《高频功率放大器ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频功率放大器ppt课件（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3.1谐振功率放大器的工作原理3.2谐振功率放大器的特性分析3.3谐振功率放大器电路3.4丁类谐振功率放大器3.5集成高频放大器及其应用3.6宽带高频功率放大器,第 3 章 高频功率放大器,3.1.1 基本工作原理,放大器工作状态,3.1谐振功率放大器的工作原理,集电极耗散功率：,谐振功率放大器通常工作于丙类,故越小，,效率越高,VBB,uBE(on),一、电路组成,二、电流、电压波形,VBB使放大器工作于丙类。 LC回路调谐于输入信号的中心频率。,uBE(on),iBmax,ic1,ic2,谐振功放电流、电压波形,VBB,uBE(on),iBmax,ic1,ic2,VCC,uc,uc与 ui
2、 反相 :当uBE为uBEmax时，iC 为iCmax ，而uCE为uCE min,ic不仅出现时间短，而且只在uCE很小的时段内出现，因此集电极损耗很小，功放效率较高。,谐振功放工作原理小结：,设置VBB UBE(on) ，使晶体管工作于丙类。当输入信号较大时，可得集电极余弦电流脉冲。将LC回路调谐在信号频率上，就可将余弦电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出。,3.1.2 余弦电流脉冲的分解,略去uCE对iC的影响， 将转移特性折线化,当 t = 0 时，iC=iCmax,iC 表示为,利用傅里叶级数，将脉冲序列iC展开:,当 t = 时，iC=0,3.1.3 输出功率与效率,集电极电压利用系
3、数，在尽限使用时，,甲类工作状态：,乙类工作状态：,丙类工作状态：,设,例 图3.1.1所示电路中，VCC = 24 V，Po = 5W， = 70 ， = 0.9,求该功放的 C、 PD、PC、iCmax 和回路谐振阻抗Re,解：,3.2.1 谐振功放的工作状态与负载特性,放大器工作状态的分类：,丙类谐振功放按晶体管是否进入饱和区分,欠压（不进入饱和区）,过压（进入饱和区）,临界（达到临界饱和）,3.2 谐振功率放大器的特性分析,一、欠压、临界和过压工作状态,iC 凹陷的原因：谐振回路作负载。饱和时， uBE对iC的影响很小，但回路选出的uc值继续增大，使uCE继续减小，使iC迅速减小，从而
4、出现凹陷。 Ucm越大， uCEmin越小，凹陷越深，脉冲高度越小。,二、负载特性,VCC 、VBB 、Uim 不变时，放大器的输出电流、电压、功率和效率等随谐振回路的谐振电阻 Re 变化的特性称为放大器的负载特性。,Re，,uCEmin ，,使Ucm ，,结论： VCC 、VBB 、Uim 不变时，随着Re的增大， 三极管由欠压状态走向过压状态,谐振功放的负载特性,电压、电流变化曲线,功率、效率变化曲线,Reopt,临界时Po最大， PC较小，效率较高，功放性能最佳。,匹配负载,3.2.2 VCC 对谐振功放工作状态的影响,VCC,Re 、VBB 、Uim 不变， VCC时，使uCEmin
5、，使放大器从过压区经临界状态过渡到欠压区。,uCE VCC +uc uCEmin VCC Ucm,VCC,VCC,把Re 、VBB 、Uim 不变时， Ucm随VCC变化的特性称为集电极调制特性。,谐振功放用作集电极调制电路时，必须工作于过压区。,3.2.3 Uim和VBB 对谐振功放工作状态的影响,1. Uim对放大器工作状态的影响,Re 、VBB 、VCC不变， Uim 时，使导通角增大， uBEmax ，iC脉冲的k宽带和高度均增大， uCEmin ，使放大器从欠压区经临界状态过渡到过压区，并出现凹陷。 Uim继续增大，则iC脉冲高度略增大，凹陷也加深。,uBE VBB + ui uBE
6、max VBB +Uim,Uim ,把Re 、VBB 、VCC 不变时， Ucm随Uim变化的 特性称为放大特性或振幅特性。,谐振功放用作线性放大器时应工作于欠压区，若工作于过压区，则成为限幅器。,2. VBB对放大器工作状态的影响,把Re 、VCC 、Uim 不变时， Ucm随VBB变化的特性称为基极调制特性。,谐振功放用作基极调制电路时，必须工作于欠压区。,思考讨论题,3.2.2 谐振功放原工作于临界状态，若集电极回路稍有失谐，放大器的IC0、 IC1m、 PC 将如何变化？有何危险？,答案：回路阻抗减小，使放大器工作于欠压区，IC0 和IC1m 增大； PC增大；失谐大时可能烧坏晶体管。
7、,3.2.4 某谐振功放，当增大VCC时，发现输出功率增大，则为什么？若发现输出功率增大不明显，则又为什么？,答案：Po增大明显，则表明谐振功放原来工作于过压区；否则表明谐振功放原来工作于欠压区。,3.2.6 某谐振功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，应改变哪些参数？不同的调整方法所得到的输出功率是否相同？,答案：减小RP ，或减小VBB ，减小Uim ，或增大VCC ；或综合调节。不同的调整方法所得到的输出功率不相同。,3.3.1 直流馈电电路,一、集电极直流馈电电路,LC 、CC1构成电源滤波器，避免信号电流通过直流电源而产生级间反馈,3.3 谐振功率放大器电路,虽然电路结构形式不
8、同，但都实现了：,串馈电路特点： LC 回路处于直流高电位，谐振元件不能直接接地。,并馈电路特点： LC 回路处于直流低电位，谐振元件能直接接地，易安装。但LC 、CC1 并联于回路，其分布参数直接影响谐振回路的调谐。,二、基极偏置电路,欲晶体管工作于丙类，基极应加反向偏压或小于UBE(on)的正向偏压。,利用IB0 流经RB产生偏压电压：VBB= IB0 RB 调节RB ，可调节反偏电压大小。,利用LB中的固有直流电阻获得偏压电压,自给偏置电路中，未加输入信号时，iB=0，因此偏置电压也为零。当输入信号幅度由小加大时，iB增大，其直流分量 IB0 也增大，反向偏压随之增大。这种偏置电压随输入
9、信号幅度而变化的现象称为自给偏置效应。,3.3.2 滤波匹配网络,一、滤波匹配网络的作用和要求,在所需频带内进行有效的阻抗变换，给放大器提供 Rpopt 有效滤除不需要的谐波成分将有用功率有效地传送给负载，因此其固有损耗要小。,注意：在丙类谐振功放中，把RL变换为Rpopt ，以获得最大输出 功率的作用，称为阻抗匹配。而线性电路中的阻抗匹配，指负载阻抗与信号源的 输出阻抗相等时，负载可从信号源取得最大功率。,二、LC网络的阻抗变换作用,1. 串并联网络的阻抗变换,串并联网络变换后，电抗性质不变,解：,= 102.5 nH,解：,= 55 pF,2. L型滤波匹配网络的阻抗变换,RP,电路在工作
10、频率上达到并联谐振，即,应用中，根据阻抗匹配要求确定Qe，即,例3.3.3已知某谐振功放的f = 50 MHz,RL= 10 ，所需的匹配负载为RP = 200 ，试确定L型滤波匹配网络的参数。,解：,=139 nH,=146 nH,应采用低阻变高阻型L型滤波匹配网络，其参数设计如下,电路在工作频率上达到串联谐振，即,Q根据阻抗匹配要求确定，即,3. 型和T滤波匹配网络,恰当选择两个L型网络的Q值，就可兼顾滤波和阻抗匹配的要求。,3.3.3 谐振功率放大器电路举例,一、例1,电路性能：160MHz，负载50 ，输出功率13W，功率增益9dB,基极采用自给偏压。集电极采用并馈电路。,L2、C3和
11、C4构成L型输出匹配网络，调C3和C4可在工作频率上实现阻抗匹配。,功放的输入阻抗很低，且随着放大器工作状态的改变而变化。为了减小其对前级放大器的影响，需要有输入匹配网络。,输入匹配网络作用：把低且变化的功放输入阻抗变为前级所需要的较稳定的高阻抗，并使前级工作于过压区，从而使功放获得较稳定的激励电压。,工作于过压区时，输出电压几乎不随负载变化。,输入匹配网络作用：把低且变化的功放输入阻抗变为前级所需要的较稳定的高阻抗，并使前级工作于过压区，从而使功放获得较稳定的激励电压。通过增大匹配网络的损耗，可使功放输入阻抗在匹配网络总等效损耗中的比例减小，以减小功放输入阻抗对中间级的影响。,图中输入匹配网
12、络作用：将功率管的输入阻抗在工作频率上变换为前级放大器需要的50 匹配电阻。C1 调匹配， C2 调谐振。,二、例2,电路性能：50MHz，负载50 ，输出功率25W，功率增益7dB,基极馈电电路和输入匹配网络类例1。集电极采用串馈电路,L2、L3、C3、C4构成型输出匹配网络，调C3和C4可调谐在工作频率上，并实现阻抗匹配。,一、提高功放效率的方法,提高功放效率的方法：,1.减小,2.减小 iC uCE,丙类；,各种高效率谐振功放的设计基础,要减小PC,3.4 丁类谐振功率放大器,提高功放效率的方法：,1.减小,2.减小 iC uCE,要减小PC,二、丁类谐振功率放大器(有电压开关型和电流开
13、关型两类),工作原理：,设ui 为足够大的正弦波，则两管轮流饱和导通。,当V1管饱和导通时，uA = VCC UCE(sat),当V2管饱和导通时，uA = UCE(sat),因此uA为方波电压，其幅值为 VCC 2UCE(sat) ,VCC,UCE(sat),当回路调谐于输入信号频率，且Q值足够高时， 只有uA中的基波分量能在回路中产生电流io，因此负载RL上得到不失真的输出电压 uo 。,VCC,UCE(sat),io只能由V1和V2管分别导通时的iC1 、iC2合成。 iC1 、iC2为半波电流,VCC,UCE(sat),丁类谐振功放中的两管均工作于开关状态，它们均为半周导通、半周截止。导通时，电流为半个正弦波，但管压降约为零；截止时，管压降很大，当电流为零，因此管耗很小，功放效率很高。,VCC,UCE(sat),丁类谐振功放的问题及其措施：,高频工作时，由于管子结电容和电路分布电容的影响， uA的波形有一定的上升沿和下降沿，因而产生较大的动态管耗。频率越高，动态管耗在总管耗中的影响越大，致使效率大大下降。因此丁类谐振功放的效率受到管子开关特性的限制。,戊类谐振功放：在丁类谐振功放的基础上改进。采用 特殊设计的输出回路，以保证uCE为 最小值的一段时间内才有 iC 流通。,
