通信电子线路第04章谐振功率放大器.

LOGO通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#1第4章谐振功率放大器4.1概述4.2谐振功率放大器的工作原理4.3谐振功率放大器的折线近似分析法4.4谐振功率放大器电路4.5谐振功率放大器实例4.6晶体管倍频器通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#24.1概述谐振功率放大器：位于发射机末端，放大高频大信号以获得功率足够大的射频信号功率放大器的要求功率放大器的分类：谐振功率放大器：•以LC并联谐振回路作负载，又称窄带高频功率放大器非谐振功率放大器：•以传输线变压器为负载的宽带高频功率放大器•低频功率放大器高效率大功率通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#34.1概述谐振功率放大器的主要特点：工作频率高，相对频带窄工作于大信号的非线性状态数学上用非线性方程描述，工程上用近似法分析谐振功率放大器与小信号谐振放大器比较：相同点：•放大高频信号、负载是谐振回路相异点：•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通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#44.1概述iCQvbt00iCt高频小信号谐振放大器播放通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#54.1概述高频谐振功率放大器iCvbt00iCtQVBZ播放通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#6工作状态与工作效率功率放大器的工作状态：甲类(A)、乙类(B)、甲乙类(AB)、丙类(C)、丁类(D)、戊类(E)等谐振功率放大器通常工作于丙类(C)工作状态能量转换效率是最为关注的问题4.1概述高频选频回路90%~100%开关状态高频选频回路78.5%90低频推挽50%~78.5%90~180低频，高频推挽，回路78.5%90低频电阻50%180丁类丙类甲乙类乙类甲类应用负载理想效率半导通角工作状态通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#74.2谐振功率放大器的工作原理一、谐振功率放大器的原理及电压、电流波形主要组成：•高频、大功率晶体管•电源及偏置电路发射结反偏、集电结反偏•输入：vb高频大信号•负载：LC并联谐振回路工作原理：即电路如何实现功率放大、如何做到高效率?•第一步：vb输入回路&转移特性曲线iC•第二步：iC&输出谐振回路vciCvCECvcRpLVCC+-VBBvBEiBvb+-+++---+-通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#84.2谐振功率放大器的工作原理-VBB0iCvBEvbt230iC=IC0+Icm1cost++Icm2cos2t+Icm3cos3t+iC0t若LC调谐在2?LC工作原理vBE=-VBB+vbvBE=-VBB+Vbmcost谐振回路输出电压：vc=RpIcm1cost晶体管CE端电压：vCE=VCC-vc频率频谱iCvCECvcRpLVCC+-VBBvBEiBvb+-+++---+-iCt波形?通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#94.2谐振功率放大器的工作原理电压、电流波形vBE=-VBB+vbvBE=-VBB+Vbmcost谐振回路输出电压：vc=RpIcm1cost晶体管CE端电压：vCE=VCC-vcvbVBZ-VBBvBEtictvCEtVCCVcmvctVcmiCvCECvcRpLVCC+-VBBvBEiBvb+-+++---+-通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#104.2谐振功率放大器的工作原理vbvBEtictvCEtVcmvctVcmP==Po+Pc直流输出集电极的功率功率损耗功率iCvCECvcRpLVCC+-VBBvBEiBvb+-+++---+-二、功率关系与效率○减小导通角Pc○负载回路谐振Pc集电极效率○：电压利用系数○g1：波形系数01CCCCCCTVIVidtT===P2211222cmpcmcmcmopIRVIVR===P1101122ocmcmCCCPVIgPVI====1cCECTidtT=PvVBZ-VBBVCC通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#114.3谐振功率放大器的折线近似分析法一、折线法求解关键：集电极电流脉冲iC及其分量IC0和Icm1分析方法：用一组折线代替晶体管静态特性曲线分析过程含解析计算与图解分析两部分二、晶体管特性曲线的理想化及其解析式转移特性ic=gc(vBE-VBZ)当vBEVBZ输出特性vBEiC0iCvCE0VBZgc跨导gcr临界线斜率vBE通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#124.3谐振功率放大器的折线近似分析法三、集电极余弦电流脉冲的分解求解过程：CiC解析式iC的傅氏级数分解-VBB0iCvBEvbtVBZ-CC2pcosBEBBbmVVt=-+vcosBZBBbmCVVV=-+cosBBBZCbmVVV+=iCtC2piCmax-C通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#13-VBB0iCvBEvbtVBZ-CC2p4.3谐振功率放大器的折线近似分析法iC=gc(vBE-VBZ)；当vBEVBZ代入vBE得：iC=gc(-VBB-VBZ+Vbmcost)或：iC=gcVbm(cost-cosC)最大值：iCmax=gcVbm(1-cosC)由上二式得iC的解析式其中：-CtC为得到直流和基波等成分对上式进行傅氏级数分解maxcoscos1cosCCCCtii-=-iCtC2piCmax-CcosBEBBbmVVt=-+vcosBZBBbmCVVV=-+cosBBBZCbmVVV+=通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#144.3谐振功率放大器的折线近似分析法......0(C),1(C),…,n(C)是C的函数，是电流脉冲的直流、基波、…、n次谐波的分解系数()1cos1CCcmnCIintdtnp-=012coscos2cosCCcmcmcmniIItItInt=+++++0maxsincos12(1cos)CCCCCCCCCIidtipp--==-1maxcossin1cos(1cos)CCCCCcmCCCIitdtipp--==-0max()CCi=1max()CCi=max()nCCi=max2sincoscossin2(1)(1cos)CCCCCCnnninnp-=--通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#154.3谐振功率放大器的折线近似分析法0,1,2,30.50.40.30.20.10-0.0520406080100120140160180C1.02.0=g1(C)10102311011()22oCmcmCCCCCPVIgPVI====C=120时:功率最大，但效率低；通常取C=70左右，兼顾输出功率与效率C=0时:效率最高，但无输出；通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#164.3谐振功率放大器的折线近似分析法六、谐振功率放大器的计算(放前面讲)1.计算C、iCmax2.求出0(C),1(C),…,n(C)(可查附录表)3.计算功率和效率4.求最佳负载cosBBBZCbmVVV+=max(1cos)CcbmCigV=-0CCCVI==P11max11()22ocmcmCCCCVIVi==P110()11()2()2CcCCg==22()22cmCCoppVVRR==P2()2CCpoVR=P通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#174.3谐振功率放大器的折线近似分析法例：若VBZ=0.6V,gc=10mA/V,iCmax=20mA,VCC=12V求：当C分别为180,90和60时的输出功率和相应的基极偏压VBB，以及C为60时的集电极效率。(忽略集电极饱和压降)Vcm=VCC=12V1)C=180时，2)C=90时，0iCvBEVBZmax11.62CBBBZciVVVg-=+=11max(180)10cmCIimA==11602ocmcmPIVmW==-VBB0.6BBBZVVV-==11max(90)10cmCIimA==11602ocmcmPIVmW==-VBB1(180)=0.51(90)=0.5通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#184.3谐振功率放大器的折线近似分析法3)C=60时，1(60)=0.38，0(60)=0.221117.61286%224.412g===max(1cos)CcbmCigV=-max(cosco1co)s1s.4CCCcCBBBZbmBZiVVVgVV=-+-+==-cosBBBZCbmVVV+=00max(60)4.4CCIimA==11max(60)7.6cmCIimA==1145.62ocmcmPIVmW==-VBB0iCvBEvbtVBZ-CC通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#194.3谐振功率放大器的折线近似分析法例：某谐振功率放大器的转移特性如图所示。该放大器采用晶体管的参数为：fT150MHz，功率增益AP13dB，管子允许通过的最大电流ICM=3A，最大集电极功耗为PCmax=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的负偏置|VBB|=1.4V，C=70，VCC=24V，=0.9求：放大器的各参数1)根据转移特性图可以求得斜率gc2)根据基极回路可求得VbmvBEiCVBZ2.6V1A10.5/2.60.6cgAV==-0.61.4cos5.80.342BZBBCbmbmVVVVV++===70cos0.342CC==通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#204.3谐振功率放大器的折线近似分析法3)求iCmax、IC0、Icm14)求各电压、功率及效率5)信号源激励功率1max1(70)20.4360.872cmCIiA===max2.6coCPPPWP==-=10lg13oPiPAdBP==maxmax(1cos)0.55.8(10.342)2CcbmCCigVAI=-=-=0max0(70)20.2530.506CCIiA===0.92421.6cmCCVVV===012CCCPIVW===119.42ocmcmPIVW==1.39.40.4710biPPW===78%coPP===通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#214.3谐振功率放大器的折线近似分析法四、谐振功率放大器的动态特性和负载特性1.动态特性与负载线(iC~vCE)•动态特性是在特性曲线上画出的瞬时工作点的轨迹•外部电路及转移特性：•负载线：cosBEBBbmVVt=-+vcosCECCcmVVt=-v()CcBEBZigV=-v()0CdCEigV=-v1bmbmdcccmcmpVVgggVIR=-=-()coscosCcbmCigVt=-cosBBBZCbmVVV+=iCvCECvcRpLVCC+-VBBvBEiBvb+-+++---+-()cosbmcCECCcmCcmVgVVV=---v通信电子线路第4章谐振功率放大器Page#22tiC2C4.3谐振功率放大器的折线近似分析法vBEiCiCvCEVBZ-VBB()CcBEBZigV=-vAgdiCmaxvBEmaxBvCEminV0bmdccmVggV=-斜率00CECViA==vBmaxBEBBbBEmVV==-+vvmax()CcBBBZbmCigVVVi==--+minCECCcEmCVV==-vv2C2C①②0()CdCEigV=-