《非諧振功率放大器》ppt課件

1、第一章 非諧振功率放大器1-1 功率放大器概述功率放大器概述一、功放的義務(wù)與功率管平安任務(wù)條件一、功放的義務(wù)與功率管平安任務(wù)條件1. 義務(wù)：功率管在平安任務(wù)的條件下，非線義務(wù)：功率管在平安任務(wù)的條件下，非線性失真在允許的范圍內(nèi)，高效率地輸出大的性失真在允許的范圍內(nèi)，高效率地輸出大的功率。功率。2. 功率管平安任務(wù)的條件功率管平安任務(wù)的條件 PCmaxPCM vCEmaxV (BR)CEO iCmaxICM二、功率放大器的分類二、功率放大器的分類 按按負(fù)負(fù)載載性性質(zhì)質(zhì)分分 純阻負(fù)載純阻負(fù)載非諧振功放非諧振功放 電抗性負(fù)載電抗性負(fù)載諧振功放諧振功放甲類單管變壓器耦合甲類單管變壓器耦合乙類推挽變壓器

2、耦合乙類推挽變壓器耦合無輸出變壓器無輸出變壓器OTL或或OCL集勝利放集勝利放寬帶高頻功率放大器傳輸線變壓器寬帶高頻功率放大器傳輸線變壓器線性諧振功放線性諧振功放丙類諧振功放丙類諧振功放高效率功放丁類、戊類、己類高效率功放丁類、戊類、己類二、功率放大器的分類續(xù)二、功率放大器的分類續(xù) 按按流流通通角角劃劃分分甲類功放甲類功放 180o乙類功放乙類功放 90o甲乙類甲乙類 90o 180o丙類丙類 P omax 3. 能量估算能量估算電源供應(yīng)功率集電極輸出功率集電極平均管耗集電極效率)(2120恒恒值值CCCQCCCDVItdViP DLCCOLCCLCmLCmCmCmOPRVPRVRVRIIVP

3、2112121max 22222222 若若DCOODCPPPPPP max00，若若 （理想）（理想）%211max50 CDOCPP 若若4. 結(jié)論結(jié)論1 1 一旦電路確定，甲類單管功放一旦電路確定，甲類單管功放PDPD為恒值。假設(shè)為恒值。假設(shè)vi0vi0，那么，那么PCmaPDPCmaPD2 2 匹配情況下，匹配負(fù)載值是獨(dú)一的；在匹配并匹配情況下，匹配負(fù)載值是獨(dú)一的；在匹配并充分鼓勵的情況下：充分鼓勵的情況下：4 欲想提高欲想提高Pomax主要遭到主要遭到PCM限制限制 3 PO大小與交流負(fù)載大小與交流負(fù)載RL 及任務(wù)點(diǎn)及任務(wù)點(diǎn)Q有關(guān)有關(guān) 50%,2maxDmaxOPP5. 甲類單管存在

4、問題及處理途徑甲類單管存在問題及處理途徑問題：功率小、損耗大、效率低問題：功率小、損耗大、效率低緣由：任務(wù)點(diǎn)設(shè)置太高緣由：任務(wù)點(diǎn)設(shè)置太高處理思想方法：處理思想方法： 為保證輸出電路波形不失真，采用推挽電路方式為保證輸出電路波形不失真，采用推挽電路方式 任務(wù)點(diǎn)任務(wù)點(diǎn) Q 90o 乙類任務(wù)形狀乙類任務(wù)形狀1-2 乙類推挽功率放大器乙類推挽功率放大器一、 變壓器耦合乙類推挽電路1原理電路一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)12任務(wù)原理任務(wù)原理 令令VBE(on)=03元件作用元件作用Tr1完成兩管交替導(dǎo)通完成兩管交替導(dǎo)通Tr2完成阻抗匹配和上完成阻抗匹配和上下波形的合成，構(gòu)成下波

5、形的合成，構(gòu)成完好的正弦波。完好的正弦波。一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)24能量估算能量估算LCCmaxDLCCD22RVPRVP221當(dāng)當(dāng)0P0RVPRVRVPOLCCmaxOLCC2LCmO222，1222maxOmaxCLCCC.)()(PPRVPPPOD202222122，當(dāng)當(dāng)（單管）（單管）0.636%.44CDOC578PP max當(dāng)當(dāng)1一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)3Tc 5平安任務(wù)條件平安任務(wù)條件提高提高P Pomaxomax主要遭到主要遭到V(BR) CEOV(BR) CEO和和ICMICM的限制的限制一、變壓器耦合乙類推挽

6、電路續(xù)一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)46非線性失真非線性失真交叉失真或交越失真交叉失真或交越失真 景象景象 緣由：設(shè)緣由：設(shè)VBE(on)=0，實(shí)踐，實(shí)踐VBE(on)0 措施：對措施：對T1 ，T2發(fā)射結(jié)適當(dāng)參與正偏壓發(fā)射結(jié)適當(dāng)參與正偏壓一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)5 (a)產(chǎn)生交叉失真(b)抑制交叉失真抑制交叉失真 (c)輸出電流的波形輸出電流的波形 7存在問題及處理途徑存在問題及處理途徑 問題：問題： 處理途徑去掉處理途徑去掉Tr2 OTL電路電路一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)一、變壓器耦合乙類推挽電路續(xù)6二、無輸出變壓器的互補(bǔ)推挽功放二、無輸出變壓器的互補(bǔ)推挽功

7、放1. OTL電路1) 類型：同型，異型 共同點(diǎn)：有公共負(fù)載共同點(diǎn)：有公共負(fù)載 RL ，有兩個電源，有兩個電源 VCC /2 不同點(diǎn)：同型管構(gòu)成的需兩個鼓勵源不同點(diǎn)：同型管構(gòu)成的需兩個鼓勵源 異型管構(gòu)成的只需一個鼓勵源異型管構(gòu)成的只需一個鼓勵源1. OTL電路續(xù)電路續(xù)12) 互補(bǔ)對稱的OTL電路及任務(wù)原理 原理：原理： 圖解分析：圖解分析： 電路：電路：A1. OTL電路續(xù)電路續(xù)23) OTL電路存在的問題措施：措施：a) 在末級兩管射極參與反響電阻在末級兩管射極參與反響電阻 存在交叉失真存在交叉失真采用方式采用方式: a) R與與D1,D2串聯(lián)，串聯(lián)，VB2B3VBE2(on)+VBE3(o

8、n)b) 加一電阻加一電阻R，R兩端并聯(lián)一只大容量的交流兩端并聯(lián)一只大容量的交流旁路電容旁路電容c) 恒壓偏置電路恒壓偏置電路措施：可在兩管措施：可在兩管B2B3之間加適當(dāng)正偏壓之間加適當(dāng)正偏壓 直接耦合導(dǎo)致任務(wù)點(diǎn)漂移直接耦合導(dǎo)致任務(wù)點(diǎn)漂移 b) 采用二級電壓并聯(lián)負(fù)反響采用二級電壓并聯(lián)負(fù)反響1. OTL電路續(xù)電路續(xù)33) OTL電路存在的問題續(xù) 難選擇到互補(bǔ)對稱管難選擇到互補(bǔ)對稱管措施：采用復(fù)合管替代末級互補(bǔ)對稱管措施：采用復(fù)合管替代末級互補(bǔ)對稱管 不能充分利用末級互補(bǔ)對稱管不能充分利用末級互補(bǔ)對稱管緣由：推進(jìn)級緣由：推進(jìn)級T1任務(wù)在甲類，任務(wù)在甲類，R直負(fù)直負(fù)=RCR交交=RC/Ri3 措施

9、：引入自舉電路，使措施：引入自舉電路，使R交負(fù)交負(fù)R直負(fù)直負(fù) 1. OTL電路續(xù)電路續(xù)44) 實(shí)踐OTL電路或準(zhǔn)互補(bǔ)對稱的OTL電路 電路：電路： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a) 抑制任務(wù)點(diǎn)漂移抑制任務(wù)點(diǎn)漂移b) 抑制交叉失真抑制交叉失真 c) 抑制異型互補(bǔ)對稱管選管抑制異型互補(bǔ)對稱管選管困難困難 d) 引入自舉電路引入自舉電路,抑制了不抑制了不能充分利用末級互補(bǔ)對能充分利用末級互補(bǔ)對稱管稱管 1. OTL電路續(xù)電路續(xù)55) 能量估算L2D2RVPCC L22O2RVPCC )(maxOC222 PP( (單單管管）maxOmaxC2 . 0,636. 0PP 當(dāng)當(dāng) 4C6) 調(diào)整調(diào)整 波形出現(xiàn)交叉失真調(diào)波

10、形出現(xiàn)交叉失真調(diào)RWRW 靜態(tài)靜態(tài)VA= 調(diào)調(diào)R1,R32CCV2. OCL電路電路1) 電路：2) 原理：原理：與與OTL電路一樣電路一樣3) 與與OTL不同：不同：CL去掉，改成兩個電源去掉，改成兩個電源VCC供電供電調(diào)整：靜態(tài)時使調(diào)整：靜態(tài)時使VA=0(V)，IL=0A一、集成電路要求與特點(diǎn)一、集成電路要求與特點(diǎn)1. 要求要求: 大電容，大電阻，電感外接大電容，大電阻，電感外接 二極管用三極管銜接替代二極管用三極管銜接替代 晶體管數(shù)目不限晶體管數(shù)目不限2. 特點(diǎn)特點(diǎn):1-3 集成低功放集成低功放 1. 內(nèi)部電路內(nèi)部電路二、舉例：二、舉例：DG4100集勝利放芯片集勝利放芯片 T1、T2差

11、分輸入級差分輸入級T3、R4、R5、T5組成分壓電組成分壓電路路 T4、T7:二級電流二級電流串聯(lián)負(fù)反響放大器串聯(lián)負(fù)反響放大器T5、T6有源負(fù)載有源負(fù)載T8、T12、T13、T14互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱OTL功放功放二、舉例：二、舉例：DG4100集勝利放芯片集勝利放芯片 2. 框圖框圖 差分輸入差分輸入(單入、單出單入、單出電流串聯(lián)電流串聯(lián)負(fù)反響負(fù)反響I電流串聯(lián)電流串聯(lián)負(fù)反響負(fù)反響II準(zhǔn)互補(bǔ)對稱的準(zhǔn)互補(bǔ)對稱的 OTL電路電路vivo兩級電流負(fù)反響放大兩級電流負(fù)反響放大電平移位電平移位前置電壓放大前置電壓放大對鼓勵信號放大對鼓勵信號放大1-4 寬帶高頻功放和功率合成技術(shù)寬帶高頻功放和功率合成技術(shù)一、

12、傳輸線變壓器一、傳輸線變壓器1. 構(gòu)造與性能構(gòu)造與性能構(gòu)造：構(gòu)造：分解分解二根導(dǎo)線傳輸線二根導(dǎo)線傳輸線可為同軸線、平行線、雙絞線、可為同軸線、平行線、雙絞線、高強(qiáng)度漆包線高強(qiáng)度漆包線變壓器變壓器 性能：性能：一、傳輸線變壓器一、傳輸線變壓器2. 任務(wù)原理 端口電壓相等端口電壓相等 例：例：1:1倒相器倒相器Ri : RL= 1:1Vi = V，Vo= -V流過傳輸線電流流過傳輸線電流大小相等，方向大小相等，方向相反相反一、傳輸線變壓器一、傳輸線變壓器3. 常用的傳輸線變壓器1) 1:1 倒相器倒相器 2) 1:1平衡與不平衡變換器平衡與不平衡變換器i) 1:1平衡變不平衡變換器平衡變不平衡變換

13、器 ii) 1:1不平衡變平衡變換器不平衡變平衡變換器 一、傳輸線變壓器一、傳輸線變壓器3. 常用的傳輸線變壓器續(xù)13) m:1傳輸線變壓器傳輸線變壓器 普通構(gòu)成原那么：普通構(gòu)成原那么： n n個個1:1 1:1 理想的傳輸線變壓器與一根短理想的傳輸線變壓器與一根短道路始端相串，終端相并稱為道路始端相串，終端相并稱為m:1m:1傳輸線變壓器傳輸線變壓器 m=(1+n)2n : n 個個1:1理想傳輸線變壓器理想傳輸線變壓器1: 一根短道路一根短道路其中其中一、傳輸線變壓器一、傳輸線變壓器3. 常用的傳輸線變壓器續(xù)常用的傳輸線變壓器續(xù)24) 1:m傳輸線變壓器傳輸線變壓器 普通構(gòu)成原那么：普通構(gòu)

14、成原那么： n n個個1:1 1:1 理想的傳輸線變壓器與一根短理想的傳輸線變壓器與一根短道路始端相并，終端相串稱為道路始端相并，終端相串稱為1:m1:m傳輸線變壓器傳輸線變壓器 m=(1+n)2n : n 個個1:1理想傳輸線變壓器理想傳輸線變壓器1: 一根短道路一根短道路其中其中一、傳輸線變壓器一、傳輸線變壓器4. 存在問題 1) 阻抗比不能實(shí)現(xiàn)恣意比值 2) 頻帶寬，諧波分量多，導(dǎo)致非線性失真頻帶寬，諧波分量多，導(dǎo)致非線性失真可用平衡推挽抵消偶次諧波分量可用平衡推挽抵消偶次諧波分量二、寬帶功率合成技術(shù)二、寬帶功率合成技術(shù) 1. 寬帶功率合成的涵義寬帶功率合成的涵義 它指用傳輸線變壓器構(gòu)成

15、混合網(wǎng)絡(luò)作為它指用傳輸線變壓器構(gòu)成混合網(wǎng)絡(luò)作為功率放大器的極間耦合網(wǎng)絡(luò)或多級這樣放功率放大器的極間耦合網(wǎng)絡(luò)或多級這樣放大器級聯(lián)實(shí)現(xiàn)功率合成或分配的技術(shù)。大器級聯(lián)實(shí)現(xiàn)功率合成或分配的技術(shù)。 用用4 : 1或或1 : 1傳輸線變壓器構(gòu)成混合的傳輸線變壓器構(gòu)成混合的網(wǎng)絡(luò)稱為魔網(wǎng)絡(luò)稱為魔T型網(wǎng)絡(luò)。型網(wǎng)絡(luò)。二、寬帶功率合成技術(shù)二、寬帶功率合成技術(shù)2. 特點(diǎn)特點(diǎn) 1) 假設(shè)有幾個功放，每個對負(fù)載提供功假設(shè)有幾個功放，每個對負(fù)載提供功率為率為P，那么，那么n個對負(fù)載提供功率為個對負(fù)載提供功率為nP。 2) n個功放之間彼此相互隔離，假設(shè)其個功放之間彼此相互隔離，假設(shè)其中一個損壞，不影響其他功放正常任務(wù)。中一

16、個損壞，不影響其他功放正常任務(wù)。 二、寬帶功率合成技術(shù)二、寬帶功率合成技術(shù)3. 魔T型網(wǎng)絡(luò) 1) 用4 : 1或1 : 4傳輸線變壓器構(gòu)成的魔T型網(wǎng)絡(luò) i) 魔T型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造 ii) 理想魔理想魔T網(wǎng)絡(luò)條件網(wǎng)絡(luò)條件 設(shè)設(shè)1 : 4或或4 : 1特性阻抗為特性阻抗為R， 那么理想魔那么理想魔T網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RRRRRRR22DCBA 二、寬帶功率合成技術(shù)二、寬帶功率合成技術(shù)3. 魔T型網(wǎng)絡(luò)續(xù)1 1) 用4 : 1或1 : 4傳輸線變壓器構(gòu)成的魔T型網(wǎng)絡(luò) iii) 魔T網(wǎng)絡(luò)可等效為：二、寬帶功率合成技術(shù)二、寬帶功率合成技術(shù)3. 魔T型網(wǎng)絡(luò)續(xù)2 2) 用兩個1 : 1傳輸線變壓器構(gòu)成的魔T網(wǎng)絡(luò) i) 構(gòu)造ii) 理想魔理想魔T網(wǎng)絡(luò)條件網(wǎng)絡(luò)條件 設(shè)設(shè)1 : 1傳輸線變壓器的特性傳輸線變壓器的特性阻抗為阻抗為R，那么理想魔，那么理想魔T網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)2DCBARRRRRR 二、寬帶功率合成技術(shù)二、寬帶功率合成技術(shù)3.