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1、第一章 功率放大器1-1 功率放大器概述1-2 非谐振功率放大器1-3 谐振功率放大器一、功放的任务与功率管安全工作条件1-1 功率放大器概述第一章 功率放大器二、功率放大器的分类三、功率放大器能量关系一、功放的任务与功率管安全工作条件1-1 功率放大器概述PCmaxPCM vCEmaxV (BR)CEO iCmaxICM第一章 功率放大器任务：功率管在安全工作的条件下，非线性失 真在允许的范围内，高效率地输出大的功 率。 功率管安全工作的条件1.2.二、功率放大器的分类1.按负载性质划分 非谐振功放（纯电阻性负载） 谐振功放（电抗性负载）2.按流通角划分 甲类功放 电源供给功率 集电极输出功
2、率 集电极平均管耗 集电极效率 变压器传输效率 放大器效率三、功率放大器能量关系丙类 高效率功放管子工作在开关状态乙类功放甲乙类功放一 . 变压器耦合甲类单管功率放大器1-2 非谐振功率放大器二、乙类推挽功率放大器三、桥式推挽功率放大器(BTL)四、集成功放及应用实例五、宽带高频功放和功率合成技术一 . 变压器耦合甲类单管功率放大器1-2 非谐振功率放大器各元件的作用交流负载RL 若RT1=RT2=0, 若RT1 0，RT20与交流放大器的区别原理电路则 RL=n2RL, T=100% （或 其中有一不为零）, RL= RT1+n2 （RT2+RL） 2.图解分析i) 确定工作点Qi) 匹配：
3、工作点Q处在交流负载线的中心 充分激励（不匹配）：工作点确定为获得最大输 出功P omax(不失真) 对应最大激励信号时的状态iii) 匹配并充分激励：最大输出功率Pomax P 匹配、充分激励的概念ii)a) 求 分析其中 ，omax（或 ）b) 直流负载线 设RT1=0,RE0即ROL0 VCEQ=VCC-ICQ(RT1+RE) VCC（直线AB） 设Q处在交流负载线中点（即匹配）ii) 交流负载线vCE=VCEQ-IcmRL sint iii) 画出波形iv) 写出ic,vCE 表达式其中：Vcm=IcmRL电压利用系数 （匹配充分激励时，=1）(直线CD)电源供给功率集电极输出功率集电
4、极平均管耗集电极效率3. 能量估算 一旦电路确定，甲类单管功放PD为恒值。4. 结论 匹配情况下，匹配负载值是唯一的；在匹配并充分激励的情况下，若vi=0 , 则Pcmax=PD PO大小与交流负载RL 及工作点Q有关 欲想提高Pomax主要受到PCM限制Pcmax=PD=2PomaxPCMPomax= Pcmax PCM 问题：功率小、损耗大、效率 低 为保证输出电路波形不失真，应采用推挽电路形式5.甲类单管功放存在问题及解决途径原因：工作点设置太高 解决思想方法：1.变压器耦合乙类推挽电路二、乙类推挽功率放大器 原理电路及元件作用电路结构特点Tr2变压器上下感 应原理 工作点 乙类工作状态
5、 工作原 理在正弦信号激励下，基极、集电极的电流均是半个令VBE(on)=0, 若vVBE(on)，T导通， 若vR=R3/Ri3 措施：引入自举电路，使RROL iv) 实际OTL电路举例（准互补对称的OTL电路）电路： 优点 a)克服工作点漂移 加负反馈电阻R10,R11改善 热稳定 采取两级电压并联负反馈 T6、R4、Rw构成恒压偏置， 克服交叉失真 用复合管替代互补对称管， 克服选管困难 引入自举电路,克服不能充分 利用末级互补对称管 b)c)d)V)能量估算注意：RL为交流负载 ，Vi)调整 静态VA= （调R1,R3 ）波形出现交叉失真（调RP） ii) 原理（与OTL电路相同）
6、iii)与OTL不同： a)负载支路中去掉了一个大电容CL改成双电源正 负 供电b)调整：静态时，使VA= 0V ， IL=0 OCL电路i)电路c)能量估算时，电源 用 替代即可1. 电 路2. 原理三、桥式推挽功率放大器(BTL) 3. 优缺点优点 a)提高电源利用率b)适合低电源工作缺点a)电路难以对称b)转换效率低c)输入输出均勿接地点静态时v00当输入vi时，在负载上输出v02vi4.结论 在电路参数相同情况下，它比OTL（或OCL）电路输出 电压幅值增大两倍，输出功率增大四倍1.集成电路要求与特 点要求：大电容，大电阻，电感外接构成：四、集成功放及应用实例晶体管数目不限二极管用晶体
7、管连接替代2.举例：集成功率芯片例一 5G37集成芯片 内部电路框图工作原理T1，T2复合射随器T3，T4为复合管，作为 推动级T5T7提供输出级静态 工作偏置T8T12为末级准互补推 挽OTL功放例二 DG4100集成芯片 内部电路DG4100电路框图工作原理 T1、T2差分输入级T3、R4、R5、T5组成分压电路T4、T7两级电流串联负反馈放大 器 T5、T6有源负载 T8T14互补对称OTL功放3.应用实例 用5G37实现电视伴音功率放大器用5G37组成BTL电路用LM380实现5W高频功放用TDA2020实现20W高频功放五、宽带高频功放和功率合成技术1.传输线变压器结构性能结构与性能
8、工作原理:(1:1倒相器为例)前提条件:传输线理想无损耗，终端匹配（工程上 ） 传输线变压器满足：端口电压相等（即v1=v2=v ）流过传输线电流大小相等，方 向相反(i1=i2) 例：1：1倒相器 Ri : RL=1:1vi=v，vo=v常用的传输线变压器i 1：1倒相器ii 1：1平衡与不平衡变换器a)1：1平衡变不平衡变换器b) 1：1不平衡变平衡变换器iii m：1传输线变压器n : n个1 : 1个理想传输线变压器(n=0,1,2,)“1” : 一根导线一般构成原则：n个1 : 1理想传输线变压器与一根短路线始端相串，终端相并构成m : 1传输线变压器iv 1：m传输线变压器 m=(
9、1+n)2一般构成原则：n个1 : 1理想传输线变压器与一根短路线始端相并，终端相串构成1 : m的传输线变压器m=(1+n)2 其中存在问题：阻抗比不能实现任意比值频带宽，谐波分量多，导致非线性失真 可用平衡 推挽电路抵消偶次谐波分量2. 宽带功率合成技术 特点：若有几个功放，每个功放对负载提供功率为P，则n 个功放对负载提供功率为nPn个功放之间彼此相互隔离，若其中一个损坏，不影 响其他功放正常工作 宽带功率合成的涵义用传输线变压器构成混合网络（即用4 : 1或1 : 1 传输线变压器构成混合的网络称为魔T型网络）作为 功率放大器的级间耦合网络或多级这样放大器级连 实现功率合成或分配的技术
10、。 魔T型网络i 用4 : 1或1 : 4传输线变压器 构成的魔T型网络a) 结构b) 理想魔T网络条件设1 : 4或4 : 1特性阻抗为R，则理想魔T网络满足有四个端口A、B、C 、D，各端负载电阻 为RA，RB，RC和平衡 电阻RD C端称和端（） D端称差端（）又 称平衡端魔T网络等效为 ：ii 用两个1 : 1传输线变压器构成的魔T网络a) 结构 b) 理想魔T网络条件设1 : 1传输线变压器的特性阻抗为R，则理想魔T网络 满足 iii) 理想魔T网络性能示意图：a)功率合成同相功率合成 反相功率合成b) 功率分配同相功率分配反相功率分配根据分配原理还可实现三 分配、六分配等，也可实现
11、 四分配、八分配等iv) 举例：有一个内阻为Rg的信号源vg，试设计一个三 用三个魔T络构 成。 Tr2 、Tr3魔T网络 ，A、B端负载 是不同，流过电 流也不同。设计一: 设计考虑 因是同相分配器，功率分配器。所以应将信号源 加到魔T网络的 C端则： 设计二：试用1：1传输线变压器构成的魔T网络设计一个功率三 分配器。（请同学课后设计） 确定各电阻值上图中1-3 谐振功率放大器一、 概述二、丙类谐振功率放大器三、丙类谐振功放工作状态的分析四、谐振功率放大器线路 五、晶体管倍频器*六、高效率功率放大器1-3 谐振功率放大器1.引入谐振功放的必要性 2.谐振功率放大器的分类： 线性谐振功放 (
12、 或 或 )放大已调幅波 丙类谐振功放 ( ) 放大高频等幅波载波、调频 波、调相波等 高效率功放（ ,功率管工作在开关状态）一、 概述二、丙类谐振功率放大器1. 原理电路及各元件作 用 原理电路 Lr、Cr：输出并谐回路谐振电阻 C1、C2：高频旁路电容与隔直作用 Lr、Cr并谐回路的作用：选频；完成阻抗匹配 实际电路输入回路中有输入谐振回路L1C1，并联谐振电阻为 Re1Re2.工作原理： 在vs产生激励电流为is=Ismcost作用下,看各极电压电流波形: ic的波形为一串余弦脉冲称为电流分解分数 ib的波形为一串余弦脉冲 工作原理描述：在is为余弦信号的激励下，丙类谐振 vce的波形为
13、余弦波因负载是具有选频作用的Lr、Cr并谐回路；所以 vce =Vcm cost （其中Vcm= Ic1mRe）其中功放的ib，ic均是余弦脉冲，而vb,vc是完整的余弦波。 （因为输入输出均为LC选频网络） 管外特性方程： vb的波形为余弦波vBE=VBB+vb=VBB+(Ism-Ib1m)Re1cost =VBB+Vbmcost结论：3. 能量关系若 ，则称波形系数，三、丙类谐振功放工作状态的分析1.工作状态的划分方法2.如何求动态线依据：管外特性方程 方法：近似静态特性分析方法动态线与波形： 定义：若 不变，放大器随 变化的特性 结论： 动态线由一根曲线（因负载是电抗性质）与一根线段构
14、成， 动态线与横轴交在小于VCC地方（因 ） 集电极电流是一串余弦脉冲（或一串凹陷脉冲） 过压状态电流出现凹陷原因是集电极负载是谐振回路所 致3.工作状态分析讨论 对工作状态的影响 负载特性称为负载特性。 负载特性分析 画出负载特性曲线： 结论：实际负载应取在弱过压状态。（因 趋近可见Ic1m、IC0在欠压区 下降慢，在过压区明显 下降；Vcm变化趋势却 相反最小值，功率管最安全， 仍提高、 P0 也较大） 调制特性 i 集电极的调制特性 定义：若 不变，放大器随 的变化特性。 集电极调制特性分析 画出调制特性曲线 结论：欲想改变VCC能有效控制VCm实现集电极调制，则放 大器应工作在过压状态；集电极
