谐振功率放大器动态特性分析.ppt

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1、第二章 射频电子系统中的放大器设计,2.2 高频谐振功率放大器（2.2.12.2.6）,上节内容回顾与扩展,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,分析方法：折线近似分析法。(大信号),工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真）,上节内容回顾与扩展,高效率、大输出功率。谐波、杂散波。,4,甲、乙、丙类三种工作状态下的转移特性分析,为了实现丙类工作，基极偏量电压UBB应设置在功率管的截止区。,上节内容回顾与扩展,5,丙类工作状态导通角定义为集电极电流在一个周期内导通时间的一半。丙类,上节内容回顾与扩展,6,采用LC谐振回路 滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量实现阻抗

2、匹配,丙类工作效率高,上节内容回顾与扩展,上节内容回顾与扩展,输入、输出方程？,从原理图可以看出，谐振高频功率放大器的特点是：1、为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为负偏置，由VBB来保证。流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；2、负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。,VBZ,上节内容回顾与扩展,VBZ理想化晶体管的导通电压或称截止电压。gc 正向传输特性的斜率,该斜线称为饱和临界线，其斜率为gcr,9,丙类状态下的转移特性,集电极电流是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期。,折线近似分析法：功率放大电路是大信号

3、工作,而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性,这样将使分析比较复杂。为简化分析,可以将晶体管特性曲线理想化,即用一条或几条直线组成折线来代替。,10,2.5 丙类高频谐振放大器性能分析,iC的傅里叶级数展开:,n次谐波的分解系数,假设LC谐振回路具有理想滤波特性，也即谐振回路调谐于基波，对基波呈现大的阻抗，而对其他分量呈现的阻抗很小。,11,2.5 丙类高频谐振放大器性能分析,假设：谐振回路具有较好滤波特性。各谐波电压相对基波电压很小，可忽略不计。,谐振电阻：,直流功率：,输出功率：,其中,损耗功率：,集电极效率：,集电极电源电压利用系数：,因此导通角 决定了,上节内容回顾与扩展,尖顶余弦

4、电流分解系数图,倍频器：2倍频器，3倍频器。,上节内容回顾与扩展,上节内容回顾与扩展,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的电路参数Rp和电压 VBB、Vb、VCC。,分析四个参数Rp和电压VCC、VBB、Vb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。,上节内容回顾与扩展,A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）虚拟的静态工作点IQ=gc(VBB-VBZ),V0,gd,用截距法画动态负载线。用两点（A,Q）确定动态负载线。,A,V0,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,1、动态负载线,0,Vbemax,A(V

5、cemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）虚拟的静态工作点IQ=gc(VBB-VBZ),建立由Rp和VCC、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（Ic与Uce的关系曲线。）,V0,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,1、动态负载线,B,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,一、负载特性,vbe,过压区,临界区,欠压区,A1,A5,A3,A4,A2,V0,V0,V0,RP变化对集电极余弦脉冲的影响,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,一、负载特性,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,一、负载特性,欠压、过压、临界三种工作状态的特点：,欠压：恒流，Vcm变化，

6、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,恒流源,恒压源,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,二、调制特性,（1）集电极调制特性（Vcc的影响）,不变,不变,不变,不变,不变,不变,不变,负载线斜率,不变,或,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,二、调制特性,（1）集电极调制特性（Vcc的影响）,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,二、调制特性,（1）集电极调制特性（Vcc的影响）,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,二、调制特性,（1）集电极调制特性（Vcc的影响）,2.2.3 高频谐振功放的

7、动态特性,二、调制特性,（2）基极调制特性（VBB的影响）,向正向增加,增加,下降,增加,增加,下降,下降,虚拟工作点电流,下降,虚拟工作点向上平移，状态从欠压到临界，甚至到达过压工作状态。,A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）IQ=gc(VBB-VBZ),2.2.3 高频谐振功放的动态特性,二、调制特性,（2）基极调制特性（VBB的影响）,过压区,临界区,欠压区,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,二、调制特性,（2）基极调制特性（VBB的影响）,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,二、调制特性,（2）基极调制特性（VBB的影响）,2.2.3 高频谐振功放的动态特性,三、放大特

8、性,增加,增加,减小,增加,增加,不变,减小,减小,A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）IQ=gc(VBB-VBZ),2.2.3 高频谐振功放的动态特性,三、放大特性,高频谐振功放的例题,高频谐振功放的例题,高频谐振功放的例题,2.2.4 高频谐振功放的馈电线路,馈电线路的作用？1、保证集电极合适的工作电压2、保证基极偏置使工作于丙类交流电路的设计要求？1、交流分量需通过谐振回路2、外电路对直流应近似短路3、外电路应保证波形不失真，对交流谐波短路。,2.2.4 高频谐振功放的馈电线路,1、谐振功放的组成直流馈电和各种不同用途的输入输出端电路2、管外电路输入电路（基极经外电路到发射

9、极的电路）输出电路（从功率三极管集电极经外电路到发射极的电路）3、组成规律集电极基极4、集电极电路对不同频率 信号的等效电路5、阻隔元件的作用,Ic0,Ic1,Icn,Ib0,Ib1,Ibn,2.2.4 高频谐振功放的馈电线路6、集电极馈电线路-串馈,2.2.4 高频谐振功放的馈电线路6、集电极馈电线路-并馈,A,B,D,C,+VC _,+VC _,2.2.4 高频谐振功放的馈电线路7、基极馈电线路,+Vb _,+Vb _,+Vb _,A,B,VBB如何产生？,2.2.4 高频谐振功放的馈电线路7、基极馈电线路自给偏压,VBB如何产生？,2.2.5 高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配

10、网络,工作在所需状态时的,匹配网络,滤波度：,愈大，匹配网络滤波效果愈好。,匹配网络同时又是选频网络。匹配网络还可起到隔离作用。,2.2.5 高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络,射频功率放大器中，阻抗匹配网络是为了实现有效的能量传输。,匹配网络也会引起损耗：中介回路效率为：,实际放大器的效率为：,存在中介回路效率:,匹配网络应保证一定的通频带，结构要简单，调整要方便。,2.2.5 高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络,1输出匹配网络,2.2.5 高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络,1输出匹配网络,中介回路效率：,Ik为回路电流有效值,2.2.5 高频谐振

11、功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络,1输出匹配网络,中介回路效率：,1,0,末级功放匹配的概念？,2.2.5 高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络,1输出匹配网络,型匹配网络,2.2.5 高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络,1输出匹配网络,T型匹配网络,2.2.5 高频谐振功率放大器的 输出匹配网络与级间匹配网络,2级间匹配网络,中间级,输出级,应保证负载变化，输出电压恒定,恒流源,恒压源,恒压源,2.2.6 高频谐振功率放大器的 实际电路,(P 216-217)2-9 2-112-122-132-142-152-182-19,Please hand your home work on time！,HOMEWORK,