《高频电子线路 教学课件 ppt 作者 廖惜春 第3章 谐振功放》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电子线路 教学课件 ppt 作者 廖惜春 第3章 谐振功放（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第3章 高频谐振功放大器,2,本章基本要求,掌握丙类功放的电路组成、工作原理及其分析方法； 了解宽带放大器的原理；,3,3.1 概述,高频谐振功率放大器是无线电发送设备的重要组成部分，为了把信息有效地进行远距离的传输，在发送端必须有足够大的高频发射功率。,高频谐振功率放大器的主要特点是：输出功率足够大、效率高、非线性失真小及频带宽度满足要求等。,高频谐振功率放大器与低频功率放大器有很大差异。,首先，工作频率以及相对频带宽度相差较大。,4,3.1.1影响放大器输出功率的主要因素,为了获得足够大的输出功率，要求放大器输出较大的电压和电流的幅度，这样就会使功率放大器件接近甚至超过其极限运用状态。
2、,只要功率管的集电极电流、电压和功耗中的任意一个参数超过其极限值，都可能使器件烧坏。,影响功率放大器输出功率的主要因素是功率管本身的集电极最大允许电流、反向击穿电压和最大允许耗散功率三个极限参数。,5,3.1.2 提高放大器输出功率的方法,根据放大器的工作原理，高频输出功率是高频放大器在输入信号的控制下，把直流电源所供给的直流功率转换成为按高频输入信号规律变化的交流输出功率。,根据能量守恒定律,(3-1-1),(3-1-2),为电源提供的直流功率,为放大器的交流输出功率,为功率管集电极耗散功率。,6,在“模拟电子技术基础”课程中已知, 功率放大器的工作点不同, 其效率也不同。因此, 可通过选择
3、高频功率放大器的工作点来提高效率及其输出功率。,根据以上讨论, 可得出如下几种提高高频功率放大器 输出功率的方法: 选用耐压高、允许工作电流大、允许耗散功率大的功 率器件 2) 适当选择器件的工作状态, 提高效率。 3) 采用功率合成电路。 4) 改善器件的散热条件，如加散热片, 强迫冷却等。,7,3.1.3 工作状态的选择,根据放大管集电极电流的导通时间的不同，将功率放大器分为甲类、乙类、丙类等工作状态。其中放大器工作于甲类状态时，效率最低，工作于乙类状态时，其效率比甲类状态时高，而工作于丙类状态时，其效率又高于乙类状态。晶体管集电极功耗为：,(3-1-3),8,由于功率放大器(特别是输出级
4、)都是在大信号条件下工作，即工作于非线性状态，使放大器输出的信号波形产生各种失真，尤其是非线性失真。然而，由于它的工作频率很高，相对频带窄，因而高频功率放大器通常采用选频网络作为负载回路。通过选频回路的选频滤波作用，从放大器输出的失真波形中，选出与输入信号相同频率的基波分量，使输出信号波形几乎不失真或失真很小。,高频功率放大器按工作频带的宽窄，可以分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。窄带高频功率放大器以调谐网络作为输出回路或匹配网络，所以称为调谐式功率放大器，而宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或宽带匹配电路。,9,表3-2-1 不同工作状态的功率放大器的特点,半流通角,10
5、,3.2 丙类谐振功率放大器,丙类高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，通常采用选频网络作为高频功率放大器的输出回路或匹配网络。,3.2.1 电路的组成及特点,11,3.2.2 工作原理及性能分析,3.2.2.1工作原理:,(3-2-2),12,13,(3-2-3),14,15,16,(3-2-4),17,3.2.2.2 性能分析,本章介绍折线分析法在丙类功率放大器分析中的应用。,首先将有源器件的特性曲线理想化，每一条特性曲线用一条或几条线段组成折线来近似代替，以便用简单的数学表达式来代表器件的特性曲线，在此基础上再分析各种特性。,18,(1) 静态特性曲线的理想化及其解析式,19,(3-2
6、-5),折线化后，理想化的静态转移特性可表示为,20,输出特性曲线折线化后,仍把工作区分为饱和区和放大区,在高频功率放大器中, 当集电极最大电流点在OC线的右边时, 交流输出电压的幅度较小，称为欠压工作状态; 当集电极最大电流点在OC线的左边饱和区域内时, 交流输出电压幅度较大, 称为过压工作状态; 当集电极最大电流点正好落在OC线上时, 称为临界工作状态。,OC线也称临界线, 其斜率为,21,临界线方程可写为:,(3-2-7),(2) 集电极余弦电流脉冲的分解,晶体管的内部伏安特性可由式(3-2-6)表示,放大器外部电路的伏安关系为:,22,将式(3-2-8)代入式(3-2-6)得,(3-2
7、-10),(3-2-11),(3-2-15),23,式(3-2-15)的傅里叶级数展开式为:,(3-2-16),24,(3) 功率和效率,直流电源所供给的直流功率为：,(3-2-20),基波电流在调谐回路两端所产生的交流输出功率为,(3-2-21),集电极耗散功率为,25,集电极效率为,(3-2-23),称为波形系数。,例3-2-13-2-3,26,(4) 高频谐振功率放大器的动态特性,由晶管的外部特性方程式(3-2-8)、(3-2-9)可得,(3-2-24),晶体管的转移特性数学表达式为,(3-2-26),27,28,3.2.3 谐振功率放大器的三种状态及基本特性,3.2.3.1 谐振功率放
8、大器的三种状态,29,(1)欠压状态,集电极电流脉冲波形为尖顶余弦脉冲,30,(2)临界状态,31,(3)过压状态,32,临界工作状态,在临界工作状态下，输出功率较大，高频谐振功放一般都 工作在此状态。,33,临界工作状态下,所需激励电压幅度,34,3.2.3.2 负载特性,35,36,37,3.2.3.3 调制特性,38,图3-2-9 Ucc对工作状态的影响,39,图3-2-10 集电极调制特性,40,(2) 基极调制特性,41,图3-2-11 基极调制特性,42,3.2.3.4 放大特性,了解放大特性的目的, 在于正确选择放大器的工作状态。,43,3.2.4 谐振功率放大器的直流馈电电路,
9、为了使调谐功率放大器正常工作, 放大器各电极必须有相应的直流馈电电路。调谐功率放大器的直流馈电电路包括集电极馈电和基极馈电电路。,44,3.2.4.1 基极馈电电路,45,图3-2-13a所示互感耦合电路, 多用于工作频率较低或工作频带较宽的功率放大器中。对于甚高频段的功率放大器, 由于采用电容耦合较为方便,所以常用图3-2-13b所示电路。,图3-2-13 基极馈电电路,46,图3-2-14 基极偏置电路,47,3.2.4.2 集电极馈电电路,集电极馈电电路也有串联馈电和并联馈电两种电路形式。图3-2-15是两种集电极馈电电路, 其中图a为串联馈电电路。,图3-2-15 集电极馈电电路,48
10、,49,3.2.5 匹配网络,为了使功率放大器能输出负载所需的电流、电压幅度及相应的功率， 通常需要多级高频谐振功率放大器，可分为输入级、激励级和输出级。输入级前面接信号源，输出级后面接负载，而输入级与输出级间的各级则称为激励级又称为中间级, 有时又把输出级前面的各级都称作中间级。 虽然这些中间级所处的位置不同及用途不尽相同，但它们的集电极回路都是用以馈送给后一级所需的激励功率, 故这些回路可称为级间耦合回路。而对后级电路而言，这些回路就是输入匹配网络。因而可把这些回路统称为输入匹配网络，而不再区分级间耦合电路与输入匹配网络。用以连接输出负载（如发射天线）的电路称为输出匹配网络。,50,输出匹
11、配网络介于高频功率管和外接负载之间,为保证放大器的输出功率能有效地传送到负载上,输出匹配网络应满足以下要求:,(3)使输出的信号功率高效率地传送至外负载上。即要求,(4) 大多数发射机为波段工作，因此，匹配网络要适应波段工作的要求，改变工作频率时，调谐方便，并能在波段内保持较好的匹配和较高的效率。,51,输出匹配网络,图3-2-16 输出匹配网络,例3-2-5 例3-2-6,52,图3-2-17 匹配网络,53,3.3 宽频带功率放大器,3.3.1 传输线变压器 3.3.1.1 普通变压器,低频功率放大器的功率、效率和阻抗匹配等问题可以通过低频变压器耦合电路来实现。而且它的相对频带也较宽，高、
12、低端频率之比可达几百甚至上千。,54,为使变压器能工作于高频, 并展宽工作频带, 可采用以下措施。,(1) 将一次侧、二次侧线圈绕环形铁氧体磁芯上，可减少线圈匝数，并改善绕组工艺，尽量减小线圈的漏感和分布电容。,(2) 减小磁芯的功率损耗。采用高频导磁率很高、铁损不显著的超高频磁芯(如GT016)等材料、还可用镍锌(NXO)或锰锌(MXO)等材料。,(3) 为了展宽低频响应, 要求一次侧线圈的电感量大, 在采用高频高磁导率磁芯的同时, 加大环形磁芯的截面积, 适当增加匝数。,55,3.3.1.2 传输线变压器,普通变压器中线圈漏感与分布电容仍然是限制工作频率的主要因素。为使高频变压器能工作于更
13、高频率，可采用传输线变压器进行更高频带的信号传递，并解决宽带问题。,传输线变压器是一种特殊的变压器。它是把传输线的原理应用于变压器，使传输线与变压器相结合，以克服普通变压器的缺点，解决了宽频带阻抗变换问题。,56,1) 阻抗比为1:1的同相和反相传输线变压器,图3-3-3 传输线原理图,57,在信号源和负载之间可以认为是传输线与变压器两条能量传输途径并存, 其工作原理可简述如下: 在某一中间频率, 因变压器漏感小, 激磁电感很大, 都可以忽略； 同时传输线因线很短, 接近于短接线, 负载和信号源之间相当于一对短接线与理想变压器相并联,由于短接线的存在, 理想变压器不会增加由信号源向负载传输的能
14、量。,传输线的两个主要参数可表示为,58,如图3-3-4所示为1:1 传输线变压器,59,1:4阻抗变换传输线变压器,1:4阻抗变换传输线变压器的最佳匹配条件是:,60,4:1阻抗变换传输线变压器,保证4:1传输线变压器最佳匹配的条件是:,61,分立元件宽带功率放大器,图3-4-7 宽带功率放大器,62,3.3.2 功率合成与分配,在高频功率放大器中，为了获得更大输出功率，可将几个电子器件的输出功率叠加起来，这种技术，称为功率合成技术。通过功率合成组成的功率放大器称为功率合成器。,图3-3-8 功率合成器示意图,63,本章要点,重点 掌握丙类功率放大器的电路组成、放大的原理、分析方法、功率和效率的计算；丙类功率放大器的工作状态及特性分析； 难点 丙类功率放大器的工作状态及特性分析； 熟悉 丙类功率放大器的馈电方式；传输线变压器的原理；,
