通信基本電路第五章高頻功率放大器詳解演示文稿

通信基本電路第五章高頻功率放大器詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)（優(yōu)選）通信基本電路第五章高頻功率放大器當(dāng)前第2頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)主要功能：放大高頻信號，并以大的功率輸出為目的；功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為交流輸出。能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。主要用途：在各種無線電發(fā)射機(jī)中，高頻載波信號由高頻振蕩器產(chǎn)生，一般情況下，高頻振蕩器所產(chǎn)生的高頻信號的功率很小，不能滿足發(fā)射機(jī)天線對發(fā)射功率的要求，所以發(fā)射之前需要進(jìn)行功率放大。高頻功率放大器：概述當(dāng)前第3頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)諧振功率放大器高頻功率放大器按工作頻帶的寬窄可分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。窄帶高頻功率放大器通常以LC并聯(lián)諧振回路作負(fù)載，因此又稱為諧振功率放大器。當(dāng)前第4頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同5共同之處:都要求輸出功率大和效率高。

諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)(c＜90)，為了不失真的放大信號，它的負(fù)載必須是諧振回路。非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無調(diào)諧負(fù)載，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負(fù)載。當(dāng)前第5頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)前第6頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)使用高頻功率放大器的目的放大高頻大信號,使發(fā)射機(jī)末級獲得足夠大的發(fā)射功率。高頻功率放大器使用中需要解決的兩個(gè)問題：輸出效率和功率；即高輸出效率和功率當(dāng)前第7頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)icebtooictVBZ諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號均為高頻信號，而且放大器的負(fù)載均為諧振回路。不同之處：激勵信號幅度大小不同；放大器工作點(diǎn)不同；晶體管動態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號諧振放大器波形圖icQebtooict當(dāng)前第8頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)icQebtooict小信號諧振放大器波形圖當(dāng)前第9頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)icebtooictVBZ諧振功率放大器波形圖當(dāng)前第10頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC0，一般功放常采用。當(dāng)前第11頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)前第12頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。諧振功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路當(dāng)前第13頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)分析方法由于高頻功率放大器通常工作在丙類，即非線性區(qū)，對于它的分析一般采用兩種方法：圖解法和解析近似法（折線法）主要的技術(shù)指標(biāo):輸出功率和效率，以及非線性失真當(dāng)前第14頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)5.1概述

5.2高頻功率放大器原理及分析方法5.3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負(fù)載特性重點(diǎn)內(nèi)容當(dāng)前第15頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)獲的高效率所需要的條件工作原理：利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘柟β瘦敵鋈?。直流電源提供功耗：一部分變?yōu)榻涣鬏敵龉β剩徊糠忠詿崮芟脑诩姌O上。當(dāng)前第16頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)獲的高效率所需要的條件當(dāng)前第17頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)獲的高效率高輸出功率所需要的條件當(dāng)前第18頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)獲的高效率高輸出功率所需要的條件當(dāng)前第19頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)高效率當(dāng)前第20頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)獲的高效率所需要的條件諧振功率放大電路原理圖當(dāng)前第21頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)(b)tw或電壓電流0VBZVCCV－BBVbmVcmvbEmaxqiCicmaxciCvCEvBEvCEmin1.iC

與vBE同相，與vCE反相；2.iC脈沖最大時(shí)，vCE最小；3.導(dǎo)通角和vCEmin越小，Pc越??；當(dāng)前第22頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)ωlowhigh3ωnω2ω0當(dāng)前第23頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)注意點(diǎn)：集電極電流雖然是脈沖狀，包含很多諧波，失真很大，但由于在集電極電流內(nèi)采用的是并聯(lián)諧振回路（或其他形式的選頻網(wǎng)絡(luò)），如使此并聯(lián)回路諧振于基頻，那么它對基頻呈現(xiàn)很大的純電阻性阻抗，而對諧波的阻抗則很小，可以看作短路，因此，并聯(lián)諧振電路由于通過所產(chǎn)生的電位降也幾乎只包含基頻，這樣，的失真雖然很大，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形輸出。當(dāng)前第24頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)例：求各次諧波與基波的阻抗之比當(dāng)前第25頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)如果Q=10則可以得：可得，諧波的阻抗只有基波阻抗的百分之幾。當(dāng)前第26頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)回路的這種濾波作用也可從能量的觀點(diǎn)來解釋。當(dāng)晶體管由截止轉(zhuǎn)入導(dǎo)電時(shí)，由于回路中電感L的電流不能突變，因此，輸出脈沖電流的大部分流過電容C，即使C充電。充電電壓的方向是下正上負(fù)。這時(shí)直流電源VCC給出的能量儲存在電容C之中。過了一段時(shí)間，當(dāng)電容兩端的電壓增大到一定程度(接近電源電壓)，晶體管截止，電容通過電感放電，下一周期到來重復(fù)以上過程。由于這種周期性的能量補(bǔ)充，所以振蕩回路能維持振蕩。當(dāng)補(bǔ)充的能量與消耗的能量相等時(shí)，電路中就建立起動態(tài)平衡，因而維持了等幅的正弦波振蕩。當(dāng)前第27頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)功率關(guān)系VbmvbewtwtiC0-qc+qcVBB0-qc+qcvbe轉(zhuǎn)移特性iCVBZo理想化當(dāng)前第28頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)功率關(guān)系當(dāng)前第29頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)直流功率：輸出交流功率：集電極效率：集電極電壓利用系數(shù)波形系數(shù)當(dāng)前第30頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)越大(即Vcm越大或ecmin越小)c越小效率c越高。因此，丙類諧振功率放大器提高效率c的途徑為：1、減小c角；2、使LC回路諧振在信號的基頻上，即ic的最大值應(yīng)對應(yīng)ec的最小值?！し糯蟾哳l大信號,屬于非線性工作狀態(tài)；·基極偏置為負(fù)值,半通角c＜90，即丙類工作狀態(tài)；·電流脈沖是尖頂余弦脈沖；·負(fù)載為LC諧振回路。故諧振功率放大器的工作特點(diǎn)：當(dāng)前第31頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)(b)tw或電壓電流0VBZVCCV－BBVbmVcmvbEmaxqiCicmaxciCvCEvBEvCEmin當(dāng)前第32頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)5.1概述

5.2高頻功率放大器原理及分析方法5.3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負(fù)載特性重點(diǎn)內(nèi)容當(dāng)前第33頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)折線法所謂折線法是將電子器件的特性曲線理想化，用一組折線代替晶體管靜態(tài)特性曲線后進(jìn)行分析和計(jì)算的方法。工程上都采用近似估算和實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的方法對高頻功率放大器進(jìn)行分析和計(jì)算。折線法就是常用的一種分析法。對諧振功率放大器進(jìn)行分析計(jì)算，關(guān)鍵在于求出電流的直流分量Ic0和基頻分量Icm1。5.3諧振功率放大器的折線近似分析法當(dāng)前第34頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)折線分析法的主要步驟：

1、測出晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線ic-eb及輸出特性曲線ic-ec，并將這兩組曲線作理想折線化處理。2、作出動態(tài)特性曲線。3、根據(jù)激勵電壓vb的大小在已知理想特性曲線上畫出對應(yīng)電流脈沖ic和輸出電壓vc的波形。4、求出ic的各次諧波分量Ic0、Ic1、Ic2……由給定的負(fù)載諧振阻抗的大小，即可求得放大器的輸出電壓、輸出功率、直流供給功率、效率等指標(biāo)。當(dāng)前第35頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)晶體管實(shí)際特性和理想折線根據(jù)理想化原理晶體管的靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性可用交橫軸于VBZ的一條直線來表示(VBZ為截止偏壓)。由上圖可見，根據(jù)理想化原理，在放大區(qū),集電極電流只受基極電壓的控制,與集電極電壓無關(guān);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)。晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線當(dāng)前第36頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)則臨界線方程可寫為

ic=gcrecgcr為臨界線的斜率則轉(zhuǎn)移特性方程可寫為：

ic=gc(eb–VBZ)(eb＞VBZ)(1)gc-轉(zhuǎn)移特性方程的斜率式(1)和(2)是折線近似法的基礎(chǔ)當(dāng)前第37頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極電流是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種：1)欠壓工作狀態(tài)：集電極最大點(diǎn)電流在臨界線的右方，交流輸出電壓較低。2)過壓工作狀態(tài)：集電極最大點(diǎn)電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)，交流輸出電壓較高。3)臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓狀態(tài)的分界點(diǎn)，集電極最大點(diǎn)電流正好落在臨界線上。當(dāng)前第38頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)晶體管特性曲線理想化后，丙類工作狀態(tài)的集電極電流脈沖是尖頂余弦脈沖。這適用于欠壓或臨界狀態(tài)。尖頂余弦脈沖晶體管的內(nèi)部特性為：它的外部電路關(guān)系式ic=gc(eb–VBZ)(1)eb=–VBB+Vbmcost(2)ec=VCC–Vcmcost(3)將式(2)代入式(1)，得

ic=gc(–VBB+Vbmcost–VBZ) (4)當(dāng)t=c時(shí)，ic=0，代入上式得0=gc(–VBB+Vbmcosc–VBZ) (5)

集電極余弦電流脈沖的分解當(dāng)前第39頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)因此，知道了Vbm、VBB與VBZ各值，c的值便完全確定。將式(4)與式(5)相減，即得

ic=gcVbm(cost–cosc）(7)

當(dāng)t=0時(shí)，ic=icmax，因此

icmax=gcVbm(1–cosc)(8)

將式(7)與式(8)相除，即得或

即為尖頂余弦脈沖的解析式，它完全取決于脈沖高度icmax與通角c。當(dāng)前第40頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)若將尖頂脈沖分解為傅里葉級數(shù)由傅里葉級數(shù)的求系數(shù)法得其中：尖頂脈沖的分解系數(shù)當(dāng)前第41頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)尖頂脈沖的分解系數(shù)當(dāng)c≈120時(shí)，Icm1/icmax達(dá)到最大值。在Icmax與負(fù)載阻抗Rp為某定值的情況下，輸出功率將達(dá)到最大值。這樣看來，取c=120應(yīng)該是最佳通角了。但此時(shí)放大器處于甲級工作狀態(tài)效率太低。右圖可見：當(dāng)前第42頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)尖頂脈沖的分解系數(shù)：－波形系數(shù)由曲線可知：極端情況c=0時(shí)，此時(shí)=1，c可達(dá)100%因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取70左右。由于當(dāng)前第43頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)1.諧振功率放大器的動態(tài)特性晶體管的靜態(tài)特性是在集電極電路內(nèi)沒有負(fù)載阻抗的條件下獲得的。如，維持基極電壓eb不變，改變集電極電壓ec，就可求出ic–ec靜態(tài)特性曲線族。如果集電極電路有負(fù)載阻抗，則當(dāng)改變eb使ic變化時(shí)，由于負(fù)載上有電壓降，就必然同時(shí)引起ec的變化。在考慮了負(fù)載的反作用后，所獲得的vCE、vBE與ic的關(guān)系曲線就叫做動態(tài)特性。

諧振功率放大器的動態(tài)特性與負(fù)載特性當(dāng)前第44頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)

高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗Rp、激勵電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個(gè)參量決定的。如果VCC、VBB、vb3個(gè)參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)載電阻Rp決定。此時(shí)，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨Rp而變化的特性，就叫做放大器的負(fù)載特性。

當(dāng)前第45頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)放大器工作于諧振狀態(tài)時(shí)，它的外部電路關(guān)系式為eb=–VBB+Vbmcost

ec=VCC–Vcmcost消去cost可得，eb=–VBB+Vbm另一方面，晶體管的折線化方程為ic=gc(eb–VBZ)得出在ic–ec坐標(biāo)平面上的動態(tài)特性曲線(負(fù)載線或工作路)方程：=gd(ec–V0)當(dāng)前第46頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)動態(tài)線作法：AB為動態(tài)特性曲線，也稱為工作路。⑴取B點(diǎn)，作斜率為gd的直線；⑵取Q、A兩點(diǎn)，連成直線。特殊點(diǎn)說明⑴A點(diǎn)：＝0，eb達(dá)到最大，eC達(dá)到最小，iC達(dá)到最大；⑵Q點(diǎn)：＝90，eC＝VCC，虛擬電流IQ＝gc（－VBB－VBZ）ic–vCE坐標(biāo)平面上的動態(tài)特性曲線的作法與相應(yīng)的ic波形

ic=gd(ec–V0)當(dāng)前第47頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)動態(tài)特性曲線的畫法vceic?A?BOVcc?Qgd集電極調(diào)幅作用是通過改變VCC來改變當(dāng)前第48頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)功率放大器的負(fù)載特性在VCC、VBB、vb為一定，只變化放大器的負(fù)載電阻而引起的放大器輸出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負(fù)載特性。電壓、電流隨負(fù)載變化波形1)

在負(fù)載電阻RP由小至大變化時(shí)，負(fù)載線的斜率由大變小，如圖中123。不同的負(fù)載，放大器的工作狀態(tài)是不同的,所得的ic波形、輸出交流電壓幅值、功率、效率也是不一樣的。當(dāng)前第49頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)2)欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)①欠壓狀態(tài)B點(diǎn)以右的區(qū)域。在欠壓區(qū)至臨界點(diǎn)的范圍內(nèi)，根據(jù)Vc=RpIc1，放大器的交流輸出電壓在欠壓區(qū)內(nèi)必隨負(fù)載電阻RP的增大而增大，其輸出功率、效率的變化也將如此。②臨界狀態(tài)負(fù)載線和ebmax正好相交于臨界線的拐點(diǎn)。放大器工作在臨界狀態(tài)時(shí)，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。根據(jù)Rp與ebmax相交在不同區(qū)域，可分為三種工作狀態(tài):當(dāng)前第50頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)③過壓狀態(tài)電壓、電流隨負(fù)載變化波形過壓狀態(tài)放大器的負(fù)載較大，如動態(tài)線3就是這種情況。動態(tài)線穿過臨界點(diǎn)C后，電流沿臨界線下降，因此集電極電流ic呈下凹頂狀，過壓愈重，則ic波頂下凹愈厲害，嚴(yán)重時(shí)，ic波形可分裂為兩部分。根據(jù)傅里葉級數(shù)對ic波形分解可知，波形下凹的ic，其基波分量Ic1會下降，下凹愈深，則Ic0、Ic1的下降也就愈激烈因此放大器的輸出功率和效率也要減小。當(dāng)前第51頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)iCvcevbemax過壓區(qū)臨界區(qū)欠壓區(qū)欠壓過壓0臨界Rp欠壓過壓0臨界Rp高頻功率放大器的負(fù)載特性當(dāng)前第52頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)根據(jù)上述分析，可以畫出諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負(fù)載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。Vcm當(dāng)前第53頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)過壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過壓時(shí)，效率可達(dá)最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機(jī)的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。負(fù)載特性曲線Vcm當(dāng)前第54頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)臨界狀態(tài)的特點(diǎn)是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機(jī)的末級常設(shè)計(jì)成這種狀態(tài)，在計(jì)算諧振功率放大器時(shí)，也常以此狀態(tài)為例。負(fù)載特性曲線當(dāng)前第55頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)：結(jié)論：欠壓：恒流，Vcm變化，Po較小，ηc低，Pc較大；過壓：恒壓，Icm1變化，Po較小，ηc可達(dá)最高；臨界：Po最大，ηc較高；最佳工作狀態(tài)發(fā)射機(jī)末級中間放大級負(fù)載特性曲線欠壓過壓0臨界Rp欠壓過壓0臨界Rp高頻功率放大器負(fù)載特性當(dāng)前第56頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)1.導(dǎo)通角c的調(diào)整若保持Vb不變增大偏置VBB；或保持VBB不變增大激勵電壓振幅Vbm；或同時(shí)增大VBB和Vbm，這三種情況均可使導(dǎo)通角c增大，若相反，則可使c減小。但是采取上述三種方法中的任一個(gè)方法，當(dāng)c增大時(shí)，ic脈沖電流的振幅Im會加大，輸出功率Po當(dāng)然也會加大，而當(dāng)c減小時(shí)，Im和Po均將減小。有時(shí)希望增大c，但要保持Im不變，則應(yīng)在增加VBB的同時(shí)，適當(dāng)減小激勵Vbm。放大器工作狀態(tài)及導(dǎo)通角的調(diào)整當(dāng)前第57頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)2.欠壓、臨界、過壓工作狀態(tài)的調(diào)整調(diào)整欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)，大致有以下幾種方法：改變集電極負(fù)載Rp；改變供電電壓VCC；改變偏壓VBB；改變激勵Vbm。(1)改變Rp，但Vbm、VCC、VBB不變當(dāng)負(fù)載電阻Rp由小至大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。在臨界狀態(tài)時(shí)輸出功率最大。(2)改變VCC，但Rp、Vbm、VBB不變當(dāng)集電極供電電壓VCC由小至大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由過壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入欠壓。放大器工作狀態(tài)及導(dǎo)通角的調(diào)整當(dāng)前第58頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)VCC變化時(shí)對工作狀態(tài)的影響在欠壓區(qū)內(nèi)，輸出電流的振幅基本上不隨VCC變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區(qū)，輸出電流的振幅將隨VCC的減小而下降，故輸出功率也隨之下降。當(dāng)前第59頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)vceiCvbemax?QVCC??QVCC?QVCC????iC1.改變ＶCC對工作狀態(tài)的影響過壓欠壓0臨界VCC過壓欠壓0臨界VCC各極電壓對工作狀態(tài)的影響VCC由小大時(shí)，對應(yīng)工作狀態(tài)由過壓臨界欠壓。在欠壓區(qū)內(nèi)，輸出電流的振幅基本上不隨VCC變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區(qū)，輸出電流的振幅將隨VCC的減小而下降，故輸出功率也隨之下降。當(dāng)前第60頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)(3)Vbm變化，但VCC、VBB、Rp不變或VBB變化，但VCC、Vb、Rp不變這兩種情況所引起放大器工作狀態(tài)的變化是相同的。因?yàn)闊o論是Vbm還是VBB的變化，其結(jié)果都是引起eb的變化。由eb=VBB+Vbmcost

ebmax=VBB+Vbm當(dāng)VBB或Vbm由小到大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。當(dāng)前第61頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)2.改變Ｖbm對工作狀態(tài)的影響vceiCvbemax1vbemax2?QVCCvbemax4????iCvbemax3??欠壓過壓0臨界Vbm欠壓過壓0臨界Vbm各極電壓對工作狀態(tài)的影響當(dāng)前第62頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)例1有一個(gè)用硅NPN外延平面型高頻功率管3DA1做成的諧振功率放大器，設(shè)已知ＶCC＝24Ｖ，Ｐｏ＝２Ｗ，工作頻率＝１MHz。試求它的能量關(guān)系。由晶體管手冊已知其有關(guān)參數(shù)為fＴ≥70MHz，Ap（功率增益）≥13dB，ＩCmax＝750ｍＡ,ＶCE(sat)(集電極飽和壓降)≥1.5Ｖ,ＰCM＝１W。解：１）由前面的討論已知，工作狀態(tài)最好選用臨界狀態(tài)。作為工程近似估算，可以認(rèn)為此時(shí)集電極最小瞬時(shí)電壓2）工作狀態(tài)的計(jì)算(估算)舉例當(dāng)前第63頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)解：3）選c=70o，4）未超過電流安全工作范圍。5）6）7）8）9）工作狀態(tài)的計(jì)算(估算)舉例當(dāng)前第64頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)前第65頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)前第66頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)前第67頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)（3）當(dāng)前第68頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)諧振功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。以臨界狀態(tài)為例：1)首先要求得集電極電流脈沖的兩個(gè)主要參量icmax和c導(dǎo)通角c集電極電流脈沖幅值Icm諧振功率放大器的計(jì)算當(dāng)前第69頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)2)電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù)0(c)、1(c)、…、n(c)可查表求得，并求得個(gè)分量的實(shí)際值。3)諧振功率放大器的功率和效率直流功率：P==Ic0VCC交流輸出功率：集電極效率：當(dāng)前第70頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)

2)根據(jù)求得Vb

3)根據(jù)icmax=gcVb(1–cosc)求得icmax、Ic1、Ic0

c=70，cos70=0.342，

Ic1=icmax1(70)=20.436=0.872AIc0=icmax0(70)=20.253=0.506A

1)根據(jù)圖可求得轉(zhuǎn)移特性的斜率gc例5-1某諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。已知該放大器采用晶體管的參數(shù)為：fT≥150MHz，功率增益Ap≥13dB，管子允許通過的最大電流IcM=3A，最大集電極功耗為Pcmax=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的負(fù)偏置VBB=1.4V，c=70，VCC=24V，=0.9，試計(jì)算放大器的各參數(shù)。當(dāng)前第71頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)4)求交流電壓振幅：Vcm=VCC=240.9=21.6V對應(yīng)功率、效率。P==VCCIC0=240.506=12W

Po=Pc=P=–Po=2.6W<Pcmax

(安全工作)

則5)激勵功率因?yàn)锳p=13dB，即

當(dāng)前第72頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)5.5高頻功率放大器的電路組成一、基本組成:

諧振功率放大器是由輸入諧振回路、非線性器件（晶體管、場效應(yīng)管）和輸出諧振回路組成。輸入、輸出回路在諧振功率放大器中的作用是：1、提供放大器所需的正常偏置；2、實(shí)現(xiàn)濾波選取基波分量；3、實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。管外電路直流饋電電路濾波匹配網(wǎng)絡(luò)饋電電路：PowerSupplyCircuit當(dāng)前第73頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)直流饋電電路直流饋電電路：把直流電源加到各電極上去的線路叫饋電電路，它為晶體管各級提供合適的偏置。包括集電極饋電電路和基極饋電電路。饋電電路根據(jù)連接方式的不同可分為：串饋和并饋。串饋：晶體管、直流電源和回路三部分串聯(lián)。并饋：晶體管、直流電源和回路三部分并聯(lián)。但無論哪種電路形式,直流偏壓與交流電壓總是串聯(lián)迭加的,假定交流電壓是單頻信號,即滿足下面關(guān)系式：當(dāng)前第74頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)直流饋電電路基本原則：當(dāng)前第75頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)直流饋電電路基本原則：①直流要有直流通路，交流要有交流通路，且高頻信號不能通過直流電源。②基波分量要有效地流過負(fù)載回路③諧波對于負(fù)載回路是短路當(dāng)前第76頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)L’高頻扼流圈，對直流是短路，對高頻信號呈現(xiàn)大的阻抗，開路。C’高頻旁路電容，對高頻小信號短路。直流電源VCC、負(fù)載回路和功率管在電路形式上為串接的饋電方式。集電極饋電電路：串饋數(shù)值上視工作頻率而定，一般要保證L’的阻抗遠(yuǎn)大于Rp,C’的阻抗遠(yuǎn)小于Rp。①直流要有直流通路，交流要有交流通路，且高頻信號不能通過直流電源。②基波分量要有效地流過負(fù)載回路③諧波對于負(fù)載回路是短路當(dāng)前第77頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)L’高頻扼流圈，對直流是短路，對高頻信號呈現(xiàn)大的阻抗，開路。C’高頻旁路電容，對高頻小信號短路。C’’隔直電容。直流電源VCC、負(fù)載回路和功率管在電路形式上為并聯(lián)的饋電方式。集電極饋電電路：并饋①直流要有直流通路，交流要有交流通路，且高頻信號不能通過直流電源。②基波分量要有效地流過負(fù)載回路③諧波對于負(fù)載回路是短路與串饋電路相同當(dāng)前第78頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)作用：為放大電路提供合適的偏置電壓，使功率管工作在丙類?；鶚O饋電電路基極的反向偏壓供給方式外加偏置自給偏置當(dāng)前第79頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)基極饋電電路：自偏置當(dāng)前第80頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)3．自給偏置電路(1)自給偏壓的產(chǎn)生vb0

ib

0，為脈沖電流，可分解為IB0、Ib1m、Ib2m、···

(2)自給偏置vb(t)=0，VBE=0；vb(t)由小至大

IB0

隨之增大

VBE=IB0RB負(fù)向增大。自給偏置效應(yīng)：這種偏置電壓隨輸入信號電壓振幅而變化的效應(yīng)。當(dāng)前第81頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)5.5.2匹配網(wǎng)絡(luò)輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)作用：

為了使諧振功放的輸入端能夠從信號源或前級功放得到有效的功率,輸出端能夠向負(fù)載輸出不失真的最大功率或滿足后級功放的要求,在諧振功放的輸入和輸出端必須加上匹配網(wǎng)絡(luò)。

①使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。

②抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它應(yīng)有良好的濾波作用。

③有效地傳送功率到負(fù)載，但同時(shí)又應(yīng)盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響。當(dāng)前第82頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)5.5.2輸出匹配網(wǎng)絡(luò)

1．位置（輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)）

對交流通路而言，濾波匹配網(wǎng)絡(luò)(Filter-MatchedNetwork)介于功率管T和外接負(fù)載RL之間。2．對濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的要求

(1)變換

將外接負(fù)載RL

變換為放大管所要求的負(fù)載Re，以保證放大器高效率地輸出所需功率。當(dāng)前第83頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)諧波抑制度Hn：工程上表示濾波性能好壞的參數(shù)。設(shè)

IL1m

和ILnm分別為通過外接負(fù)載電流中基波和n

次諧波分量的振幅，相應(yīng)的基波和n

次諧波功率分別為PL和PLn，則對n

次諧波的諧波抑制度定義為

(2)濾波

充分濾除不需要的高次諧波分量，以保證在外接負(fù)載上輸出所需基波功率。

Hn

越小，網(wǎng)絡(luò)對n

次諧波的抑制能力越強(qiáng)。通常n

選2，即對二次諧波的抑制度。當(dāng)前第84頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)

(3)高效

將功率管給出的信號功率Po高效地傳送到外接負(fù)載上，即要求網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率K=PL/Po

接近1。

當(dāng)前第85頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級功放與天線或其他負(fù)載間的網(wǎng)絡(luò)，這種匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、型、T型網(wǎng)絡(luò)及由它們組成的多級網(wǎng)絡(luò)，也有用雙調(diào)諧耦合回路的。當(dāng)前第86頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)復(fù)合輸出回路當(dāng)前第87頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)阻抗匹配由于高頻功率放大器工作于非線性狀態(tài)，因此線性電路的阻抗匹配（負(fù)載阻抗與電源內(nèi)阻相等）這一概念不能適用于它。高頻功率放大器的阻抗匹配概念是：在給定的電路條件下，改變負(fù)載回路的可調(diào)元件使電子器件送出額定的輸出功率Po至負(fù)載。這就叫做達(dá)到了匹配狀態(tài)。當(dāng)前第88頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)復(fù)合輸出回路當(dāng)前第89頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)匹配網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸效率圖中，r’為等效到諧振回路的負(fù)載電阻，r1為諧振回路本身的損耗電阻。衡量回路傳輸能力優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，通常以輸出至負(fù)載的有效功率與輸入到回路的總交流功率之比來代表。這比值叫做中介回路的傳輸效率k，簡稱中介回路效率。當(dāng)前第90頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)從回路傳輸效率高的觀點(diǎn)來看，應(yīng)使QL盡可能地小。但從要求回路濾波作用良好來考慮，則QL值又應(yīng)該足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，QL值一般不應(yīng)小于10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。要想回路的傳輸效率高，則空載Qo越大越好，有載QL越小越好，也就是說，中介回路本身的損耗越小越好當(dāng)前第91頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)前第92頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)當(dāng)前第93頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)欠壓過壓0臨界Rp輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與級間耦合網(wǎng)絡(luò)由于末級和中間級的電平和負(fù)載狀態(tài)不同，因而對它們的要求也就有差別。多級功放中間級的一個(gè)很大問題是后級放大器的輸入阻抗是變化的，是隨激勵電壓的大小及管子本身的工作狀態(tài)變化而變化的。這個(gè)變化反映到前級回路，會使前級放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。此時(shí)，若前級原來工作在欠壓狀態(tài)，其輸出電壓將不穩(wěn)定。對于中間級而言，最主要的是應(yīng)該保證它的輸出電壓穩(wěn)定，以供給下級功放穩(wěn)定的激勵電壓，而效率則降為次要問題。欠壓過壓0臨界Rp當(dāng)前第94頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與級間耦合網(wǎng)絡(luò)措施：1.中間放大級工作于過壓狀態(tài)，此時(shí)它等效為一個(gè)理想電壓源，其輸出電壓幾乎不隨負(fù)載變化。這樣，盡管后級的輸入阻抗是變化的，但該級所得到的激勵電壓仍然是穩(wěn)定的。2.降低級間耦合回路的效率。因?yàn)榛芈沸式档?，意味著回路本身損耗加大，這樣就使下級輸入電路的損耗功率相對來說顯得不重要了，也就是減弱了下級對本級工作狀態(tài)的影響，中間級的效率一般取為0.1～0.5，也就是中間級的輸出功率應(yīng)為后一級所需激勵功率的2~10倍。當(dāng)前第95頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)5.5.1直流饋電電路5.5.2輸出回路和級間耦合回路集電極饋電電路基極饋電電路級間耦合網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)高頻功率放大器的電路組成當(dāng)前第96頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)1.集電極饋電電路根據(jù)直流電源連接方式的不同，集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。直流饋電電路當(dāng)前第97頁\共有106頁\編于星期日\16點(diǎn)(1)串饋電路指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者首尾相接的一種直流饋電電路。C1、LC為低通濾波電路，A點(diǎn)為高頻地電位，既阻止電源VCC中的高頻成分影響放大器的工作，