HF05高频功放(简版)

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1、1高频电子线路网络中心28116952High Frequency Circuit目 录 第1章 绪论 第2章 选频网络 第3章 高频小信号放大器 第4章 非线性电路、时变参量电路和变频器 第5章 高频功率放大器 第6章 正弦波振荡器 第7章 振幅调制与解调 第8章 角度调制与解调 第10章 反馈控制电路与频率合成技术3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（重点、难点）5.3 谐振功放的折线分析法（重点、难点） 5.4 高频功放的电路组成 Next高频电子线路 High Frequency Circuit思考题与习题高频 功放主振低频 功放调幅发射机组成框图缓

2、冲调制倍频高频 放大电 源低频 放大高 频 部 分低 频 部 分PrevNext5.1 概述 高频功率放大器又称为射频功率 放大器(Radio Frequency Power Amplifier) ；用于放大高频信号 并获得足够大的输出功率。窄带型 Narrow-band 宽带型 Wide-band 通常采用谐振网络作负载，又称为 谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态 采用传输线变压器作负载。传输线变压器的工作频带很宽，可 以实现功率合成。 1. 高频功率放大器的分类5.1 概述 相同点: 要求输出功率大，效率高不同点:非谐振型(LF)，谐振型(HF) ；1. 工作频率与相对频宽不同；2

3、. 负载性质不同3. 分析方法不同2. 高频谐振功放与低频功放的异同点5.1 概述 低频（音频）:高频（射频）: （以调幅为例 535kHz1605kHz ） 高频窄带信号图解法(LF) ，折线法(HF) 。20Hz20kHz3. 高频谐振功放要解决的问题 减小失真（线性度）减小失真（线性度） 管子的保护管子的保护 提高输出功率提高输出功率 提高效率提高效率5.1 概述 已知已知5.1 概述 无委会对发射功率有所限制。无委会对发射功率有所限制。通常要求它不能干通常要求它不能干 扰当地广播和通信的正常工作。如无绳电话座机扰当地广播和通信的正常工作。如无绳电话座机 的发射功率要求不大于的发射功率要

4、求不大于50mW50mW，手机不大于，手机不大于 20mW20mW，玩具无线电遥控设备不超过，玩具无线电遥控设备不超过1W1W，等等。，等等。为测量方便，规定在指定的电阻负载（如50 、75）上的功率为发射极的输出功率。晶体管的工作情况与频率有极密切的关系，通 常可以把它的工作频率范围划分成如下三个区域：* 中频区-* 低频区-* 高频区-可不考虑其电抗分量与载流子渡越时 间等影响。需考虑其各结电容的影响。需进一步考虑其电极引线电感的影响。5.2 谐振功率放大器的工作原理 中频区和高频 区的严格分析 与计算是相当 困难的。我们 将从低频区来 说明晶体管高 频功放的工作 原理。5.2 谐振功率放

5、大器 的工作原理 1. 提高效率的途径结论：降低静态功耗，即 减小静态电流，即可提高 效率c。这样，在给定P= 时，Po就会增大。vi= V0msintOO甲 类乙 类2. 谐振功放的工作原理谐振功放原理图电路特点：静态工作 点选择在接近截止点， 或选择在小于截止点的 负偏置区。其目的是消 除由静态工作点所带来 的无用功耗，从而提高 放大器的效率。5.2 谐振功率放大器的工作原理 电路组成：输入回路、 晶体管T（作为开关） 和LC选频网络（作为T 的负载）。T由于静态 工作点设 置很低的 原因，使 得管子只 在小半周 期内导通 ，因而iB为脉冲电 流。放大 后的iC也为脉冲电 流。5.2 谐振

6、功率放大器 的工作原理 导通时vC很小， 因而功耗很小。vC很大，但截止 ，功耗为0。脉冲状的 iC 如何转换为正弦波的 vc ？问题 ：解决 ：依据周期函数的傅里叶级数分解理论5.2 谐振功率放大器的工作原理 ic1基波ic2ic3Ic0iC各次谐波 波形示意图若使集电极谐振回路调谐于基波 上，则在 LC两端产生一个失真很小的基波电压。结 论尽管晶体管工作在非线性状态，造成 iC与 vB 波形不一致，但通过谐振负载可使得输入、输出的电压波形一致， 从而完成“放大”任务。5.2 谐振功率放大器的工作原理 5.2 谐振功率放大器的工作原理ic1基波ic2ic3Ic0T设Q=10时谐波电流 分量幅

7、值 与其阻抗 值均很小（选频回路两端等效阻抗分析 ） T设Q=10时由此可见，回路阻抗对于各次谐波来说，它们的值与 谐振于基频之值相比，小到可以忽略的程度（仅为百 分之几），可以认为是短路的。因此，虽然iC是脉冲状 ，但回路两端的电压以及由该电压所产生的回路电流 仍然是正弦波。 5.2 谐振功率放大器的工作原理（选频回路两端等效阻抗分析 ） 一、折线分析法(broken line method)将电子器件的特性理想化，每 组特性曲线用一组折线来代替 。简化了计算。虽精度低，但 仍可满足工程需要。5.3 谐振功放的折线分析法 输出特性曲线的理想化l在放大区ic只受vB控制，而与vc无关。l在饱和

8、区ic只受vc控制，而与vB无关。斜率gc一、 折线分析法(broken line method)o其中，VBZ为阈值电压gc为放大段直线的斜率 转移特性曲线的理想化5.3 谐振功放的折线分析法 iC =gc(vBVBZ) (vBVBZ) 0 (vBVBZ) 截止段放大段饱和段放大段截止段晶体管载流子的传输过程 1)发射区向基区注入电子 2)注入电子在基区边扩散边复合 3)集电区收集扩散来的电子 4)集电结两边少子的漂移斜率gc一、折线 分析法5.3 谐振功放的折线分析法 VBB为 偏置电压iC =gc(vBVBZ) (vBVBZ) 0 (vBVBZ) gc25.3 谐振功放的折线分析法 偏置

9、 电压iC =gc1(vBVBZ) (VBZ vB VSat) 0 (vBVBZ) gc1iC =gc2(vBVSat) (vB VSat ) VSat斜率gc二、余 弦电流 脉冲的 分解5.3 谐振功放的折线分析法 任务：先求出c 的影响因素； 再求出iC 中每个 频率分量与c的 关系； 然后分析c 对输出功率和效率的 影响。斜率gc二、余 弦电流 脉冲的 分解5.3 谐振功放的折线分析法 iC =gc(vBVBZ)(vBVBZ时)iC =gc(VBBVBZ+ Vbm cost)当t = c时，iC= 0二、余弦电流脉冲的分解5.3 谐振功放的折线分析法 VBB、 VBZ、 Vbm对 c的影

10、响T从数学角度分析VBBVBZ cVbm c c5.3 谐振功放的 折线分析法 从放大器原理角度分析 |VBB|BJT反偏|VBB2| |VBB1|c2 c1 iCmax2 iCmax1 BJT导通时间变短VBB变化对c的影响 c从放大器原理角度分析Vbm BJT导通时间加长Vbm2 Vbm1c2 c1 iCmax2 iCmax1 c5.3 谐振功放的 折线分析法 Vbm变化对c的影响5.3 谐振功放的折线分析法 二、 余弦电流脉冲的分解n(c)的获取方法： 计算 查曲线 查表P235P184P185波形系数c、c、Po、Pc 、P=之间的关系电源提供功率：输出功率：集电极功耗：效率：导通角：

11、电流分解系数：集电极 电压利 用系数5.3 谐振功放的 折线分析法 二、余弦电流脉冲的分解由图看出，c 120，且 RP 为定值时，Po最大，但此时放大器工作于甲乙类 状态，c太低。 c= 0时，g1(c)=2达最大 值，若此时=1，则c可 达100%。这种状态不可 用，因为这时Po=0。为兼顾输出功率和效率， 一般选择c为6570。Po=0g1max1max三、晶体管倍频器(frequency doubler) （参见5.10 P232） 倍频器是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路 ，用以提高频率。主振器放大 或倍频放大 或倍频24MHz24MHz24MHz 48MHz816MHz5.3

12、谐振功放的折线分析法 丙类倍频器丙类倍频器利用模拟乘法器利用模拟乘法器参量倍频器参量倍频器倍频器的分类采用倍频器的目的降低发射机主控振荡频率，以提高频率稳定性。倍频器的输入与输出频率不同，因而减少了寄生耦 合，使发射机的工作稳定性提高。在调频和调相系统中用以扩大频偏。在频率合成器中，倍频电路是不可缺少的组成部分。三、晶体管倍频器 (frequency doubler) 5.3 谐振功放的 折线分析法 若使集电极谐振回路调谐于谐波3上，则在 LC 两端产生一个失真很小的三次谐波电压。倍频器的工作原理与谐振 功放类似，用选频电路选 出所需倍数的谐波成分， 滤除所有不需要的频率成原理分析已知丙类放大

13、器集电极电流 ic 为尖顶余弦脉冲丙类倍频器的电路结构分，就可完成倍频过程。三、晶体管倍频器 (frequency doubler) 带有陷波电路 的三倍频器尖顶脉冲的分解系数3较大2较大对一个 n 次倍频 器，为了兼顾输 出功率与效率， 总是要使集电极 电流中含有的 n 次谐波分量足够 大。可按下式确 定最佳通角。倍频数一般不超过34三、晶体管倍频器 (frequency doubler) 5.3 谐振功放的折线分析法 欠压状态：临界状态：过压状态：在大信号谐振功放中，常常根据晶体管集电极是否 进入饱和区，将放大器的工作状态分为三种：管子导通时处于放大区。 管子导通时达到临界饱和线。 管子导

14、通时进入饱和区。 四、 丙类功放的动态特性管子工作状态不同，放大器的Po、c 等数值也不同。影响晶体管工作状态的因素：Vbm、VCC、VBB 、RP。5.3 谐振功放的折线分析法 Vbm、VCC、VBB 、RP的影响简述：负载特性：调制特性 基极调制特性：集电极调制特性：放大特性： Vbm变化对放大器的影响RP变化对放大器的影响VBB变化对放大器的影响VCC变化对放大器的影响对这些因素的影响分析就是进行动态特性分析。RP变化对集电极余弦脉冲的影响1. 负载特性（当VCC、VBB 、Vbm一定时）负载特性是指RP 对工作状态的影响T=VCC VcmcostvC=VCC vc=VCC Icm1RP

15、costRP变化对集电极余弦脉冲的影响过压 状态欠压状态或 临界状态随着Rp 的增大 ，放大 器由欠 压状态 向过压 状态过 渡。在过压状态时， ic 波形出现下凹。1. 负载特性RP增大（当VCC、VBB 、Vbm一定时）负载特性是指RP 对工作状态的影响1. 负载特性负 载 特 性 曲 线欠压过压0临界Rp欠压过压0临界Rp负载变化时，放大器三种工作状态的特点：欠压：过压：临界：最佳工作状态用于发射机末级用于中间放大级注意：谐振负载失谐时，可能造成管子烧坏。（ ？）恒流，Vcm变化，Po较小，c低，Pc较大；Po最大，c很高；恒压，Icm1变化，Po较小，c可达最高；（当VCC、VBB 、RP一定时）2. 放大特性任务：主要考察Vbm对Vcm的影响振幅特性是指Vbm对工作状态的影响T=VBB +VbmcostvB=VBB + vb欠压过压0临 界Vbm（当VCC、VBB 、RP一定时）2. 放大特性任务：主要考察Vbm对Vcm的影响振幅特性是指Vbm对工作状态的影响设：AMP原工作在临界状态Vbm过压过压状态态(iC顶部出现凹陷)Vbm欠压压状态态(iC为余弦脉冲