第三章高频谐振功率放大电路.ppt

第三章高频谐振功率放大器，3.1概况，3.2丙类谐振功率放大器的工作原理，3.3丙类功率放大器的工作状态分析，3.4高频放大器的高频特性，3.5高频功率放大器的电路结构，3.6宽带高频功率放大器和功率合成电路，3.1概况，1，使用高频功率放大器的目的，放大高频大信号，高效率地放大大功率使用高频功率放大器应该解决的问题是：有高效率的功率转换，输出充分的功率(高功率输出)，高频功率放大器和低频功率放大器的共同特征是输出功率大和高。 但是，两者的工作频率和相对带宽有很大的不同。 联想比较：减少非线性失真，3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同点，共同点：放大的信号都是高频信号，放大器的负载都是谐振电路。 不同之处在于激励信号的振幅的大小不同，放大器的工作点不同，晶体管的动态范围不同。谐振功率放大器波形图、小信号谐振放大器波形图、小信号谐振放大器波形图、谐振功率放大器波形图、4、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的差异、共同点：要求输出功率大和效率高。 功率放大器实质上是能量转换器，将电源供给的直流能量转换成交流能量，能量转换的能力是功率放大器的效率。 此外，谐振功率放大器通常用于放大窄带高频信号(信号的通带宽度仅为其中心频率的1%以下)，其操作状态通常被选择为丙类的操作状态(c90 )，而对于无失真的放大信号，其负载必须是谐振电路。 非谐振放大器分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。 低频功率放大器的负载是无调谐负载，并且处于a级或b级工作的宽带高频功率放大器以宽带传输线路或其他宽带匹配电路为负载。 晶体管的4个工作状态，按正弦波信号的全周期根据晶体管的导通状况来区分，乙类：导通角等于180，甲类： 1个周期导通，甲乙类：导通角大于180，丙类：导通角小于180，晶体管的工作状态，甲类的工作状态晶体管不导通乙类工作状态晶体管只在输入信号的半周期导通，静态IC=0，波形严重失真，管损小，效率高。 另外，ab级的工作状态晶体管导通的时间为半周期以上，经常采用静态ic0、一般的放大器。 功率放大器的主要技术指标是输出功率和效率。 工作状态、功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率，还提出了丁类和戊类放大器。 谐振功率放大器在c类操作中正常操作，并属于非线性电路。、 当晶体管允许的功耗一定时，解：以及集电极损耗功率，3.2.3D级和e级功率放大器的概要，1.D级功率放大器的原理分析，d级功率放大器有电压开关型和电流开关型两种基本电路，电压开关型d级功率放大器是普及的电路ub2、uL、uA ub1和ub2是从ui经由变压器T1产生的反极性的输入激励电压，在ui的正半部，VT1管饱和导通，VT2管断开，从电源EC对电容器c充电，电容器上的电压迅速充电到(EC-UCES1 )值，a点对地在ui负半周期，VT2管饱和开启，VT1管关闭。 VT2管的直流电源由在电容器c中充电的电荷供给，uA=UCES20，uA近似于矩形波电压，振幅为(EC-2UCES )。当l、c和RL的串联谐振电路调谐到输入信号的角频率，并且电路的q值足够高时，通过电路的电流ic1或ic2是角频率的馀弦波，并且在RL上获得对于输入信号没有失真的输出功率。 尽管ui、ub2、uL、uA、管饱和接通时的电流很大，但对应的管的电压降却很小，所以每管的管损失小，放大器效率也很高，ub1、2.2.3d型和e型功率放大器的介绍，1.D型d型功率放大器有电压开关型和电流开关型两种基本电路，电压开关型的d型功率放大器是普及的电路ui、ub1、ub2、uL、uA、ub1和ub2是从ui通过变压器T1产生的反极性的输入激励电压VT2管断开，从电源EC对电容器c充电，电容器上的电压迅速充电到(EC-UCES1 )值，a点对地的电压uA=(EC-UCES1 )。 在ui负半周期，VT2管饱和开启，VT1管关闭。 VT2管的直流电源由在电容器c中充电的电荷供给，uA=UCES20，uA近似于矩形波电压，振幅为(EC-2UCES )。 当l、c和RL的串联谐振电路调谐到输入信号的角频率，并且电路的q值足够高时，通过电路的电流ic1或ic2是角频率的馀弦波，并且在RL上获得对于输入信号没有失真的输出功率。 尽管管饱和接通时的电流大，但是对应的管的电压降小，所以每管的损失小，放大器的效率也高，2 .输出功率和效率计算，uA为矩形波，傅立叶级数展开后基波成分的振幅： VT1管电流ic1 (或VT2 ) 效率=Po/PD=100%，实际的晶体管的饱和电压降不会为零。 另外，考虑到管结电容、电路分布电容的影响(使管电压降波形uA具有一定的上升和下降)，d类放大器的效率小于100%，代表值超过90%。 2、输出功率和效率的计算，uA是矩形波，傅立叶级数展开后可以求出基波分量的振幅：串联q值足够大，且f0谐振时：uam电源供给的直流功率：放大器的输出功率Po； 实际的晶体管的饱和电压降并不为零，而且，考虑到管的结电容、电路分布电容的影响(使管电压降波形uA具有一定的上升沿和下降沿)，使d类放大器的效率小于100%，代表值超过90%。 放大器的效率为3.2.4专业级倍频电路、模拟、uce-、-Ec、-uc2， 3.3高频功率放大器的动态分析、1 .动态特性方程式、2 .动态特性曲线的描绘法、3 .高频放大器的工作状态、3.3.2高频功率放大器的负载特性、3.3.3高频功率放大器的调制特性、3.3.4高频功率放大器的放大特性3.3.5高频功率放大器的调谐特性， 3.3.6高频功率放大器的高频效果、uCE-、uBE_、3.3.1高频功率放大器的动态特性、ubemax连接，ABD即增益动态特性曲线、d、2.3.2高频功率放大器的负载特性、u 、 3.3.3高频功率放大器的调制特性，过电压状态后，随着UBB向正值的方向变大，集电极脉冲电流的宽度增加，宽度几乎不变，但凹陷变深的结果，与Ico，Icml对应的Ucm非常缓慢地增加饱和区域、放大区域、切断区域、Ubm被固定，UBB向负值的方向变大时，集电极脉冲电流ic的导通角c变大，集电极脉冲电流ic的宽度和宽度变大，状态从不足电压区域到过电压区域，2.3.4高频功率放大器的放大特性，饱和区域，和固定UBB、增大Ubm、增大UBB的情况类似，它们都增大基极输入电压uBEmax，增大对应的集电极脉冲电流ic的宽度和宽度，放大器的工作状态从不足电压进入过电压。在谐振功率放大器为线性功率放大器的情况下，放大器必须在Ubm的变化范围内操作，以反映输入信号振幅Ubm的变化。 当谐振功率放大器用作振幅限制器时，放大器必须在Ubm不变化的范围内在过电压状态下工作。 仿真，3.3.5高频功率放大器的调谐特性，实际电路在调谐中，其负载为阻抗Zp，如果改变电路元件的数值，例如改变电路的电容器c，放大器的外部电流Ico、与Icml对应的Ucm等的变化特性被称为调谐特性。 谐振时放大器在弱的过电压状态下工作，电路不调谐时，阻抗Zp的模式值变小，因此如果放大器的工作状态从负载特性变化为临界及欠电压状态，则Ico和Icml变大，Ucm降低。 应该指出的是，在环路失调的情况下，直流输入功率PD=IcoEC随Ico的增加而增加，输出功率Po=UcmIcmlcos主要因为cos因子而降低，因此，失调后的集电极消耗功率PC急速增加。 这表明高频放大器必须始终保持在谐振状态。 3.3.6高频放大器的高频效果：休息2，休息1，f2f1，例2某些高频谐振功率放大器在临界状态下工作，输出功率为15W，Ec=24V时导通角。 放大器管理参数： 问题： (1)直流电源供给的电力、放大器管的集电极损耗功率和效率、临界负载电阻是多少？ (2)输入信号的振幅变为2倍时，放大器的工作状态会发生什么样的变化？ 此时的输出是多少？(3)负载电阻变为2倍后，放大器的工作状态会发生什么样的变化？ (4)电路不同步的话，有什么危险？ 怎么指示调谐呢？ 问题的分析：输出功率P1、电源电压EC、临界饱和线斜率Sc和集电极电流导通角已知的情况下，只要计算电压利用系数，其他参数就能容易地求出的输入信号的振幅变化、负载电阻变化，影响放大器的动作状态，利用放大器的振幅特性和负载特性进行判断即可，谐振时放大器解： (1)有根据临界状态的电压使用系数进行计算的公式，(2)输入信号的振幅变为2倍时，根据放大器的振幅特性，放大器工作为过电压状态，此时输出功率几乎不变化。 (3)当负载电阻变为2倍时，根据放大器的负载特性，放大器会处于过电压状态，此时输出功率约为一半。 (4)如果电路不调谐，功率放大器变为低电压状态，集电极损耗会增加，晶体管有可能烧损。 用指示调谐最明显，最大谐振。 另外，例1谐振放大器本来是在临界状态下工作的，但是，虽然之后放大器的输出功率降低，相反效率提高了，但是电源电压EC、输出电压振幅Uc、Ubemax没有变化。 问一下这是什么原因，此时放大器是在什么状态下工作的。问题意分析：本问题是考察活用放大器外部特性的能力。 可知电源电压EC、输出电压振幅Uc及Ubemax不变化，icmax处于临界饱和线上，工作状态不变化。 另外，可知电源电压EC、输出电压振幅Uc不变，即电压利用系数不变，因此，根据影响效率的因素，波形系数变高，即变小，所以问题归结为影响的因素。 解：由于EC、Uc、ubemax不变化，即，ucemin、ubemax不变化，所以放大器的工作状态不变化。 因此，由于没有变化，效率的提高是通过减小实现的。 为了减小，有减小输入信号振幅Ubm的方法和减小UBB的方法两种，但是，因为要求ubemax不变化，所以只能减小UBB并同时增大输入信号振幅Ubm。 输出会降低，但Uc不变化，只能增大负载阻抗。 如何应用放大器的外部特性来调整放大器的工作状态是个难点，需要考虑各外部因素的影响。 另外，例如已知在高频放大器电路中，放大器管的输出特性曲线是EB=0.8V、EC=12V、ub=0.3costV、u0=10costV。(1)描绘出动特性曲线，说明电路的工作状态及其特征；(2)描绘IC和UCE的波形；(3)计算输出功率和效率。 问题意分析：这是一个常见的问题，根据电路参数绘制特性曲线，确定性能指标。 绘制动画特性曲线的关键是指定a、b、d三个特殊点。 连接、解(1)，a，b，ABD的是动态特性线，(2)动态特性曲线描绘的ic和UCE波形，(3)计算输出功率和效率，例子，问题的分析：研究简单的抽头并联谐振电路的阻抗变换。 可以根据输出电压和已知阻抗确定输出功率和基波电流，当阻抗变化时，该电流在欠电压和临界状态下不变化。 (3)、例3 :谐振功率放大器本来是在临界状态下工作的，其通电角为=70，输出功率P0为3W，效率为=60%。 此后，性能因为某种原因发生了变化。 增加到68%，输出显着下降，但UCC、UCm、UBEmax没有变化。 分析原因，计算此时的实际输出和通电角。 原因：在UCC、Ucm、UBEmax不变化的情况下，=Ucm/UCC不变化，所以的提高必然导致g1()增加，减少，此时1()也减少，但Ucm和UBEmax不变化，所以Icmax也不变化在使UBEmax保持原样时，的减少必然要求UBB的增加，为了使Ubm也保持在临界状态，Rp也必然增加，因此产生上述性能变化的原因是UBB增加，Ubm增加，Rp增加。 (2)计算P0和c()，保持的状态增加到68%时，3.4高频功率放大器的实用电路为其输入输出提供：直流供电线路：为晶体管的各级提供适当的偏置的交流匹配网络：交流功率信号效率ICO直流通路、IC1交流通路、ICn交流通路、2基供电线路、UBB、UBB-，图是有多个错误的400MHz谐振功率放大器电路，打算纠正这些错误。 VBBVCC，因此，这一点需要切断接地或切断VBB。 集电极供电线路上没有通路，因此电容器C3必须更换为电感，并与串联供电电路连接。 在这种情况下，该电感实际上是谐振电路的构成部分。 交流电流并非全部流过基极，而是通过电阻R1分流，因此必须切换为扼流线圈，或者在R1上串联连接扼流线圈的同时，并联绕过电容器。 、测量直流的电流计，因为交流可以通过，所以必须在电流计上连接旁路电容器。 将扼流圈转换为电感构成谐振电路。 电流计请连接到高频接地电位，与电感交换位置，去除c1。 (1)使放大