第五章 高频功率放大器

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Chapter5 谐振功率放大器5.1 5.2 5.3 概述 谐振功率放大器的工作原理

晶体管谐振功率放大器的 折线近似分析法 5.4 晶体管功率放大器的高频特性 5.5 高频功率放大器的电路组成 5.6 丁类功率放大器 5.8 宽带高频功率放大器 5.9 功率合成器 5.10 晶体管倍频器

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5.1

概

述

1、使用谐振功率放大器的目的 、 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。

缓冲 荡 高频振 倍频 高频放大 调制 传输 线 声音 话筒 音频放大 ( 直流电源未画) 直流电源未画

2、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题： 、功率信号放大器使用中需要解决的两个问题： ①高效率输出 ②高功率输出 联想对比： 联想对比： 谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器； 谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器； 谐振功率放大器与低频功率放大器； 谐振功率放大器与低频功率放大器；

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3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处 、 相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 相同之处：它们放大的信号均为高频信号， 载均为谐振回路。 载均为谐振回路。 不同之处：激励信号幅度大小不同； 不同之处：激励信号幅度大小不同； 放大器工作点不同； 放大器工作点不同； 晶体管动态范围不同。 晶体管动态范围不同。ic icic ic

Qo

o

VBE

o

ωtt

o VBZ

VBE

ωt

小信号谐振放大器 波形图t

谐振功率放大器 波形图

t

高频

ic

ic

Q

o

vb e

o

2θc

ωt

小信号谐振放大器 波形图 2θc是在一周期内的集电极电流流通角，因此，θc可 称为半流通角或截止角(意即ωt=θc时，电流被截止)。 为方便起见，以后将θc简称为通角t

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ic

ic

o VBZ

vBE

o

2θc

ωt

t

谐振功率放大器 波形图

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4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处 、 共同之处:都要求输出功率大和效率高。 共同之处 都要求输出功率大和效率高。 都要求输出功率大和效率高 功率放大器实质上是一个能量转换器， 功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给 的直流能量转化为交流能量， 的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率 放大器的效率。 放大器的效率。 功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率 不同之处：工作频率与相对频宽不同； 不同之处：工作频率与相对频宽不同； 放大器的负载不同； 放大器的负载不同； 放大器的工作状态不同。 放大器的工作状态不同。

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5、工作状态： 、工作状态： 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作 方式，为了进一步提高工

作效率还提出了丁类与戊类放大器。 方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。表2-1 不同 作 时 器 特点 工 状态 放大 的 工作 状态 甲 类 乙 类 甲乙 类 丙 类 丁 类 半导 通角 θc=180° θc=90° 90°<θc<180° θc<90° 开关 状态 理 效率 想 50% 78.5% 50%<η< 78.5% 78.5% η> 90%~100% 负 载 电 阻 推挽 回 ， 路 推 挽 选频 回路 选频 回路 应 用 低 频 低 ，高 频 频 低 频 高 频 高 频

谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态， 谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路

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谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,其 谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号 其 工作状态通常选为丙类工作状态(θc<90°),为了 工作状态通常选为丙类工作状态 θ < ° , 不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。 不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。 非谐振功率放大器可分为低频功率放大器和宽 带高频功率放大器。 带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调 谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功 谐负载，工作在甲类或乙类工作状态； 率放大器以宽带传输线为负载。 率放大器以宽带传输线为负载。 谐振功率放大器的分析方法：图解法， 谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法

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5.2

谐振功率放大器的工作原理 ic

1、原理电路 、 + iB (1)晶体管的作用是在将供电 晶体管的作用是在将供电 vcE C 电源的直流能量转变为交流能 + VBE – 量的过程中起开关控制作用。 vb 量的过程中起开关控制作用。 – i E – (2)谐振回路 (2)谐振回路LC是晶体管的负载 谐振回路LC是晶体管的负载 (3)电路工作在丙类工作状态 电路工作在丙类工作状态– + VBB – VCC +

L – vc + 输出

谐振功率放大器的基本电路

V 外部电路关系式： 外部电路关系式： vBE = BB +Vbm cosωt vCE =VCC Vcm cosωt

晶体管的内部特性： 晶体管的内部特性： ic = gc (vBE VBZ )

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根据晶体管的转移特性曲线可得： 根据晶体管的转移特性曲线可得： icVbmcosθc= VBB +VBZ

转 移 特 性 ic max 理 化 想 o VBZ vBE vc

ic

故得： 故得： cosθc =

V +V BB BZ V bm

–VBB –θc o +θc Vbm Vbm ωt

ωt –θc o +θc

必须强调指出： 必须强调指出： 集电极电流i 集电极电流 c虽然是脉 冲状， 冲状，但由于谐振回路 的这种滤波作用，仍然 的这种滤波作用， 能得到正弦波形的输出。 能得到正弦波形的输出。

谐振功率放大器转移特性曲线

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2、电流与电压波形： 、电流与电压波形：vBE vb VBZ –VBB ib

谐振功率放大器中各部分 电压与电流的关系ωt

ic iB + vcE C – vc + L 输 出

ωt ic

+ vb –

VBE – – + VBB

– iE – VCC +

ωt vCE Vcm Vcm VCC ωt

(a)vCE = VCC vc

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v CE = VCC Vcm cos ω tv CE V vCE cm

i vCE c max

或电压 电流 iCmin

i V VC CC

vbE max

oθ

ωtPc = 1 T

BZ

c

-

V

BB

∫

T 0

i C v CE dt

V vBE

bm

1. iC 与vBE同相，与vCE反相； 同相， 反相； 2. iC 脉冲最大时，vCE最小； 脉冲最大时， 最小； 3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小； 越小， 越小；

(b) v BE = V BB + Vbm cos ω t

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电 流 压 电

或Vcm vc VCE VBZ VCC π ic VBE max3π –VBB 2

ic ic maxvcE min

ωt

o θc

π 2

2π

5π 2

vBE

Vbmvb高频功率放大器中各部 分电压与电流的关系

(b)

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3、LC回路的能量转换过程 、 回路的能量转换过程 回路是由L、 二个储能元件组成 二个储能元件组成。 回路是由 、C二个储能元件组成。 回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。 回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。

当晶体管由截止转入导电时， 当晶体管由截止转入导电时，由于回路中 电感L的电流不能突变 因此， 的电流不能突变， 电感 的电流不能突变，因此，输出脉冲电 – + L 流的大部分流过电 …… 此处隐藏：3103字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……