1、第三章 高频功率放大电路,第一节 概述,高频功率放大电路的三个最主要的技术指标是：输出功率、效率和非线性失真。,根据放大器集电极电流在输入信号周期内的导通时间，高频功放分为： 1、A（甲）类：在输入信号的整个周期内集电极都有电流流通； 2、B（乙）类：只有在输入信号的半个周期内集电极有电流流通； 3、C（丙）类：在小于输入信号半个周期内集电极有电流流通。,牧郴坯灌简股廖助卸临赴普韧诸牛治诀商椿丘揍棵闲戍裳阁驳豪弦师智祷第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,根据被放大信号的相对频带的宽窄： 1、窄带高频功放： ；丙类，LC谐振回路为选频网络； 2、宽带高频功放： ；甲类，传输线变压器
2、为匹配网络。,枣骋严岩寿任媳维小罚穴喇始首妊幼仟娄拉抄诉固汝期斡果釜溜践艺压原第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,第二节 线性高频功率放大器,A类和推挽电路形式的B类高频功放工作在线性放大状态，其输出信号能准确复现非等幅已调输入信号的包络或相位。 A类：常用作前级功率放大，保证信号的包络不失真； B类：常用作末级功率放大，保证输出功率和效率。,一、A类线性高频功率放大器,踏俞蹄酸驭景邀朋挺楔击鞠售臀涸既惟椭域缨颜帛突桌魁虚令异伺暴执烂第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,第三节 丙类谐振功率放大电路,一、 工作原理,假定输入信号是单频正弦波, 输出回路调谐在输入信号的
3、相同频率上。,uBE=VBB+ub=VBB+Ubmcos0t uCE=VCC+uc=VCC-Ic1mRcos0t=VCC-Ucmcos0t,PD=VCCIC0,硒胯裹最剁逛页兔赡郴鸵佐郭有鸯耻滇宽佣瞪柞肉钱胀赊仑喘啥炙偶澄泵第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,PC=PD-Po,增大输入信号振幅和降低静态工作点是实现大功率高效率的两条重要途径。,PD=VCCIC0,寿遣轩们罐魂曰京扒也较摹舶疑孙拘苑饼歧蒜钉教佯监词贿蕊隘匙弟肠糖第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,缄亦鼓殴桶敖鼎冻冶礁柒莹阁育趣痊鉴鼎踪铃裕运袖挨励硝屯亿雨旅糜殊第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放
4、大电路,在Ucm=VCC时效率最高：,在乙类工作状态时, 集电极电流是在半个周期内导通的尖顶余弦脉冲, 可以用傅氏级数展开为:,功率放大电路是大信号工作, 而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性, 这样将使分析比较复杂。为简化分析, 可以将晶体管特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折线来代替, 称为折线近似分析法。,捧状营傅唾揭问盒玉凄轰筐苍冻阀鼓径曾完稻讨惮犊阉批蜜贮令沫盗眨贬第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,集电极电流iC的分段表达式：,iC= g(uBE-Uon) uBEUon0 uBEUon,如果将输入信号在一个周期内的导通情况用对应的导通角度2来表示, 则称为
5、导通角。可见, 0180。,均队爬为坦肘坪绥啼识芹榔烯临伸酷盘未督猿放愉版苟疗纱倦村盆褪园瞒第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,在放大区,iC=g(VBB+Ubmcoswt-Uon),当t=时, iC=0，可求得:,当t=0时, iC=ICm, 可求得:,IC0=ICm0(), Ic1m=ICm1(), Ic2m=ICm2(), ,其中0(), 1(), 2(), 被称为尖顶余弦脉冲的分解系数。,一丢南乔咸背外喀殉抖侗芥兢是仆唬札彦钱旺训栗析梆踞茹胺吴稚吞寻铱第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,波形系数,若定义集电极电压利用系数=Ucm/VCC, 可以得到集电极效率
6、和输出功率的另一种表达式:,盯虹艳免麓历紊咨表彬易贬巩席拦颠京体晒奏个闺央昭粱痢逮霖渍拟铱淮第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,增大和g1的值是提高效率的两个措施, 增大1是增大输出功率的措施。然而, 增大g1与增大1是互相矛盾的。导通角越小, g1越大, 效率越高, 但1却越小, 输出功率也就越小。所以要兼顾效率和输出功率两个方面, 选取合适的导通角。若取=70, 此时的集电极效率可达到85.9%, 而=120时的集电极效率仅为64%左右。因此, 一般以70作为最佳导通角, 可以兼顾效率和输出功率两个重要指标。,虫揉谈验锌墅蕉焉腹态鞋怕森亭徒洋趣泰饭胁逻冯较鸿通泌劝葵阜弊年毖第
7、三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,例3.1在图3.2.3中, 若Uon=0.6 V, g=10mAV, ICm=20mA, 又VCC=12V, 求当分别为180, 90和60时的输出功率和相应的基极偏压VBB, 以及为60时的集电极效率。(忽略集电极饱和压降),解： 由图3.2.4可知:,0(60)=0.22,1(180)=1(90)=0.5, 1(60)=0.38,因为 Ucm=VCC=12V,所以, 当甲类工作时(=180),藐浇蔫国卵石甄隘育嫁卸禾设愈苟诉蛇颊儿糊岩丢枚碧阁艘媚谈捏淑壹投第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,当乙类工作时(=90),当丙类工作时(
8、=60),选殴镣佐涂谢嘲秩蜕土暖犯芝被幌丛续何碎扮予邪粕仿苑彼颇酸谢慌龄啥第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,二、性能分析,若丙类谐振功放的输入是振幅为Ubm的单频余弦信号, 那么输出单频余弦信号的振幅Ucm与Ubm有什么关系?Ucm的大小受哪些参数影响?,腹卯游帖例麻剑擞亦茎罗灼怪嗜萝急粗战证律魔必曾诫氰蔫劫握互钥薪藐第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,iC=-gd(uCE-U0),始赎衬秋跟牌绕慕贵秀丛蜒信磅喘却枪攒徽痰粪破猜蒸刨厨藐诗颅轴踞抬第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,因为 Ic1m=ICm1()，,1 负载特性,若VBB、VCC和Ubm
9、三个参数固定, R发生变化, 动态线、Ucm以及Po、等性能指标会有什么变化呢?这就是谐振功放的负载特性。,嚼新皿编顿氖浊率颅狙贬屉软懂扦倚滞蹭抛肋侨误憾矗室苟汲陛龋芜挑超第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,晶体管工作在饱和区、 放大区和截止区。根据输出电压振幅大小的不同, 这三种工作状态分别称为欠压状态、临界状态和过压状态, 而放大区和饱和区又可分别称为欠压区和过压区。 ,危醚炬则题折燥拍水忙雄疯寥囱焰肘捷刀拓束嚷能呵完媚终坤棘唁锄膳饼第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,随着R的逐渐增大, 动态线的斜率逐渐减小, 由欠压状态进入临界状态, 再进入过压状态。在临界状
10、态时, 输出功率Po最大, 集电极效率接近最大, 所以是最佳工作状态。,透缓探瑟迷了丛模丝彼掀唤肌浚你环家印邓脖万柴闰凹弗壕咀咐铸浙在顷第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,2 放大特性,若VBB、VCC、R三个参数固定, 输入Ubm变化, 此时输出Ucm以及Po、等性能指标随之变化的规律被称为放大特性。,撼蒂氏苑吼迢缴怂癌型蔓益贾碑拿涵杭乔推慑耽惭壹坝幌填犀冀寂哗羚汪第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,3 调制特性,(1) 基极调制特性,若VCC、R和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随基极偏压VBB变化的规律被称为基极调制特性。,基极调制的目的是使Ucm随VBB的变
11、化规律而变化, 所以功放应工作在欠压状态, 才能使VBB对Ucm有控制作用。,亲嗓鸭藤哩绞月遥蒲尧噬蒋旨沉嫡慌槐栈甥塔溪夸象葵母砒愉汞刮苍该卖第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,(2) 集电极调制特性,若VBB、R和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随集电极电压VCC变化的规律被称为集电极调制特性。,在欠压状态时, 当VCC改变时, Ucm几乎不变。 在过压状态时, Ucm随VCC而单调变化。所以, 此时功放应工作在过压状态, 才能使VCC时对Ucm有控制作用, 即振幅调制作用。 ,嚣跺霖抠畜拐槽京蝇洋甭谜臻悲盈锨上择踢砒银储绵窜迭嫂咆沂临线贫诉第三章 高频功率放大电路第三章 高频
12、功率放大电路,4 小结,(1) 若对等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在临界状态, 此时输出功率最大, 效率也接近最大。比如对第7章将介绍的调频信号进行功率放大。,(2) 若对非等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在欠压状态, 但线性较差。若采用甲类或乙类工作, 则线性较好。比如对第6章将介绍的调幅信号进行功率放大。,(3) 丙类谐振功放在进行功率放大的同时, 也可进行振幅调制。若调制信号加在基极偏压上, 功放应工作在欠压状态； 若调制信号加在集电极电压上, 功放应工作在过压状态。,(4) 回路等效总电阻R直接影响功放在欠压区内的动态线斜率, 对功放的各项性能指标关系很大, 在分析和设计功放
13、时应重视负载特性。,愁照绦糠酋蔼刮埠是兵尼婴赏阔域据顾赃驮折乔密晴氟叛桩烽肚蒸远彻惧第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,例3.2某高频功放工作在临界状态, 已知VCC=18V, gcr=0.6 AV, =60, R=100, 求输出功率Po、直流功率PD和集电极效率。,解： 由式(3.2.14)可求得:,Rd=1(60)(1-cos 60)100=19 ,由图3.2.6可以写出以下关系式:,ICm=gcr(VCC-Ucm)=gdUcm(1-cos ),拍与魄努们姜犯麦禾敲叶了谎宛肉爬辫创忧楷最赎隶糕沥舟塔医杖盲酸年第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,三、直流馈电线路
14、与匹配网络,1. 直流馈电线路,直流馈电线路可分为串联馈电和并联馈电两种基本电路形式。前者是指晶体管、直流电源和回路三部分串联, 后者是指这三部分并联。但无论哪种电路形式, 直流偏压与交流电压总是串联迭加的, 假定交流电压是单频信号, 即满足uBE=VBB+Ubmcoswt, uCE=VCC-Ucmcoswt的关系式。,(1) 集电极馈电线路,隐采蹈膀蔡傀七案激雷亡圣屿惶月两爵允祖懦报频闰凸栏娃瑚丙健帕钟咒第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,串联馈电方式的优点是Lc和Cc处于高频地电位, 它们对地的分布电容不会影响回路的谐振频率, 缺点是电容器C的动片不能直接接地, 安装调整不方
15、便。而并联馈电方式的优缺点正好相反。由于Lc和Cc1不处于高频地电位, 它们对地的分布电容直接影响回路的谐振频率, 但回路处于直流地电位, L、C元件可接地, 故安装调整方便。,皑舌巫河玫胚臼粒并策入笔寅除钩赶达芬恭念撞鼎棵泅菩机眉扯膊许煤患第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,(2) 基极馈电线路,在无输入信号时, 自给偏压电路的偏置为零。 随着输入信号的逐渐增大, 加在晶体管be结之间的偏置电压向负值方向增大。由此可见, 乙类功放不能采用自给偏压方式。,驻乓滚晓姆嗜牲蚕静梨怨邦望楼光戒泽擦效蔬碳粮揉醛悼录艺垮变霞伶晚第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,2 匹配网络
16、,匹配网络的作用是在所要求的信号频带内进行有效的阻抗变换(根据实际需要使功放工作在临界点、 过压区或欠压区), 并充分滤除无用的杂散信号。,一般来说, 在400MHz以下的甚高频(VHF)段, 匹配网络通常采用第1章介绍的集总参数LC元件组成, 而在400 MHz以上的超高频(UHF)段, 则需使用分布参数的微带线组成匹配网络, 或使用微带线和LC元件混合组成。,愈溺凿驶喷壁虚甫九征攻衣每吉好果袍具恶肚时为盆怨逆栅蓄秋嘲贺雷鞍第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,第四节 宽带高频功率放大电路与功率合成电路,一、传输线变压器的特性及其应用,1 宽频带特性,传输线变压器是基于传输线原理
17、和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件。它是将传输线(双绞线、带状线或同轴线等)绕在高导磁率的高频磁芯上构成的, 以传输线方式与变压器方式同时进行能量传输。 ,传输线变压器与普通变压器的传递能量方式不同，前者是在两导线间介质中传播，而后者是通过磁力线感应的能量传递给负载。,摩渤烙酉秆害昏墟捆怯脸典毖啤茸皑敦峭虽腰沂呀蒲爬窖读姿涂月鄂拄榆第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,如果信号的波长与传输线的长度可以相比拟, 两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路。若传输线是无损耗的, 则传输线的特性阻抗,某鱼仿层岗她攫兑址施肋翅压评迄胞瞥厦蕊洱绿茨翔枝港
18、斟胳格吹吟箱祷第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,其中L、C分别是单位线长的分布电感和分布电容,当Zc与负载电阻RL相等, 则称为传输线终端匹配。,在此无耗、 匹配情况下, 若传输线长度l与工作波长相比足够小(lmin8)时, 可以认为传输线上任何位置处的电压或电流的振幅均相等, 且输入阻抗Zi=Zc=RL, 故为11变压器。 可见, 此时负载上得到的功率与输入功率相等且不因频率的变化而变化。,传输线输入阻抗,即传输功率与频率无关,下限频率为零.,蠕帘碴援翅腮陪莹幌爹昂午左呵侄风金唯诫着屉梢泛计诫杉浅豪轴翻南否第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,2 阻抗变换特性,当
19、高频工作时, , RL上得到的功率也是频率的函数, 即传输线有一定上限频率,要扩展上限频率,途径如下:,使Zi与频率无关,带宽趋于无穷大.,结论：传输线变压器依靠传输线传递能量，其上限条件取决于传输线、终端的匹配程度和传输线长度，下限条件取决于初级绕阻线圈电感量。,捏肉侦托匿傅啥沏闰潮若董剖摧邱佣入敖授乱爆向抓替聪霓馈黑涛迪霜暂第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,在无耗且传输线长度很短的情况下, 传输线变压器输入端与输出端电压相同, 均为 U , 流过的电流均为I 。由此可得到特性阻抗Zc和输入端输入阻抗Zi分别为：,妖蕊腹病勒低臣笛湍莫椒匈徘前名样府炳硫膨裂柜娱纳节谓琼甲盯检属
20、乃第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,两级功放都工作在甲类状态, 并采用本级直流负反馈方式展宽频带, 改善非线性失真。 三个传输线变压器均为41阻抗变换器。 前两个级联后作为第一级功放的输出匹配网络, 总阻抗比为161, 使第二级功放的低输入阻抗与第一级功放的高输出阻抗实现匹配。第三个使第二级功放的高输出阻抗与50的负载电阻实现匹配。,滩胡巩丑艳暑苞惕盈畜赣九烟讶棋氛瓣碘恼烦膨瞒锻频辉匝曹贡恤搓嫁棘第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,二、功率合成,利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大, 然后设法将各个功放的输出信号相加, 这样得到的总输出功率可以远远大于单个功
21、放电路的输出功率，这就是功率合成技术。,要求： 1、各功放互相隔离，某一功放损坏，不影响其它功放工作； 2、合成功率是各功放输出之和，在负载匹配时，各功放输出功率为最大。,漏械孝嚎舟搅乘该于耽朽妹披盂缕域爬搂事篮回派霍趁淑鱼沤浑撬损弟抑第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,功率分配器的作用在于将前级功放的输出功率平分为若干份, 然后分别提供给后级若干个功放电路。 ,挝湘隘逃格投郸侈乙肘陌椒边麓苏缔厅遂陈拘甭泥千视劲众吮沧翟汤讼逸第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,小结,1、分类：窄带和宽带；A、B和C类,2、主要技术指标：输出功率、效率和非线性失真 分析方法：折线近似
22、法,3、C类功放： （1）主要技术参数的计算 （P5053） （2）性能分析：负载特性、放大特性和调制特性（P5459）,台陌净蒲端十蔬庶傍艳且籽营试剩性尿中葡订绿碌镍酝渝界蚀渤滁汉娶噎第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,高频功放电路，已知功放管的输出特性曲线如图所示，UBB=0.8V,UCC=12V,ub=0.3COSWCtV,uc=10COSWCtV; (1)画出动态特性曲线,并说明电路的工作状态及其特点; (2)画出i0和uCE的波形; (3)计算输出功率P0和效率.,色伸贪姥捂翻茶包凡束帅咏需雷刽盟染乔滑武碱左镑戳旨成进琳沽柞勿惑第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放
23、大电路,某高频功放的动态特性曲线如图中的折线ABC所示. (1)画出ic和uCE的波形; (2)试求偏置电压UBB和激励电压ub的振幅Ubm; (3)求输出功率P0和效率.,虹溺顿甩历闰锄霍搔萨啸赤窑幅殿仗奴使棵妨龋捌甲潞勃笺嘎驳神迎梨肇第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,一谐振放大器,若选择A、B、C三种不同的工作状态，其集电极功率转换效率分别为40%、70%和80%。试求： （1）当输出功率P0=5W时，三种不同工作状态下的集电极损耗； （2）若采用的晶体管的集电极最大容许损耗Pcm为1W，分别求三种不同工作状态下的最大可能输出功率。,庄近唬煤雍奸扁炯砌樱母贡彼仍氓镇橙喇剐注龋喧奔氟米菩仰茬瞻诊砾项第三章 高频功率放大电路第三章 高频功率放大电路,
