高頻功率放大器的原理和特性

為什么進(jìn)行調(diào)制？發(fā)射裝置：3.2高頻功率放大器的原理和特性

無(wú)線電發(fā)射機(jī)中，放大高頻信號(hào),高效輸出大功率為目的1、使用高頻功率放大器的目的2、高頻功率信號(hào)放大器使用中需要解決的兩個(gè)問(wèn)題①高效率輸出②高功率輸出

二、功放工作狀態(tài)分類

根據(jù)直流工作點(diǎn)的位置不同，放大器的工作狀態(tài)可分為A類(甲類)、B類(乙類)、C類(丙類)等。A類(甲類)：工作點(diǎn)Q較高(ICQ大)，信號(hào)360°內(nèi)，管子均導(dǎo)通。通角：θ＝180°iCt0iCuBEQ0iCuBEQ0B類(乙類)：工作點(diǎn)Q選在截止點(diǎn)，管子只有半周導(dǎo)通，另外半周截止。通角：θ＝90°iCt0π2πiCuBEQ0C類(丙類)：工作點(diǎn)Q選在截止點(diǎn)外，信號(hào)導(dǎo)通角小于180°。

通角：θ<90°iCt0πθθAB類功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。表2-1不同工作狀態(tài)時(shí)放大器的特點(diǎn)

工作狀態(tài)

半導(dǎo)通角

理想效率

負(fù)

載

應(yīng)

用

甲類

qc=180°

50%

電阻

低頻

乙類

qc=90°

78.5%

推挽，回路

低頻，高頻

甲乙類

90°＜qc＜180°

50%＜h＜78.5%

推挽

低頻

丙類

qc＜90°

h＞78.5%

選頻回路

高頻

丁類

開(kāi)關(guān)狀態(tài)

90%~100%

選頻回路

高頻

工作狀態(tài)功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。高頻功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路

分類：窄帶功放———諧振回路為負(fù)載，丙類（C類），效率高晶體管工作延伸到非線性區(qū)（重點(diǎn)介紹）——可采用功率合成技術(shù)來(lái)增大輸出功率與低放比較：高頻功放——C類、工作頻率高、帶寬窄，效率高采用諧振回路作負(fù)載低頻功放——A、B、AB類，工作頻率低，帶寬寬，效率低

采用電阻、變壓器作負(fù)載高頻諧振功率放大器

寬帶功放———傳輸線變壓器為負(fù)載，甲類（A類）icebtooictVBZ與小信號(hào)諧振放大器相比相同之處：放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，而且放大器的負(fù)載均為

為諧振回路。不同之處：為激勵(lì)信號(hào)幅度大小不同；放大器工作點(diǎn)不同；晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號(hào)諧振放大器波形圖icQebtooict原理線路：3.2.1工作原理放大電路輸入回路諧振電路零、負(fù)值、較小正值常采用自給偏壓或零偏特點(diǎn)：5、諧振回路作負(fù)載可以濾除高頻脈沖電流ic中的諧波分量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。4、發(fā)射結(jié)在一個(gè)周期內(nèi)只有部分時(shí)間導(dǎo)通，ib、ic均為一系列高頻脈沖；3、大信號(hào)激勵(lì)：1—2V；2、Eb為基極偏置電壓，可以改變放大器的工作類型；1、NPN高頻大功率晶體管，將直流功率轉(zhuǎn)變成交流功率；輸入信號(hào)：

基極回路電壓：1．電流、電壓波形集電極電壓：時(shí)：諧振阻抗RL最大輸出電壓：

C（丙）類思考：如何確定導(dǎo)通角因?yàn)椋褐绷鬏斎牍β蔖0：輸出功率P1：集電極損耗功率Pc：

2．高頻功放的能量關(guān)系集電極效率η：

A類B類C類（電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出）

見(jiàn)P98提高效率的途徑：一、提高電壓利用系數(shù)，即提高諧振回路電阻RL。

二、提高波形系數(shù)

，導(dǎo)通角θ越小，越大，效率越高，但輸出效率降低兼顧輸出功率和效率，通常θ取值在65o~75o之間高頻功放的功率放大倍數(shù)為

用dB表示為忽略實(shí)際存在的容性電流，激勵(lì)功率為激勵(lì)功率（由基極電路的信號(hào)源提供）：——轉(zhuǎn)化為發(fā)射節(jié)和基區(qū)的損耗輸出功率P1：轉(zhuǎn)移特性輸出特性臨界線在放大區(qū)，集電極電流只受基極電壓的控制，與集電極電壓無(wú)關(guān)；在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無(wú)關(guān)。

3.2.2高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài)晶體管特性曲線的折線化處理Eb’Ube=Eb’為什么采用折線法？1、由于功率放大器工作在大信號(hào)狀態(tài)下，如果考慮晶體管的非線性特性，將使計(jì)算變得復(fù)雜。2、采用折線近似分析法，利用折線段來(lái)”代替“晶體管的實(shí)際特性曲線”，就可以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)解析式來(lái)表征特性曲線，使工程計(jì)算變得簡(jiǎn)單。折線化后，①內(nèi)部特性方程②外部特性方程放大區(qū)飽和區(qū)—加激勵(lì)信號(hào)并接負(fù)載阻抗時(shí):ic～uce,ube1．高頻功放的動(dòng)特性u(píng)be最大——A：ube=Eb’——B：ube最小——C：2．高頻功放的工作狀態(tài)

——當(dāng)Ｕc增加時(shí)，根據(jù)動(dòng)態(tài)曲線經(jīng)過(guò)區(qū)分為三種狀態(tài)

:欠壓臨界過(guò)壓①

欠壓狀態(tài)Ucm

不是很大：動(dòng)態(tài)曲線在放大區(qū)、截止區(qū)。②

臨界狀態(tài)Ucm

較大：動(dòng)態(tài)曲線在臨界點(diǎn)、放大區(qū)、截止區(qū)

③

過(guò)壓狀態(tài)Ucm

較大：動(dòng)態(tài)曲線在飽和區(qū)、放大區(qū)、截止區(qū)。RL增加①晶體管工作在截止區(qū)、放大區(qū)③輸出功率Ｐ1增加④直流輸入功率P0基本不變⑤效率隨Uc增加⑥集電極電壓利用不充分欠壓狀態(tài):②ic為余弦脈沖

Uc增加時(shí),Ｉc0，Ic1基本不變

臨界狀態(tài)：①晶體管工作在截止、放大、臨界飽和區(qū)④效率隨Uc增加③輸出功率Ｐ1最大②Ｉc1較大，Uc較大①晶體管工作在截止、放大、飽和區(qū)③Uc增加時(shí),Ｉc0，Ic1減小④輸出功率Ｐ1下降⑤直流輸入功率P0下降⑥效率隨Uc增加到最大，再下降過(guò)壓狀態(tài)②ic為凹陷余弦脈沖（1）臨界狀態(tài)Ｐ1最大，效率較大——最佳工作狀態(tài)

高頻功放一般工作在此狀態(tài)（2）臨界狀態(tài)時(shí)的負(fù)載電阻稱為臨界電阻RLcr3.2.3高頻功放的外部特性

放大器的性能隨放大器的外部參數(shù)（RL、Ub、Eb、Ec）變化的特性。1．高頻功放的負(fù)載特性

只改變負(fù)載電阻RL,高頻功放電流、電壓、功率、效率η變化的特性。

較小較小欠壓狀態(tài)在欠壓狀態(tài)下，電流不變（基本不變）效率在過(guò)壓狀態(tài)下，過(guò)壓狀態(tài)：恒壓源特性欠壓狀態(tài)：恒流源特性臨界狀態(tài)：P1最大，η較高高頻功放一般工作在此狀態(tài)過(guò)壓狀態(tài)：恒壓源特性欠壓狀態(tài)：恒流源特性結(jié)論欠壓工作狀態(tài)：電流受負(fù)載電阻的影響較小，近似為交流恒流源。輸出功率P1和集電極效率η都較低，集電極損耗比較大，很少采用這種工作狀態(tài)。臨界工作狀態(tài)：輸出功率最大，且集電極效率也高，常用于發(fā)射機(jī)的功率輸出級(jí)（末級(jí)），以便獲得最大輸出功率。過(guò)壓工作狀態(tài)：效率高，負(fù)載小。輸出電壓受負(fù)載電阻的影響較小，近似認(rèn)為是交流恒壓源。當(dāng)RL=0，即負(fù)載短路時(shí)，集電極損耗功率Pc達(dá)最大值，有可能使功率晶體管燒壞。因此，在調(diào)整諧振功率放大器的過(guò)程中，必須防止負(fù)載短路。

只改變Ub時(shí)，放大器電流、電壓、功率、效率的變化特性。2．高頻功放的振幅特性對(duì)集電極電流

的影響

欠壓狀態(tài)：Ic1、Ic0和Uc隨Ub增加而增加;過(guò)壓狀態(tài)：Ub變化時(shí)，Uc

、Ic0和Ic1保持不變，因而輸出功率和效率也不變。應(yīng)用：作為線性功率放大器和振幅限幅器。7.2.31）基極調(diào)制特性

只改變Eb時(shí)，放大器電流、電壓、功率、效率的變化特性。3.高頻功放的調(diào)制特性基本思想：改變某一電極的直流電壓來(lái)改變高頻信號(hào)的振幅2）集電極調(diào)制特性

只改變Ec時(shí)，放大器電流、電壓、功率、效率的變化特性。4.高頻功放的調(diào)諧特性

功放的外部電流Ic0、Ic1和電壓Uc等隨回路電容C的變化特性諧振時(shí)：ZL最大，Ic0、Ic1最小，Uc最大，來(lái)指示放大器調(diào)諧失振時(shí)：集電極損耗Pc迅速增加，高頻功放應(yīng)保持在諧振狀態(tài)。①提高放大器的輸出功率與效率，應(yīng)該從哪幾方面入手？