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1、单元四 高频功率放大器单元四单元四 高频功率放大器高频功率放大器第 1 章 功率电子线路第 2 章 谐振功率放大器单元四 高频功率放大器第 1 章 功率电子线路1.1 功率电子线路概述1.2 功率放大器的电路组成和工作特性单元四 高频功率放大器第 1 章 功率电子线路1.1 功率电子线路概述 1.1.1 功率放大器1.1.2 电源变换电路单元四 高频功率放大器1.1 功率电子线路概述 作用：高效地实现能量变换和控制。 种类： (1)功率放大电路特点：放大用途：通信、音像等电子设备。 (2)电源变换电路特点：能量变换用途：电源设备、电子系统、工业控制等。单元四 高频功率放大器1.1.1 功率放大
2、器 特点：工作在大信号状态。 一、功率放大器的性能要求 安全。输出功率大，管子在极限条件下运用。 高效率。C 集电极效率(Collector Efficiency) Po 输出信号功率 ；PD 电源提供的功率；PC 管耗 (Power Dissipation)/集电极耗散功率；Po 一定，C 越高，PD 越小 PC 小， 既可选 PCM 小 的管子，以降低费用，也节省能源。 失真小。单元四 高频功率放大器尽管功率增益也是重要的性能指标，但安全、高效和小 失真更重要，前者可以通过增加前置级祢补。 二、功率管的运用特点 1功率管的运用状态根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同，功率管 运用状态可
3、分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。 甲类：功率管在一个周期内导通 ，c = 。 乙类：功率管仅在半个周期内导通，c = /2。 甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通 ， /2 c 。 丙类：功率管在小于半个周期内导通，c /2。 功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。功率管的运用状态单元四 高频功率放大器根据下列曲线说出功率管的应用状态：图 111 各种运用状态下的输出电流波形 2不同运用状态下的 C管子的运用状态不同，相应的 Cmax 也不同。 减小 PC 可提高 C。 单元四 高频功率放大器假设集电极瞬时电流和电压分别为 iC 和 vCE，则 PC 为 讨论：若减少 PC，则
4、要减少 iC vCE方法 1：由甲类 甲乙类 乙类 丙类，即减小管子 在信号周期内的导通(增大 iC = 0)的时间。 方法 2：管子运用于开关状态(又称丁类)，即一周期内 半饱和半截止。饱和时，vCE VCE (sat) 很小 PC 很小；截止时，iC 很小，iC vCE 也很小 PC 很小。 总之：为提高 C，管应用状态可取乙类、丙类或丁类。 但集电极电流波形失真严重，电路需采取特定措施(见 1.2 节 )。单元四 高频功率放大器1.1.2 电源变换电路按变换方式不同：(1)整流器(Rectifier)：交流电-直流电。应用：电子设备供电。 (2)直流-直流变换器(DC-DC Conver
5、ter)：直流电-直流电。应用：开关电源。 (3)逆变器(Inverter)：直流电-交流电。应用：不间断电源、变频电源。 (4) 交流-交流变换器(AC-AC Converter)：交流电-交流电。应用：变压等。 单元四 高频功率放大器第 2 章 谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的工作原理2.2 谐振功率放大器的性能特点2.3 谐振功率放大器电路2.4 高频功率放大器单元四 高频功率放大器 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 高效率输出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
6、功率大和效率高。联想对比：单元四 高频功率放大器3、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 波形图小信号谐振放大器 波形图单元四 高频功率放大器小信号谐振放大器 波形图 单元四 高频功率放大器谐振功率放大器 波形图单元四 高频功率放大器4、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
7、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(c90)，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。单元四 高频功率放大器 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，属于非线性电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率单元四 高频功率放大器第 2 章 谐振功率放大器谐振功
8、放：一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大 器。 图 2-2-1(a) 谐振功率放大器原理电路 特点：负载匹配网络为谐振系统应用状态：丙类(或丁类、乙类)用途：对载波或已调波进行功率放大 种类：丙类谐振功放丁类、戊类谐振功放倍频器 本章内容：工作原理、性能分析 、电路。 单元四 高频功率放大器第 2 章 谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的工作原理 2.1.1 丙类谐振功率放大器2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器2.1.3 倍频器单元四 高频功率放大器2.1.1 丙类谐振功率放大器1电路组成 图 211 谐振功率放大器原理电路ZL 外接负载，呈阻 抗性，用 CL 与 RL 串联等效 电路表示
9、。Lr 和 Cr 匹配网 络，与 ZL 组成并联谐振 回路。调节 Cr 使回路谐 振在输入信号频率。 VBB 基极偏置电压，使功率管 Q 点设在截止区， 以实现丙类工作。单元四 高频功率放大器2集电极电流 iC 图 212输入 vb(t) = Vbmcos st 据 vBE = VBB + vb(t) = VBB + vbmcos st由静态转移特性(iC-vBE)，得集电极 电流 iC 波形：脉宽小于半个周期的脉 冲序列。傅里叶级数展开为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。 3输出电压 vo (1)对基波分量阻抗最大，为谐振电阻 Re(谐振回路调谐在输入信号频 率上，因而对 iC 中的基波
10、分量呈现的阻抗最大，且为纯电 阻)。单元四 高频功率放大器在高 Q 回路中，其 Re 近似为式中， 回路总电总电 容 回路谐谐振角频频率 回路有载载品质质因数(2)对非基波分量阻抗很小(谐振回路对 iC 中的其他分量呈现的)，产生 的电压均可忽略。单元四 高频功率放大器既然仅有由基波分量产生的电压 vc 输出，负载获得的 信号功率不失真。 因此，丙类谐振功率放大器谐振回路的功能： 选频：利用谐振回路的选频作用，可将失真的集电 极电流脉冲变换为不失真的输出电压。 阻抗匹配：调节 Lr 和 Cr ，谐振回路将含有电抗分 量的外接负载变换为谐振电阻 Re，并阻抗匹配。 所以，谐振功率 放大器中，谐振
11、回路 起到选频和匹配负载 的双重作用。 单元四 高频功率放大器4功率特性分析 (1)丙类功放的问题 图 213 脉冲宽度变化的示意图若提高 C，管子导通角 c 应 继续减小；但引起 iC 中基波分量 Icm1 减小，导致输出功率减小。 (2)解决方法 VBB 负向增大(c 减小 )同时，提高输入激励电压 Vbm，以维持输出功率不变 。但需警惕管发射结反向 击穿。为进一步提高效率，可采用开关工作的丁类、戊类谐 振功率放大器。单元四 高频功率放大器2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器 1丁类谐振功率放大器 (1)电路 Tr 二次侧两绕组相同，极性相反。 T1 和 T2 特性配对，为同型管。 (2)原理 若 vi 足够大，则vi 0 时，T2 饱饱和导导通，T1 截止， vA2 = VCE(sat)A 点最大振幅值： vA = vA1 vA2 = VCC 2VCE(sat)单元四 高频功率放大器加到串联谐振回路，若谐振回路工作在输入信号角频 率上，可近似认为输出电流 iL 是角频率为 的余弦波，RL 上获得不失真输出功率。 (3) 讨论 VCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高 (90% 以上) ； 因结电容、分布电容等影响，实际波形不理想，使 管耗增大
