谐振功率放大器动态特性分析课件

第二章射频电子系统中的放大器设计2.2高频谐振功率放大器（2.2.1～2.2.6）第二章射频电子系统中的放大器设计1上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器功能：将直流功率转换为交流信号功率。主要指标：输出功率与效率分析方法：折线近似分析法。(大信号)工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真）上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器功能：将直流功率转换为交流2上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的主要技术指标高效率、大输出功率。谐波、杂散波。上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的主要技术指标高效率、大输34甲、乙、丙类三种工作状态下的转移特性分析

为了实现丙类工作，基极偏量电压UBB应设置在功率管的截止区。上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器4甲、乙、丙类三种工作状态下的转移特性分析为了实现丙类45丙类工作状态导通角定义为集电极电流在一个周期内导通时间的一半。丙类－上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器5上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器56采用LC谐振回路

滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量实现阻抗匹配丙类工作效率高上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器6采用LC谐振回路丙类工作效率高上节内容回顾与扩展

谐振功6上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器原理输入、输出方程？ic从原理图可以看出，谐振高频功率放大器的特点是：1、为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为负偏置，由VBB来保证。流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；2、负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。ωlowhigh3ωnω2ω0上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器原理输入、输出方程？ic从7VBZ上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的折线分析法VBZ理想化晶体管的导通电压或称截止电压。gc正向传输特性的斜率该斜线称为饱和临界线，其斜率为gcrVBZ上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的折线分析法VBZ理89丙类状态下的转移特性集电极电流是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期。折线近似分析法：功率放大电路是大信号工作,而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性,这样将使分析比较复杂。为简化分析,可以将晶体管特性曲线理想化,即用一条或几条直线组成折线来代替。9丙类状态下的转移特性集电极电流是一串周期重复的脉冲序列，脉9102.5丙类高频谐振放大器－性能分析iC的傅里叶级数展开:—n次谐波的分解系数假设LC谐振回路具有理想滤波特性，也即谐振回路调谐于基波，对基波呈现大的阻抗，而对其他分量呈现的阻抗很小。102.5丙类高频谐振放大器－性能分析iC的傅里叶级数展开10112.5丙类高频谐振放大器－性能分析假设：谐振回路具有较好滤波特性。各谐波电压相对基波电压很小，可忽略不计。谐振电阻：直流功率：输出功率：其中损耗功率：集电极效率：集电极电源电压利用系数：因此导通角决定了112.5丙类高频谐振放大器－性能分析假设：谐振回路具有较11上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的折线分析法上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的折线分析法12尖顶余弦电流分解系数图倍频器：2倍频器，3倍频器。谐振功率放大器的分析上节内容回顾与扩展

尖顶余弦电流分解系数图倍频器：2倍频器，3倍频器。谐振功率放13上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的动态特性集电极效率ηc和输出功率Po是否能最佳实现最终取决于功放的电路参数Rp和电压VBB、Vb、VCC。分析四个参数Rp和电压VCC、VBB、Vb的变化对工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明各种工作状态的特点，为工作状态的调整提供参考。上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的动态特性集电极效率ηc和14上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的动态特性A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）虚拟的静态工作点IQ=gc(VBB-VBZ)V0gd上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的动态特性A(Vcem15用截距法画动态负载线。用两点（A,Q）确定动态负载线。vceicVo•AVCC•QVcm1vcemingdV02.2.3高频谐振功放的动态特性1、动态负载线0VbemaxA(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）虚拟的静态工作点IQ=gc(VBB-VBZ)用截距法画动态负载线。vceicVo•AVCC•QVcm116建立由Rp和VCC、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（Ic与Uce的关系曲线。）vceicVo•AVCC•QVcm1vcemingdV02.2.3高频谐振功放的动态特性1、动态负载线B当RP时，建立由Rp和VCC、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。172.2.3高频谐振功放的动态特性2.2.3高频谐振功放的动态特性182.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性vBEiC•VBB•VBZvbeiCgCVbm•vbemaxiCmaxvceiCVCC•Qvcemin1Vcesgd•vbemax•••过压区临界区欠压区vbemaxA1A5A3A4A2•V0V0V0A(Vcemin，Vbemax)2.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性vBEiC•V19RP变化对集电极余弦脉冲的影响2.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性RP变化对集电极余弦脉冲的影响2.2.3高频谐振功放的动态202.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性欠压过压0临界Rp欠压过压0临界Rp欠压、过压、临界三种工作状态的特点：欠压：恒流，Vcm变化，Po较小，ηc低，Pc较大；过压：恒压，Icm1变化，Po较小，ηc可达最高；临界：Po最大，ηc较高；最佳工作状态发射机末级中间放大级恒流源恒压源2.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性欠压过压0临界212.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电极调制特性（Vcc的影响）不变不变不变不变不变不变不变负载线斜率不变或2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电222.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电极调制特性（Vcc的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电232.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电极调制特性（Vcc的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电242.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电极调制特性（Vcc的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电252.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极调制特性（VBB的影响）向正向增加增加下降增加增加下降下降虚拟工作点电流下降虚拟工作点向上平移，状态从欠压到临界，甚至到达过压工作状态。A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）IQ=gc(VBB-VBZ)2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极262.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极调制特性（VBB的影响）过压区临界区欠压区2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极272.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极调制特性（VBB的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极282.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极调制特性（VBB的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极292.2.3高频谐振功放的动态特性三、放大特性增加增加减小增加增加不变减小减小A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）IQ=gc(VBB-VBZ)2.2.3高频谐振功放的动态特性三、放大特性增加增加减小增302.2.3高频谐振功放的动态特性三、放大特性2.2.3高频谐振功放的动态特性三、放大特性31高频谐振功放的例题高频谐振功放的例题32高频谐振功放的例题高频谐振功放的例题33高频谐振功放的例题高频谐振功放的例题342.2.4高频谐振功放的馈电线路馈电线路的作用？1、保证集电极合适的工作电压2、保证基极偏置使工作于丙类交流电路的设计要求？1、交流分量需通过谐振回路2、外电路对直流应近似短路3、外电路应保证波形不失真，对交流谐波短路。2.2.4高频谐振功放的馈电线路馈电线路的作用？352.2.4高频谐振功放的馈电线路1、谐振功放的组成直流馈电和各种不同用途的输入输出端电路2、管外电路输入电路（基极经外电路到发射极的电路）输出电路（从功率三极管集电极经外电路到发射极的电路）3、组成规律集电极基极4、集电极电路对不同频率信号的等效电路5、阻隔元件的作用Ic0,Ic1,IcnIb0,Ib1,Ibn2.2.4高频谐振功放的馈电线路1、谐振功放的组成Ic0,362.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路-----串馈

2.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路---372.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路-----串馈

直流电源的一端必须接地！2.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路---382.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路-----并馈

ABDC

+VC_

+VC_2.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路---392.2.4高频谐振功放的馈电线路

7、基极馈电线路

+Vb_

+Vb_

+Vb_ABVBB如何产生？2.2.4高频谐振功放的馈电线路

7、基极馈电线路+402.2.4高频谐振功放的馈电线路

7、基极馈电线路—自给偏压

VBB如何产生？2.2.4高频谐振功放的馈电线路

7、基极馈电线路—自给偏412.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级间匹配网络工作在所需状态时的匹配网络滤波度：愈大，匹配网络滤波效果愈好。匹配网络同时又是选频网络。匹配网络还可起到隔离作用。2.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级422.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级间匹配网络射频功率放大器中，阻抗匹配网络是为了实现有效的能量传输。匹配网络也会引起损耗：中介回路效率为：实际放大器的效率为：存在中介回路效率:匹配网络应保证一定的通频带，结构要简单，调整要方便。2.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级432.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级间匹配网络1．输出匹配网络2.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级442.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级间匹配网络1．输出匹配网络中介回路效率：Ik为回路电流有效值见P129图2-382.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级452.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级间匹配网络1．输出匹配网络中介回路效率：10’欠压末级射频谐功放应工作在略欠压状态末级功放匹配的概念？2.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级462.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级间匹配网络1．输出匹配网络型匹配网络2.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级472.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级间匹配网络1．输出匹配网络T型匹配网络’’’2.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级482.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级间匹配网络2．级间匹配网络中间级输出级应保证负载变化，输出电压恒定欠压过压0临界Rp恒流源恒压源恒压源中间级工作于恒压源状态—过压状态2.2.5高频谐振功率放大器的

输出匹配网络与级492.2.6高频谐振功率放大器的

实际电路2.2.6高频谐振功率放大器的

实际电路50

(P216-217)2-92-112-122-132-142-152-182-19Pleasehandyourhomeworkontime！HOMEWORKPleasehandHOMEWORK51第二章射频电子系统中的放大器设计2.2高频谐振功率放大器（2.2.1～2.2.6）第二章射频电子系统中的放大器设计52上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器功能：将直流功率转换为交流信号功率。主要指标：输出功率与效率分析方法：折线近似分析法。(大信号)工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真）上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器功能：将直流功率转换为交流53上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的主要技术指标高效率、大输出功率。谐波、杂散波。上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的主要技术指标高效率、大输5455甲、乙、丙类三种工作状态下的转移特性分析

为了实现丙类工作，基极偏量电压UBB应设置在功率管的截止区。上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器4甲、乙、丙类三种工作状态下的转移特性分析为了实现丙类5556丙类工作状态导通角定义为集电极电流在一个周期内导通时间的一半。丙类－上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器5上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器5657采用LC谐振回路

滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量实现阻抗匹配丙类工作效率高上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器6采用LC谐振回路丙类工作效率高上节内容回顾与扩展

谐振功57上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器原理输入、输出方程？ic从原理图可以看出，谐振高频功率放大器的特点是：1、为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为负偏置，由VBB来保证。流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；2、负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。ωlowhigh3ωnω2ω0上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器原理输入、输出方程？ic从58VBZ上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的折线分析法VBZ理想化晶体管的导通电压或称截止电压。gc正向传输特性的斜率该斜线称为饱和临界线，其斜率为gcrVBZ上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的折线分析法VBZ理5960丙类状态下的转移特性集电极电流是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期。折线近似分析法：功率放大电路是大信号工作,而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性,这样将使分析比较复杂。为简化分析,可以将晶体管特性曲线理想化,即用一条或几条直线组成折线来代替。9丙类状态下的转移特性集电极电流是一串周期重复的脉冲序列，脉60612.5丙类高频谐振放大器－性能分析iC的傅里叶级数展开:—n次谐波的分解系数假设LC谐振回路具有理想滤波特性，也即谐振回路调谐于基波，对基波呈现大的阻抗，而对其他分量呈现的阻抗很小。102.5丙类高频谐振放大器－性能分析iC的傅里叶级数展开61622.5丙类高频谐振放大器－性能分析假设：谐振回路具有较好滤波特性。各谐波电压相对基波电压很小，可忽略不计。谐振电阻：直流功率：输出功率：其中损耗功率：集电极效率：集电极电源电压利用系数：因此导通角决定了112.5丙类高频谐振放大器－性能分析假设：谐振回路具有较62上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的折线分析法上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的折线分析法63尖顶余弦电流分解系数图倍频器：2倍频器，3倍频器。谐振功率放大器的分析上节内容回顾与扩展

尖顶余弦电流分解系数图倍频器：2倍频器，3倍频器。谐振功率放64上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的动态特性集电极效率ηc和输出功率Po是否能最佳实现最终取决于功放的电路参数Rp和电压VBB、Vb、VCC。分析四个参数Rp和电压VCC、VBB、Vb的变化对工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明各种工作状态的特点，为工作状态的调整提供参考。上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的动态特性集电极效率ηc和65上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的动态特性A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）虚拟的静态工作点IQ=gc(VBB-VBZ)V0gd上节内容回顾与扩展

谐振功率放大器的动态特性A(Vcem66用截距法画动态负载线。用两点（A,Q）确定动态负载线。vceicVo•AVCC•QVcm1vcemingdV02.2.3高频谐振功放的动态特性1、动态负载线0VbemaxA(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）虚拟的静态工作点IQ=gc(VBB-VBZ)用截距法画动态负载线。vceicVo•AVCC•QVcm167建立由Rp和VCC、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。（Ic与Uce的关系曲线。）vceicVo•AVCC•QVcm1vcemingdV02.2.3高频谐振功放的动态特性1、动态负载线B当RP时，建立由Rp和VCC、VBB、Vb所表示的输出动态负载曲线。682.2.3高频谐振功放的动态特性2.2.3高频谐振功放的动态特性692.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性vBEiC•VBB•VBZvbeiCgCVbm•vbemaxiCmaxvceiCVCC•Qvcemin1Vcesgd•vbemax•••过压区临界区欠压区vbemaxA1A5A3A4A2•V0V0V0A(Vcemin，Vbemax)2.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性vBEiC•V70RP变化对集电极余弦脉冲的影响2.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性RP变化对集电极余弦脉冲的影响2.2.3高频谐振功放的动态712.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性欠压过压0临界Rp欠压过压0临界Rp欠压、过压、临界三种工作状态的特点：欠压：恒流，Vcm变化，Po较小，ηc低，Pc较大；过压：恒压，Icm1变化，Po较小，ηc可达最高；临界：Po最大，ηc较高；最佳工作状态发射机末级中间放大级恒流源恒压源2.2.3高频谐振功放的动态特性一、负载特性欠压过压0临界722.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电极调制特性（Vcc的影响）不变不变不变不变不变不变不变负载线斜率不变或2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电732.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电极调制特性（Vcc的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电742.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电极调制特性（Vcc的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电752.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电极调制特性（Vcc的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（1）集电762.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极调制特性（VBB的影响）向正向增加增加下降增加增加下降下降虚拟工作点电流下降虚拟工作点向上平移，状态从欠压到临界，甚至到达过压工作状态。A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）IQ=gc(VBB-VBZ)2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极772.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极调制特性（VBB的影响）过压区临界区欠压区2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极782.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极调制特性（VBB的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极792.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极调制特性（VBB的影响）2.2.3高频谐振功放的动态特性二、调制特性（2）基极802.2.3高频谐振功放的动态特性三、放大特性增加增加减小增加增加不变减小减小A(Vcemin，Vbemax)Q（Vcc,IQ）IQ=gc(VBB-VBZ)2.2.3高频谐振功放的动态特性三、放大特性增加增加减小增812.2.3高频谐振功放的动态特性三、放大特性2.2.3高频谐振功放的动态特性三、放大特性82高频谐振功放的例题高频谐振功放的例题83高频谐振功放的例题高频谐振功放的例题84高频谐振功放的例题高频谐振功放的例题852.2.4高频谐振功放的馈电线路馈电线路的作用？1、保证集电极合适的工作电压2、保证基极偏置使工作于丙类交流电路的设计要求？1、交流分量需通过谐振回路2、外电路对直流应近似短路3、外电路应保证波形不失真，对交流谐波短路。2.2.4高频谐振功放的馈电线路馈电线路的作用？862.2.4高频谐振功放的馈电线路1、谐振功放的组成直流馈电和各种不同用途的输入输出端电路2、管外电路输入电路（基极经外电路到发射极的电路）输出电路（从功率三极管集电极经外电路到发射极的电路）3、组成规律集电极基极4、集电极电路对不同频率信号的等效电路5、阻隔元件的作用Ic0,Ic1,IcnIb0,Ib1,Ibn2.2.4高频谐振功放的馈电线路1、谐振功放的组成Ic0,872.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路-----串馈

2.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路---882.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路-----串馈

直流电源的一端必须接地！2.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路---892.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路-----并馈

ABDC

+VC_

+VC_2.2.4高频谐振功放的馈电线路

6、集电极馈电线路---902.2.4高频谐振功放的馈电线路

7、基极馈电线路

+Vb_

+Vb_

+Vb_ABVBB如何产生？2.2.4高频谐振功放的馈电线路

7、基极馈电线路+912.2.4高频谐振功放的馈电线路

7、基极馈电线路—自给偏压

VBB如何产生？2.2.4高频谐振功放的馈电线路

7、基极馈电线路—自给偏92