王勇高頻課件第一章

1、1高頻電子線路吉林大學(xué)吉林大學(xué)通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院2目目 錄錄n 緒論緒論 n第第1章章 功率電子線路功率電子線路 n第第2章章 諧振功率放大器諧振功率放大器 n第第3章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 n第第4章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 n第第5章章 角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制與解調(diào)3受 信 者輸 入 變 換 器發(fā) 送 設(shè) 備信 道接 收 設(shè) 備 輸 出 變 換 器噪 聲 源信 息 源通信系統(tǒng)的組成緒論緒論語(yǔ)語(yǔ)音音 圖圖像像話話筒筒攝攝像像機(jī)機(jī)功功率率放放大大及及調(diào)調(diào)制制空間空間電纜電纜功功率率放放大大及及解解調(diào)調(diào)揚(yáng)揚(yáng)聲聲器器顯顯像像管管人人4音 頻 或視 頻 信 號(hào)音 頻

2、或視 頻 放 大調(diào) 制高 頻功 放高 頻放 大混 頻中 頻放 大解 調(diào)音 頻 或視 頻 功 放本 地振 蕩高 頻 放 大倍 頻高 頻振 蕩無(wú)線模擬發(fā)送、 接收系統(tǒng)方框圖第第1章章第第1章章第第45章章第第45章章第第3章章第第2章章5無(wú)線電通信波段無(wú)線電通信波段6第第1章章 功率電子線功率電子線路路 1.1 功率放大器概述功率放大器概述1.2 功率放大器的電路組成和工作特性功率放大器的電路組成和工作特性1.3 乙類推挽功率放大器乙類推挽功率放大器1.4 整流與直流穩(wěn)壓電路整流與直流穩(wěn)壓電路7 功率放大器的特點(diǎn)：功率放大器的特點(diǎn)： (1) 給負(fù)載提供足夠大的功率。給負(fù)載提供足夠大的功率。 (2)

3、 大信號(hào)工作。大信號(hào)工作。 (3) 分析方法以圖解法為主。分析方法以圖解法為主。 (4) 非線性失真矛盾突出。非線性失真矛盾突出。 (5) 提高效率成為重要的關(guān)注點(diǎn)。提高效率成為重要的關(guān)注點(diǎn)。 (6) 功率器件的安全問(wèn)題必須考慮。功率器件的安全問(wèn)題必須考慮。 1.1功率放大器概述功率放大器概述8 1.功率放大器的主要指標(biāo)功率放大器的主要指標(biāo)（1） 輸出功率輸出功率Po 功率放大器應(yīng)輸出足夠大的輸出功率Po以推動(dòng)負(fù)載工作。 （2） 效率效率C 功率放大器的效率定義為功率放大器的輸出信號(hào)功率Po與直流電源供給功率放大器功率PD之比, 用C表示，即 直流電源供給的功率PD 晶體管的管耗PC (PC=

4、PD-Po)結(jié)論：對(duì)于功率放大器，提高效率是一個(gè)重要問(wèn)題。DoCPPOOOviP 9 （3）非線性失真）非線性失真 功率放大器為了獲得足夠大的輸出功率，需要大信號(hào)激勵(lì)， 從而使信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍往往超出晶體管的線性區(qū)域，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真。因此減小非線性失真，成為功率放大器的又一個(gè)重要問(wèn)題。 概括起來(lái)說(shuō)，要求功率放大器在保證晶體管安全運(yùn)用的情況下，獲得盡可能大的輸出功率、盡可能高的效率和盡可能小的非線性失真。 10 2 功率放大器的分類功率放大器的分類 功率放大器根據(jù)功放管導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短（或集電極電流流通時(shí)間的長(zhǎng)短或?qū)ń堑拇笮。?分為4種工作狀態(tài):甲類（A）、乙類（B）、甲乙類（AB）、丙類（C）

5、（1）甲類工作狀態(tài)。 在整個(gè)周期內(nèi)晶體管集電極電流始終是流通的, 即導(dǎo)通角等于180 特點(diǎn)：A類工作時(shí)非線性失真小，但注意：直流工作點(diǎn)Q的位置較高(ICQ大)，效率太低，且沒有收到信號(hào)時(shí)，電源仍供給功率(ICQ0)，這些功率將轉(zhuǎn)化為無(wú)用的管耗。（2）乙類工作狀態(tài)。 晶體管的發(fā)射結(jié)在輸入信號(hào)的半個(gè)周期正向運(yùn)用, 在另外半個(gè)周期反向運(yùn)用, 晶體管半周導(dǎo)電半周截止。集電極電流只在半周內(nèi)隨信號(hào)變化, 而在另外半個(gè)周期截止, 即導(dǎo)通角等于90。特點(diǎn)： 非線性失真雖大(波形只有半周)，但工作點(diǎn)Q選在截止點(diǎn)，直流電流為零，故效率很高，只要在電路結(jié)構(gòu)上加以彌補(bǔ)，非線性失真是可以減小的。（3）甲乙類工作狀態(tài)。

6、它是介于甲類和乙類之間的工作狀態(tài), 靜態(tài)工作點(diǎn)Q較低，靠近截止區(qū)，即發(fā)射結(jié)處于正向運(yùn)用的時(shí)間略超過(guò)半個(gè)周期, 小于一個(gè)周期, 即導(dǎo)通角大于90小于180 （4）丙類工作狀態(tài)。 工作點(diǎn)Q選在截止區(qū)內(nèi)，晶體管發(fā)射結(jié)處于正向運(yùn)用的時(shí)間小于半個(gè)周期, 集電極電流流通的時(shí)間還不到半個(gè)周期, 即導(dǎo)通角小于90。主要用于高頻功率放大器中。 在相同激勵(lì)信號(hào)作用下，丙類功放集電極電流的流通時(shí)間最短，一個(gè)周期平均功耗最低，而甲類功放的功耗最高。 甲甲乙乙丙。 理想情況下，甲類功放的最高效率為50%， 乙類功放的最高效率為78.5%，丙類功放的最高效率可達(dá)85%90%。 但丙類功放要求特殊形式的負(fù)載，不適用于低頻。

7、低頻功率放大器只使用前 3 種工作狀態(tài)。 1.2 功率放大器的電路組成和工作特性功率放大器的電路組成和工作特性 乙類推挽功率放大器的工作原理乙類推挽功率放大器的工作原理1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) T1為為NPN型晶體管型晶體管, 與與RL組成射極輸出器組成射極輸出器; T2為為PNP型晶體型晶體管管, 與與RL也組成射極輸出器。也組成射極輸出器。 采用采用VCC兩組電源供電。兩組電源供電。2.工作原理工作原理 靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí), T1、T2都不可能導(dǎo)通都不可能導(dǎo)通, 處于截止?fàn)顟B(tài)處于截止?fàn)顟B(tài), 靜態(tài)工作電流靜態(tài)工作電流ICQ=0。 動(dòng)態(tài)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí), 當(dāng)輸入信號(hào)正半周當(dāng)輸入信號(hào)正半周, T1導(dǎo)通導(dǎo)通, T2

8、截止截止, 在在RL上給出上給出上半周信號(hào)上半周信號(hào); 當(dāng)輸入信號(hào)負(fù)半周當(dāng)輸入信號(hào)負(fù)半周, T1截止截止, T2導(dǎo)通導(dǎo)通, 在在RL上給出上給出下半周信號(hào)。在輸入信號(hào)一個(gè)周期里下半周信號(hào)。在輸入信號(hào)一個(gè)周期里, T1、T2交替工作交替工作, 在負(fù)在負(fù)載載RL上合成一個(gè)完整的輸出波形。上合成一個(gè)完整的輸出波形。 3.性能分析（圖解法）畫負(fù)載線： 充分激勵(lì)，盡限運(yùn)用時(shí)：tVvtIiiicmLcmCCLsinsin21LcmcmCCsatCECCcmRIVVVVV)(求性能指標(biāo)：CCDoPPP LcmLcmcmcmcmcmoLRIRVIVVIPP22212121221盡限運(yùn)用時(shí)：021)(2maxs

9、atCELCCoVRVP 02122CCCDDDIVPPP00sin21cmcmCIttdIImaxmax42 2oLCCCCDcmCCDPRVVPIVP盡限運(yùn)用 CCcmcmCCcmcmDoCVVIVIVPP42213%5 .784max,CCCcmVV盡限運(yùn)用時(shí):電源電壓利用系數(shù):) 10(,CCcmVV非盡限運(yùn)用4,4222121max2max2222CoLCCLcmCCDoLCCLcmoPRVRVVPPRVRVP max2max2121212)(214oooDCCCCCPPPPPPPPP求最大管耗:maxmax2max1max12 . 02636. 02,02,0ooCCCPPPPdd

10、P功率管選擇:CMoCCCMLCCCCEOBRCCCEPPPPIRViVVvmaxmax2max1max)(max2 . 02 iC1、iC2在開始在開始導(dǎo)通的一段時(shí)間里導(dǎo)通的一段時(shí)間里增長(zhǎng)很慢增長(zhǎng)很慢, 當(dāng)當(dāng)iC1與與iC2相互交替時(shí)相互交替時(shí), （iC1iC2）的波）的波形和正弦波形相差形和正弦波形相差較大。較大。1.3 乙類推挽功率放大電路乙類推挽功率放大電路一、交越失真（交叉失真）一、交越失真（交叉失真）結(jié)論：乙類推挽放大器所特有的失真結(jié)論：乙類推挽放大器所特有的失真交越失真。交越失真。 消除交越失真消除交越失真給兩只晶體管的發(fā)射結(jié)給兩只晶體管的發(fā)射結(jié)加很小的正偏壓加很小的正偏壓, 讓

11、兩讓兩只晶體管各有一個(gè)很小只晶體管各有一個(gè)很小的電流的電流ICQ流過(guò)。流過(guò)。 既可既可以基本上消除交越失真以基本上消除交越失真, 又不會(huì)對(duì)效率有很大的又不會(huì)對(duì)效率有很大的影響。影響。加正偏壓后加正偏壓后, 對(duì)應(yīng)負(fù)載電流（對(duì)應(yīng)負(fù)載電流（iC1iC2）的波形。）的波形。 甲乙類：由于正偏壓較小甲乙類：由于正偏壓較小, 靜態(tài)電流很小靜態(tài)電流很小, 所以一般其分析計(jì)所以一般其分析計(jì)算按乙類功率放大器對(duì)待。算按乙類功率放大器對(duì)待。 二極管偏置電路：二極管偏置電路：T0為推動(dòng)級(jí)（驅(qū)動(dòng)級(jí)、激勵(lì)級(jí)、前置級(jí)）甲類為推動(dòng)級(jí)（驅(qū)動(dòng)級(jí)、激勵(lì)級(jí)、前置級(jí)）甲類D1、D2兩端電壓為兩端電壓為T1、T2所需的偏置電壓，克服交

12、越失真。所需的偏置電壓，克服交越失真。甲乙類推挽功率放大器加正向偏置的常用形式如圖所示。甲乙類推挽功率放大器加正向偏置的常用形式如圖所示。 (a) R為為T2、T3提供偏置電壓，提供偏置電壓，C保證基極保證基極B1、B2交流等電位。交流等電位。(b) T4、T5為二極管為功率管提供偏置，二極管交流電阻很小，為二極管為功率管提供偏置，二極管交流電阻很小，二極管具有溫度補(bǔ)償作用二極管具有溫度補(bǔ)償作用高熱穩(wěn)定性高熱穩(wěn)定性(C) VBE倍增偏置電路：倍增偏置電路：T1、R1、R2組成。組成。 雙電源供電功放雙電源供電功放, 當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí), 靜態(tài)輸出電位為零靜態(tài)輸出電位為零, 負(fù)載負(fù)載R

13、L可可直接連到功放電路輸出端直接連到功放電路輸出端, 不需要輸出耦合電容不需要輸出耦合電容, 因此這種電路又稱因此這種電路又稱OCL（Output Capacitor Less）電路。）電路。 )1 ()(21121211RRVRRRVVBEBECE優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1）調(diào)）調(diào)R1、R2比值比值調(diào)偏置調(diào)偏置 （2）R1引入電壓反饋，使引入電壓反饋，使“輸出電阻輸出電阻”很小，不影響交流傳很小，不影響交流傳輸。輸。 （3）具有熱補(bǔ)償作用。）具有熱補(bǔ)償作用。二、單電源供電的互補(bǔ)推挽電路（OTL） 靜態(tài)：靜態(tài)：O點(diǎn)電位點(diǎn)電位 ，電容電容C的直流電壓為的直流電壓為VCC/2，動(dòng)態(tài)：當(dāng)動(dòng)態(tài)：當(dāng)T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T

14、2截止時(shí)，截止時(shí)，VCC給負(fù)載給負(fù)載RL提供電流；當(dāng)提供電流；當(dāng)T1截止、截止、T2導(dǎo)通時(shí)，電容導(dǎo)通時(shí)，電容C充 當(dāng)充 當(dāng) T2的 電 源 。的 電 源 。 C足夠大，電容電壓可足夠大，電容電壓可以保持基本恒定以保持基本恒定VC C/2。 負(fù)載得到的交流電壓振負(fù)載得到的交流電壓振幅的最大值為幅的最大值為CCOVV212CComVV結(jié)論：?jiǎn)坞娫垂╇婋娐返刃榻Y(jié)論：?jiǎn)坞娫垂╇婋娐返刃閂CC/2和和-VCC/2的雙電源供電電路的雙電源供電電路三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路組成復(fù)合管的原則有以下幾點(diǎn)：組成復(fù)合管的原則有以下幾點(diǎn)： (1)電流流向要一致。電流流向要一致。 (2)各極電壓必須保證所

15、有管子工作在放大區(qū)。各極電壓必須保證所有管子工作在放大區(qū)。 (3)因?yàn)閺?fù)合管的基極電流因?yàn)閺?fù)合管的基極電流iB等于第一個(gè)管子的等于第一個(gè)管子的iB1，所以復(fù)合，所以復(fù)合管的性質(zhì)取決于第一個(gè)晶體管的性質(zhì)。管的性質(zhì)取決于第一個(gè)晶體管的性質(zhì)。R1和和R2作用：作用： 分流反向飽和電流分流反向飽和電流而加的電阻而加的電阻目的：目的： 提高功放的溫度穩(wěn)提高功放的溫度穩(wěn)定性。定性。 準(zhǔn)互補(bǔ)功率放大器準(zhǔn)互補(bǔ)功率放大器四、保護(hù)電路四、保護(hù)電路 管耗管耗PC過(guò)大將導(dǎo)致功放管損壞過(guò)大將導(dǎo)致功放管損壞, 限制管耗可有效地保護(hù)功放管。限制管耗可有效地保護(hù)功放管。限制管耗的常用方法是限制流過(guò)功效管集電極的電流（即輸出電

16、限制管耗的常用方法是限制流過(guò)功效管集電極的電流（即輸出電流流Io） 正常情況下正常情況下, 保護(hù)電路不起作用。保護(hù)電路不起作用。1.4 整流與直流穩(wěn)壓電路整流與直流穩(wěn)壓電路 直流穩(wěn)壓電源的基本任務(wù)是將電力網(wǎng)交流電壓變換為電子設(shè)備直流穩(wěn)壓電源的基本任務(wù)是將電力網(wǎng)交流電壓變換為電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。一、整流濾波電路一、整流濾波電路 利用二極管的單向?qū)щ娦阅芸蓪?shí)現(xiàn)整流。常用的整流電路有半利用二極管的單向?qū)щ娦阅芸蓪?shí)現(xiàn)整流。常用的整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流和倍壓整流。波整流、全波整流、橋式整流和倍壓整流。1.半波整流半波整流2220)(45. 02

17、sin221vvttdvvAVOLLAVOAVORRvi45. 0)()(加濾波電容的半波整流濾波電路加濾波電容的半波整流濾波電路22 . 1 vVOODii 平均分量為輸出整流電流平均分量為輸出整流電流OI輸出整流電壓輸出整流電壓LLCR增大增大紋波電壓減小紋波電壓減小濾波能力提高濾波能力提高2 全波整流電路全波整流電路3 .橋式整流電路橋式整流電路加濾波電容的橋式整流電路加濾波電容的橋式整流電路三種整流濾波電路性能比較三種整流濾波電路性能比較1. 輸出整流電壓：全波、橋式比半波大輸出整流電壓：全波、橋式比半波大2. 輸出整流電流：輸出整流電流：3. 紋波電壓：全波、橋式比半波小紋波電壓：全

18、波、橋式比半波小4. 二極管承受的最大反向電壓（二極管對(duì)耐壓的要求）：二極管承受的最大反向電壓（二極管對(duì)耐壓的要求）：半波：半波：2V2m ； 全波：全波：2V2m ； 橋式：橋式：V2m 流過(guò)二極管的平均電流（二極管最大整流電流）；流過(guò)二極管的平均電流（二極管最大整流電流）；半波：半波： 全波、橋式全波、橋式結(jié)論：全波和橋式性能比半波電路好，而橋式比全波簡(jiǎn)單，應(yīng)用結(jié)論：全波和橋式性能比半波電路好，而橋式比全波簡(jiǎn)單，應(yīng)用最廣。最廣。222 . 11 . 1vvVOLOORVIODIIODII21二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路目的：目的： 輸出電壓不受輸入輸出電壓不受輸入電壓和負(fù)載變化的影電壓和負(fù)載變化的影響。響。 實(shí)質(zhì)：利用負(fù)反饋進(jìn)行自動(dòng)控制電路。實(shí)質(zhì)：利用負(fù)反饋進(jìn)行自動(dòng)控制電路。原理電路原