高頻電子線路(第四版)第6章高頻功率放大器.ppt

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聲音 圖1 2 8調幅發(fā)射機方框圖 6 1概述 6 1概述 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路 CE CC CB 1 諧振 高頻 功放與非諧振 低頻 功放的比較 相同 要求輸出功率大 效率高 非線性 大信號 不同 低頻 音頻 20Hz 20kHz 高頻 射頻 以調幅為例 已調信號 AM廣播信號 535kHz 1605kHz BW 10kHz 諧振與非諧振 工作狀態(tài) 高頻窄帶信號 工作頻率與相對頻寬不同 6 1概述 功率放大電路的主要特點 輸入為大信號要求輸出功率盡可能大 管子工作在接近極限狀態(tài)效率要高非線性失真要小BJT的散熱問題 管子的保護 a 甲類class Aamplifier b 乙類class Bamplifier c 甲乙類class ABamplifier d 丙類class Camplifier 2 分類 6 1概述 流通角 一個周期內有電流流通的相角 6 1概述 3 要解決的問題 減小失真 線性度 管子的保護 提高輸出功率 提高效率 丙類 C類 放大器的效率最高 但是波形失真也最嚴重 4 效率與失真矛盾的解決 6 1概述 4 效率與失真矛盾的解決 丙類 6 1概述 6 1概述 功能 將直流功率轉換為交流信號功率 主要指標 輸出功率與效率 工作狀態(tài) 丙類大信號的非線性狀態(tài) 非線性失真 分析方法 折線近似分析法 大信號 高頻諧振功率放大器 6 2諧振功率放大器的工作原理 6 2 1獲得高效率所需要的條件 6 2 2功率關系 6 2 1獲得高效率所需要的條件 小信號諧振放大器與丙類諧振功率放大器的區(qū)別之處在于 工作狀態(tài)分別為小信號甲類與大信號丙類 因此 采用負電源作基極偏置 圖6 2 1高頻功率放大器的基本電路 失真 圖1非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點和輸入信號大小的關系 a 靜態(tài)工作點處于放大區(qū) 1 iC與vBE同相 與vCE反相 2 iC脈沖最大時 vCE最小 3 導通角和vCEmin越小 Pc越小 6 2 1獲得高效率所需要的條件 6 2 2功率關系 電路正常工作 丙類 諧振 時 外部電路關系式 諧振回路 直流功率 輸出交流功率 集電極效率 集電極電壓利用系數(shù) 波形系數(shù) 6 2 2功率關系 6 3晶體管諧振功率放大器的折線近似分析法 6 3 2集電極余弦電流脈沖的分解 6 3 3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性 6 3 4各極電壓對工作狀態(tài)的影響 6 3 5工作狀態(tài)的計算 估算 舉例 6 3 1晶體管特性曲線的理想化及其解析式 6 3晶體管諧振功率放大器的折線近似分析法 6 3 2集電極余弦電流脈沖的分解 6 3 3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性 6 3 4各極電壓對工作狀態(tài)的影響 6 3 1晶體管特性曲線的理想化及其解析式 6 3晶體管諧振功率放大器的折線近似分析法 0 為了對高頻功率放大器進行定量分析與計算 關鍵在于求出電流的直流分量Ic0與基頻分量Icm1 最好能有一個明確的數(shù)學表達式來顯示二者與通角 c的關系 以便于電路設計和調試時 對放大器工作狀態(tài)的選擇指明方向 考慮到諧振功率放大器工作于丙類 非線性 大信號 狀態(tài) 采取圖解法與數(shù)學解析分析相折中的辦法 折線近似分析法 6 3晶體管諧振功率放大器的折線近似分析法 6 3 1晶體管特性曲線的理想化及其解析式 圖6 3 1晶體管的輸出特性及其理想化 iC gcrvCE 欠壓 臨界 過壓 End 圖6 3 2晶體管靜態(tài)轉移特性及其理想化 iC gc vBE VBZ vBE VBZ 6 3 1晶體管特性曲線的理想化及其解析式 以上建立了晶體管的簡化分析模型 下面求解集電極余弦脈沖電流中的各個頻率分量 首先 寫出其表達式 iC gc vBE VBZ vBE VBZ gc Vbmcos t VBZ VBB gcVbm cos t cos c gcVbm 1 cos c 當 t 0時 iC iCmax 取決于脈沖高度iCmax與通角 c 當 t c時 iC 0 6 3 2集電極余弦電流脈沖的分解 6 3 2集電極余弦電流脈沖的分解 圖6 3 3尖頂余弦脈沖 由傅里葉級數(shù)求系數(shù) 得 其中 尖頂余弦脈沖的分解系數(shù) 波形系數(shù) 下面分析基波分量Icm1 集電極效率 c和輸出功率Po隨通角 c變化的情況 從而選擇合適的工作狀態(tài) 尖頂脈沖的分解系數(shù) 當 c 120 時 Icm1 iCmax最大 在iCmax與負載阻抗Rp為某定值的情況下 輸出功率將達到最大值 但此時放大器處于甲乙類狀態(tài) 效率太低 6 3 2集電極余弦電流脈沖的分解 圖6 9尖頂脈沖的分解系數(shù) 由曲線可知 極端情況 c 0時 如果此時 1 c可達100 為了兼顧功率與效率 最佳通角取70 左右 End 6 3 2集電極余弦電流脈沖的分解 下面分析基波分量Icm1 集電極效率 c和輸出功率Po隨通角 c變化的情況 從而選擇合適的工作狀態(tài) 6 3 3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性 因此 下面分析四個參數(shù)Rp和電壓VCC VBB Vbm的變化對工作狀態(tài)的影響 即諧振功放的動態(tài)特性 從而闡明各種工作狀態(tài)的特點 為工作狀態(tài)的調整提供參考 集電極效率 c和輸出功率Po是否能最佳實現(xiàn)最終取決于功放中外部電路參數(shù)Rp和電壓VBB Vbm VCC 6 3 3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性 1 高頻功放的動態(tài)特性 為一直線 下面通過折線近似分析法定性分析其動態(tài)特性 首先 建立由Rp和VCC VBB Vbm所表示的輸出動態(tài)負載曲線 2 高頻功放的負載特性 vbe 過壓區(qū) 臨界區(qū) 欠壓區(qū) 6 3 3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性 2 高頻功放的負載特性 vbe 過壓區(qū) 臨界區(qū) 欠壓區(qū) 6 3 3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性 2 高頻功放的負載特性 過壓區(qū) 臨界區(qū) 欠壓區(qū) 6 3 3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性 End 欠壓 過壓 臨界三種工作狀態(tài)的特點 結論 欠壓 恒流 Vcm變化 Po較小 c低 Pc較大 過壓 恒壓 Icm1變化 Po較小 c可達最高 臨界 Po最大 c較高 最佳工作狀態(tài) 發(fā)射機末級 中間放大級 2 高頻功放的負載特性 6 3 3高頻功率放大器的動態(tài)特性與負載特性