高频电子线路(第四版)第6章高频功率放大器.ppt

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1、,声音,图 1.2.8 调幅发射机方框图,6.1 概述,6.1 概述,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。,CE,CC,CB,1.谐振（高频）功放与非谐振（低频）功放的比较,相同:要求输出功率大，效率高,非线性(大信号),不同:,低频（音频）:20Hz20kHz,高频（射频）:,（以调幅为例）,已调信号,AM广播信号:,535kHz1605kHz，BW=10kHz,谐振与非谐振(工作状态),高频窄带信号,工作频率与相对频宽不同,6.1 概述,功率放大电路的主要特点,输入为大信号要求输出功率尽可能大,管子工作在接近极限状态效率要高非线性失真要小BJT的散热问题(管子的保护),(a)

2、甲类 class-A amplifier,(b)乙类 class-B amplifier,(c)甲乙类 class-AB amplifier,(d)丙类 class-C amplifier,2.分类,6.1 概述,流通角:一个周期内有电流流通的相角.,6.1 概述,3.要解决的问题,减小失真（线性度）,管子的保护,提高输出功率,提高效率,丙类(C类)放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。,4.效率与失真矛盾的解决,6.1 概述,4.效率与失真矛盾的解决,丙类,6.1 概述,6.1 概述,功能：将直流功率转换为交流信号功率。,主要指标：输出功率与效率,工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失

3、真）,分析方法：折线近似分析法。(大信号),高频谐振功率放大器,6.2 谐振功率放大器的工作原理,6.2.1 获得高效率所需要的条件,6.2.2 功率关系,6.2.1 获得高效率所需要的条件,小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于：工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类。因此，采用负电源作基极偏置。,图 6.2.1 高频功率放大器的基本电路,失真,图1 非线性工作的晶体三极管集电极电流与静态工作点 和输入信号大小的关系(a)静态工作点处于放大区,1.iC 与vBE同相，与vCE反相；,2.iC 脉冲最大时，vCE最小；,3.导通角和vCEmin越小，Pc越小；,6.2.1 获得高效率

4、所需要的条件,6.2.2 功率关系,电路正常工作（丙类、谐振）时，,外部电路关系式：,谐振回路,直流功率：,输出交流功率：,集电极效率：,集电极电压利用系数,波形系数,6.2.2 功率关系,6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法,集电极余弦电流脉冲的分解,高频功率放大器的动态特性与负载特性,各极电压对工作状态的影响,工作状态的计算(估算)举例,晶体管特性曲线的理想化及其解析式,6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法,集电极余弦电流脉冲的分解,高频功率放大器的动态特性与负载特性,各极电压对工作状态的影响,晶体管特性曲线的理想化及其解析式,6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法,

5、0,为了对高频功率放大器进行定量分析与计算，关键在于求出电流的直流分量Ic0与基频分量Icm1。,最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角c的关系，以便于电路设计和调试时，对放大器工作状态的选择指明方向。,考虑到谐振功率放大器工作于丙类（非线性、大信号）状态，采取图解法与数学解析分析相折中的办法：折线近似分析法。,6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法,6.3.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式,图 6.3.1 晶体管的输出特性及其理想化,iC=gcrvCE,欠压,临界,过压,End,图 6.3.2 晶体管静态转移特性及其理想化,iC=gc(vBEVBZ)(vBE VBZ),6.3

6、.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式,以上建立了晶体管的简化分析模型，下面求解集电极余弦脉冲电流中的各个频率分量。首先，写出其表达式。,iC=gc(vBEVBZ)(vBE VBZ),=gc(VbmcostVBZVBB),=gcVbm(costcos c),=gcVbm(1cos c),当t=0时，iC=iC max,取决于脉冲高度iC max与通角c,当t=c时，iC=0,6.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解,6.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解,图6.3.3 尖顶余弦脉冲,由傅里叶级数求系数，得,其中：,尖顶余弦脉冲的分解系数,波形系数,下面分析基波分量Icm1、集电极效率c和输出功率Po

7、随通角c变化的情况，从而选择合适的工作状态。,尖顶脉冲的分解系数,当c120时，Icm1/iCmax最大。在iCmax与负载阻抗Rp为某定值的情况下，输出功率将达到最大值。但此时放大器处于甲乙类状态，效率太低。,6.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解,图6-9 尖顶脉冲的分解系数,由曲线可知：极端情况c=0时，,如果此时=1，c可达100%。,为了兼顾功率与效率，最佳通角取70左右。,End,6.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解,下面分析基波分量Icm1、集电极效率c和输出功率Po随通角c变化的情况，从而选择合适的工作状态。,6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性,因此，下面分析四个参数

8、Rp和电压VCC、VBB、Vbm的变化对工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明各种工作状态的特点，为工作状态的调整提供参考。,集电极效率c和输出功率Po是否能最佳实现最终取决于功放中外部电路参数Rp和电压 VBB、Vbm、VCC。,6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性,1.高频功放的动态特性-为一直线,下面通过折线近似分析法定性分析其动态特性，首先，建立由Rp和VCC、VBB、Vbm 所表示的输出动态负载曲线。,2.高频功放的负载特性,vbe,过压区,临界区,欠压区,6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性,2.高频功放的负载特性,vbe,过压区,临界区,欠压区,6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性,2.高频功放的负载特性,过压区,临界区,欠压区,6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性,End,欠压、过压、临界三种工作状态的特点：,结论：,欠压：恒流，Vcm变化，Po较小，c低，Pc较大；,过压：恒压，Icm1变化，Po较小，c可达最高；,临界：Po最大，c较高；,最佳工作状态,发射机末级,中间放大级,2.高频功放的负载特性,6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性,