第4章-高頻功率放大器-綜合

第4章高頻功率放大器4.1概述4.2諧振功率放大器的工作原理4.3晶體管諧振功率放大器的折線近似分析法4.4晶體管功率放大器的高頻特性4.5高頻功率放大器的電路組成4.1

概述1、使用高頻功放的目的放大高頻大信號(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。2、兩個(gè)問題①高效率輸出②高功率輸出icebtooictVBZ3、諧振功放與小信號(hào)諧振放大器相同之處：放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，負(fù)載均為諧振回路。不同之處：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icQebtooicticQebtooict小信號(hào)諧振放大器波形圖icebtooictVBZ諧振功率放大器波形圖4、諧振功率放大器用來放大窄帶高頻信號(hào)(信號(hào)的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)負(fù)載必須是諧振回路特點(diǎn)⑴非線性繼續(xù)⑵管子：盡限繼續(xù)要解決的問題管子的保護(hù)提高Po提高η繼續(xù)

分類依據(jù)：功放管的導(dǎo)通時(shí)間（1）甲類（A類）工作狀態(tài)輸入信號(hào)的整個(gè)周期（2）乙類（B類）輸入信號(hào)的半個(gè)周期繼續(xù)（3）甲乙類（AB類）介于甲類和乙類，晶體管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，小于一個(gè)周期（4）丙類（C類）晶體管導(dǎo)通的時(shí)間小于半個(gè)周期繼續(xù)（5）丁類（D類）晶體管處于開關(guān)狀態(tài)：輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通；另外半個(gè)周期內(nèi)，晶體管截止。效率關(guān)系式：匯總(a)甲類class-Aamplifier(b)乙類class-Bamplifier(c)甲乙類class-ABamplifier(d)丙類class-Camplifier分類—匯總繼續(xù)丙類(C類)效率最高，但波形失真也最嚴(yán)重

效率與失真的矛盾ωlowhigh3ωnω2ω0繼續(xù)通過諧振負(fù)載，從丙類余弦周期脈沖里恢復(fù)基波完整周期信號(hào)有源器件諧振回路窄帶諧振放大器丙類繼續(xù)（1）丙類導(dǎo)通角<90o，何時(shí)最優(yōu)？問：（2）放大、臨界、飽和，何處最優(yōu)？繼續(xù)4.2諧振功率放大器分析1、原理電路諧振功率放大器的基本電路諧振回路LC是晶體管的負(fù)載電路工作在丙類工作狀態(tài)

Ec、Eb為集電極和基極的直流電源。輸入信號(hào)經(jīng)變壓器T1

耦合到晶體管基-射極，這個(gè)信號(hào)叫激勵(lì)信號(hào)。

L、C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負(fù)載，稱為槽路。繼續(xù)折線化將電子器件的特性理想化，每條特性曲線用一組折線代替繼續(xù)ECICEO

uCE

iCO??Q???Q?截止區(qū)飽和區(qū)繼續(xù)+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b)等效電路+uc1--UBBCECL+uS-+ub-(a)原理電路繼續(xù)+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic2工作原理（重要?。﹗BEic?-UBB?UBZubic?UbmgC+uBE_繼續(xù)vBEic?-UBB?-UBZvbic?VbmgCIcmax+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE_繼續(xù)(1)集電極電流icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmax繼續(xù)

、、稱作余弦脈沖分解系數(shù)，它們是導(dǎo)通角的函數(shù)。、的特點(diǎn):1.2.從曲線可以看出：諧波次數(shù)越高其振幅值越??；對(duì)某一次諧波而言，總有一個(gè)相應(yīng)的θ可使振幅最大。繼續(xù)iC頻譜(2)集電極輸出電壓LC回路阻抗Rp+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE_icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcmUbmuBEic?-UBB?UBZubUbmgC繼續(xù)

功率和效率（重要！）

功率放大器輸出功率大，電源供給、管子發(fā)熱等問題也大。為盡量減小損耗，合理地利用晶體管和電源，須了解功放的功率和效率問題。有如下幾種功率需要考慮：

繼續(xù)1.電源供給的直流功率PS

；2.通過晶體管轉(zhuǎn)換的交流功率，即晶體管集電極輸出的交流功率Po

；3.通過槽路送給負(fù)載的交流功率,即RL

上得到的功率PL;4.晶體管在能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗功率，即晶體管損耗功率PC；5.槽路損耗功率

PT；繼續(xù)

電源供給的功率PS

，一部分（PC）損耗在管子，使管子發(fā)熱；另一部分（Po）轉(zhuǎn)換為交流功率，輸出給槽路。通過槽路一部分（PT）損耗在槽路線圈和電容中，另一部分（PL）輸出給負(fù)載RL。n

1.集電極效率直流電源供給功率集電極交流輸出功率放大器的能量轉(zhuǎn)換效率（集電極效率）討論：（1）——

集電極電壓利用系數(shù)

（2）——

集電極電流利用系數(shù)

(波形系數(shù))

↑，↑，但↓，Po↓，為了兼顧功率和效率，通常取。繼續(xù)尖頂脈沖的分解系數(shù)繼續(xù)

2.槽路效率(負(fù)載折算到槽路)PL——負(fù)載功率，RL所吸收的功率；PT——槽路損耗功率，槽路空載電阻R0所吸收的功率。取決于槽路的空載和有載品質(zhì)因數(shù)。由于受到槽路元件質(zhì)量的限制，Q0一般幾十到幾百。QL也不能太小，否則槽路濾波效果太差，輸出波形不好，一般QL=5～10。繼續(xù)

結(jié)論：

為了盡可能利用小功率容量的管子和電源，輸出較大的功率，應(yīng)力求和高。高要適當(dāng)選取，電壓利用系數(shù)盡可能大；高，要求槽路空載品質(zhì)因數(shù)Q0大，即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。繼續(xù)uBEicgCUBZ+ub-CLEC-UBB-uc1+icRp+uCE-+uBE_

4.2.2諧振功放的工作狀態(tài)分析（重要）

繼續(xù)繼續(xù)uceicUo?A?BOEC?QUcmucmingdubemax繼續(xù)思考1：如何列寫高頻功放的動(dòng)態(tài)特性方程？思考2：如何畫出高頻功放的動(dòng)態(tài)特性曲線？高頻功率放大器的負(fù)載特性

uceicUo?gduBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuceicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?繼續(xù)EC?QUcesUcm?uBEic?-UBB?UBZubicgCUbm?ubemaxicmaxuceicEC?QuceminUcesgd?ubemax???uceminubemaxgcr?uCEicgcrIcmaxubemax繼續(xù)回顧：三種工作狀態(tài)icuce

高頻功放的負(fù)載特性PoRp欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Rp欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoPDPcubemaxUc1繼續(xù)思考：由p94圖4.2.5p98圖4.2.9的分析過程；記住后者

高頻功率放大器的調(diào)制特性

uceicubemax?QEC??QEC?QEC????icEC欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)EC欠壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoPDPOPC繼續(xù)思考：高頻功放的集電極調(diào)制特性，記住p99圖

4.2.10(b)進(jìn)入過壓狀態(tài)后，隨著UBB向正值方向增大，ic的寬度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結(jié)果使Ico、Icml和相應(yīng)的Ucm增大得十分緩慢

UcmIcoIcml臨界UBB過壓欠壓O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)當(dāng)Ubm固定，UBB自負(fù)值向正值方向增大時(shí)，ic的導(dǎo)通角θc增大，從而其幅度和寬度均增大，狀態(tài)由欠壓區(qū)進(jìn)入過壓區(qū)繼續(xù)思考：高頻功放的基極調(diào)制特性，記住p100圖

4.2.12(b)高頻功率放大器的放大特性u(píng)BEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)UcmIcmlIcoUbm過壓臨界欠壓OOωticOωticUbm增大OωticωtOictUbm線性功率放大器tUcmUbmUcm振幅限幅器UcmtUbmUcm當(dāng)諧振功放作為線性功放，為了使輸出信號(hào)Ucm反映輸入信號(hào)Ubm的變化，放大器必須工作在欠壓狀態(tài)當(dāng)諧振功放用作振幅限幅器時(shí)，放大器必須工作在過壓狀態(tài)繼續(xù)思考：高頻功放的放大特性，記住p99圖4.2.11固定UBB、增大Ubm和固定Ubm、增大UBB的情況類似：都使基極輸入電壓uBEmax隨之增大，對(duì)應(yīng)的ic的幅度和寬度均增大，放大器由欠壓進(jìn)入過壓

高頻功率放大器的調(diào)諧特性

實(shí)際回路在調(diào)諧過程中，其負(fù)載是一阻抗Zp，當(dāng)改變回路的元件數(shù)值，如改變回路的電容C時(shí)，功放的外部電流Ico、Icml和相應(yīng)的Ucm等隨C的變化特性稱為調(diào)諧特性。

設(shè)諧振時(shí)功放工作在弱過壓狀態(tài)，當(dāng)回路失諧后，由于阻抗Zp的模值減小，根據(jù)負(fù)載特性可知，功放的工作狀態(tài)將向臨界及欠壓狀態(tài)變化，此時(shí)Ico和Icml要增大，而Ucm將下降。UcmIcmlIco繼續(xù)回路失諧時(shí)直流輸入功率PD=IcoEC隨Ico的增加而增加。而輸出功率Po=UcmIcmlcosφ主要因cosφ因子而下降。因此失諧后集電極功耗PC將迅速增加，因此：高頻功放必須經(jīng)常保持在諧振狀態(tài)。

調(diào)諧過程中處于失諧狀態(tài)的時(shí)間要盡可能的短，調(diào)諧動(dòng)作要迅速，以防止晶體管過熱而損壞。4.3繼續(xù)集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)

串饋(b)

并饋4.3諧振功率放大器電路組成IcoECIc1CLIcn繼續(xù)LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路ICniC頻譜LC回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT繼續(xù)CBLBLBLBCERBReVTVTVT2基極饋電線路(了解)IBOUBBIBOIeo

+UBB-耦合4.3.2輸入/輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(了解)RiRoR'LR'S功率放大器輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)RLRSuS

(1)使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證到負(fù)載的功率最大：匹配。

(2)抑制工作頻率范圍以外的頻率：濾波。

繼續(xù)L1C1C2L2CARAr1IAM介于放大器與天線回路之間的L1C1回路叫做中介并聯(lián)諧振回路。RA、CA分別代表天線的輻射電阻與等效電容；

L2、C2為天線回路的調(diào)諧元件。它們的作用是使天線回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，以使天線回路的電流IA達(dá)到最大值，亦即使天線幅射功率達(dá)到最大。

輸出匹配電路

(1)并聯(lián)諧振回路型的匹配電路

繼續(xù)L1C1C2L2CARAr1IAMRp(1)并聯(lián)諧振回路型的匹配電路改變M和p

：在不影響回路調(diào)諧的情況下，達(dá)到阻抗匹配繼續(xù)R2代表終端(負(fù)載)電阻，R1則代表由R2折合到左端