3章 高频功率放大器

《3章 高频功率放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3章 高频功率放大器（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、作用：高效率地输出足够大的信号功率谐振功率放大器宽带高频功率放大器放大固定频率信号或窄带信号。需调谐。放大需在很宽范围内变换频率的信号或宽带信号。不需调谐王春圃内内容容 3.1 高频功率放大器概述 3.2 谐振功率放大器的工作原理 3.3 谐振功率放大器的特性分析 3.4 谐振功率放大器电路与设计 3.5 丁类和戊类谐振功率放大器 （简介） 3.6 集成射频功率放大器及其应用简介 （简介） 3.7 宽带高频功率放大器 （简介）王春圃 高频谐振功放的原理电路结构及各元件作用？工作原理? 高频谐振功放的主要性能指标及数学关系式？ 高频谐振功放有哪3种基本工作状态和实用特性？它们与重要参数间的关系?

2、 高频谐振功放的实际电路形式及要求? 集成功放及功率合成技术概念？本章知识点本章知识点3.1 高频功率放大器概述高频功率放大器概述王春圃 高频功放乃各种无线电发射机的重要组成部分。其主要功能： 对载波信号或高频已调信号进行功率放大。 其输出功率小到几毫瓦，大到几百瓦，上千瓦，甚至兆瓦量级。 在高频功放领域内扮演重要角色的是高频谐振功放 -本章将主要介绍： 其基本原理基本原理、动态特性动态特性、功率和效功率和效率率等指标及其实际设计指标及其实际设计 ，简要介绍集成和宽带高频功放及相关技术。3.2 谐振功放的工作原理谐振功放的工作原理一、基本工作原理二、谐振功放的近似分析三、输出功率与效率王春圃图

3、图3.1 高频谐振功率放大器原理电路图高频谐振功率放大器原理电路图一、基本工作原理一、基本工作原理电路分析？（见下页）各元器件作用？王春圃丙类 非线性放大器负载部分接入的LC并联谐振回路负载高频大高频大功率管功率管输入回路输出回路 （集电极负载回路）王春圃晶体管转移特性曲线icube0QQQQ 4情况下非线性放大器输入- 输出压流图形 3状态的工作条件、特点、结论?18001800小信号放大态非线性甲类放大态非线性乙类放大态非线性丙类放大态UBZ接下页截止区导通区王春圃1、放大器工作状态的选择放大器工作状态的选择222甲类（180）乙类（90） 丙类（ 90）各状态下的输出电流波形(输入正弦信

4、号时)王春圃2、谐振功放的电路组成、谐振功放的电路组成 VBB应使放大器能工作于丙类 LC回路调谐于ui(t)的中心频率，构成滤波匹配网络Ze王春圃假设输入信号： ui= Uimcos t则输入回路电压：tUimcosVuVuBBiBBBE+=+=（3.1）CE CC c CCuVuV coscmUt =（3.6）cCCCEuVu = （3.2）则输出回路电压：ec1mRIUcm=（3.5）输出信号振幅：tUtRIucm coscosec1mc=（3.4）输出信号电压：3、谐振功放的工作原理、谐振功放的工作原理VBB本身包含正负号本身包含正负号输入回路输出回路王春圃图图3.2 谐振功放激励电压

5、与集电极电流脉冲波形谐振功放激励电压与集电极电流脉冲波形转折电压晶体管的转移特性曲线可见，当输入为正弦波时，集电极电流却为 “尖顶 余弦脉冲余弦脉冲 ”（它含有哪些频率分量？见下页）王春圃tuBEOVBBUBZtiBOiBmaxtiCOIC0iCmaxic1ic2tIu cosRc1mec=tU coscm=VCCuctuCEO基波分量直流2次谐波分量n次谐波分量uCE tUV coscmCC=CC0c1mcosiI I t=+c2mcos 2 .It+cnmcos n .(3.3)It+ +图图3.3谐振功放电流电压波形谐振功放电流电压波形王春圃tuBEOVBBUBZtiCOiCmaxVCC

6、uctuCEO243 50ic的频谱 uc与 ui反相 当 uBE为 uBEmax时， iC=iCmax，而uCE=uCEmin。 ic只在 uCE很小的时段内出现集电极损耗小，功放效率较高。基波分量二次谐波分量直流Ic0等效回路的阻抗特性(Re谐振电阻)Re王春圃工作原理小结： 设置 VBBUCES， ic为尖顶余弦脉冲。 P0小、 Pc大、效率低。 过压状态： Ucm过大， UCEmin UCES， ic为下凹余弦脉冲。 P0较大、 Pc小、效率高。 临界状态： Ucm较大， ic为尖顶余弦脉冲，但顶端变化平缓。P0大、 Pc小、效率高 改变 Re、 Vcc、 VBB、 Vim之一 工作状

7、态变 （对应负载特性、集电极/基极调制特性、放大特性）。由负载特性： 临界状态时的 P0最大，效率较高，对应的 Re称最佳负载阻抗 （也称匹配负载） 在通信等领域，谐振功放的工作频率往往高达几百MHz，而高频工作时晶体管非线性电容特性、引线电感等分布参数影响，会使放大器最大输出功率下降、效率和增益降低。3.4 谐振功率放大器电路与设计谐振功率放大器电路与设计前面分析了高频谐振功的原理电路，而实际谐振功放电路，往往要比原理电路复杂得多。它通常包括： 直流馈电（主要有集电极和基极馈电） 匹配网络（含输入 输出匹配网络）王春圃(a)直流通路Vcc集电极馈电线路组成原则说明 应有专门Ic0通路， VC

8、C不被短路 基波电流才在负载回路产生输出电压，尽量旁路2的无用谐波电流，免耗费P0 无用谐波电流不能由VCC旁路，免产生寄生耦合及高频损耗 无源元件 （如选频元件） 尽量不消耗直流功率(c)高次谐波通路ucRe接下页1.集电极馈电线路 （分类：串联、并联馈电）一、一、直流馈电电路直流馈电电路王春圃图3.15 集电极串馈电路LC和 CC的取值在实际工程中需满足：CCC1105L )(=eCR2051C1=（3.26）（3.27） 各元器件的作用？ 交、直流通路？ 串馈的含义？串馈电路特点 - 谐振元件不能直接接地王春圃图3.16 集电极并馈电路与串馈类似，与串馈类似，LC和和CC的取值在实际工程

9、中需满足：的取值在实际工程中需满足：eCR205L )(=eCR2051C1=（3.28）（3.29）并馈电路特点 - 谐振元件可直接接地，易安装。但 LC、 CC1 并于回路，其分布参数直接影响回路的调谐。王春圃基极馈电线路组成原则说明(b)基波通路接下页(a)直流通路VBB2.基极馈电线路 （分：串馈和并馈基极馈电线路）z 欲电路工作于丙类，基极应加反向偏压或加欲电路工作于丙类，基极应加反向偏压或加小于小于UBZ的正向偏压的正向偏压（即（即VBBUBZ）z 分串馈和并馈两类分串馈和并馈两类王春圃 串馈- VBB， ui及管子的 b,e等 三者形式上呈串联关系 并馈- VBB， ui及管子的

10、 b,e等 三者形式上呈并联关系图3.17 基极馈电线路tcosUVuimBBBE +=串、并馈都满足以下关系：利用 Lc中的固有直流电阻获反偏电 VBB利用 L2中的固有直流电阻获反偏电压VBB王春圃图3.18 基极自给偏压图3.19 “零 ”偏置电压和略微正电压偏置电路IB0 流经 RE产生偏压 VBB= 0 IE0 RB，调 RE，可调 VBB大小IB0 流经 RB产生偏压 VBB= IB0 RB，调 RB，可调 VBB大小王春圃图3.20 匹配网络如下图， RL通过输出匹配网络转换成工作在临界状态时所需的 Reopt值（具阻抗变换功能）有效地滤除高次谐波电流 Icnm（具选频功能）为将

11、有用功率有效地传给负载，固有损耗要小。接下页1、对滤波匹配网络的要求 （起滤波和匹配的双重作用）二、滤波匹配网络二、滤波匹配网络王春圃归纳归纳 （ 对滤波匹配网络的要求 ）(1) 应具有选频作用- 充分滤除无用的直流和谐波分量，以保证外接负载上仅输出高频基波功率。 通常，滤波性能的好坏用滤波度n表示：(2) 应有阻抗变换作用（ Reopt）L1mLnmc1mcnmnIIII/=（3.30）(3) 应能将 功率管给出的信号功率 Po高效率传送到 外接负载 RL上（功率为 PL）， 即匹配网络的效率 （称回路效率 k=PL/Po） 要高。下面仅讨论滤波匹配网络的阻抗变换特性（4）应有一定的通频带，

12、结构简单，调整方便。王春圃2.LC 网络的阻抗变换作用网络的阻抗变换作用图3.21 串并联电路阻抗变换pppppX1jR1jX1R1Y =+=2s2ss2s2sssssXRXjXRRjXR1Y+=+=由：spYY =得 串联阻抗并联阻抗 的关系式：()2es2s2sss2s2spQ1RRX1RRXRR +=+=+= （3.31）+=+=+=2es2s2sss2s2spQ11XXR1XXXRX（3.32）(1)串并联电路的阻抗变换串并联电路的阻抗变换sseRXQ =（3.33）其中：电抗元件王春圃反之, 并联阻抗串联阻抗 的关系式：2epsQ1RR+=（3.34）2epsQ11XX+=（3.35

13、）ppeXRQ =（3.36） Qe为品质因数，一般大于1。 由式（3.31） （3.36）可见，一般 Rp Rs；转换前后电抗性质不变，且电抗值相差很小。近似关系式RP XS2/RsXP XS RS XP2/RPXS XPChap2中曾作中曾作过介绍过介绍王春圃RLCLReab(b) 等效电路电路在工作频率上达到并联谐振，即（2）L型滤波匹配网络的阻抗变换型滤波匹配网络的阻抗变换CL1 00 =LL低阻变高阻型低阻变高阻型（串变并）（串变并）L2L)(RLR故 “匹配 ”要求：eR =L2L)(RLRLReCRLab(a) L型滤波匹配网络图3.23低阻变高阻L型滤波匹配网络L型王春圃由图3

14、.23(b) 所示等效电路及式（3.31） （3.36）,低阻变高阻型 L型滤波匹配网络的阻抗变换关系式为：( )2eLLQ1RR +=+=+=2es2s2sQ11LXXRLLeRLQ=（3.37）其中：1RRQLee=（3.38）eQ一般较大LL L2L)(RLR王春圃例 3.4 已知某谐振功放的工作频率f =50MHz，实际负载电阻RL= 50 ，所需的匹配负载为Re= 1k 。试设计一 L型网络作为输出滤波匹配网络。解： 采用图3.23(a)所示低阻变高阻 L型滤波匹配网络，参数设计如下：由式（3.37）可得：139nH1050210364RQL6Le=.146nH36411139Q11

15、LL22e=+=+=.因此：()69pF10146105021L1C9262=-如果外接负载 RL较大，而放大器要求的负载电阻 Re较小，可采用图3.24( a)所示的高阻变低阻 L型滤波匹配网络。36415010001RRQLee.=由式（3.38）可得：王春圃高阻变低阻型高阻变低阻型（并变串）（并变串）电路在工作频率上达到串联谐振，即 1CL =故Le RR L2L)(1RCR=CC ReCRLLab(a) L型滤波匹配网络图3.24高阻变低阻L型滤波匹配网络ReCRLLab(b) 等效电路王春圃2eLLQ1RR+=+=2eQ11CCCRC1RQLLe=（3.39）1RRQeLe=（3.40）其中