《高频电子线路之高放.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电子线路之高放.ppt（36页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、3.1 引言 3.2 丙类谐振功率放大器的基本原理 3.3 丙类功放的性能分析 3.4 晶体管功放的高频特性 3.5 谐振功率放大器电路 3.6 倍频器 3.7 功率合成技术,第3章 高频谐振功率放大器,3.1 引言,1.功放：在输入信号的控制下，把直流能量变换为交流能 量的转换器。 2.类型,3.主要指标：输出功率Po、效率、BW0.7 4.研究的主要问题：在安全高效率的条件下，尽量输出大功率。,谐振放大器按其工作信号大小可分为 小信号谐振放大器：输入信号通常为数十微伏至毫 伏，器件工作于甲类 大信号谐振放大器：器件工作于丙类,3.2 丙类谐振功率放大器的基本原理,高频功率放大器的主要作用是
2、放大高频信号，并且以高效输出大功率为目的，它主要应用于各种无线电发射机中。在通信系统中，高频功率放大电路作为发射机的重要组成部分，用于对高频已调波信号进行功率放大，然后经天线将其辐射到空间，所以要求输出功率很大。输出功率大，从节省能量的角度考虑, 效率更加显得重要。 因此, 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态，即晶体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态。 同时，为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量，采用LC谐振回路作为选频网络，故称为丙类谐振功率放大电路。,一、基本电路 下图是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路，除电源和偏置电路外，它是由晶体管、 谐振回路和输入回路三
3、部分组成的。,天线,(c1和c2称作为高频旁路电容:对高频起旁路作用),c1,c2,二、特点 1.负载是谐振回路，电抗性负载，所以为窄带放大器。 2.为了提高效率 ，通常采用VBBVBEon。 三、回路的作用 1.滤波,回路变换,注：在整个变换过程中Q值是表示的哪一条支路，串并联支路不同。,回路阻抗,回路对n次谐波呈现的阻抗（n）,代入,由此可见，Z下降到原来幅值的1/15。,2.阻抗变换作用 外接负载常含电抗分量，我们通过外加一个异性电抗元件使其变成一个谐振电阻Re。 可以保持回路谐振时Re等于放大管所 需的集电极负载值，实现阻抗匹配。,四、电流电压的关系波形图 由转移特性，当VCC、VBB
4、和Re一定时，放大器在Vb的作用下，集电极出现一连串的电流脉冲，周期性脉冲可以分解成直流、 基波(信号频率分量)和各次谐波分量。,书82页图,0()、 1()、 n()分别称为余弦脉冲的直流、 基波、 n次谐波的分解系数。见书88页式224 当回路谐振时，回路上产生的 电压为：,且VCE与VBE反相,其中,五、提高效率的途径 1.输出功率： 2.输入功率： 3.集电极耗散功率： 4.效率： 所以降低Pc才会有 的提高，可以减小电流流过时间，即 的减小。 5.通角 ：集电极电流流通时间的一半 甲类：180o、乙类：90o、丙类：90o，一般取70o。,3.3 丙类功放的性能分析（工作状态）,一、
5、分析目的：求能量关系 所以关键在求ic和ib的表达式。 二、解ic和ib的基本方法 分析方法求非线性微分方程 数值分析：用计算机做 工程解法 图解法 解析近似分析法（准静态分析法） 准静态分析法 目的：将非线性转换为线性来分析 假设1：输入、输出均有回路，Qe较高，回路两端均只有 基波电压。,则,VCE、VBE与ic、ib非线性关系 VCE、VBE与Ic1m、Ib1m线性关系,假设2 ：当工作频率f0.5fB，此时可以略去Cbc，Cbe的影 响，放大管的特性可用静态特性表示。 以此为基础 准静态分析法：图解法，折线法 图解法 1.依据：以上、式。 静态特性：在C极电路没有负载情况下，以某一电压
6、为参 变量，ic（ib）随另一极电压变化的曲线。 动态特性：在C极电路有负载情况下，C极电压VCE和b极 电压VBE同时改变时，C极电流ic变化曲线。,3.求ic、ib（wt）具体方法 静态特性 动态特性 选取4个基本变量VCC，VBB，Vbm和Vcm。 作图 ：用VCE，VBE的7组值，一点一点描绘出来。 a.由 给定wt0o，15o，30o，45o，60o，75o，90o得到7组值。 b.利用输入特性曲线ib VBE，将输出特性曲线中的ib用 VBE代替，得到静态特性曲线。 c.根据VBE，VCE取值，连接相应各点，得动态曲线AB。 A点： B点：,折线近似法 画图：截距法、虚拟电流法 谐
7、振时,由所做的动态特性曲线图 ic(wt) Ic0和Ic1,三、参数变化对功放工作状态的影响 工作状态： 四个基本量：VCC，VBB，Vbm，Vcm。当前三个量一定时 Re变化 Vcm变化 Ic0，Ic1变化 变化 1.当ReRe2时 Q点： ，位置始终不变 A2点： 工作状态：按动态线端落在静特性线上的位置，确定 功放的工作状态。 A2点落在VBEmax静态线的转折点上，称临界工作状态 ,动态线变化时，通角并没发生改变, 所以动态线发生变化时，幅值没有发生变化。 2.当ReRe1Re2时 对应Vcm3Vcm2， VCEmin3VCEmin2。 VBEmax不变，A3点落在饱和线上。延长VBE
8、max线，由 VBEmax与VCEmin3得A3点，从A3点做垂线与饱和线交于 A3点。 A3点落在饱和区，称为过压状态。,负载特性曲线 1.在欠压区Re1Re2 当Re增大，Ic(wt) 变化不大，所以Ic0和Ic1随Re增大会略有下降。,在欠压区，电流变化很小，近似认为是恒流源特性。,2.在过压区Re2Re3 Re增大，Ic(wt) 的凹陷程度加深，Ic0和Ic1下降，但通角变化不大。,小结：,例：放大器处于临界状态，（1）当Re增加一半时Po如何变化？（2）当Re减少一半时Po如何变化？ 解：（1）当Re增加一半时，放大器由临界状态变化到过压状态，由于过压状态为近似恒压区，Vcm不变。P
9、o减少一半。 （2）当Re减少一半时，放大器将由临界状态变化到欠压状态，由于欠压状态为恒流区，Ic1不变。Po减少一半。,三种状态的应用： A.欠压状态：P0、C均较小，应用较小主要作恒流源、基 极调幅，调整基极输入电压 。 B.临界状态：P0、C均较大，用于发射极末级。 C.过压状态：C最高，P0较小，Vcm（输出电压平稳） 作恒压源用，一般可用于发射器的中间级。,调制特性 调制：用一个信号来控制另一个信号的方法。 四个基本量： VCC，VBB，Vbm，Vcm 1.集电极调制（在IcVCE平面下分析） 定义： VBB，Vbm和Re一定时，IC与VCC之间的变化关系。 分析： Re不变，所以负
10、载线的斜率不变 VCC增加，负载线向右平移，过压变为临界或欠压 VCC减小，负载线向左平移，欠压变为临界或过压 讨论： 欠压区：当VCC增加时， Vcm、Ic0和Ic1也略微增加，IC 有完整波形。 特点：电流几乎不变，即VCC对IC1和Po影响很小。,过压区：当VCC下降，IC的凹陷加深， Ic0和Ic1也下降， 所以起到调制作用。 在过压状态时, Vcm随VCC而单调变化。所以要使Ic1和 Vcm与VCC成线性关系，即振幅调制作用，集电极调制 工作在过压区。 实现方法： 书92页，图227,2.基极调制 定义： VCC和Re一定时，IC，Vcm与VBB之间的变化关系。 分析： 在ICVBE
11、平面上分析，先做ICVBE曲线 在欠压区，动态曲线和静态曲线重合。 过压时： 所以 在该平面曲线上设置三点：VBB1， VBB2和VBB3 VBB1 VBB2 VBB3,临界状态VBB2： VBB2下降为VBB1，IQ变小，导通角变小。 VBB2变大为VBB3，IQ变大，导通角变大。 讨论：在欠压状态时，VBE与Vcm，IC0和IC1成线性关系。 在过压状态时，随VBE的变化， Vcm，IC0和IC1基本 不变。,基极调制的目的是使Vcm随VBE的变化规律而变化, 所以功放应工作在欠压状态, 才能使VBE对Vcm有控制作用。,基极调制特性分析,基极调制的实现：书92页图228 载波状态VBB(
12、0)选在欠压区直线的中点，即最大状态为临界状态。,小结 根据以上对丙类谐振功放的性能分析, 可得出以下几点结论: 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。比如对后面将介 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。 比如对后面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Re直接
13、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 时应重视负载特性。 ,临界工作状态的计算公式已知：Po，VCC，VCES(饱和压降)和,如果要增大输出功率, 在回路等效总电阻不变的情况下, 需增大Ic1m, 当器件确定时, 就是要增大输入信号振幅Ubm； 如果要提高效率, 需增大Ic1m或减小IC0m(减小IC0m即减小集电极功耗, 通过降低静态工作点可以实现)。 所以, 增大输入信号振幅是实现大功率高效率的两条重要途径。 在甲类工作状态时, 为保证不失真, 必须满足Ic1mIC0m, 又UcmVCC(忽略晶体管饱和压降), 所以由公式(3.2.5)可知, 最高效率为50%。 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最高效率为78.5%。,思考题 设一丙类功率放大器工作于临界状态，其工作角频率为w0，集电极负载谐振电阻为Re，现欲将放大器工作角频率提高为w1（w1w0），调节C为C1，以使回路重新谐振，且天线负载值不随频率而变化，试问： 1.这时Re值变大还是变小了，为什么？ 2.放大器工作状态发生什么变化？如果要使其重新工作在临界状态，可以调制哪些参量来实现？ 3.集电极直流电流Ic0是变大了还是变小了？ 4.若天线是通过一耦合回路接入集电极的谐振回路，接入系数为n，则n值如何变化可以使放大器重新工作在临界状态？,