高頻功率放大器原理詳解.ppt

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,4.1概述,4.2諧振功率放大器的工作原理,4.3晶體管諧振功率放大器的折線近似分析法,4.4晶體管功率放大器的高頻特性,4.5高頻功率放大器的電路組成,,Chapter4諧振功率放大器,4.6晶體管倍頻器,2、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高功率輸出聯(lián)想對比：諧振功率放大器與高頻小信號諧振放大器；諧振功率放大器與低頻功率放大器；,4.1概述,1、使用諧振功率放大器的目的放大高頻大信號使發(fā)射機(jī)末級獲得足夠大的發(fā)射功率。,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(fù)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。,諧振功率放大器波形圖,小信號諧振放大器波形圖,小信號諧振放大器波形圖,,2?c是在一周期內(nèi)的集電極電流流通角，因此，?c可稱為半流通角或截止角(意即?t=?c時，電流被截止)。為方便起見，以后將?c簡稱為通角,2?c,諧振功率放大器波形圖,,2?c,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。功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率,4、高頻功率放大器與低頻功率放大器的異同之處,不同之處：工作頻率與相對頻寬不同；放大器的負(fù)載不同；放大器的工作狀態(tài)不同。,5、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(jìn)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,,諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號,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(fù)載必須是諧振回路。非諧振功率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(fù)載為無調(diào)諧負(fù)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(fù)載。諧振功率放大器的分析方法：圖解法，解析法,1、原理電路,諧振功率放大器的基本電路,(1)晶體管的作用是在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。,(2)諧振回路LC是晶體管的負(fù)載,(3)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：,4.2諧振功率放大器的工作原理,根據(jù)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線可得：,諧振功率放大器轉(zhuǎn)移特性曲線,故得：,必須強(qiáng)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。,,11,諧振功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系,（a）,2、電流與電壓波形：,,,(,b),,,,,,,,,1.iC與vBE同相，與vCE反相；,2.iC脈沖最大時，vCE最??；,3.導(dǎo)通角和vCEmin越小，Pc越??；,,,,高頻功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系,LC回路能量轉(zhuǎn)換過程,回路的這種濾波作用也可從能量的觀點來解釋。,回路是由L、C二個儲能元件組成。,當(dāng)晶體管由截止轉(zhuǎn)入導(dǎo)電時，由于回路中電感L的電流不能突變，因此，輸出脈沖電流的大部分流過電容C，即使C充電。充電電壓的方向是下正上負(fù)。這時直流電源VCC給出的能量儲存在電容C之中。過了一段時間，當(dāng)電容兩端的電壓增大到一定程度(接近電源電壓)，晶體管截止，電容通過電感放電，下一周期到來重復(fù)以上過程。,由于這種周期性的能量補充，所以振蕩回路能維持振蕩。當(dāng)補充的能量與消耗的能量相等時，電路中就建立起動態(tài)平衡，因而維持了等幅的正弦波振蕩。,3、LC回路的能量轉(zhuǎn)換過程,4、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?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。為了表示晶體管放大器的轉(zhuǎn)換能力引入集電極效率ηc,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：,由上式可以得出以下兩點結(jié)論：,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。,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；,如何減小集電極耗散功率Pc,可見使ic在vCE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)：,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：,集電極電壓利用系數(shù):,為通角?c的函數(shù)；?c越小g1(?c)越大,波形系數(shù):,?越大(即Vcm越大或vcEmin越小)?c越小,效率?c越高。因此，丙類諧振功率放大器提高效率?c的途徑為：1、減小?c角；2、使LC回路諧振在信號的基頻上，即ic的最大值應(yīng)對應(yīng)vcE的最小值。,放大高頻大信號,屬于非線性工作狀態(tài)；基極偏置為負(fù)值,半通角?c＜90?，即丙類工作狀態(tài)；電流脈沖是尖頂余弦脈沖；負(fù)載為LC諧振回路。,故諧振功率放大器的工作特點：,4.3.1折線法,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(jìn)行分析和計算的方法。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(jìn)行分析和計算。折線法就是常用的一種分析法。對諧振功率放大器進(jìn)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。,4.3諧振功率放大器的折線近似分析法,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~vBE及輸出特性曲線ic~vCE，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(fù)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)。,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)。,由上圖可見，根據(jù)理想化原理，在放大區(qū),集電極電流只受基極電壓的控制,與集電極電壓無關(guān);在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。,4.3.2晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線,則臨界線方程可寫為ic=gcrvCE(2)gcr為臨界線的斜率,則轉(zhuǎn)移特性方程可寫為ic=gc(vBE–VBZ)(vBE＞VBZ)(1),gc-轉(zhuǎn)移特性方程的斜率,式(1)和(2)是折線近似法的基礎(chǔ)，應(yīng)很好地掌握。,在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種：,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。,2)過壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)，交流輸出電壓較高且變化不大。,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。,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)。,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,ic=gc(vBE–VBZ)(1),vBE=–VBB+Vbmcos?t(2),vCE=VCC–Vcmcos?t(3),將式(2)代入式(1)，得ic=gc(–VBB+Vbmcos?t–VBZ)(4)當(dāng)?t=?c時，ic=0，代入上式得0=gc(–VBB+Vbmcos?c–VBZ)(5)即,4.3.3集電極余弦電流脈沖的分解,(6),因此，知道了Vbm、VBB與VBZ各值，?c的值便完全確定。將式(4)與式(5)相減，即得ic=gcVbm(cos?t–cos?c)(7)當(dāng)?t=0時，ic=icmax，因此icmax=gcVbm(1–cos?c)(8),將式(7)與式(8)相除，即得,或,式(9)即為尖頂余弦脈沖的解析式，它完全取決于脈沖高度icmax與通角?c。,(9),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),,,尖頂脈沖的分解系數(shù),當(dāng)?c≈120?時，Icm1/icmax達(dá)到最大值。在Icmax與負(fù)載阻抗Rp為某定值的情況下，輸出功率將達(dá)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級工作狀態(tài)效率太低。,右圖可見：,尖頂脈沖的分解系數(shù),：,－波形系數(shù),由曲線可知：極端情況?c=0時，,此時?=1，?c可達(dá)100%,因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取70?左右。,由于,1.諧振功率放大器的動態(tài)特性,晶體管的靜態(tài)特性是在集電極電路內(nèi)沒有負(fù)載阻抗的條件下獲得的。如，維持基極電壓vBE不變，改變集電極電壓vCE，就可求出ic–vCE靜態(tài)特性曲線族。如果集電極電路有負(fù)載阻抗，則當(dāng)改變vBE使ic變化時，由于負(fù)載上有電壓降，就必然同時引起vCE的變化。,4.3.4諧振功率放大器的動態(tài)特性與負(fù)載特性,高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗Rp、激勵電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個參量決定的。如果VCC、VBB、vb3個參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)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(fù)載特性。,所謂動態(tài)特性是和靜態(tài)特性相對應(yīng)而言的，在考慮了負(fù)載的反作用后，所獲得的vCE、vBE與ic的關(guān)系曲線就叫做動態(tài)特性。,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,vBE=–VBB+Vbmcos?t,vCE=VCC–Vcmcos?t,消去cos?t可得，,vBE=–VBB+Vbm,另一方面，晶體管的折線化方程為,ic=gc(vBE–VBZ),得出在ic–vCE坐標(biāo)平面上的動態(tài)特性曲線(負(fù)載線或工作路)方程：,=gd(vCE–V0),圖中示出動態(tài)特性曲線的斜率為負(fù)值，它的物理意義是：,從負(fù)載方面看來，放大器相當(dāng)于一個負(fù)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(fù)載。,用類似的方法，可得出在ic–vBE坐標(biāo)平面的動態(tài)特性曲線。,根據(jù)上式可作出功放的動態(tài)特性曲線如圖所示：,ic=gd(vCE–V0),動態(tài)線作法：AB為動態(tài)特性曲線，也稱為工作路。⑴取B點，作斜率為gd的直線；⑵取Q、A兩點，連成直線。,特殊點說明⑴A點：＝0，vBE達(dá)到最大，vCE達(dá)到最小，iC達(dá)到最大；,⑵Q點：＝90?，vCE＝VCC，虛擬電流IQ＝gc（－VBB－VBZ）,ic–vCE坐標(biāo)平面上的動態(tài)特性曲線的作法與相應(yīng)的ic波形,,vCE=VCC–Vcmcos?t,vBE=–VBB+Vbmcos?t,vBE=–VBB,ic=gd(vCE–V0),2.功率放大器的負(fù)載特性,在VCC、VBB、vb為一定，只變化放大器的負(fù)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(fù)載特性。,電壓、電流隨負(fù)載變化波形,,1)在負(fù)載電阻RP由小至大變化時，負(fù)載線的斜率由小變大，如圖中1?2?3。不同的負(fù)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(fù)載電阻RP的增大而增大，其輸出功率、效率的變化也將如此。,②臨界狀態(tài):負(fù)載線和vbmax正好相交于臨界線的拐點。放大器工作在臨界狀態(tài)時，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。,根據(jù)Rp與VBEmax相交在不同區(qū)域，可分為三種工作狀態(tài):,③過壓狀態(tài),電壓、電流隨負(fù)載變化波形,,過壓狀態(tài)放大器的負(fù)載較大，如動態(tài)線3就是這種情況。動態(tài)線穿過臨界點C后，電流沿臨界線下降，因此集電極電流ic呈下凹頂狀，過壓愈重，則ic波頂下凹愈厲害，嚴(yán)重時，ic波形可分裂為兩部分。根據(jù)傅里葉級數(shù)對ic波形分解可知，波形下凹的ic，其基波分量Ic1會下降，下凹愈深，則Ic0、Ic1的下降也就愈激烈因此放大器的輸出功率和效率也要減小。,根據(jù)上述分析，可以畫出諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線,負(fù)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(fù)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)。,過壓狀態(tài)的優(yōu)點是，當(dāng)負(fù)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(dá)最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機(jī)的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。,負(fù)載特性曲線,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(jī)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。,負(fù)載特性曲線,掌握負(fù)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。,1.導(dǎo)通角?c的調(diào)整,由,若保持Vb不變增大偏置VBB；或保持VBB不變增大激勵電壓振幅Vb；或同時增大VBB和Vb，這三種情況均可使導(dǎo)通角?c增大，若相反，則可使?c減小。但是采取上述三種方法中的任一個方法，當(dāng)?c增大時，ic脈沖電流的振幅Im會加大，輸出功率Po當(dāng)然也會加大，而當(dāng)?c減小時，Im和Po均將減小。有時希望增大?c，但要保持Im不變，則應(yīng)在增加VBB的同時，適當(dāng)減小激勵Vb。,4.3.5放大器工作狀態(tài)及導(dǎo)通角的調(diào)整,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(fù)載Rp；改變供電電壓VCC；改變偏壓VBB；改變激勵Vb。,,,,改變VBE,(1)改變Rp，但Vb、VCC、VBB不變當(dāng)負(fù)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。,負(fù)載特性曲線,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。,,(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。,改變VCC對工作狀態(tài)的影響,(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vBE的變化。,由vBE=-VBB+Vbmcos?tvBEmax=-VBB+Vbm,當(dāng)VBB或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。,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、功率的變化如上圖所示。,1.改變VCC對工作狀態(tài)的影響,各極電壓對工作狀態(tài)的影響,VCC由小?大時，對應(yīng)工作狀態(tài)由過壓?臨界?欠壓。,Vbm變化時電流、功率的變化,2.改變vbm對工作狀態(tài)的影響,當(dāng)vbm由小到大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓?臨界?過壓。,例4-1諧振功率放大器輸出功率Po已測出，在電路參數(shù)不變時，為提高Po采用提高Vbm的辦法。但效果不明顯，試分析原因，并指出為了達(dá)到Po明顯提高的目的，可采用什么措施?,負(fù)載特性曲線,采用提高Vbm提高Po效果不明顯說明放大器工作在過壓工作狀態(tài)，為了達(dá)到Po明顯提高的目的可以減小Rp或增加Vcc。,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,4.3.6諧振功率放大器的計算,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：,4)根據(jù),可求得最佳負(fù)載電阻：,在臨界工作時，?接近于1，作為工作估算，可設(shè)定?=1?！白罴选钡暮x在于采用這一負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)載(如天線等)相匹配。,,2)根據(jù),求得Vb,3)根據(jù)icmax=gcVb(1–cos?c)求得icmax、Ic1、Ic0,?c=70?，cos70?=0.342，,Ic1=icmax??1(70?)=2?0.436=0.872AIc0=icmax??0(70?)=2?0.253=0.506A,1)根據(jù)圖可求得轉(zhuǎn)移特性的斜率gc,例4-1某諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。已知該放大器采用晶體管的參數(shù)為：fT≥150MHz，功率增益Ap≥13dB，管子允許通過的最大電流IcM=3A，最大集電極功耗為Pcmax=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的負(fù)偏置?VBB?=1.4V，?c=70?，VCC=24V，?=0.9，試計算放大器的各參數(shù)。,4)求交流電壓振幅：Vcm=VCC?=24?0.9=21.6V對應(yīng)功率、效率。P==VCC?IC0=24?0.506=12WPo=,Pc=P=-Po=2.6W>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(fù)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。,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:,,M變化對工作狀態(tài)的影響,負(fù)載特性曲線,反射電阻,初級回路Q值,次級回路Q值,臨界耦合系數(shù),因此中介回路效率可用耦合系數(shù)表示:,在考慮天線回路后，中介回路的諧振電阻為,其對工作狀態(tài)的影響如圖所示，其中PA為天線功率。,PA在微欠壓時獲得最大輸出功率,復(fù)合輸出回路,PA--天線功率,Po—集電極輸出功率功率,P=--電源供給功率,?k--中介回路效率,?c--集電極效率,總效率,例題：,1.160MHz，13W諧振功率放大電路放大器的功率增益達(dá)9dB，可向50?負(fù)載供出13W功率，電路如圖所示。,基極采用自給偏置電路，Ib0在Lb的直流電阻上產(chǎn)生很小的負(fù)向偏置電壓，C1、C2、L1構(gòu)成T型匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)C1和C2，使本級的輸入阻抗等于前級放大器所要求的50?匹配電阻，以傳輸最大的功率。集電極采用并饋電路。LC，為高頻扼流圈CC為高頻旁路電容。對于交流信號，放大器的輸出端采用L型匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)C3、C4可使50?的負(fù)載阻抗變換為功率放大管所要求的最佳匹配阻抗Rp。,4.5諧振功率放大器實例,放大器的功率增益為7dB，可給50?負(fù)載輸出25W功率，電路如圖所示。,本電路基極部分與上圖相同，集電極的饋電是串饋形式，L2不是高頻扼流圈，而是網(wǎng)絡(luò)元件，L2、L3、C3、C4構(gòu)成?型匹配網(wǎng)絡(luò)。,2.50MHz，25W調(diào)諧功率放大電路,在發(fā)射系統(tǒng)中常采用晶體管丙類倍頻器來獲得所需要的發(fā)射信號頻率。采用倍頻器的原因：(1)降低主振器的頻率，對頻率穩(wěn)定指標(biāo)是有利的。(2)為了提高發(fā)射信號頻率的穩(wěn)定程度，主振器常采用石英晶體振蕩器，但限于工藝，石英諧振器的頻率目前只能達(dá)到幾十MHz，為了獲得頻率更高的信號，主振后需要倍頻。(3)加大調(diào)頻發(fā)射機(jī)信號的頻移或相移，即加深調(diào)制度。(4)倍頻器的輸入信號與輸出信號的頻率是不相同的，因而可削弱前后級寄生耦合，對發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定工作是有利的。(5)展寬通頻帶倍頻器常有三種形式：1、乘法器實現(xiàn)倍頻；2、丙類放大器倍頻，3、參量倍頻器，是利用晶體管的結(jié)電容隨電壓變化的非線性來實現(xiàn)倍頻。,4.6晶體管倍頻器,丙類倍頻器,4.6.1原理框圖,某系統(tǒng)發(fā)射信號頻率為49MHz，該頻率由16.333MHz三倍頻而來。16.333MHz振蕩器輸出接激勵級，若將輸出負(fù)載回路調(diào)諧在三次諧波頻率上即可得到49MHz的發(fā)射頻率。其如圖所示。,4.6.2晶體管丙類倍頻電路與工作原理,丙類倍頻器的基本電路如圖所示。Rb_自偏電阻，也可用高頻扼流圈代之，C2是高頻旁路電容,L、C是調(diào)諧回路，調(diào)諧在輸入信號的某次諧波頻率上。,丙類倍頻器工作在丙類，因為丙類放大器的集電極電流ic是一脈沖波形，電流含有輸入信號的基頻和高次諧頻。輸出回路調(diào)諧于某次諧波即可實現(xiàn)某次諧波的放大。導(dǎo)通角的大小又該如何選取呢？這要根據(jù)倍頻器的倍頻次數(shù)來決定，由余弦脈沖分解系數(shù)可見，二次諧波系數(shù)的最大值對應(yīng)在導(dǎo)通角?c=60附近，三次諧波系數(shù)的最大值所對應(yīng)的導(dǎo)通角約為40?，諧波次數(shù)更高時，導(dǎo)通角更小。倍頻器應(yīng)該工作在欠壓、臨界還是過壓狀態(tài)呢？一般工作在欠壓和臨界狀態(tài)。,丙類倍頻器工作的工作狀態(tài):,4.6.3負(fù)載回路的濾波作用,丙類放大管集電極電流ic的基波分量的振幅最大，二階諧波次之，諧波次數(shù)愈高，其幅值也愈小。作為基波放大時，負(fù)載回路要濾除高次諧波分量還是比較容易的。但是，作為倍頻器，要濾除的是幅值較大的低次諧波分量，這會有不少困難。,,負(fù)載回路中的吸收電路,(1)提高回路的品質(zhì)因數(shù)Qo，設(shè)倍頻次數(shù)為n，則輸出調(diào)諧回路的Q約需Qo＞10n??，若n=3，則Qo＞95。(2)在輸出回路旁并接吸收回路吸收回路可調(diào)諧在信號基頻上或其他特別要濾除的頻率上，如圖所示。(3)采用選擇性好的帶通濾波器作負(fù)載回路。(4)用推挽倍頻電路。,怎樣提高輸出回路的濾波作用呢？,一、掌握諧振功率放大器的作用、特點及其與高頻小信號放大器和低頻功率放大的相同點和不同點。1.諧振功率放大器主要用來放大高頻大信號，其目的是為了獲得高功率和高效率輸出的有用信號。2.諧振功率放大器的特點是晶體管基極為負(fù)偏壓，即工作在丙類工作狀態(tài)，其集電極電流為余弦脈沖狀，由于負(fù)載為LC回路，則輸出電壓為完整正弦波。,本章小結(jié),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：放大的信號均為高頻信號，放大器的負(fù)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。,共同之處:都要求輸出功率大和效率高。不同之處：工作頻率與相對頻寬不同；放大器的負(fù)載不同；放大器的工作狀態(tài)不同,分析方法不同,高頻功率放大器與低頻功率放大器的異同之處,丙類諧振功率放大器工作在非線性區(qū)，采用折線近似法進(jìn)行分析，根據(jù)晶體管是否工作在飽和狀態(tài)而分為欠壓、臨界和過壓三種工作狀態(tài)。,二、掌握諧振功率放大器的分析方法,,當(dāng)負(fù)載電阻Rp變化時，其工作狀態(tài)發(fā)生變化，由此引起放大器輸出電壓、功率、效率的變化特性稱為負(fù)載特性。,三、掌握諧振功率放大器的負(fù)載特性、各極電壓對工作狀態(tài)的影響,負(fù)載特性曲線,各極電壓的變化也會引起工作狀態(tài)的變化。其中臨界工作時輸出功率最大，效率也較高，欠壓、過壓工作狀態(tài)主要用于調(diào)幅電路。過壓工作狀態(tài)也用于中間級放大。,四、掌握諧振功率放大器功率和效率的計算,ic=gc(vBE–VBZ)(1),vBE=–VBB+Vbmcos?t(2),vCE=VCC–Vcmcos?t(3),icmax=gcVbm(1–cos?c),(4),(5),五、提高效率的措施為了提高效率，常采用減小管子導(dǎo)通角和保證負(fù)載回路諧振六、掌握饋電電路和復(fù)合輸出網(wǎng)絡(luò)一個完整的功率放大器由功放管、饋電電路和阻抗匹配電路等組成。阻抗匹配電路是保證功放管集電極調(diào)諧、負(fù)載阻抗和輸入阻抗符合要求的電路。在給定功放管后，放大器的設(shè)計主要就是饋電電路和阻抗匹配電路的設(shè)計。七、功放管在高頻工作時很多效應(yīng)都會表現(xiàn)出來，因此，理論分析與實際參數(shù)有一定誤差，分布電阻、電感和電容等效應(yīng)不可忽略，功放管的實際工作狀態(tài)要由實驗來調(diào)整。,