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通信电子电路——高频放大电路(3)北京邮电大学——信息与通信工程学院唐恬[e-mail]2009-2010学年第2学期2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)2本次教学内容2.4谐振功率放大电路总结2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)3本次教学重点2.4节也很重点。关键在于理解概念、结论和示意图，而不是死记公式2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)4预备知识——正弦信号截断后的频域变化可见正弦信号被截断后产生了诸多新的频率分量，包括直流、二次谐波、三次谐波等等。随着截断长度的不同，可能正好导致某次谐波不会产生。注意这里的正弦信号频谱用的是复信号频谱，而正弦信号时域波形画的又是实信号。这么做在理论上是错误的，这里这么做只是为了分析时更简单、直观。00.511.522.533.544.55-101时间/ms幅度00.511.522.533.544.5500.51时间/ms幅度00.511.522.533.544.5500.51时间/ms幅度-8-7-6-5-4-3-2-1012345678050100频率/kHz幅度-8-7-6-5-4-3-2-101234567802040频率/kHz幅度-8-7-6-5-4-3-2-101234567802040频率/kHz幅度2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)52.4谐振功率放大电路——综述(1)半导角理想效率负载应用甲类180o50%电阻低频甲乙类90o~180o50%~78.5%电阻低频乙类90o78.5%电阻低频、高频丙类90o78.5%选频回路高频丁类开关状态90%~100%选频回路高频2BBV0()BEonVBEvCi00CICi2Ci1CiCiCMitt00CEvCCV1CmV2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)62.4谐振功率放大电路——综述(2)高频功率放大电路和低频功率放大电路的共同点：要求效率高、输出功率大由于工作频率相差很大且相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同，对于高频功放：使用谐振系统作为匹配网络常用于放大窄带高频信号高频功率放大电路主要用于发射机的末级和中间级，可在信号获得足够的高频功率后送到天线上辐射出去；也用于电子仪器中做末级功率放大电路2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)72.4.1谐振功率放大电路——丙类功放电路的构成及其电流、电压波形偏置电路的说明谐振回路的作用选频阻抗变换MLCLRcvbiBBVCCViviv2BBV0()BEonVBEvCi00CICi2Ci1CiCiCMitt00CEvCCV1CmV2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)82.4.1谐振功率放大电路——丙类功放电路的构成及其电流、电压波形再注意几个知识点ic的傅立叶分解（请对照之前预备知识的讲解）：导通角、半导角谐振回路对谐波分量的滤波特性：012012coscos2cCccCCmCmiIiiIItIt002()()(1)PnPZnZnQ2001()1MQ2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)92.4.1谐振功率放大电路——输出功率及效率的表达式集电极输出基波功率P0:其中ζ是集电极电压利用系数，α1是余弦脉冲基波分解系数直流功率PDC：集电极耗散功率：集电极效率ηc：21111111222oCmCmCmCCCMPIRVIVi0CICi2Ci1CiCiCMIt000DCCCCCCCMPVIViCDCoPPP11001122ocCCCMCCCMDCPViViP2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)102.4.1谐振功率放大电路——折线法为什么使用折线法电路工作在大信号状态，不能采用小信号等效电路电路工作在高频，无法套用低频简化分析方法非线性分析过于繁琐0CEvCibi0BEvCi()BEonVG后续将使用折线法分析：集电极电流脉冲ic调谐放大电路的晶体管集电极动态特性2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)112.4.1折线法——集电极余弦电流脉冲ic的分析2BBV0()BEonVBEvCi0CiCMit022GimVivt截止点截止点2()()()()0,()()(cos),BEBEonCBEBEonBBBEonimBEBEonvVitGvVGVVVtvV()cosBEonBBimVVV(1cos)CMimiGVcoscos22()102cos,2CMCtntnittnitn2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)122.4.1集电极电流各次谐波分解系数曲线及其特点(1)对ic(t)进行级数展开可得：谐波次数越高，振幅越小对应某次谐波，有一相应θ使α为最大对应某次谐波，有一相应θ使α为零α0意味着该次谐波初相与α0的谐波初相相反()/ncnmCMIi2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)132.4.1集电极电流各次谐波分解系数曲线及其特点(2)可见θ越小，效率越高效率与输出功率的矛盾通常选择θ在70o~80o之间，也即丙类功放1012c2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)142.4.1折线法——调谐功率放大电路的动态分析(1)怎样确定电路的动态负载电阻Rc？寻找vce与ic的关系式画交流负载线，然后由交流负载线斜率的负倒数确定Rc()()()0,()(cos),BEBEonCBBBEonimBEBEonvVitGVVVtvV1cosCECCCmvVVt代入左式有：()()()10cos()[]cosimBEonBBCCCCEBBBEonimimBEonBBCmVtVVitVvGVVVVtVVV可得两特殊点：01|cosCCEiCCCmVVVA：B：()|[]CECCCvVBBBEoniGVV2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)152.4.1折线法——调谐功率放大电路的动态分析(2)由图可得丙类放大电路的动态负载电阻：CMi0Cit02Ci1cosCCCmVVAB()[]BBBEonGVVD20t1(1cos)CmV1CmVCEvCEvC1CtgR111(1cos)(1cos)(1cos)CmCCMCmCMVRiIRiR可见Rc由θ和R同时决定2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)162.4.2电路参数对谐振功率放大电路性能的影响(1)谐振电阻R对集电极电流ic的影响0CEv1CmV2CmV3CmVCi0Cit1C2C3C'3C3ACCVt欠压状态临界状态过压状态CR增大123CiCiCEv设谐振放大电路的VBB和Vim不变（即晶体管最大基极电流和半导角不变），Vcc也不变，则Rc的变化完全由R决定。随着R的加大有右图：2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)172.4.2电路参数对谐振功率放大电路性能的影响(2)负载特性使电路处于临界状态的R值称为谐振放大电路的匹配负载（或最佳负载），用Ropt表示R0011CCmCmIIV、、1CmV1CmI0CI欠压过压临界欠压过压临界R0ODCCCPPP、、、CDCPOPCP()1CCCEsatCmoptCCCCVVVVV1optCCoptCMVRi2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)182.4.2电路参数对谐振功率放大电路性能的影响(3)三种状态的优缺点欠压：可视为恒流源。但输出功率与效率都较低，且集电极耗散功率大，输出电压不够稳定，因此较少使用。晶体管基极调幅常采用这种状态过压：强过压时效率较高，但输出电压的非线性失真不可忽略，一般不使用这种状态。常常令功放电路的激励级工作在弱过压状态，此时可将放大电路视为恒压源临界：输出功率最大，效率较高，是最佳工作状态。调谐功率放大电路的输出级及发射机末级大多工作在临界状态2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)192.4.2电路参数对谐振功率放大电路性能的影响(4)高频功率放大电路的调制特性基极调制：改变VBB时，电流、电压等参数变化集电极调制：改变Vcc时，电流、电压等参数变化又称高电平调制，能够一次性完成放大和调制过压区欠压区0BBV1CmI0CI1CmV过压区欠压区0CCV1CmI0CI1CmV基极调制可由图2.4.2分析集电极调制可由图2.4.6和式2.4.16分析2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)202.4.3谐振功放的直流馈电电路和匹配网络——直流馈电电路(1)集电极串馈和并馈电路：T1CCL2CCCVCLCCVCCVCcvTCLCCCCVCLCCVcv对扼流线圈：对信号频率的感抗很大，接近开路对滤波电容：容抗很小，接近短路目的：避免信号电流通过直流电源的耦合造成电路工作不稳定2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)212.4.3谐振功放的直流馈电电路和匹配网络——直流馈电电路(2)基极馈电电路注意“自给偏压效应”：偏置电压随输入信号电压振幅变化的现象自给偏压只能得到负偏压，不适用于甲类、甲乙类、乙类放大CCCLTCC1BC1BRBL2BC2BRCCV(a)T1BCBL2BCBOIBRTECBLBCEOIER(b)(c)TBLBCBOI(d)BOI2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)222.4.3谐振功放的直流馈电电路和匹配网络——匹配网络高效传送能量匹配网络的效率：匹配网络的插损：滤除高次谐波分量：滤波度：匹配网络1CmICnmIOPCR1LmILnmILPLRT0/kLPP()10logOLPInsertLossdBP11//CnmCmnLnmLmIIII滤波度和回路效率的矛盾：高滤波度-高Q电路，丙类放大电路负载消耗功率高-难于实现高Q，一定要实现高Q-多节LC网络-插损增加=效率降低2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)232.4.3谐振功放的直流馈电电路和匹配网络——阻抗变换(1)匹配网络的功能之一——阻抗变换串、并联阻抗的相互转换：PXPRSXSR111PPSSRjXRjX22(1)11PSLPSLRRQXXQ||||SPLSPXRQRX串、并联电路结构互换前后，电路的品质因数和元件的电抗性质保持一致(1)LifQ2PLSPSRQRXX2009-2010学年第2学期通信电子电路——高频放大电路(3)242.4.3谐振功放的直流馈电电路和匹配网络——阻抗变换(2)L型匹配网络CLRL()aCRCLRL()bCRCLRL()cCRCLRL()dCR串