高頻功率放大器高頻電子線路.ppt
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,本章教學基本要求一、了解高頻功率放大器的功能和性能指標二、掌握C類諧振功率放大器的工作原理、分析方法、電路構成和使用方法。三、了解傳輸變壓器的工作原理和應用特點。掌握用傳輸線變壓器實現(xiàn)阻抗變換的方法、了解用傳輸變壓器實現(xiàn)功率合成、功率分配的方法。了解D類、E類功率放大器的特點。,本章教學主要內容第一節(jié)概述第二節(jié)丙類（C類）功率放大器的工作原理第三節(jié)丙類（C類）功率放大器的折線分析法第四節(jié)丙類功率放大器的電路,第三章高頻功率放大器,第五節(jié)丁類（D類）和戊類（E類）高頻功率放大器第六節(jié)寬頻帶高頻功率放大器第七節(jié)功率合成,高頻功率放大器用于發(fā)射機的末級，將已調信號放大到所需要的功率值，送到天線發(fā)射。輸入輸出頻譜不變。高頻功率放大器與小信號放大器的區(qū)別要求輸出大的功率,便攜式：幾毫瓦無線廣播：幾十千瓦無線導航：兆瓦1千瓦以上采用電子管或者功率合成器1千瓦以下采用雙極晶體管和大功率場效應管,功率放大器要求高的效率A、B、C、D、E類功率放大器的設計均圍繞著提高效率展開的,,第一節(jié)概述,一高頻功率放大器的功能,圖3-1高頻功率放大器在系統(tǒng)中的位置,二高頻功率放大器的分類,寬帶高頻功率放大器,窄帶高頻功率放大器(諧振功率放大器),,其放大信號的相對帶寬一般不超過10％，通常采用LC諧振回路作負載。,,其放大信號的相對帶寬一般可達30％，通常采用寬頻帶的傳輸線變壓器作負載。,,按工作頻率分,按放大方式分,,線性高頻功率放大器：A、Ｂ類，B類電路接成推挽形式。非線性高頻功率放大器：C、D、E、F類，負載是諧振電路,按工作類型分,,甲（A）類乙（B）類丙（C）類丁（D）類戊（E）類,按晶體管導通,,A類B類C類,（一般60?~70?）,按晶體管等效電路分,,晶體管等效為受輸入信號控制電流源：A、B、C類：輸入正弦波。晶體管等效為受輸入信號控制開關：D、E、F類，輸入為方波，導通角為90,為半導通角,4,三高頻功率放大器的主要技術指標,1輸出功率：放大器的負載RL上得到的最大不失真功率。,2效率：高頻輸出功率與直流電源供給輸入功率的比值。,3功率增益：高頻輸出功率與信號輸入功率的比值。,諧波抑制度：是對非線性高頻功率放大器而提出的，諧振分量相對于基波分量越小越好。,高頻功率放大器的主要特點是：工作于大信號的非線性狀態(tài)，用解析法分析較困難，故工程上普遍采用近似的分析方法——折線法來分析其原理和工作狀態(tài)。,5,三高頻功率放大器的主要技術指標,保證高的效率和大的功率是高頻功放設計的核心。對于線性要求高的功率放大器，非線性失真系數(shù)則為重要的指標。－－犧牲效率保證線性。,高頻功率放大器的主要幾項指標往往是相互矛盾的。在設計功率放大器時，總是根據(jù)放大器的待點，突出其中的一些指標，兼顧另外一些指標。例如，對于發(fā)射機的輸出級，其特點是希望輸出功率最高，對應的效率不一定會最高；對于單邊帶發(fā)射機，則要求功率放大器非線性失真盡可能小，也就是諧波抑制度是設計的主要問題。顯然，在這類功率放大器中，效率是不很高的。,對于要求輸出功率很高的放大器關鍵是提高效率。通常選擇在丙類或丁類，甚至戊類工作狀態(tài)。在這樣的工作狀態(tài)下，晶體管輸出電流波形失真很大，因此必須采用具有一定濾波特性的選頻網(wǎng)絡作為負載，以得到接近正弦波的輸出波形。這類高頻功率放大器稱為諧振功率放大器，多用于推動級和末級作功率放大。缺點是諧波抑制度不可能做得很高。對于諧波抑制度要求很高的放大器通常選用甲類或甲乙類推挽工作狀態(tài)，以使晶體管工作在線性放大區(qū)。缺點是效率不高，且輸出功率不可能太高。若要求輸出功率高，可以采用功率合成的辦法來提高。,三高頻功率放大器的主要技術指標,高頻功率放大器的主要技術指標是輸出功率與效率，還要求輸出中的諧波分量還應該盡量小，以免對其他頻道產生干擾。國際上對諧波幅射規(guī)定有兩個標準；對中波廣播來說，在空間任一點的諧波場強與基波場強之比不得超過0.02％；不論電臺的功率有多大，在距電臺1km處的諧波場強不得大于50μV/m。在一般情況下，如任一諧波的輻射功率不得超過25mW，即可以滿足上述要求。目前，廣播與電視發(fā)射機的諧波輻射已降到-60dB以下。,三高頻功率放大器的主要技術指標,高頻功率放大器的主要技術指標是輸出功率與效率。這是研究這種放大器應抓住的主要矛盾，工作狀態(tài)的選擇就是由這主要矛盾決定的?？梢赃@樣說，在給定電子器件之后，為了獲得高的輸出功率與效率，應采用丙類工作狀態(tài)。而允許采用丙類工作的先決條件則是工作頻率高、頻帶窄，且允許采用調諧回路做負載。那么，為什么在丙類工作時能獲得高的輸出功率和效率呢?這就是下面我們要討論的問題。,三高頻功率放大器的主要技術指標,基本電路及其特點,第二節(jié)丙類（C類）功率放大器的工作原理,圖3-2丙類高頻功率放大電路,圖3-2(a)、(b)是諧振高頻功率放大器的原理電路圖。它主要用于發(fā)射機中，電路形式可分為中間級和輸出級。圖3-2(a)是一般中間級原理電路，其負載是下一級的輸入阻抗經變壓器次級折合到初級與LC諧振回路組成等效負載。圖3-2(b)是最簡單的輸出級原理電路，其負載是天線，而天線的等效阻抗可看成為天線電容CA和電阻rA串聯(lián)組成。從原理圖可以看出，無論是中間級還是輸出級，負載均可等效為并聯(lián)諧振回路。因而，在分析討論諧振高頻功率放大器時，通常是用圖3-3所示的原理電路。,從原理圖可以看出，諧振高頻功率放大器的特點是：為了提高效率，放大器常工作于丙類狀態(tài)，晶體管發(fā)射結為負偏置，由VBB來保證。流過晶體管的電流為失真的脈沖波形；負載為諧振回路，除了確保從電流脈沖波中取出基波分量，獲得正弦電壓波形外，還能實現(xiàn)放大器的阻抗匹配。,一基本電路及其特點,第二節(jié)丙類（C類）功率放大器的工作原理,圖3-3丙類高頻功率放大器等效原理圖,二工作原理,諧振高頻功率放大器的發(fā)射結在Vbb的作用下處于負偏壓狀態(tài)，當無輸入信號電壓時，晶體管了處于截止狀態(tài)，集電極電流iC=0。當輸入信號為時，基極與發(fā)射極之間的電壓，由輸入特性可得基極電流ib為脈沖形狀。ib可用傅氏級數(shù)展開為:,式中，Ib0為基極電流的直流分量；Ib1m為基極電流的基波電流振幅，Ib2m……Ibnm分別為電流的二次至n次諧波電流振幅；經晶體管放大后的ic也是脈沖形狀，傅氏級數(shù)展開為,式中，IC0為集電極電流的直流分量；IC1m為集電極電流的基波電流振幅；IC2m……ICnm，分別為集電極電流的二次至n次諧波電流振幅。,當集電極回路調諧于高頻輸入信號頻率時，由于回路的選擇性:對集電極電流的基波分量來說，回路等效為純電阻RA；對各次諧波來說回路失諧，呈現(xiàn)很小的阻抗，回路兩端可近似認為短路；而直流分量只能通過回路電感支路，其直流電阻很小，也可近似認為短路。因此，脈沖形狀的集電極電流IC流經諧振回路時，只有基波電流才產生電壓降，即回路兩端只有基波電壓。因而輸出的高頻電壓信號的波形沒有失真?；芈穬啥说幕妷赫穹鵘0m為:U0m=IC1mRP式中，RP為諧振回路的有載諧振電阻。,,二工作原理,第二節(jié)丙類（C類）功率放大器的工作原理,,,,,,圖3-4是諧振高頻功率放大器各級電壓和電流的波形圖。其中(a)是由晶體管T的正向傳輸特性在電路輸入條件一定時，得出的集電極電流的實際波形。因為正向傳輸特性在uBE很小時，呈現(xiàn)非線性，故波形不是一個理想的尖頂余弦脈沖，而是呈鐘罩形。但是，在uBE很小的區(qū)域內iC很小，在大信號輸入時，通?？梢院雎云溆绊?，故可以近似認為正向傳輸特性為線性，其導通電壓為UBZ。這樣電路在余弦信號輸入電壓激勵情況下，晶體管只有在uBE大于導通電壓UBZ(硅管0.5V-0.6V，鍺管0.2V-0.3V)的時間內才有顯著的集電極電流流通。因此，晶體管的基極電流和集電極電流可認為是理想的余弦脈沖。圖(b)是理想條件下各極電壓和電流的波形。,15,丙類高頻功放工作原理小結：,設置VBB
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