高频电子线路课件第3章.ppt

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1、3.1通信信号的功率放大3.2谐振功率放大器3.3宽频带的功率合成(非谐振高频功率放大器)3.4倍频器3.5天线3.6实训:高频谐振功率放大器的仿真与性能分析第3章通信信号的发送3.1通信信号的功率放大高频功率放大器有三个主要任务：①输出足够的功率；②具有高效率的功率转换；③减小非线性失真。3.2谐振功率放大器3.2.1谐振功率放大器的基本工作原理1.工作原理谐振功率放大器的原理电路如图3.1所示。图3.1谐振功率放大器的原理电路图3.1中，输出回路中用ＬＣ谐振电路作选频网络。这时，谐振功率放大器的输出电压接近余弦波电压，如图3.2(e)所示。θ=180°，为甲类工作

2、状态θ=90°，为乙类工作状态θ＜90°，为丙类工作状态图3.2所示工作波形表示了功率放大器工作在丙类状态。在丙类工作状态下，uBE=UBB+Ubmcosωt较小，且uBE＞Uon时才有集电极电流流过，故集电极耗散功率小、效率高。为了保证工作在C类,基极偏置电压要求零偏置或负偏置Θ的决定由于晶体管工作在丙类状态，晶体管的集电极电流iC是一个周期性的余弦脉冲，用傅氏级数展开iC，则得iC=Ic0+Ic1mcosωt+Ic2mcos2ωt+…+Icnmcosnωt(3―1)傅里叶级数展开式图3.2谐振功率放大器各级电压和电流波形2.电路的性能分析准线性折线分析法的条件如下

3、：(1)忽略晶体管的高频效应。(2)输入和输出回路具有理想滤波特性。uBE=UBB+Ubmcosωt(3―2)uCE=UCC-Ucmcosωt(3―3)(3)晶体管的静态伏安特性可近似用折线表示。图3.3晶体管折线化后的转移特性曲线及ic电流1)余弦脉冲分解图3.3所示是用晶体管折线化后的转移特性曲线绘出的丙类工作状态下的集电极电流脉冲波形，折线的斜率用G表示。设输入信号为ub=Ubmcosωt，发射结电压为uBE=UBB+Ubmcosωt,晶体管折线化后的转移特性为(3―4)将uBE=UBB+Ubmcosωt代入上式，可得iC=G(UBB+Ubmcosωt-Uon)

4、(3―5)由图3.3可得，当ωt=θ时，iC=0,代入式(3―5)，可求得0=G(UBB+Ubmcosθ-Uon)(3―6)(3―7)(3―8)式(3―5)减式(3―6)，得iC=GUbm(cosωt-cosθ)(3―9)当ωt=0时,将iC=iCmax代入式(3―9)，可得iCmax=GUbm(1-cosθ)(3―10)式(3―9)与式(3―10)相比，可得(3―11)式(3―11)是集电极余弦脉冲电流的解析表达式，它取决于脉冲高度iCmax和导通角θ。利用傅里叶级数将iC展开(3―12)求得上式中各次谐波分量(3―13)(3―14)(3―15)图3.4余弦脉冲分解

5、系数谐波次数越高,振幅就越小,因此只研究直流功率及基波功率放大器的输出功率Po等于集电极电流基波分量在有载谐振电阻RP上的功率，即(3―16)集电极直流电源供给功率PDC等于集电极电流直流分量与UCC的乘积(3―17)放大器集电极效率等于输出功率与直流电源供给功率之比，即(3―18)由式(3―18)可求得不同工作状态下放大器效率分别为：甲类工作状态，θ=180°，g1(θ)=1，ηc=50%；乙类工作状态，θ=90°，g1(θ)=1.57，ηc=78.5%；丙类工作状态，θ=60°，g1(θ)=1.8，ηc=90%2)导通角的选择(1)等幅波功率放大。(2)调幅波功率

6、放大。Ic1=iCmaxα1(θ)=GUbm(1-cosθ)α1(θ)(3)ｎ次谐波倍频。3.2.2谐振功率放大器的工作状态分析(一般放在动态线上分析)1.谐振功率放大器的动态线当放大器工作在谐振状态时，由图3.5可得，电路的外部关系uBE=UBB+UbmcosωtuCE=UCC-Ucmcosωt由上两式可得(3―19)将式(3―19)代入式(3―4)，得动态线方程式(3―20)(3―4)令uCE=UCC时，iC=Gc(UBB-Uon)为图3.6中的Q点；再令iC=0时，为图3.6中的B点。图3.5谐振功率放大器图3.6谐振动率放大器的动态线和集电极iC电流波形谐振功

7、率放大器的动态负载电阻Rc可用动态线斜率的倒数求得：(3―21)2.谐振功率放大器的三种工作状态1)欠压状态(放大区）2)临界状态3)过压状态（饱和区）图3.7三种工作状态3.RP、UCC、Ubm、UBB变化对工作状态的影响1)RP变化对工作状态的影响(RP越大CE间的电压越小,晶体管进入饱和区)图3.8RP变化时的iC波形图3.9谐振功率放大器的负载特性由图3.9可以得到以下结论：（1）在欠压工作状态下(动态工作点都在特性曲线的放大区）（2）在临界工作状态下(3)在过压工作状态下(3―22)2)UCC变化对工作状态的影响3)Ubm变化对工作状态的影