟电流第41页/共63页iCt三极管工作三极管截止负载线的A点第42页/共63页放大器的三种工作状态之欠压状态iCt第43页/共63页放大器的三种工作状态之临界状态iCt第44页/共63页放大器的三种工作状态之过压状态iCt三极管工作区三极管饱和区第45页/共63页三种状态的波形汇总第46页/共63页功放的负载特性（即Rp变化对功率和效率的影响）vBEmaxicvCIcm1Ic0VcmRp欠压区过压区临界态第47页/共63页功放的负载特性（即Rp变化对功率和效率的影响）Icm1Ic0VcmRp欠压

13、区过压区临界态Rp欠压区过压区临界态P=PcPo第48页/共63页三种状态的小结（欠压状态特点）欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。第49页/共63页三种状态的小结（临界状态特点）临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。第50页/共63页三种状态的小结（过压状态特点）过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机

14、的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。第51页/共63页1.其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响第52页/共63页1.其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响临界过压区欠压区用于集电极调幅时要工作与过压状态第53页/共63页1.其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响第54页/共63页2.其他条件不变,Vbm改变对工作状态的影响第55页/共63页2.其他条件不变,Vbm改变对工作状态的影响临界欠压区过压区用于基极调幅时要工作与过压状态第56页/共63页2.其他条件不变,Vbm改

15、变对工作状态的影响第57页/共63页各变量对功放状态影响的总结第58页/共63页谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小)，其工作状态通常选为丙类工作状态(c90)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。小 结高频功放是谐振功放，其效率c=Po/P=Po/(Po+Pc)。甲、乙、丙类功放通过提高集电极输出功率，使信号输出功率增加；丁戊类功放通过降低集电极耗散功率，使信号输出功率增加。欠压和临界时，ic为余弦脉冲，过压时ic为余弦凹顶脉冲。第59页/共63页负载变化时，Ic1,Ico和Vc变化曲线，pc、po和p=和c变化曲线第60页/共63页VCC改变对工作状态的影响Vbm改变对工作状态的影响第61页/共63页1.已知高频功放的输出功率P0=5W，集电极电源电压Vcc=+24V，若要求功放集电极效率C=80%，则P=为（）A、6.25W B、5W C、11.25W D、1.25W 2.高功放中，Ubm对Ic1m、Ico的影响为（）A、B、C、3.丙类谐振功率放大器的半导通角 （）A、=180 B、90作业五第62页/共63页感谢您的观看！第63页/共63页