率放大器原理及电路.ppt
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1、第第6 6章章 高频调谐功率放大器高频调谐功率放大器6.1 概述:概述:6.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 6.3 高频功率放大器的动态分析高频功率放大器的动态分析 6.4 高频功放的高频特性高频功放的高频特性 6.5 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成 6.6 宽带功率放大器与功率合成电路宽带功率放大器与功率合成电路6.1 概述:概述:ECICEO uCE iCOQQ截止区截止区饱和区饱和区6.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b)等效电路等效电路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-(a)原
2、理电路原理电路+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic常数常数=D DD D=ceuBEccuig2 工作原理分析工作原理分析uBEic-UBBUBZubicUbmgC有有()BZbmBBccUtUUgi-+-=w wcos+uBE _()BZbmBBccUtUUgi-+-=w wcos又又Q当当0t=w w时,时,()cbmccUgIq qcos1max-=ictccic1ic2ic3IcoIcmax3.高频功放的功率关系高频功放的功率关系 co13g11.02.02VT1VT2T1LCRLECCC4 D类和类和E类功率放大器简介类功率放大器简介 1.D类功率放大器的原理分析类功
3、率放大器的原理分析 D类功率放大器有类功率放大器有电压开关型电压开关型和和电流开关型电流开关型两种基本两种基本电路,电压开关型电路,电压开关型D类功率放大器是已推广应用的电路类功率放大器是已推广应用的电路 uiub1ub2ic1ic2uLuA ub1和和ub2是由是由ui通过变压器通过变压器T1产生的两个极性相反的输入激励产生的两个极性相反的输入激励电压电压 ui正半周时正半周时VT1管饱和导通,管饱和导通,VT2管截止,电源管截止,电源EC对电容对电容C充充电,电容上的电压很快充至电,电容上的电压很快充至(EC-UCES1)值,)值,A点对地的电点对地的电压压uA=(EC-UCES1)。ui
4、负半周时负半周时VT2管饱和导通,管饱和导通,VT1管截止。管截止。VT2管的直管的直流电源由电容流电源由电容C上充的电荷供给,上充的电荷供给,uA=UCES20 uA近似为矩形波电压,幅值为(近似为矩形波电压,幅值为(EC-2UCES)。若)。若L、C和和RL串联谐振回路调谐在输入信号的角频率串联谐振回路调谐在输入信号的角频率上,且回路的上,且回路的Q值足值足够高,则通过回路的电流够高,则通过回路的电流ic1或或ic2是角频率为是角频率为的余弦波,的余弦波,RL上上可得相对输入信号不失真的输出功率。可得相对输入信号不失真的输出功率。ECUCESEC-2-2UCESuAtic1tic2tuLt
5、 尽管每管饱和导通时的电流很大,但相应的管压降很尽管每管饱和导通时的电流很大,但相应的管压降很小,这样,每管的管耗就很小,放大器的效率也就很高小,这样,每管的管耗就很小,放大器的效率也就很高 丙类倍频器丙类倍频器 丙类倍频器丙类倍频器 丙类倍频器丙类倍频器iC+uce-Ec+-uc2+iciC1iC2ic频谱频谱0ICOIC1IC2IC3IC4LC谐振特性谐振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC26.3 高频功率放大器的动态分析高频功率放大器的动态分析o0.5ff0.2fTfTuBEicgCUBZ+ub-CLEC-UBB+uc1-icRp+uCE-+uBE _1 1 高频功率放大器的动态特性
6、高频功率放大器的动态特性 uceicUoABOECQUcmucmingdubemax2 高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性 uceicUogduBEic-UBBUBZubicgCUbmubemaxicmaxuceicECQuceminUcesgdubemaxuceminubemaxgcricuce2 高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性PoRp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Rp欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoPDPcubemaxUc13 高频功率放大器的调制特性高频功率放大器的调制特性 uceicubemaxQECQECQECic3 高频功率放大
7、器的调制特性高频功率放大器的调制特性 uceicubemaxQECQECQECicEC欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区EC欠压区欠压区过压区过压区临临界界区区Ic1IcoPDPOPC 进入过压状态后,随着进入过压状态后,随着UBB向正值方向增大,集电极脉冲电流的宽向正值方向增大,集电极脉冲电流的宽度增加,幅度几乎不变,但凹陷加深,结果使度增加,幅度几乎不变,但凹陷加深,结果使Ico、Icml和相应的和相应的Ucm增增大得十分缓慢大得十分缓慢 UcmIcoIcml临界临界UBB过压过压欠压欠压O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict
8、饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区 当当Ubm固定,固定,UBB自负值向正值方向增自负值向正值方向增大时,集电极脉冲电流大时,集电极脉冲电流ic的导通角的导通角c增大,增大,从从而集电极脉冲电流而集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大,的幅度和宽度均增大,状状态态由欠由欠压压区区进进入入过压过压区。区。4 高频功率放大器的放大特性高频功率放大器的放大特性uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区UcmIcmlIcoUbm过压过压临界临界欠压欠压OO ticOticUbm增大增大OtictOic 固定固定UBB、增大、增大Ub
9、m和固定和固定Ubm、增大、增大UBB的情况类似,的情况类似,它们都使基极输它们都使基极输入电压入电压uBEmax随之增大,随之增大,对对应应的的集电极脉冲电流集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大,放的幅度和宽度均增大,放大器的工作状态由欠压进入过压大器的工作状态由欠压进入过压。当谐振功率放大器作为线性功率放大器,为了使输出信号振幅当谐振功率放大器作为线性功率放大器,为了使输出信号振幅Ucm反映反映输入信号振幅输入信号振幅Ubm的变化,的变化,放大器必须在放大器必须在Ubm变化范围内工作在欠压状态。变化范围内工作在欠压状态。当谐振功率放大器用作振幅限幅器时,当谐振功率放大器用作振幅限幅器时,放
10、大器必须在放大器必须在Ubm变化的范围内变化的范围内工作在过压状态。工作在过压状态。5 高频功率放大器的调谐特性高频功率放大器的调谐特性 实际回路在调谐过程中,其负载是一阻抗实际回路在调谐过程中,其负载是一阻抗Zp,当改变回,当改变回路的元件数值,如改变回路的电容路的元件数值,如改变回路的电容C时,时,功放的外部电流功放的外部电流Ico、Icml和相应的和相应的Ucm等随等随C的变化特性称为调谐特性。的变化特性称为调谐特性。设谐振时功放工作在弱过压状态,设谐振时功放工作在弱过压状态,当回路失谐后,由于阻抗当回路失谐后,由于阻抗Zp的模值减的模值减小,根据负载特性可知,功放的工作小,根据负载特性
11、可知,功放的工作状态将向临界及欠压状态变化,此时状态将向临界及欠压状态变化,此时Ico和和Icml要增大,而要增大,而Ucm将下降将下降。应该指出,回路失谐时直流输应该指出,回路失谐时直流输入功率入功率PD=IcoEC随随Ico的增加而增加,的增加而增加,而输出功率而输出功率Po=UcmIcmlcos将主要因将主要因cos因子而下降因子而下降,因此失谐后集电,因此失谐后集电极功耗极功耗PC将迅速增加。这表明将迅速增加。这表明高频高频功放必须经常保持在谐振状态功放必须经常保持在谐振状态。UcmIcmlIco6.4 高频功放的高频效应高频功放的高频效应 ubet-UBBUBZ6.4高频功放的高频特
12、性高频功放的高频特性ucef1f2f2f16.4 高频功率放大器的实用电路高频功率放大器的实用电路 要使高频谐振功率放大器正常工作,在其输入和输出端还需接有:要使高频谐振功率放大器正常工作,在其输入和输出端还需接有:直流馈电线路:为晶体管各级提供合适的偏置;直流馈电线路:为晶体管各级提供合适的偏置;交流匹配网络:将交流功率信号有效地传输。交流匹配网络:将交流功率信号有效地传输。6.5高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成IcoECIc1CLIcnLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT6.5高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成以上两个电路匀满足:以上两个
13、电路匀满足:tUEucCcew wcos1-=ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC频谱频谱LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 基极馈电线路基极馈电线路IBOUBBIBOIeo +UBB -二 高频功放的耦合回路高频功放的耦合回路RiRoRLRS功功 率率放大器放大器输入输入匹配匹配网络网络输
14、出输出匹配匹配网络网络RLRSuS(1)使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配,以保证放大器传输到负使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配,以保证放大器传输到负载的功率最大载的功率最大,即它起着匹配网络的作用。,即它起着匹配网络的作用。(2)抑制工作频率范围以外的不需要频率,即它抑制工作频率范围以外的不需要频率,即它有良好的滤波作用。有良好的滤波作用。(3)在有几个电子器件同时输出功率的情况下,保证它们都在有几个电子器件同时输出功率的情况下,保证它们都能有效地传送能有效地传送功率到公共负载功率到公共负载,同时又尽可能地使这几个电子器件,同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离,互不影响彼此隔
15、离,互不影响。输入匹配网络或级间耦合网络输入匹配网络或级间耦合网络:是用以与下级放大器的输入端相连接是用以与下级放大器的输入端相连接输出匹配网络输出匹配网络:是用以输出功率至天线或其他负载是用以输出功率至天线或其他负载L1C1C2L2CARAr1IAMrr1C1L1C1RpL1IK二 高频功放的耦合回路高频功放的耦合回路 介于放大器与天线回路之间的介于放大器与天线回路之间的L1C1回路就叫做中介并联谐回路就叫做中介并联谐振回路振回路。RA、CA分别代表天线的幅射电阻与等效电容;分别代表天线的幅射电阻与等效电容;L2、C2为天线回路的调谐元件。为天线回路的调谐元件。它们的作用是使天线回路它们的作
16、用是使天线回路处于串联谐振状态,以使天线回路的电流处于串联谐振状态,以使天线回路的电流IA达到最大值,达到最大值,亦亦即使天线幅射功率达到最大。即使天线幅射功率达到最大。从集电极向右方看去可以等效为一个并联谐振回路从集电极向右方看去可以等效为一个并联谐振回路,其其中中Rp为折合到为折合到晶体管输出回路的等效负载晶体管输出回路的等效负载 。1.输出匹配电路输出匹配电路(1)并联谐振回路型的匹配电路并联谐振回路型的匹配电路 RpRp 当当天天线线回回路路调调谐谐在在串串联联谐谐振振状状态态时时,它它反映到反映到L1C1中介回路的等效电阻为中介回路的等效电阻为 设初级回路的接入系数为设初级回路的接入
17、系数为 p,则晶,则晶体管输出回路的等效负载为:体管输出回路的等效负载为:rr1C1L1C1RpL1IKRpL1C1C2L2CARAr1IAMRp(1)并联谐振回路型的匹配电路并联谐振回路型的匹配电路L1C1中介回路的等效谐振阻抗为中介回路的等效谐振阻抗为 QL为有载品质因素为有载品质因素,改变互感系数改变互感系数M和接入系数和接入系数 p就可以在不影响回路调谐的情况下。调就可以在不影响回路调谐的情况下。调整晶体管的输出回路的等效负载电阻整晶体管的输出回路的等效负载电阻Rp,以达到阻抗匹配的目的。,以达到阻抗匹配的目的。由由于于高高频频功功率率放放大大器器工工作作在在非非线线性性(丙丙类类)工
18、工作作时时,放放大大器器的的内内阻阻变变动动剧剧烈烈:导导通通时时,内内阻阻很很小小;截截止止时时内内阻阻近近于于无无穷穷大大。因因此此输输出出电电阻阻不不是是常常数数。所所谓谓线线性性电电路路的的阻阻抗抗匹匹配配(负负载载阻阻抗抗与与电电源源内内阻阻相相等等)概概念念也也就就失失去去了了意义。意义。k k:中介回路的传输效率。中介回路的传输效率。L1C1C2L2CARAr1IAMRp(1)并联谐振回路型的匹配电路并联谐振回路型的匹配电路如果设如果设:rr1C1L1C1RpL1IKRp 要想回路的传输效率高,则要想回路的传输效率高,则空载空载Qo越大越越大越好,有载好,有载QL越小越好,越小越
19、好,也就是说,也就是说,中介回路中介回路本身的损耗越小越好本身的损耗越小越好 但从要求但从要求回路滤波作用良好来考虑,则回路滤波作用良好来考虑,则QL值又应该足够大。值又应该足够大。从兼顾这两方面出发,从兼顾这两方面出发,QL值一般不应小于值一般不应小于10。在功率很大的放大器。在功率很大的放大器中,中,QL也有低到也有低到10以下的。以下的。在大功率输出级,在大功率输出级,T型、型、型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。图中的图中的R2一般代表终端一般代表终端(负载负载)电阻,电阻,R1则代表由则代表由R2折合到左端的等效折合到左端的等效电阻电阻,现
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- 放大器 原理 电路
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