高頻第六章高頻功率放大器.ppt

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1,第六章高頻功率放大器,6.1概述,6.2諧振功率放大器的工作原理,6.3晶體管諧振功率放大器的折線近似分析法,6.4晶體管功率放大器的高頻特性,6.5高頻功率放大器的電路組成,6.6丁類高頻功率放大器,6.7寬頻帶高頻功率放大器,6.8功率合成器,6.9晶體管倍頻器,2,6.1概述,1、使用高頻功率放大器的目的,放大高頻大信號使發(fā)射機末級獲得足夠大的發(fā)射功率。,2、高頻功率信號放大器使用中需要解決的兩個問題,①高效率輸出,②高功率輸出,高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高。,聯(lián)想對比：,3,3、諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處,相同之處：它們放大的信號均為高頻信號，而且放大器的負載均為諧振回路。,不同之處：激勵信號幅度大小不同；放大器工作點不同；晶體管動態(tài)范圍不同。,4,4、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同,共同之處:都要求輸出功率大和效率高。,功率放大器實質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。,諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)(?c＜90?)，為了不失真的放大信號，它的負載必須是諧振回路。,非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負載為無調(diào)諧負載，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負載。,5,三極管四種工作狀態(tài),根據(jù)正弦信號整個周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分,乙類：導(dǎo)通角等于180,甲類：一個周期內(nèi)均導(dǎo)通,甲乙類：導(dǎo)通角大于180,丙類：導(dǎo)通角小于180,6,晶體管的工作狀態(tài),甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。,乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小效率高。,甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC?0，一般功放常采用。,7,工作狀態(tài),功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。,諧振功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路,功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率,8,,5.高頻功放在發(fā)射機中的位置,9,6.2諧振功率放大器的工作原理,1、原理電路,諧振功率放大器的基本電路,晶體管的作用是將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。,諧振回路LC是晶體管的負載,電路,工作在丙類工作狀態(tài),外部電路關(guān)系式：,晶體管的內(nèi)部特性：,,,正值,10,故,諧振功率放大器轉(zhuǎn)移特性曲線,故得：,必須強調(diào)指出，集電極電流ic雖然是脈沖狀，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。,,諧振功率放大器各部分的電壓與電流的波形圖如下圖所示,11,,高頻功率放大器中各分電壓與電流的關(guān)系,（a）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,V,BZ,,–,V,B,B,,w,t,,V,CC,,w,t,,w,t,,w,t,,v,B,,i,b,,i,c,,v,c,V’,cm,,V’,cm,,v,b,,12,高頻功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系,13,2、諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率,功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘柟β瘦敵鋈ァ?由前述所知：,有一部分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電極耗散功率。,P==直流電源供給的直流功率；Po=交流輸出信號功率；Pc=集電極耗散功率；,根據(jù)能量守衡定理：,故集電極效率：,14,由上式可以得出以下兩點結(jié)論：,1)設(shè)法盡量降低集電極耗散功率Pc，則集電極效率?c自然會提高。這樣，在給定P=時，晶體管的交流輸出功率Po就會增大；,2）由式,可知,如果維持晶體管的集電極耗散功率Pc不超過規(guī)定值，那么提高集電極效率?c，將使交流輸出功率Po大為增加。諧振功率放大器就是從這方面入手，來提高輸出功率與效率的。,15,如何減小集電極耗散功率Pc,可見使ic在vc最低的時候才能通過，那么，集電極耗散功率自然會大為減小。,晶體管集電極平均耗散功率：,故：要想獲得高的集電極效率，諧振功率放大器的集電極電流應(yīng)該是脈沖狀。導(dǎo)通角小于180?，處于丙類工作狀態(tài)。,諧振功率放大器工作在丙類工作狀態(tài)時?c＜90?，集電極余弦電流脈沖可分解為傅里葉級數(shù)：,16,I,直流功率：,輸出交流功率：,Vcm回路兩端的基頻電壓Icm1基頻電流Rp回路的諧振阻抗,放大器的集電極效率：,,P,=,=V,CC,,c,0,功率計算：,17,集電極電壓利用系數(shù),波形系數(shù)，通角?c的函數(shù)；?c越小，g1(?c)越大,?越大(即Vcm越大或vCmin越小)，?c越小，則效率?c越高。因此，丙類諧振功率放大器提高效率?c的途徑即為減小?c角；使LC回路諧振在信號的基頻上，即ic的最大值應(yīng)對應(yīng)vc的最小值。,基極偏置為負值；半通角?c＜90?，即丙類工作狀態(tài)；負載為LC諧振回路。,故諧振功率放大器的工作特點：,18,6.3諧振功率放大器的折線近似分析法,一、折線法,對諧振功率放大器進行分析計算，關(guān)鍵在于求出電流的直流分量Ic0和基頻分量Icm1。,工程上都采用近似估算和實驗調(diào)整相結(jié)合的方法對高頻功率放大器進行分析和計算。折線法就是常用的一種分析法。,所謂折線法是將電子器件的特性曲線理想化，用一組折線代替晶體管靜態(tài)特性曲線后進行分析和計算的方法。,19,折線分析法的主要步驟：,1、測出晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線iC~vB及輸出特性曲線iC~vC，并將這兩組曲線作理想折線化處理,2、作出動態(tài)特性曲線,3、根據(jù)激勵電壓vB的大小在已知理想特性曲線上畫出對應(yīng)電流脈沖iC和輸出電壓vC的波形,4、求出iC的各次諧波分量Ic0、Ic1、Ic2……由給定的負載諧振阻抗的大小，即可求得放大器的輸出電壓、輸出功率、直流供給功率、效率等指標(biāo),20,二、晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線,晶體管實際特性和理想折線,根據(jù)理想化原理晶體管的靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性可用交橫軸于VBZ的一條直線來表示(VBZ為截止偏壓)。,21,若臨界線的斜率為gcr，則臨界線方程可寫為iC=gcrvC,1)欠壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流在臨界線的右方，交流輸出電壓較低且變化較大。,在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極是否進入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種：,由上圖可見，在飽和區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。,放大區(qū)iC=gc(vB–VBZ)(vB＞VBZ),,22,3)臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓狀態(tài)的分界點，集電極最大點電流正好落在臨界線上。,2)過壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流進入臨界線之左的飽和區(qū)，交流輸出電壓較高且變化不大。,23,三、集電極余弦電流脈沖的分解,當(dāng)晶體管特性曲線理想化后，丙類工作狀態(tài)的集電極電流脈沖是尖頂余弦脈沖。這適用于欠壓或臨界狀態(tài)(跟過壓區(qū)不同)。,尖頂余弦脈沖,晶體管的內(nèi)部特性為：,它的外部電路關(guān)系式,當(dāng)?t=0時，ic=icmax,ic=gc(vB–VBZ),vB=–VBB+Vbmcos?t,vC=VCC–Vcmcos?t,因此，icmax=gcVbm(1–cos?c),24,若將尖頂脈沖分解為傅里葉級數(shù),由傅里葉級數(shù)的求系數(shù)法得,其中：,尖頂脈沖的分解系數(shù),,,ic,25,尖頂脈沖的分解系數(shù),當(dāng)?c≈120?時，Icm1/icmax達到最大值。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。這樣看來，取?c=120?應(yīng)該是最佳通角了。但此時放大器處于甲乙類工作狀態(tài)效率太低。,右圖可見：,26,尖頂脈沖的分解系數(shù),由于：,－波形系數(shù),由曲線可知：極端情況?c=0時，,此時如果?=1，?c可達100%，但電流等于零，輸出功率為零。不可用,因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取70?左右。,27,1.諧振功率放大器的動態(tài)特性,高頻放大器的工作狀態(tài)是由負載阻抗Rp、激勵電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個參量決定的。,為了闡明各種工作狀態(tài)的特點和正確調(diào)節(jié)放大器，就應(yīng)該了解這幾個參量的變化會使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生怎樣的變化。,如果VCC、VBB、vb3個參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負載電阻Rp決定。此時，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨Rp而變化的特性，就叫做放大器的負載特性。,四、諧振功率放大器的動態(tài)特性與負載特性,28,當(dāng)放大器工作于諧振狀態(tài)時，它的外部電路關(guān)系式為,vB=–VBB+Vbmcos?t,vC=VCC–Vcmcos?t,消去cos?t可得，,vB=–VBB+Vbm,另一方面，晶體管的折線化方程為,ic=gc(vB–VBZ),得出在iC–vC坐標(biāo)平面上的動態(tài)特性曲線(負載線或工作路)方程：,=gd(vC–V0),動態(tài)特性曲線斜率,動態(tài)特性曲線在橫軸的截距,29,,,,,,,,vBmax,(4)連接ABD即得動態(tài)特性曲線,,D,,,,30,圖中示出動態(tài)特性曲線的斜率為負值，它的物理意義是：,從負載方面看來，放大器相當(dāng)于一個負電阻，亦即它相當(dāng)于交流電能發(fā)生器，可以輸出電能至負載。,用類似的方法，可得出在iC–vB坐標(biāo)平面的動態(tài)特性曲線。,電壓、電流隨負載變化波形,31,3.功率放大器的負載特性,在其他條件不變(VCC、VBB、vb為一定)，只變化放大器的負載電阻而引起的放大器輸出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負載特性。,電壓、電流隨負載變化波形,,,i,c,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,i,c,,,,,3,,2,,1,,,I,m,,0,,,180,,,,＜,90,,,半導(dǎo)通角,,w,t,,B,,A,,C,,D,,3,,2,,1,,負載增大,,v,B,=,v,B,max,,V,CC,,Q,,,v,C,min,,,V,c,m,,,1.,欠壓狀態(tài),,,2.,臨界狀態(tài),,,3.,過壓狀態(tài),,R,p,,,,,,,,V,c,m,,,,,,,,V,c,m,,32,1)vc、ic隨負載變化的波形如圖所示，放大器的輸入電壓是一定的，其最大值為Vbmax，在負載電阻RP由小至大變化時，負載線的斜率由大變小，如圖中1?2?3。不同的負載，放大器的工作狀態(tài)是不同的,所得的ic波形、輸出交流電壓幅值、功率、效率也是不一樣的。,2)欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài),①欠壓狀態(tài)B點以右的區(qū)域。在欠壓區(qū)至臨界點的范圍內(nèi)，根據(jù)Vc=RpIc1，放大器的交流輸出電壓在欠壓區(qū)內(nèi)必隨負載電阻RP的增大而增大，其輸出功率、效率的變化也將如此。,33,②臨界狀態(tài)負載線和vbmax正好相交于臨界線的拐點。放大器工作在臨界線狀態(tài)時，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。,③過壓狀態(tài)放大器的負載較大，在過壓區(qū)，隨著負載Rp的加大，Ic1要下降，因此放大器的輸出功率和效率也要減小。,電壓、電流隨負載變化波形,34,根據(jù)上述分析，可以畫出諧振功率放大器的負載特性曲線,負載特性曲線,欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。,35,過壓狀態(tài)的優(yōu)點是，當(dāng)負載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。,負載特性曲線,36,臨界狀態(tài)的特點是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機的末級常設(shè)計成這種狀態(tài)，在計算諧振功率放大器時，也常以此狀態(tài)為例。,掌握負載特性，對分析集電極調(diào)幅電路、基極調(diào)幅電路的工作原理，對實際調(diào)整諧振功率放大器的工作狀態(tài)和指標(biāo)是很有幫助的。,負載特性曲線,37,2.欠壓、臨界、過壓工作狀態(tài)的調(diào)整,調(diào)整欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)，大致有以下幾種方法：改變集電極負載Rp；改變供電電壓VCC；改變偏壓VBB；改變激勵Vb。,(1)改變Rp，但Vb、VCC、VBB不變當(dāng)負載電阻Rp由小至大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。在臨界狀態(tài)時輸出功率最大。,(2)改變VCC，但Rp、Vb、VBB不變,當(dāng)集電極供電電壓VCC由小至大變化時，放大器的工作狀態(tài)由過壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入欠壓。,38,VCC變化時對工作狀態(tài)的影響,在欠壓區(qū)內(nèi)，輸出電流的振幅基本上不隨VCC變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區(qū)，輸出電流的振幅將隨VCC的減小而下降，故輸出功率也隨之下降。,39,在過壓區(qū)中輸出電壓隨VCC改變而變化的特性為集電極調(diào)幅的實現(xiàn)提供依據(jù)；因為在集電極調(diào)幅電路中是依靠改變VCC來實現(xiàn)調(diào)幅過程的。改變VCC時，其工作狀態(tài)和電流、功率隨之變化(如上圖所示)。,40,41,(3)Vbm變化，但VCC、VBB、Rp不變或VBB變化，但VCC、Vb、Rp不變這兩種情況所引起放大器工作狀態(tài)的變化是相同的。因為無論是Vbm還是VBB的變化，其結(jié)果都是引起vB的變化。,由vB=-VBB+Vbmcos?tvBmax=-VBB+Vbm,當(dāng)Vbm由小到大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。,當(dāng)VBB由大到小變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。,42,Vbm變化時電流、功率的變化,43,使Vcm按VBB(t)的規(guī)律變化，放大器工作在欠壓狀態(tài)。,,44,六、諧振功率放大器的計算,諧振功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。以臨界狀態(tài)為例：,1)首先要求得集電極電流脈沖的兩個主要參量icmax和?c,導(dǎo)通角?c,集電極電流脈沖幅值Icm,45,2)電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù)?0(?c)、?1(?c)、…、?n(?c)可查表求得，并求得個分量的實際值。,3)諧振功率放大器的功率和效率,直流功率：,P==Ic0?VCC,交流輸出功率：,集電極效率：,46,4)根據(jù),可求得最佳負載電阻：,在臨界工作時，?接近于1，作為工作估算，可設(shè)定?=1。,“最佳”的含義在于采用這一負載值時，調(diào)諧功率放大器的效率較高，輸出功率較大。,可以證明，放大器所要求的最佳負載是隨導(dǎo)通角?c改變而變化的。?c小，Rp大。要提高放大器的效率，就要求放大器具有大的最佳負載電阻值。,在實際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過匹配網(wǎng)絡(luò)和終端負載(如天線等)相匹配。,47,解：,48,,80％,49,6.5高頻功率放大器的電路組成,一、直流饋電電路,二、輸出回路和級間耦合回路,集電極饋電電路,基極饋電電路,級間耦合網(wǎng)絡(luò),輸出匹配網(wǎng)絡(luò),50,1.集電極饋電電路,集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。,一、直流饋電電路,,1、除晶體管的內(nèi)阻外，沒有其它電阻消耗直流能量；,2、只有高頻基波分量通過負載回路；,3、管外電路對高頻諧波分量短路。,51,(1)串饋電路指直流電源VCC、負載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者首尾相接的一種直流饋電電路。C1、LC為低通濾波電路，A點為高頻地電位，既阻止電源VCC中的高頻成分影響放大器的工作，又避免高頻信號在LC負載回路以外不必要的損耗。,(2)并饋電路指直流電源VCC、負載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者為并聯(lián)連接的一種饋電電路。如圖LC為高頻扼流圈，C1為高頻旁路電容，C2為隔直流通高頻電容，LC、C1、C2的選取原則與串饋電路基本相同。,52,2.基極饋電電路,基極饋電電路也分串饋和并饋兩種。,基極偏置電壓VBB可以單獨由穩(wěn)壓電源供給，也可以由集電極電源VCC分壓供給。在功放級輸出功率大于1W時，基極偏置常采用自給偏置電路。,53,54,(1)使負載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截撦d的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。,(2)抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波作用。,(3)在有幾個電子器件同時輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到公共負載，同時又盡可能地使這幾個電子器件彼此隔離，互不影響。,輸入匹配網(wǎng)絡(luò)或級間耦合網(wǎng)絡(luò):是用以與下級放大器的輸入端相連接,輸出匹配網(wǎng)絡(luò):是用以輸出功率至天線或其他負載,二、輸出回路和級間耦合回路,55,1.級間耦合網(wǎng)絡(luò),多級功放中間級的一個很大問題是后級放大器的輸入阻抗是變化的，是隨激勵電壓的大小及管子本身的工作狀態(tài)變化而變化的。(整個工作過程晶體管經(jīng)歷幾個狀態(tài)的變化，這些狀態(tài)對應(yīng)的阻抗是不同的，即便在同一個狀態(tài)，阻抗也有變化),這個變化反映到前級回路，會使前級放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。此時，若前級原來工作在欠壓狀態(tài)，則由于負載的變化，其輸出電壓將不穩(wěn)定。,對于中間級而言，最主要的是應(yīng)該保證它的電壓輸出穩(wěn)定，以供給下級功放穩(wěn)定的激勵電壓，而效率則降為次要問題。,二、輸出回路和級間耦合回路,,兩個過程,56,對于中間級應(yīng)采取如下措施：,1)使中間級放大器工作于過壓狀態(tài)，使它近似為一個恒壓源。,2)降低級間耦合回路的效率。回路效率降低后，其本身的損耗加大。這樣下級輸入阻抗的變化相對于回路本身的損耗而言就不顯得重要了。中間級耦合回路的效率一般為?k=0.1-0.5，平均在0.3上下。,57,2.輸出匹配網(wǎng)絡(luò),輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級功放與天線或其他負載間的網(wǎng)絡(luò)，這種匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、?型、T型網(wǎng)絡(luò)及由它們組成的多級網(wǎng)絡(luò)，也有用雙調(diào)諧耦合回路的。,輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的主要功能與要求是匹配、濾波和高效率。,高頻調(diào)諧功率放大器的阻抗匹配就是在給定的電路條件下，改變負載回路的可調(diào)元件，將負載阻抗ZL轉(zhuǎn)換成放大管所要求的最佳負載阻抗Rp，使管子送出的功率P0能盡可能多的饋至負載。這就叫做達到了匹配狀態(tài)，或簡稱匹配。,58,最常見的輸出回路是復(fù)合輸出回路，如圖所示。,圖中，介于電子器件與天線回路之間的L1C1回路就叫做中介回路；RACA分別代表天線的輻射電阻與等效電容；Ln、cn為天線回路的調(diào)諧元件，它們的作用是使天線回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，以獲得最大的天線回路電流iA，亦即使天線輻射功率達到最大。,復(fù)合輸出回路(為了簡化電路，省略了直流電源及輔助元件L?、C?、C?等),這種電路是將天線(負載)回路通過互感或其他形式與集電極調(diào)諧回路相耦合。,59,可以看到：輸出網(wǎng)絡(luò)，從晶體管集電極向右方看去，等效為一個并聯(lián)諧振回路，如圖所示。,等效電路,由耦合電路的理論可知，當(dāng)天線回路調(diào)諧到串聯(lián)諧振狀態(tài)時，它反映到L1C1中介回路的等效電阻為,因而等效回路的諧振阻抗為,(2-5-10),60,改變M(晶體管電路由于元件小，實現(xiàn)可變M是較困難的，這時里為了便于說明問題，因而仍采用了改變M的講法)，就可以在不影響回路調(diào)諧的情況下(電感、電容未變)，調(diào)整中介回路的等效阻抗，以達到阻抗匹配的目的。,耦合越緊，即互感M越大，則反映等效電阻越大，回路的等效阻抗也就下降越多。,61,為了使器件的輸出功率絕大部分能送到負載RA上就希望反射電阻r?>>回路損耗電阻r1,衡量回路傳輸能力優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，通常以輸出至負載的有效功率與輸入到回路的總交流功率之比來代表。這比值叫做中介回路的傳輸效率?k，簡稱中介回路效率。,62,從回路傳輸效率高的觀點來看，應(yīng)使QL盡可能地小。但從要求回路濾波作用良好來考慮，則QL值又應(yīng)該足夠大。從兼顧這兩方面出發(fā)，QL值一般不應(yīng)小于10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。,故有:,63,1.L型匹配網(wǎng)絡(luò),L型匹配網(wǎng)絡(luò)具有電路簡單、容易實現(xiàn)的優(yōu)點，不足之處是電路的品質(zhì)因數(shù)Q值很低(通常Q＜10)，因此電路的濾波特性很差，所以在實際的發(fā)射機中，常常選用T型或?型網(wǎng)絡(luò)作匹配之用。,,,,,,,64,,2.?形匹配網(wǎng)絡(luò),3.T形匹配網(wǎng)絡(luò),65,在大功率輸出級，T型、Π型等濾波型的匹配網(wǎng)絡(luò)就得到了廣泛的應(yīng)用。,圖中的R2一般代表終端(負載)電阻，R1則代表由R2折合到左端的等效電阻，現(xiàn)以(a)為例進行計算公式的推導(dǎo),將并聯(lián)回路R1C1與R2C2變換為串聯(lián)形式，由串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式可得,網(wǎng)絡(luò)匹配時，R1=R2,由諧振條件得:,66,[例]有一個輸出功率為2W的高頻功率放大器、負載電阻RL=50Ω，EC=24V，f=50MHz，Q1=10，試求Π型匹配網(wǎng)絡(luò)的元件值。,解:,R1應(yīng)該是功率放大器所要求的匹配電阻Rp,即,網(wǎng)絡(luò)匹配時，R1=R2,改寫為：,解之得：,67,由諧振條件得:,注意，考慮到晶體管的輸出電容Co后，C1應(yīng)減去Co之值，才是所需外加的調(diào)諧電容值。一般，當(dāng)L1確定之后，用C2主要調(diào)匹配，用C1主要調(diào)諧振。,實際還有其它各種形式的匹配網(wǎng)絡(luò)。分析方法都很類似，即從匹配與諧振兩個條件出發(fā)，再加上一個假設(shè)條件(通常都是假定Q1值)，即可求出電路元件的數(shù)值。,68,6.6丁類（D類）高頻功率放大器,一、概述甲、乙、丙類放大器的比較,69,甲到乙到丙類是通過不斷減小導(dǎo)通角θc，通過減少ic的流通時間(Pc↓)，使η↑?！擀萩太小時,η雖高,但Icm↓,Po反而下降。為提高Icm，必須加大激勵電壓(太大會擊穿管子)?！喽?D)類，戊(E)類采用固定θc=90o(Icm固定)，而盡量減小Pc的方法，提高η,即：管子工作于開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時進入飽和區(qū)：vc=Vces,ic=ices截止時進入截止區(qū)：vc=Vcc,ic=0使Pc=VcIc大大減小,使η↑,理想時η接近100%。,70,電流開關(guān)型,集電極和發(fā)射極間電壓,集電極和發(fā)射極間電壓,A點電壓,71,,,,,,集電極回路交流電壓峰值,A點平均電壓等于VCC,方均根值（有效值）,72,,,,,當(dāng)工作頻率高時，導(dǎo)通到截止的轉(zhuǎn)換時間不容忽視，工作頻率受到限制。高頻時，電壓開關(guān)型電路要好些。,73,電壓開關(guān)型丁類放大器,二、電壓開關(guān)型電路,VT1和VT2輪流導(dǎo)通、截止。L、C、R串聯(lián)諧振，諧振于基波頻率(選頻)。,74,VT1導(dǎo)通：A點電位=Vcc-VcesVT2導(dǎo)通：A點電位=VcesvA（方波）經(jīng)付氏級數(shù)分解，選出基波V1,基波電壓峰值：Vo=V1=(2/π)(Vcc-2Vces)基波電流峰值：I1=Vo/R=(2/πR)(Vcc-2Vces)平均分量：(直流)Ico=I1/π=(2/π2R)(Vcc-2Vces),75,則輸出功率：Po=(V1I1)/2=(2/π2R)(Vcc-2Vces)2直流供電功率：Pdc=VccIco=(2Vcc/π2R)(Vcc-2Vces)集電極效率：ηc=Po/Pdc=1-(2Vces/Vcc)當(dāng)Vces很小時，ηc接近100%,注意：選用開關(guān)時間短的器件，以提高ηc。,76,另外：(1)電流開關(guān)型電路：ηc更高ηc=Po/Pdc=1-(Vces/Vcc)(2)戊(E)類：單管開關(guān)工作，開關(guān)時間下降，只有器件的電流變?yōu)榱銜r管子才能導(dǎo)通或截止，減少了開關(guān)轉(zhuǎn)換期間的器件功耗。,第六節(jié)結(jié)束,77,本章小結(jié)：,一、諧振功率放大器的特點二、諧振功率放大器的工作原理1.諧振功率放大器的工作原理2.諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率,78,三、諧振功率放大器的折線近似分析法1.折線化的適用范圍和分析步驟2.集電極余弦電流脈沖的分解三種工作狀態(tài)：欠壓、臨界、過壓狀態(tài)RP、Vcc、Vbm、VBB變化諧振放大器工作狀態(tài)的切換,臨界線方程iC=gcrvC,iC=gc(vB–VBZ)(vB＞VBZ),,79,四、晶體管功率放大器的高頻效應(yīng)基區(qū)渡越時間、rbb’、Vces、引線電感影響五、高頻功率放大器的電路組成六、丁類（D類）高頻功率放大器,