高频调谐功率放大器

1、高频调谐功率放大器,2,3.1 概述 3.2 调谐功率放大器的工作原理（重点） 3.3功率和效率 （重点） 3.4调谐功率放大器的工作状态分析 3.5调谐功率放大器的实用电路（重点） 3.6功率晶体管的高频效应 （指导实践） 3.7 倍频器,高频调谐功率放大器,3,本章知识点及结构,高频调谐功率放大器,工作原理（原理电路、电流电压分析、评价指标） 3.2，3.3, 3.7(倍频器),工作状态分析（动态特性、工作状态分类与判别） 3.4,实用电路（直流馈电、自给偏压、匹配网络） 3.5、3.6,4,本节问题：,3.1 概述,一、高频功率放大器在无线电发射机中的位置?,二.高频功率放大器性能的评价

2、指标？,四、调谐功率放大器的基本电路形式（构成）？,三、调谐功放与小信号调谐放大器的比较,5,一、高频功率放大器在无线电发射机中的位置,在发射机末端,6,功率放大器的作用及其实质，决定了衡量它性能的两个主要指标：,1.（输出的交流）功率 2.（直流能量转化为交流能量的）效率,二.高频功率放大器的性能指标,放大输入信号，使之达到足够的（交流）功率输出，以满足天线发射远距离传输信号的要求，或其他负载的要求。,7,三、调谐功放与小信号调谐放大器的比较,8,四、高频功率放大器的典型电路,9,3.2 调谐功率放大器的工作原理,一、调谐功率放大器的电路形式（构成）？,二、调谐功率放大器如何完成它的功能 （

3、即它的工作原理）?,问题：,10,回顾问题： （模拟电子技术中的功放内容）,1. 放大器的实质？,3. 每种放大器的效率？,2. （已学的）三类放大器？,11,1. 放大器的实质,是一种能量转换器件. 将直流电源输出的直流能量转换为交流能量，供给负载。,12,(1) 甲(A)类（电压放大器）,ui,三极管集电极电流导通角为 2360或180,放大电路分类,13,(2) 乙(B)类（低频功率放大器）,ui,三极管集电极电流导通角为 2180或90,14,无输出耦合电容功放,双电源、乙类互补对称功率放大器,存在交越失真,UEQ=0,乙类互补功放（OCL,Output Capacitorless),

4、15,(3) 甲乙(AB)类（低频功率放大器）,ui,三极管集电极电流导通角为 180 360或 90 180,16,克服交越失真,单电源、输出端接大电容的甲乙类互补对称功率放大器,UEQ=,甲乙类互补功放（OTL,Output Transformerless),17,(4) 丙(C)类（高频功率放大器）,ui,t,iC,0,三极管集电极电流导通角为 180或90,18,丙类功放原理电路：,19,ic,对丙类功放集电极余弦脉冲电流，进行傅立叶级数分解：,丙类功放输出波形不失真的原因：,20,总结：丙类功放工作原理,1.为获得高效率工作在丙类状态静态偏置电路保证其工作于丙类,Eb0,2. 为获得

5、不失真输出波形集电极的选频回路（槽路）,21,课前问题：,丁类（D类）、戊类（E类）功放的工作原理、效率、 应用,22,因工作于大信号非线性状态， 所以，采用折线近似分析法，分析其 导通角、集电极电流、输出电压等参量， 以便计算功放的性能指标。,调谐功率放大器的折线近似分析法,23,3.2.2 调谐功率放大器的折线近似分析法,一、晶体管特性的折线化,二、集电极余弦脉冲电流分析,三、槽路电压,将晶体管的特性理想化，每条特性曲线用一组折线来代替。,24,一、晶体管特性的折线化,25,集电极电流导通角的计算,Uj,26,结论 ：,导通角是调谐功率放大器的重要参数,2. 导通角的计算 续,丙类工作状态

6、下,所以,设功放采用反向偏置，,27,二、集电极余弦脉冲电流分析,28,ic,二、集电极余弦脉冲电流分析,直流分量：,基波分量：,n次谐波:,直流分量分解系数,基波分量分解系数,n次谐波分量分解系数,30,余弦脉冲分解系数曲线图,其中,总结：,31,32,三、槽路电压（即谐振回路集电极抽头电压）,33,三、槽路电压（即谐振回路集电极抽头电压）,集电极抽头处基波电压幅值,则晶体管集电极与发射极间电压为 ：,34,3.3 功率和效率,晶体管,直流功率 交流功率,槽路,脉冲功率 正弦功率,集电极电流利用系数 ，尽量大,谐振回路 尽量大，在保证选频性能的前提下， 尽量小（510）,2.槽路效率,35,

7、某调谐功率放大器，已知 问：（1）当 时， 及 值是多少？ （2）若 保持不变，将 提高到80%， 减少多少？,应用例：,36,折线分析及 导通角的计算,Uj,37,3.4调谐功放的工作状态分析,调谐功放的性能随电路外部参数变化的规律？,调谐功放的动态特性,分析出,研究目的：,38,放大器瞬时工作点移动的轨迹,3.4.1 调谐功放的动态特性,即晶体管内部特性和外部特性结合起来的特性,1. 由晶体管内部特性转移特性曲线,2. 在放大器有载情况下（负载回路处于谐振状态），输入、输出电压的表示式 晶体管外部特性,3. 将以上两特性方程联立，得到ic=f (uce)关系的动态特性曲线,39,Uj,40

8、,由此直线方程，描点法作图。 取点如下：,1) 静态工作点Q,2) 起始导通点B,3）QB延长线与ubemax交于点C,41,欠压状态、临界状态、过压状态,结合丙类状态下，晶体管实际导通时间，得到描述放大器瞬时工作点移动轨迹的动态特性为折线AB、BC。,根据放大器动态特性折线BC段与折线段ubemax交点C的不同位置，定义放大器的三种工作状态为：,42,3.4.2 外部参数变化对调谐功放工作状态的影响,1. 负载特性,2. 调制特性,3. 振幅特性,调谐功放的性能随电路负载变化的规律？,调谐功放的工作状态随集电极电源电压和基极偏置电压变化的规律？,调谐功放的工作状态随激励（输入）电压振幅变化的

9、规律？,43,1. 负载特性,44,45,b.最佳负载电阻,a.临界状态槽路抽头部分的电压幅值,（1）选最佳工作状态临界状态,丙类功放的设计方法：,（2）计算最佳负载电阻（已知Po、Ec、晶体管饱和压降Uces),46,（3）电路中实现Rce=Rcp,计算线圈匝数的主要依据,47,例题谐振功放电路如下图(a)所示。要求其工作状态如图(b)所示。已知RL=100，f0=z，B=1.5MHz，C=100pF,EC=12V，N1+N2=60匝。求：N3,N1,N2。(不考虑LC回路本身的谐振电阻R0),48,3.5 调谐功放的实用电路,信号源、 输入匹配网络、 基极自给偏压、 功放管、 输出匹配网络

10、、 负载。,调谐功放电路的组成： (为了更好地辨认电路),49,输入匹配电路：, 匹配电路作用,实现信号源输出阻抗与放大器输入阻抗之间的匹配，以期获得最大的激励功率。,输出匹配电路：,将负载变换为放大器所需的最佳负载电阻，以保证放大器输出功率最大。,50,1.并联谐振回路形式：用于前级、中间级放大器以及某些需要可调电路的输出级 2.滤波器形式：用于大功率、低阻抗宽带输出级，如无线电发射机多用此种电路。, 匹配电路形式,二、输入、输出匹配网络,51,b.最佳负载电阻,a.临界状态槽路抽头部分的电压幅值,（1）选最佳工作状态临界状态,丙类功放的设计方法：,（2）计算最佳负载电阻（已知Po、Ec、晶

11、体管饱和压降Uces),52,计算线圈匝数的主要依据,（3）用并联谐振匹配电路实现Rc=Rcp,53,在甚高频或大功率输出级，广泛利用L、C变换网络来实现调谐和阻抗匹配，主要有L型、T型和 型。,型 型,（4）用滤波器型匹配电路实现Rc=Rcp,54,滤波器型匹配电路，电路参数求解步骤： 1. 将电阻、电容串并变换，使匹配电路等效为并联（或串联）谐振回路。 2. 计算回路各参数，各参数推导依据： 谐振条件Xc=XL（即谐振时回路电抗值为0，呈纯阻性） 阻抗匹配条件R谐振=Rcp (即谐振时回路的等效谐振电阻的值等于最佳负载电阻),55,T型匹配网络元件参数（设Qc2已知， 作为输出匹配网络时，

12、Rs=Rcp）,56,型匹配网络元件参数为（设QC1已知）,57,二、直流馈电线路,2、基极馈电线路 （为晶体管基极提供馈电电源）,1、集电极馈电线路 （为晶体管集电极提供馈电电源）,58,1、集电极直流馈电电路,根据直流电源连接方式的不同，可分为： 串联馈电线路：直流电源、晶体管和负载三者之间串联。 并联馈电线路：直流电源、晶体管和负载三者之间并联。,59,（1）扼流圈阻抗应比相应支路的阻抗大一个数量级（即大10倍）,扼流圈和旁路电容的选取原则:,（2） 旁路电容应比相应支路阻抗小一个数量级。,60,61,2.基极偏置电路（即代替基极偏置电压Eb的电路）,采用射极或基极电流的直流成分，通过一

13、定阻值的电阻而产生的压降，作为放大器的基极自给偏压 .,62,按照输入回路、晶体管和基极直流偏压三者的连接关系可以分为：串馈，并馈。,（为晶体管基极提供馈电电源）,63,(1).射极电流自给偏压,(2).基极电流自给偏压,64,(3)两种偏置方式比较,射极电流自给偏压：对放大器起负反馈作用， 能够自动维持放大器的工作稳定。但要消 耗一定的,基极电流自给偏压：对 有调节作用，这对 改善输入信号源的稳定性有利。,65,66,功放实用电路举例：p79,集电极直流馈电方式（串馈、并馈）？ 基极直流馈电方式（串馈、并馈）？ 基极直流电压偏置方式？ 输入匹配电路的形式？ 输出匹配电路的形式？,67,1、倍频器在无线电发射机中的位置,3.7 倍频器,68,3. 自学提纲,采用倍频器的主要原因？ 丙类倍频器与丙类功放，两者在选择槽路谐振频率时有何不同？ 丙类二、三倍频器的最佳导通角？ 丙类倍频器的最佳工作状态？（欠压、临界、过压）,2、倍频器的作用,69,本章总结,理解：,计算：用折线分析法计算丙类功放的性能指标 （输出功率、效率等）,分析：,丙类功放的工作原理 丙类倍频器的工作原理,丙类功放实际电路构成（馈电方式、偏置电路、匹配网络）,70,1、高频功放的调整是保证放大器工作在