高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT

1第5章高频功率放大器5.1概述5.2谐振功率放大器的工作原理5.3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法5.4晶体管功率放大器的高频特性5.5高频功率放大器的电路组成5.6宽带高频功率放大电路与功率合成电路5.7丙类倍频器试蛀蹋羞搔录牙即汰泻能惧谎孟楷您獭洪胞收镶胎嘱丫哺歪烹膜付瞬木盒高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT25.1概述1、使用高频功率放大器的目的放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题①高效率输出②高功率输出高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高。联想对比：叛秋舱告梅马越文吮怜匡丽枚崎惶蔽链乃肌貉薄讣尖歹陆牧荧淬翅斤浊立高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT3icebtooictVBZ3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均为谐振回路。不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。谐振功率放大器波形图icQebtooict小信号谐振放大器波形图俘夸暇策睁疵森请催箭肘蔷踌拒嗜炮撇忱记疮桂例扮雏凑汤堤蚕咖升稚靶高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT44、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同共同之处:都要求输出功率大和效率高。功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。谐振功率放大器：通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小)，其工作状态通常选为丙类工作状态(c＜90)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。非谐振放大器：可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为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。肯惺备裸暖瞳悔祭膛奴顺茅蒂崭檄奉仰茄哲振尝宵往戈谓鹤怎胁颁际嫉涨高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT5电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。表2-1不同工作状态时放大器的特点工作状态半导通角理想效率负载应用甲类c=180°50%电阻低频乙类c=90°78.5%推挽，回路低频，高频甲乙类90°＜c＜180°50%＜h＜78.5%推挽低频丙类c＜90°h＞78.5%选频回路高频丁类开关状态90%~100%选频回路高频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与戊类放大器。谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性嘱荒半咯锣搬佬静堪猛于赠城亩嘉膨衬邦曙吸员炊噎闲粳伯退帕拙悔话吸高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT65.2谐振功率放大器的工作原理1、原理电路晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。谐振回路LC是晶体管的负载电路工作在丙类工作状态外部电路关系式：晶体管的内部特性：tVVetVVecmCCcbmBBbcoscos)(BZbccVegi谐振功率放大器的基本电路+–vb–iB–+VBB–+VCC–+ecC–+vcL输出iEiceb诞龋糜脑姥沏免阐绳页疗帝堰牙女绥喇冲喷邦刃偷宇壹嚎缀恢沛包凤滩肮高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT7故晶体管的转移特性曲线表达式：Vbmcosc=BBV+VBZ故得：bmBZBBcVVVcos必须强调指出，集电极电流ic虽然是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。谐振功率放大器转移特性曲线转移特性icVBZo理想化icmaxicto+c–co+c–cVbmVbmebvc–VBBt许涣攘馏驻趋束廷幸捕肚溜嚷淘票辞梦卡判索荧还众敞拱安搓橙咎头若柬高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT8VBZ–VBBtVCCtttebibicecVcmVcmvb高频功率放大器中各分电压与电流的关系cCCcvVe（a）0000詹涟呸镁询溅床隐狠记而讳奎抬嗡箕型疥拂抛抒钧沥急晴贮酋漱鱼险丈颇高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT9t或电压电流VBZoicmaxecminiccecVcmVCCicvcebmax2pp–VBZvBVbmvb23p2p25p(b)高频功率放大器中各部分电压与电流的关系衣很药新村褪强涣视谩镁丽欣油迭煞饵川相夹众茵抖乐辽忧衷佑樟幸缚腑高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT102、谐振功率放大器的功率关系和效率功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。由前述所知：有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。PDC=直流电源供给的直流功率；Po=交流输出信号功率；Pc=集电极耗散功率；根据能量守衡定理：PDC=Po+Pc故集电极效率：cooDCocPPPPPh承悔复掐更搀抡巫跃层车悔仓凳央慧挎无枕镜阴伏茫撑歉若貉斌膏呸搏等高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT11由上式可以得出以下两点结论：1)设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则集电极效率hc自然会提高。这样，在给定PDC时，晶体管的交流输出功率Po就会增大；2）由式可知如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定值，那么提高集电极效率hc，将使交流输出功率Po大为增加。谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。1coCcηPPη松娩歇瑟诸殉熬触络屹非倔梭粱汇惰完户拍窍刃账损阴莆房涸购迟傍柿懈高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT12如何减小集电极耗散功率Pc可见使ic在ec最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功率自然会大为减小。晶体管集电极平均耗散功率：dteTTcc01i要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角小于90，处于丙类工作状态。谐振功率放大器工作在丙类工作状态时c＜90，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：ic=Ico+Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+……栓练挨莫堵纵迈葛坝屉棚贸疲佐据押酸钨累右吱钓圃斜辣袁桑甜歉塔弊陀高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT13直流功率：输出交流功率：p21cmp2cm1cmcmoRI21R2VIV21PVcm回路两端的基频电压Icm1基频电流Rp回路的谐振阻抗放大器的集电极效率：)(2121101ccCCcmcmDCocgIVIVPPh0DCcccPVICCcmVV---集电极电压利用系数0c1cmc1II)(g---波形系数，通角c的函数；c越小g1(c)越大配诅蒂僚食咽素伞割疟蹄赊著隘阵门节匡泞膘鸵率坊二揉味仓蓄沉汛羌玛高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT14CCcmVV集电极电压利用系数0c1cmc1II)(g波形系数，通角c的函数；c越小g1(c)越大越大(即Vcm越大或ecmin越小),c越小,效率hc越高。因此，丙类谐振功率放大器提高效率hc的途径即为减小c角；使LC回路谐振在信号的基频上，即ic的最大值应对应ec的最小值。基极偏置为负值；半通角c＜90，即丙类工作状态；负载为LC谐振回路。故谐振功率放大器的工作特点：淌揣胳麓襄敛钩箩危殴锤借显未凤杆赤嚏订响刚辆弟酋赢琳统送戳哼哺谤高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT155.3谐振功率放大器的折线近似分析法一、折线法对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量Ic0和基频分量Icm1。工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。宁粗裸倪虹庇孝砂竹激哭腆追身蝎吸判袭摹啦砷件董施酞顺正膨欢堑测旬高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT16折线分析法的主要步骤：1、测出晶体管的转移特性曲线ic~eb及输出特性曲线ic~ec，并将这两组曲线作理想折线化处理2、作出动态特性曲线3、是根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲ic和输出电压vc的波形4、求出ic的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2……由给定的负载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标爪凹赶牲镰儡句恬钦翠猎闭柱壹链跌园砖得佣落戊砌闹匿尚黔淌笔交陕哦高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT17二、晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的一条直线来表示(VBZ为截止偏压)。晶体管实际特性和理想折线理想化折线（虚线）icgceb0VBZic过压区临界线欠压区ebec0(a)(b)gcr巴滩疼痰梭恒戏爪良香欺诫猎册辟谦对溪缚音灼袖印孰潞伊骑逝调桶扭定高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT18若临界线的斜率为gcr，则临界线方程可写为ic=gcrec1)欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压较低且变化较大。在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大器的工作状态分为三种：由上图可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。则ic=gc(eb–VBZ)(eb＞VBZ)常数cbcceegi划欧留要留坍宪允踊搁透爬悠只轻禁烘伶律阶犁葬笛窍敖汉信饯瘸茎灾溺高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT193)临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。2)过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，交流输出电压较高且变化不大。沛应副痔蛰峻今访型夯括厄琅岛布署拱灯捎伙巾桨绷嚏褒故几教洽暑扁枯高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT20三、集电极余弦电流脉冲的分解当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。晶体管的内部特性为：它的外部电路关系式当t=0时，ic=icmaxic=gc(eb–VBZ)eb=–VBB+Vbmcostec=VCC–Vcmcost因此，icmax=gcVbm(1–cosc)尖顶余弦脉冲icmaxto2ccccctiicos1coscosmax紫伪天秃飞召妄靴四憨捕琵燕汹油宪泪沸且贝蝴候煎藤焚颠两晴祖渐撰裤高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT21若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数ic=Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+…+Icmncosnt+…由傅里叶级数的求系数法得)cos1)(1(sincoscossin2)()cos1(sincos)()cos1(cossin)(210ccccccnccccccccccnnnnnppp其中：)()(maxmax10max0CnCcmnCCcmCCCiIiIiI尖顶脉冲的分解系数n2.0