一章节非谐振功率放大器.ppt
第一章 非谐振功率放大器,1-1 功率放大器概述,一、功放的任务与功率管安全工作条件1.任务：功率管在安全工作的条件下，非线性失真在允许的范围内，高效率地输出大的功率。2.功率管安全工作的条件 PCmaxPCM vCEmaxV(BR)CEO iCmaxICM,二、功率放大器的分类,按负载性质分,纯阻负载（非谐振功放）,电抗性负载（谐振功放）,甲类单管（变压器耦合）,乙类推挽（变压器耦合）,无输出变压器（OTL或OCL）,集成功放,宽带高频功率放大器（传输线变压器）,线性谐振功放,丙类谐振功放,高效率功放（丁类、戊类、己类）,二、功率放大器的分类（续）,按流通角划分,甲类功放 180o,乙类功放 90o,甲乙类 90o 180o,丙类 90o,高效率功放 90o 开关工作状态,三、功率放大器能量关系,电源供给功率集电极输出功率集电极平均管耗集电极效率传输效率放大器效率,四、分析方法（图解法）,1.变压器耦合甲类单管功率放大器电路及各元件作用原理电路,各元件的作用 交流负载RL,若RT1=RT2=0,若RT1，RT20（或 其中有一不为零）,与交流放大器的区别,1）确定静态工作点Q求IBQ确定直流负载线,2.图解分析,2.图解分析,2）确定交流负载线3）画出波形4）写出iC、vCE 表达式,其中：,电压利用系数,2.图解分析,5）匹配、充分激励的概念匹配：工作点Q处在交流负载线的中心充分激励（不匹配）：工作点确定为获得最大输出功P omax(不失真)对应最大激励信号时的状态匹配并充分激励：最大输出功率Pomax P omax,3.能量估算,电源供给功率集电极输出功率集电极平均管耗集电极效率,4.结论,1）一旦电路确定，甲类单管功放PD为恒值。若vi=0，则PCmax=PD2）匹配情况下，匹配负载值是唯一的；在匹配并充分激励的情况下：,4）欲想提高Pomax主要受到PCM限制,3）PO大小与交流负载RL 及工作点Q有关,5.甲类单管存在问题及解决途径,问题：功率小、损耗大、效率低原因：工作点设置太高解决思想方法：,为保证输出电路波形不失真，采用推挽电路形式,1-2 乙类推挽功率放大器,一、变压器耦合乙类推挽电路1）原理电路,一、变压器耦合乙类推挽电路（续1）,2）工作原理 令VBE(on)=0,3）元件作用,Tr1完成两管交替导通Tr2完成阻抗匹配和上下波形的合成，形成完整的正弦波。,一、变压器耦合乙类推挽电路（续2）,4）能量估算,一、变压器耦合乙类推挽电路（续3）,5）安全工作条件,提高Pomax主要受到V(BR)CEO和ICM的限制,一、变压器耦合乙类推挽电路（续4）,6）非线性失真交叉失真（或交越失真）,现象 原因：设VBE(on)=0，实际VBE(on)0 措施：对T1，T2发射结适当加入正偏压,一、变压器耦合乙类推挽电路（续5）,7）存在问题及解决途径,问题：解决途径去掉Tr2 OTL电路,一、变压器耦合乙类推挽电路（续6）,二、无输出变压器的互补推挽功放,1.OTL电路1)类型：同型，异型,共同点：有公共负载 RL，有两个电源 VCC/2 不同点：同型管构成的需两个激励源 异型管构成的只需一个激励源,1.OTL电路（续1）,2)互补对称的OTL电路及工作原理,原理：,图解分析：,电路：,A,1.OTL电路（续2）,3)OTL电路存在的问题,措施：a)在末级两管射极加入反馈电阻,存在交叉失真,采用形式:a)R与D1,D2串联，VB2B3VBE2(on)+VBE3(on),b)加一电阻R，R两端并联一只大容量的交流旁路电容,c)恒压偏置电路,措施：可在两管B2B3之间加适当正偏压,直接耦合导致工作点漂移,b)采用二级电压并联负反馈,1.OTL电路（续3）,3)OTL电路存在的问题（续）,难选择到互补对称管,措施：采用复合管替代末级互补对称管,不能充分利用末级互补对称管,原因：推动级T1工作在甲类，R直负=RCR交=RC/Ri3,措施：引入自举电路，使R交负R直负,1.OTL电路（续4）,4)实际OTL电路（或准互补对称的OTL电路）,电路：,优点：,a)克服工作点漂移,b)克服交叉失真,c)克服异型互补对称管选管困难,d)引入自举电路,克服了不能充分利用末级互补对称管,1.OTL电路（续5）,5)能量估算,6)调整,波形出现交叉失真（调RW）,静态VA=（调R1,R3）,2.OCL电路,1)电路：,2)原理：与OTL电路相同3)与OTL不同：CL去掉，改成两个电源VCC供电调整：（静态时）使VA=0(V)，IL=0,A,一、集成电路要求与特点1.要求:大电容，大电阻，电感外接 二极管用三极管连接替代 晶体管数目不限2.特点:,1-3 集成低功放,1.内部电路,二、举例：DG4100集成功放芯片,T1、T2差分输入级,T3、R4、R5、T5组成分压电路,T4、T7:二级电流串联负反馈放大器,T5、T6有源负载,T8、T12、T13、T14互补对称OTL功放,二、举例：DG4100集成功放芯片,2.框图,差分输入(单入、单出）,电流串联负反馈I,电流串联负反馈II,准互补对称的 OTL电路,两级电流负反馈放大,电平移位,前置电压放大,对激励信号放大,1-4 宽带高频功放和功率合成技术,一、传输线变压器1.结构与性能结构：,分解,二根导线（传输线）,可为同轴线、平行线、双绞线、高强度漆包线,变压器,性能：,一、传输线变压器,2.工作原理,端口电压相等,例：1:1倒相器,Ri:RL=1:1Vi=V，Vo=-V,流过传输线电流大小相等，方向相反,一、传输线变压器,3.常用的传输线变压器,1)1:1 倒相器 2)1:1平衡与不平衡变换器,i)1:1平衡变不平衡变换器,ii)1:1不平衡变平衡变换器,一、传输线变压器,3.常用的传输线变压器（续1）,3)m:1传输线变压器,一般构成原则：n个1:1 理想的传输线变压器与一根短路线始端相串，终端相并称为m:1传输线变压器,m=(1+n)2,n:n 个1:1理想传输线变压器,1:一根短路线,其中,一、传输线变压器,3.常用的传输线变压器（续2）,4)1:m传输线变压器,一般构成原则：n个1:1 理想的传输线变压器与一根短路线始端相并，终端相串称为1:m传输线变压器,m=(1+n)2,n:n 个1:1理想传输线变压器,1:一根短路线,其中,一、传输线变压器,4.存在问题 1)阻抗比不能实现任意比值,2)频带宽，谐波分量多，导致非线性失真,二、宽带功率合成技术,1.宽带功率合成的涵义 它指用传输线变压器构成混合网络作为功率放大器的极间耦合网络或多级这样放大器级联实现功率合成或分配的技术。用4:1或1:1传输线变压器构成混合的网络称为魔T型网络。,二、宽带功率合成技术,2.特点 1)若有几个功放，每个对负载提供功率为P，则n个对负载提供功率为nP。2)n个功放之间彼此相互隔离，若其中一个损坏，不影响其他功放正常工作。,二、宽带功率合成技术,3.魔T型网络1)用4:1或1:4传输线变压器构成的魔T型网络 i)魔T型网络结构,ii)理想魔T网络条件 设1:4或4:1特性阻抗为R，则理想魔T网络,二、宽带功率合成技术,3.魔T型网络（续1）1)用4:1或1:4传输线变压器构成的魔T型网络 iii)魔T网络可等效为：,二、宽带功率合成技术,3.魔T型网络（续2）2)用两个1:1传输线变压器构成的魔T网络 i)结构,ii)理想魔T网络条件 设1:1传输线变压器的特性阻抗为R，则理想魔T网络,二、宽带功率合成技术,3.魔T型网络（续3）3)理想魔T网络性能,i)功率合成,同相合成,反相合成,同相功率合成,反相功率合成,二、宽带功率合成技术,3.魔T型网络（续4）3)理想魔T网络性能,ii)功率分配,同相功率分配,反相功率分配,同相分配,反相分配,二、宽带功率合成技术,3.魔T型网络（续5）4)举例：有一个阻值为Rg的信号源vg，试设计一个三分配器，并分别求各电阻值。,设Tr2，Tr3特性组均为R,
