谐振高频功率.ppt

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1、发射机设计,RC低频振荡,LC低频振荡,功放分类：,甲类：一个周期内导通（2）,乙类：半个周期内导通（）,甲乙类：大于半个周期，小于一个周期内导通（）,丙类：小于半个周期内导通（）,丁类：工作在开关状态,戊类：工作在开关状态的基础上，采用特殊设计的集电极回路,从甲类到戊类的设计思想是为了提高功放电路的效率,第二章 谐振功率放大器,2.1 谐振功率放大器地工作原理,2.2 谐振功率放大器地性能特点,2.3 谐振功率放大器电路,2.4 高频功率放大器,第二章 谐振功率放大器,谐振功率放大器用谐振系统作为匹配网络地功率放大器。一般为丙类功率放大。主要应用在无线电发射机中，用来对载波信号或高频已调波信

2、号进行功率放大。在某些场合，例如对调幅波信号进行功率放大的发射机，为了保证调幅信号的包络不失真，一般都采用乙类工作，这种功率放大器又被称为：线性功率放大器。本章重点讨论丙类工作的谐振功率放大器。也对其它工作状态的谐振功率放大器进行介绍。,2.1 谐振功率放大器地工作原理,2.1.1 丙类谐振功率放大器,电路的特点 静态时，管子工作在截止区。由Lr和Cr及负载ZL组成并联谐振电路。,其中，,QL是有载品质因数,2.1 谐振功率放大器地工作原理,2.1.1 丙类谐振功率放大器,2.电路的工作原理因为静态时，管子处于截止状态。所以当有信号输入时，只有当瞬时的电位高于0.6V时，才能有ib电流并形成i

3、c电流。因此形成的脉冲串的宽度均小于半个周期。,返回,2.1 谐振功率放大器地工作原理,2.1.1 丙类谐振功率放大器,根据傅里叶级数展开得到,利用谐振回路的选频特性，可以选取基波或者谐波。,平均量,基波分量,谐波分量,2.1 谐振功率放大器地工作原理,2.1.1 丙类谐振功率放大器,丙类电路的缺点：（功率和效率的矛盾）,功放电路的效率是随导通时间的减少而增大。但是随着导通时间的减小，基波分量的幅度Ic1m将相应减小，从而导致了放大器的输出功率减小。,解决的方法：提高输入激励电压幅度Vbm和让基极的直流偏置电压VBB的绝对值增大。但是同时又造成了三极管的反向偏压过高（VBB Vbm）。,2.1

4、 谐振功率放大器的工作原理,2.1.2 丁戊类谐振功率放大器,通过Tr的作用，把Vi变成极性相反的输入激励电压，使极性相同的两个管子在vb1和vb2足够大的情况下，轮流饱和导通和截止。,L、C、RL组成串联谐振回路，选取基波成分。只要谐振回路是高Q，则RL可以得到不失真的输出功率,一、丁类谐振功率放大器,2.1 谐振功率放大器的工作原理,2.1.2 丁戊类谐振功率放大器,二、戊类谐振功率放大器,因为考虑到管子的结电容和电路的分布电容的存在，导通到截止或逆过程均需要时间；管子的功耗增大。所以，丁类的效率可以达到90以上。电路的改进考虑是在一个管子处于饱和，而且其VCES是最小时才有电流。目的是为

5、了达到降低管子的功耗。,2.2 谐振功率放大器地性能特点,2.2.1 近似分析方法（准静态分析法）,1.因为集电极的负载是调谐回路，由此形成的电压是余弦波，流过的电流为脉动电流，而且ic与vce是互为确定的；所以，要准确分析靠非线性微分方程。,假设一：谐振回路是理想滤波器，只选取所需要的频率。,假设二：只是从静态的输入、输出特性曲线来考虑，高频 效应忽略。,2.2 谐振功率放大器地性能特点,2.2.1 近似分析方法（准静态分析法）,设定VBB、Vbm、VCC和Vcm四个电量的数值，并根据t0、15、30、45、决定vBE和vCE。并由vBE为参变量的输出特性曲线找出对应的动态点。最后确定ic的

6、波形。,2.图解分析法,2.2 谐振功率放大器地性能特点,2.2.1 近似分析方法（准静态分析法）,ic为脉动波形，根据傅里叶级数，可以知道ic的平均分量为Ico，基波分量振幅为Ic1m和谐波分量，由此可以决定：,谐振回路的Re,直流电源的功率,输出的交流功率,集电极的功率,功放电路的效率,至负载特性,2.2 谐振功率放大器地性能特点,2.2.2 欠压、临界和过压状态,工作状态分类分类的原则是否进入饱和区为界限。,2.工作状态不同时的对ic的影响,当VBB、Vbm、和VCC为定值时，因为,则电路的工作状态：A欠压状态，工作在放大区。A临界状态，A过压状态，工作进入饱和区。,A状态下，ic的值却

7、下降，而且出现下凹的波形。,返回,2.2 谐振功率放大器地性能特点,VBB、Vbm、VCC和Vcm四个电量对电路性能的影响,一、负载特性,图2-2-3是Re变化时，引起ic的变化波形。因为ic是脉冲波，而且是周期变化的，根据傅立叶级数展开，可以得到,直流分量,基波分量,还有谐波分量。,2.2 谐振功率放大器地性能特点,VBB、Vbm、VCC和Vcm四个电量对电路性能的影响,理论证明：,因为Re的变化，则导致Ico、Icm、Vcm、Po、PD、PC和C的变化。,但是若选取合适的Re，使电路工作在临界状态，则Po达到最大值，C的值较高，PC较小。所以，Re值称为谐振功率放大器的匹配负载。,Vce(

8、sat）是饱和压降,至公式页,Po则是所需的输出功率,2.2 谐振功率放大器地性能特点,VBB、Vbm、VCC和Vcm四个电量对电路性能的影响,二、调制特性（集电极调制和基极调制）,（1）集电极调制特性是指当VBB、Vbm和Re一定时，放大器性能随VCC变化特性。,从输入特性曲线可知，当VBB、Vbm为定值时，则vBEmax和ic的脉冲宽度也为定值。,当VCC由大变小时，相对应的vCEmin的动态点也必定由大变小。ic的值也将由大变小。并且出现下凹变化。,图2-2-2,2.2 谐振功率放大器地性能特点,VBB、Vbm、VCC和Vcm四个电量对电路性能的影响,（2）基极调制特性是指当VCC、Vb

9、m和Re一定时，放大器性能随VBB变化特性。,从输入特性可知（图2-1-2）VBB由负值向正值方向增大时，则,而且ic电流的脉冲和幅度也增加。工作状态也由欠压进入过压状态。,图2-1-2,2.2 谐振功率放大器地性能特点,（3）集电极调制电路和基极调制电路,2.2 谐振功率放大器地性能特点,VBB、Vbm、VCC和Vcm四个电量对电路性能的影响,三、放大特性,（1）当VCC、VBB和Re为定值时，放大性能会随着Vbm的大小变化而变化。,2.2 谐振功率放大器地性能特点,VBB、Vbm、VCC和Vcm四个电量对电路性能的影响,（3）限幅器Vbm的变化范围工作在过压状态，而且其Vbmmin不能低于

10、临界状态的对应的Vbm值（限幅门限值）。,（2）线性放大作用Vbm的变化范围必须在欠压区，可作为线性放大。但从放大特性可知，欠压区的特性曲线不是完全直线，会产生失真。实际电路可加负反馈或采用乙类推挽电路。,2.3 谐振功率放大器电路,2.3.1直流馈电电路,一、集电极直流馈电方式（1）串连馈电方式（2）并联馈电方式,两种直流馈电各有特点：串联式的滤波匹配网络处于直流的高电位上，网络元件不能直接接地。并联式的滤波匹配网络不处于直流电位上，因此可直接接地。但是Lc和Cc1的串联后并接在滤波匹配网络的两端，分布参数影响大。,共同特点是：Vcc都能够全部加到集电极上。,2.3 谐振功率放大器电路,2.

11、3.1直流馈电电路,二、基极直流馈电方式（1）分压式馈电方式（2）自给偏压馈电方式,2.3 谐振功率放大器电路,2.3.2 滤波匹配网络,要求：,1.把RL转变为适合放大电路所要求的Re，提高效率。,2.滤去高次谐波，选出所需的基波或者倍频信号。谐波抑制度为：,3.传输效率尽量接近1,2.3 谐振功率放大器电路,2.3.2 滤波匹配网络,传输网络设计考虑：,（1）因为谐波的抑制度与传输效率的要求是矛盾的。所以在网络的设计时，考虑到K要高，Hn也要高，因此在实际的匹配网络往往是采用Qe较低和，T及L型及由其组成的多级混合网络（Qe10）。,例：LC谐振回路分析（属于L型）,令：,满足oLrL,而且在高Qe的条件下,（oC）-1 RL,电路近似得到：,说明Qo为定值时，Qe越低，RL越大于rL，传输效率越高。,2.3 谐振功率放大器电路,2.3.2 滤波匹配网络,（2）网络分析中常用的串并联互换公式,串联转换为并联：,并联转换为串联：,2.3 谐振功率放大器电路,例题分析：例1,2.3 谐振功率放大器电路,例题分析：例2,