第四章 高頻功率放大器ppt課件

1、第四章、高頻功率第四章、高頻功率放大器與功率放大器與功率合成技術(shù)合成技術(shù)主要內(nèi)容：丙類諧振功放的特點(diǎn) 丙類諧振功放的工作原理 丙類諧振功放的性能分析折線近似方法 丙類諧振功放的動態(tài)特性和負(fù)載特性。 丙類諧振功放的直流饋電線路。 丙類諧振功放的級間匹配問題(匹配網(wǎng)絡(luò))丁類高頻功率放大電路簡介 寬帶高頻功率放大器簡介4.1概述概述v一、作用與應(yīng)用：v作用: 高頻功率放大器的作用實(shí)際上是把電源的直流能量轉(zhuǎn)換成高頻交流能量。v應(yīng)用：發(fā)射機(jī)發(fā)射無線電波v 高頻加熱、高頻換流、微波功率源 v二、高頻功放的特點(diǎn)：v特點(diǎn): 高頻、大功率、高效率，電路屬非線性 v 三、與低頻功放、小信號諧振放大器比較v1.與低

2、頻功放相比較：v相同點(diǎn)：v都要求輸出功率大和效率高v激勵(lì)信號幅度均為大信號v不同點(diǎn)：v工作頻率和相對頻帶不同v負(fù)載性質(zhì)不同v工作狀態(tài)不同2.與小信號諧振放大器比較v相同點(diǎn)：v放大的信號均為高頻信號v放大器的負(fù)載均為諧振回路v不同點(diǎn)：v激勵(lì)信號幅度大小不同v諧振網(wǎng)絡(luò)的作用不同v工作狀態(tài)不同四、高頻功放的分析方法v圖解法：利用電子器件的特性曲線來分析它的工作狀態(tài)v解析近似分析法：把電子器件的特性曲線用某些近似解析式來表示最常用的是折線法五、高頻功放中用作放大的有源期間v晶體管：千瓦級以下v電子管：千瓦級以上六、高頻功放管的主要技術(shù)指標(biāo)v輸出功率大v效率高v諧波分量盡量小4.2諧振功率放大器分析諧振

3、功率放大器分析 v4.2.1 諧振功率放大器的工作原理：v一、獲得高效率所需要的條件：v能量轉(zhuǎn)換效率：v或?qū)懗桑篶PPPcPPPPPcPP1諧振功率放大器的原理電路電路說明：三極管V在工作時(shí)應(yīng)處于丙類工作狀態(tài)，只有小部分時(shí)間導(dǎo)通。LC諧振回路起到濾波和匹配作用。基極電源VBB應(yīng)小于死區(qū)電壓以保證晶體管工作于丙類狀態(tài)，一般VBB略小于0。集電極電壓VCC是功率放大器的能量來源。三種工作狀態(tài)：半導(dǎo)通角 ，為甲類工作狀態(tài)半導(dǎo)通角 ，為乙類工作狀態(tài)半導(dǎo)通角 ，為丙類工作狀態(tài)0180090090二、電路性能的分析v1、采用的分析方法準(zhǔn)線性的折線近似分析法：v將電子器件特性曲線理想化，即將每一條特性曲線用

4、一條或幾條(組成折線)來代替，這樣就可以用簡單的數(shù)字解釋或來代表電子器件的特性曲線。v優(yōu)點(diǎn): 物理概念清楚，計(jì)算比較簡單，而概括性的理論分析、工程近似估算已滿足要求。v缺點(diǎn): 精度較低。二、電路性能的分析2、工作原理余弦脈沖分解）：設(shè)輸入ui為一余弦信號: 則三極管的外部特性：因?yàn)楣茏又辉谛“胫芷趦?nèi)導(dǎo)通，因而iB為脈沖電流。放大后的iC也為脈沖電流。根據(jù)傅氏級數(shù)展開得：tnItItIIiCcos2coscoscnmc2mc1mc0tUVuCEcoscmCCtUuubmbcositUVuVubmBBBEcosiBB2、工作原理余弦脈沖分解）：考慮LC諧振回路對各次諧波的作用不同得：因而：見下頁：

5、tUtRIucmCcoscosPc1mtUVuVuCCEcoscmCCCC波形分析： 波形分析：三極管輸入特性基極脈沖電流及諧波分量集電極脈沖電流及諧波分量LC諧振回路兩端電壓波形晶體管集電極和發(fā)射極之間的瞬時(shí)電壓波形3、功率與效率v放大器的輸出功率：v集電極直流供給功率：v集電極效率：pcmpmccmmcoRURIUIP2211212121coCCDCIVP)(21)()(21211211gIVUIPPcoCCcmmcDCo4、導(dǎo)通角的選擇v1等幅波功率放大v2調(diào)幅波功率放大v3n次諧波倍頻4.2.2 諧振功率放大器的工作狀態(tài)分析v一、諧振功率放大器的工作狀態(tài)分析v1、晶體管特性的折線化臨界

6、線: 左邊飽和區(qū)，過壓狀態(tài) 右邊放大區(qū)，欠壓狀態(tài)cecrcugi ceccruig臨界線方程: 或： ceccruig 1、晶體管特性的折線化ic與激勵(lì)電壓的關(guān)系: 0bzbecVugi（截止) bzbebzbeVVVu(放大)2、諧振功率放大器的工作狀態(tài)分析v1動態(tài)特性的定義：v動態(tài)特性曲線是在晶體管輸出特性和轉(zhuǎn)移特性上畫出諧振功率放大器瞬時(shí)工作點(diǎn)的軌跡。 v2放大區(qū)動態(tài)特性方程:vube = Vbb + Ubcost (1)vuce = Vcc Uccost(2)vic = g(ube Vbz) (3)v由(2)式變換代入(1)式可得：v再代入上(3)式得: vic = gd(uce Vo

7、)v式中: cceccbbbbeUuVUVucbdUUggbcbzcbbbccoUUVUVUVV3、動態(tài)特性直線的作法:v兩點(diǎn)確定一直線的方法v令ic=0，則uce=Vo，得B點(diǎn)v令t=/2，ube=Vbb，uce=Vcc得Q點(diǎn) v連接B、Q點(diǎn)，并延長與臨界線相交于A點(diǎn)整體動態(tài)特性4諧振功率放大器的動態(tài)負(fù)載電阻v動態(tài)負(fù)載電阻可用動態(tài)線斜率的倒數(shù)求得v動態(tài)負(fù)載電阻既與導(dǎo)通角有關(guān)，又與諧振電阻有關(guān)v動態(tài)負(fù)載電阻一般不等于負(fù)載電阻二、諧振功率放大器的3種工作狀態(tài)高頻功率放大器的負(fù)載特性負(fù)載特性: 即放大器Vcc、Vbb、Ub-定時(shí)，負(fù)載電阻改變引起Ico、Ic1和Po、變化的特性。1、 3種工作狀態(tài)

8、Vcc、Vbb、Ub不變，Rp Recr 過壓狀態(tài)RP變化對集電極余弦脈沖的影響2、負(fù)載特性曲線:vIc1、Ico、Uc Rp關(guān)系:v欠壓區(qū)臨界線內(nèi)v臨界過壓區(qū)vRp Rcer過壓區(qū)，放大區(qū)近似恒壓源常數(shù)IIRcocp1恒定UIIRccocp1Po、P、Pc、 Rp關(guān)系 Rp小 大狀態(tài): 欠壓 臨界 過壓P小 大 小Po大 小 更小Pc大 小 更小小 大 大 略降P在臨界有最大值、選放大器在臨界狀態(tài) 三種工作狀態(tài)比較三種工作狀態(tài)比較 v欠壓狀態(tài)v過壓狀態(tài)v臨界狀態(tài)三、各極電壓對工作狀態(tài)的影響v1、Vcc變化對放大器工作狀態(tài)的影響集電極調(diào)制特性v當(dāng)Vbb、Ubm和Rp定，放大器的性能隨Vcc變化

9、的特性稱為集電極調(diào)制特性。Rp=常數(shù)，特性1、2、3斜率不變 調(diào)制特性: 1、Vcc改變會使Ucm改變，即Vcc可控制高頻振幅，有調(diào)幅作用。2、在過壓狀態(tài)區(qū), Vcc對Ucm有較大作用。 3、集電極調(diào)幅應(yīng)選擇在過壓區(qū)，此區(qū)域內(nèi)Vcc對Uc控制靈敏效率高。2、Ubm變化對放大器工作狀態(tài)的影響 v動態(tài)線斜率不變v靜態(tài)特性曲線UBEmax向上平移3、Vbb變化對放大器工作狀態(tài)的影響vRp、Vcc恒定，Vbb變化對放大器的性能的影響稱基極調(diào)制特性 (基極電壓對輸出的影響)四、諧振功率放大器工作狀態(tài)的計(jì)算v步驟：v1、首先求出集電極電流脈沖的兩個(gè)主要參量：icmax、cosv2、求出電流余弦脈沖的各諧波

10、分量v3、求出相應(yīng)的功率與效率v舉例：舉例：v有一個(gè)用硅NPN外延平面型高頻功率管做成的諧振功率放大器，設(shè)已知VCC=24V，PO=2W, 工作頻率f=1MHz。試求其集電極耗散功率、效率、基極激勵(lì)功率。v由晶體管手冊已知其有關(guān)參數(shù)為：vfT 70MHz，功率增益GP 13dB，安全工作電流Icmax=750mA，集電極飽和壓降UCES 1.5V，集電極最大耗散功率PCM=1W4.3 諧振功率放大器電路組成v一、直流饋電線路 ：v饋電線路及其作用v饋電線路的方式: (串聯(lián)、并聯(lián))v饋電線路的基本要求：v1要保證Vcc、Vbb 暢通無阻地全部加到放大管的集電極或基極上v2直流饋電線路還要盡可能不

11、消耗高頻信號功率一、集電極饋電線路 1、集電極饋電線路的要求 P.111： - 2、串并聯(lián)饋電方式線路分析 a)串聯(lián)饋電:組件作用輸出回路：直流通路: Vcc L L BG C極 e 交流通路: uce ic C LC ucb) 并聯(lián)饋電: 組件作用直流通路: Vcc L BG C極 e Vcc交流通路: BG C ic C LC e饋電組件的選擇，C和L的確定3、串、并饋直流供電線路的優(yōu)缺點(diǎn)v見P112二、基極饋電線路幾種常用的自偏電路 4.3.2 輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)v1、作用v2、LC匹配網(wǎng)絡(luò)v3、耦合回路4.4 丁(D)類高頻功率放大電路簡介v丁類放大電路中，三極管處于開關(guān)狀態(tài) ;v在理想情況下，丁類高頻功率放大電路的效率可達(dá)100%，實(shí)際情況下也可達(dá)90%左右。v4.4.1 電流開關(guān)型D類放大器v4.4.2 電壓開關(guān)型D類放大器4.5 寬帶高頻功率放大器簡介1.傳輸線變壓器工作原理傳輸線變壓器的工作方式是傳輸線原理與變壓器原理的結(jié)合，其主要特點(diǎn)是工作頻帶極寬。如圖1:1傳輸線變壓器：2.傳輸線變壓器的應(yīng)用4.6 功率合成器v定義：v功率合成與分配應(yīng)用舉例：本章小結(jié)：1.高頻功率放大器分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。2.為了提