諧振功率放大器原理分析課件

1、第二章第二章 射頻電子系統(tǒng)中的射頻電子系統(tǒng)中的放大器設(shè)計放大器設(shè)計2.1 高頻小信號調(diào)諧放大器 （2.1.12.1.7）2.2 高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器 （2.2.12.2.6）2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l1 1、射頻功率放大器的用途、射頻功率放大器的用途l2 2、射頻功率放大器的分類、射頻功率放大器的分類l3 3、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標l4 4、射頻功率晶體管的選擇與保護、射頻功率晶體管的選擇與保護l5 5、射頻功放的分析方法、射頻功放的分析方法l6 6、有效的能量傳輸與阻抗匹配。、有效的能量傳輸與阻抗匹配。2.2高頻諧振功率放

2、大器高頻諧振功率放大器l1、射頻功率放大器的用途、射頻功率放大器的用途需對輸出功率、激勵電平、功耗、失真、效率、需對輸出功率、激勵電平、功耗、失真、效率、尺寸、重量等進行綜合考慮。尺寸、重量等進行綜合考慮。發(fā)射機框圖發(fā)射機框圖2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l1 1、功率放大器的用途、功率放大器的用途l2 2、射頻功率放大器的分類、射頻功率放大器的分類2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l2、射頻功率放大器的分類、射頻功率放大器的分類按工作頻帶分為：窄帶射頻功放、寬帶射頻功放按工作頻帶分為：窄帶射頻功放、寬帶射頻功放窄帶高頻功率放大器通常以窄帶高頻功率放大器通常以LC并聯(lián)諧振回

3、路作負載，并聯(lián)諧振回路作負載，因此又稱為諧振功率放大器。因此又稱為諧振功率放大器。按電流導(dǎo)通角不同分為：甲類、甲乙類、乙類、丙類。按電流導(dǎo)通角不同分為：甲類、甲乙類、乙類、丙類。射頻功放大多工作于丙類，采用諧振回路做負載。射頻功放大多工作于丙類，采用諧振回路做負載。按工作狀態(tài)分為：線性放大和非線性放大按工作狀態(tài)分為：線性放大和非線性放大射頻功放通常工作于非線性放大狀態(tài)，具有較高的效率。射頻功放通常工作于非線性放大狀態(tài)，具有較高的效率。2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l1 1、射頻功率放大器的用途、射頻功率放大器的用途l2 2、射頻功率放大器的分類、射頻功率放大器的分類l3 3、射頻功

4、率放大器的主要技術(shù)指標、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l3、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標VCEOICMPCM高效率、大輸出功率。高效率、大輸出功率。諧波、雜散波。功率與效率功率與效率dccdccdcdccPPPPPPP10集電極效率集電極效率:CccPP)1(0輸出的交流功率：輸出的交流功率：0dccPPP能量守恒：能量守恒： 電源提供的功率：電源提供的功率：Pdc集電極耗散功率：集電極耗散功率：Pc輸出的交流功率：輸出的交流功率：P P0 0效率效率甲、乙、丙三種狀態(tài)時的晶體管集電極電流波形甲、乙、丙三種狀態(tài)時的晶體管集電

5、極電流波形甲類乙類丙類dccdccdcdccPPPPPPP10集電極效率集電極效率:輸出功率輸出功率固態(tài)器件與電真空器件功率量級比較圖2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l1 1、射頻功率放大器的用途、射頻功率放大器的用途l2 2、射頻功率放大器的分類、射頻功率放大器的分類l3 3、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標l4 4、射頻功率晶體管的選擇與保護、射頻功率晶體管的選擇與保護2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l4、射頻功率晶體管的選擇與保護、射頻功率晶體管的選擇與保護VCEOICMPCM功放管的保護功放管的保護1、一般不能空載上電。、一般不能空載上電。

6、2、加散熱片。、加散熱片。功放管的保護功放管的保護l散熱功放管的保護功放管的保護l接負載l一般來說，功率放大器應(yīng)該在接妥負載以后，才能接通電源開啟機器，否則容易造成損壞，特別是在有輸入信號時，接通電源而又不接負載，危險性更大。對于電子管功率放大器、A類功率放大器更是嚴格禁止在負載開路情況下通電開機，因為在這種狀態(tài)下，功率輸出器件將承受最大的功率耗散，有可能超過其安全工作區(qū)而造成損壞。而且負載開路狀態(tài)下，常會導(dǎo)致放大器的工作不穩(wěn)定，甚至自激，也有可能會造成功率輸出器材的損壞。2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l1 1、射頻功率放大器的用途、射頻功率放大器的用途l2 2、射頻功率放大器的分

7、類、射頻功率放大器的分類l3 3、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標l4 4、射頻功率晶體管的選擇與保護、射頻功率晶體管的選擇與保護l5 5、射頻功放的分析方法、射頻功放的分析方法諧振功放與低頻功放的區(qū)別諧振功放與低頻功放的區(qū)別工作頻率 相對帶寬 工作狀態(tài)負載效率低頻功放 低（20Hz-30KHz） 寬甲類、推挽乙類無調(diào)諧負載阻性低高頻功放高（一個工作頻率 ） 窄 百分之零點幾到百分之幾丙類選頻網(wǎng)絡(luò)高maxmin/1000ff0f0/ ffl5、射頻功放的分析方法、射頻功放的分析方法高頻功放工作于大信號的非線性狀態(tài)，用解析法高頻功放工作于大信號的非線性狀態(tài)，用解析法分析

8、較困難，故工程上普遍采用近似的分析方法。分析較困難，故工程上普遍采用近似的分析方法。用圖解法圖解法或折線近似分析法折線近似分析法來分析功率放大器。l5、射頻功放的分析方法、射頻功放的分析方法圖解法：圖解法：利用電子器件的特性曲線對它的工作狀態(tài)進行計算。利用電子器件的特性曲線對它的工作狀態(tài)進行計算。l5、射頻功放的分析方法、射頻功放的分析方法折線近似分析法：折線近似分析法：用折線來表示電子器件的特性曲線。用折線來表示電子器件的特性曲線。大信號工作條件下高頻功放折線近似為理想化特性曲線的原理：大信號工作條件下高頻功放折線近似為理想化特性曲線的原理：l5、射頻功放的分析方法、射頻功放的分析方法BZb

9、ecBZbeBZbeccVviVvVvgi0)(例：例：3DA21型晶體管的靜態(tài)特性曲線型晶體管的靜態(tài)特性曲線VBZ理想化晶體管的導(dǎo)通電壓或稱截止電壓。理想化晶體管的導(dǎo)通電壓或稱截止電壓。gc 正向傳輸特性的斜率正向傳輸特性的斜率VBZ在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。的控制，而與基極電壓無關(guān)。該斜線稱為飽和臨界線該斜線稱為飽和臨界線cecrCugi 在放大區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電在放大區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流與集電極電壓無關(guān)。那么，各條特性流與集電極電壓無關(guān)。那么，各條特性曲線均為平行于曲線均為平行于 Uce軸的水平線。軸

10、的水平線。分析條件分析條件 建立在 的基礎(chǔ)上，此時可認為 。晶體管的靜態(tài)特性可作為高頻諧振功率放大器理論分析的基礎(chǔ)。分析小信號諧振放大時，一般滿足 。此時，晶體管靜態(tài)特性失效，要借助其他方法，如y參數(shù)法，來分析小信號諧振放大器。l5、射頻功放的分析方法、射頻功放的分析方法0ff5 . 0工作ff5 . 0工作2.2高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器l1 1、射頻功率放大器的用途、射頻功率放大器的用途l2 2、射頻功率放大器的分類、射頻功率放大器的分類l3 3、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標、射頻功率放大器的主要技術(shù)指標l4 4、射頻功率晶體管的選擇與保護、射頻功率晶體管的選擇與保護l5 5、射

11、頻功放的分析方法、射頻功放的分析方法l6 6、有效的能量傳輸與阻抗匹配。、有效的能量傳輸與阻抗匹配。6、有效的能量傳輸與阻抗匹配。l射頻功率放大器中，阻射頻功率放大器中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)是為了實現(xiàn)抗匹配網(wǎng)絡(luò)是為了實現(xiàn)有效的能量傳輸。有效的能量傳輸。%100OLkPP匹配網(wǎng)絡(luò)也會引起損耗：傳輸效率為：KCOLdcOdcLPPPPPP實際放大器的效率為：2.2.1高頻諧振功放的基本工作原理高頻諧振功放的基本工作原理基本原理圖基本原理圖工程實踐1LQLre(n=2,3,)ern L22(1)nAn LZj nLC工作頻率近似等于諧振回路的諧振頻率 ALC1222(1)(1)(1)LPnLLn Ln LQ

12、nRZj nj nQj nQ2(1)nPLZnRnQ1()1()eAneArjn Ljn CZrj n Ln C2.2.1高頻諧振功放的基本工作原理高頻諧振功放的基本工作原理eLrLQ0ePrCLR回路諧振電阻因為因為VBB為略正、零或負電壓，就需較大幅度的為略正、零或負電壓，就需較大幅度的Vb才可才可將管子打通。所以丙類功放是在大信號輸入時工作的。將管子打通。所以丙類功放是在大信號輸入時工作的。2.2.1高頻諧振功放的基本工作原理高頻諧振功放的基本工作原理丙類的工作效率可提高到丙類的工作效率可提高到75%！ VBB可正可負！可正可負！dccdccdcdccPPPPPPP10集電極效率集電極效

13、率:ic2.2.1高頻諧振功放的基本工作原理高頻諧振功放的基本工作原理ic設(shè)單音激勵信號設(shè)單音激勵信號 tVvbbcos輸入回路方程輸入回路方程 tVVvVvbBBbBBbecos輸出回路方程輸出回路方程 cCCcevVv012coscos2cccciIItIt諧振回路對 呈現(xiàn)阻抗 ，對 ， ，可近似認為短路(阻抗近似為零)。 PR23脈沖電流 的周期與輸入信號的周期是相同的，可分解成無數(shù)多個正弦波之和：ci2.2.1高頻諧振功放的基本工作原理高頻諧振功放的基本工作原理012coscos2cccciIItIttVtRIvccmpCcoscos1輸入回路方程輸入回路方程 tVVvVvbBBbBB

14、becos輸出回路方程輸出回路方程 cCCcevVvicpCcmRIV1tVVvVvbBBbBBbecostVVvcmcccecos012coscos2cccciIItIttVVvVvbBBbBBbecostVVvcmcccecos2.2.1高頻諧振功放的基本工作原理高頻諧振功放的基本工作原理ic電源輸入的直流功率(平均功率) 放大器輸出的交流功率：波形系數(shù) g12.2.2 高頻諧振功放折線近似分析方法高頻諧振功放折線近似分析方法BZbecBZbeBZbeccVviVvVvgi0)(例：例：3DA21型晶體管的靜態(tài)特性曲線型晶體管的靜態(tài)特性曲線VBZ理想化晶體管的導(dǎo)通電壓或稱截止電壓。理想化晶

15、體管的導(dǎo)通電壓或稱截止電壓。gc 正向傳輸特性的斜率正向傳輸特性的斜率VBZ在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。的控制，而與基極電壓無關(guān)。該斜線稱為飽和臨界線該斜線稱為飽和臨界線cecrCugi 在放大區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電在放大區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流與集電極電壓無關(guān)。那么，各條特性流與集電極電壓無關(guān)。那么，各條特性曲線均為平行于曲線均為平行于 Uce軸的水平線。軸的水平線。2.2.2 高頻諧振功放折線近似分析方法高頻諧振功放折線近似分析方法2.2.2 高頻諧振功放折線近似分析方法高頻諧振功放折線近似分析方法2.2.2 高

16、頻諧振功放折線近似分析方法高頻諧振功放折線近似分析方法2.2.2 高頻諧振功放折線近似分析方法高頻諧振功放折線近似分析方法01 sincos()1cosCCCCC 11sincos()1cosCCCCC 0maxmaxmax011221coscos21cos1 sincos()1cos()cccccccCcCCCCcCcCIi d ti d ttid tii 1maxmaxmax11cos21coscoscos21cos1sincos()1cos()ccccCcCCCCcCcCIitd ttitd tii 2.2.2 高頻諧振功放折線近似分析方法高頻諧振功放折線近似分析方法尖頂余弦電流分解系數(shù)

17、圖倍頻器：倍頻器：2倍頻器，倍頻器，3倍頻器。倍頻器。2.2.3 高頻諧振功放的動態(tài)特性高頻諧振功放的動態(tài)特性l研究基極接上輸入信號，集電極接上負載阻抗時，晶體管集電極電流ic與集電極電壓Uce之間的關(guān)系。l功放工作點變化的軌跡稱為動態(tài)交流負載線。功放工作點變化的軌跡稱為動態(tài)交流負載線。l當(dāng)某些參數(shù)變化時，負載線的斜率、位置與斜率當(dāng)某些參數(shù)變化時，負載線的斜率、位置與斜率大小都會發(fā)生變化，這種特性稱為動態(tài)特性。大小都會發(fā)生變化，這種特性稱為動態(tài)特性。一、負載特性一、負載特性2.2.3 高頻諧振功放的動態(tài)特性高頻諧振功放的動態(tài)特性一、負載特性一、負載特性建立由建立由Rp和和VCC 、VBB、Vb

18、所表示的輸出動態(tài)負載曲線。（所表示的輸出動態(tài)負載曲線。（Ic與與Uce的關(guān)系曲線。）的關(guān)系曲線。）BZBEcCVVgi0CEcCVVVgcmbmvi0CEdVgvccmCC0cosVVV; cmbmcdVVggp1ccmRIVvceicVoAVCCQVcm1cvcemingdtVVcoscmCCCEvtVVcosbmBBBEvcmCECCbmBBBEVvVVVvV02.2.3 高頻諧振功放的動態(tài)特性高頻諧振功放的動態(tài)特性1、動態(tài)負載線、動態(tài)負載線建立由建立由Rp和和VCC 、VBB、Vb所表示的輸出動態(tài)負載曲線。（所表示的輸出動態(tài)負載曲線。（Ic與與Uce的關(guān)系曲線。）的關(guān)系曲線。）ccmCC

19、0cosVVV; cmbmcdVVggvceicVoAVCCQVcm1cvcemingdV02.2.3 高頻諧振功放的動態(tài)特性高頻諧振功放的動態(tài)特性1、動態(tài)負載線、動態(tài)負載線|tgtgmax00maxmax11110()cos(1cos)()111()(1cos)()cccccccccmcmccmccccmccPicABitgBVBVVViiVVVIVRR B建立由建立由Rp和和VCC 、VBB、Vb所表示的輸出動態(tài)負載曲線。（所表示的輸出動態(tài)負載曲線。（Ic與與Uce的關(guān)系曲線。）的關(guān)系曲線。）vceicVoAVCCQVcm1cvcemingdV02.2.3 高頻諧振功放的動態(tài)特性高頻諧振功放的動態(tài)特性1、動態(tài)負載線、動態(tài)負載線B1( )( )(1 cos)iccc 0()PicRR PRtg1180cc()1ic 甲類與低頻放大器負載線的斜率公式一致偏離1800，即非甲類工作時，負載線的斜率變化。建立由建立由Rp和和VCC 、VBB、Vb所表示的輸出動態(tài)負載曲線。（所表示的輸出動