《高频功率放大电路》PPT课件.ppt

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1、第3章高频功率放大电路3.1概述3.2高频谐振功率放大器的原理和特性3.3高频谐振功率放大器的实际线路3.4功率合成与射频模块放大器与低频功率放大电路一样，输出功率、效率和非线性失真同样是高频功率放大电路的三个与最主要的技术指标。不言而喻，安全工作仍然是首先必须考虑的问题。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

2、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。显然，谐振功放属于窄带功放电路。对于工作频带要求较宽，或要求经常迅速更换选频网络中心频率的情况，可采用宽带功率放大电路。宽带功放工作在甲类状态,利用传输线变压器等作为匹配网络,并且可以采用功率合成技术来增大输出功率。３.１概述我们知道，放大器可以按照电流导通角的不同分为甲类、乙类和丙类。导通角θ是指一个信号周期内集电极导通电流导通角的一半，导通角满足：0°≤θ≤180°。甲类功率放大器在整个周期内

3、导通，θ=180°，ω相同，输出波形不失真，极限效率50%。考虑到晶体管的饱和压降影响，实际的集电极效率只有35%。乙类功率放大器在半个周期内导通，θ=90°。输出电流为余弦脉冲，含有丰富谐波。极限效率78%。考虑到晶体管的饱和压降影响，实际的集电极效率只有60%左右。丙类功率放大器仅在小于半个周期内导通，θ<90°。输出电流为余弦脉冲电流，有丰富谐波。由于负载为谐振网路，其选频作用使输出电压波形与输入激励信号的电压波形相同，集电极效率可高达85.9%。图3─1晶体管高频谐振功率放大器的原理线路3.2.1工作原理图3─1是一个采用

4、晶体管的高频谐振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部分组成的。3.2高频谐振功率放大器的原理和特性1．电流、电压波形设输入信号为则由图3─1得基极回路电压为(3─1)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,即(3─2)(3─3b)(3─3a)(3─3c)图3-2集电极电流的波形集电极电流电压波形余弦脉冲α0(θ)、α1(θ)、αn(θ)分别称为余弦脉冲的直流、基波、n次谐波的分解系数。图3-3γ、α0(θ)、α1(θ)、αn(θ)与θ的关系2．高频功放的能

5、量关系在集电极电路中,谐振回路得到的高频功率(高频一周的平均功率)即输出功率P0为(3─4)集电极电源供给的直流输入功率PD为(3─5)直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极损耗功率Pc,即(3─6)Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能。定义集电极效率ηc为(3─7)由式(3─6)、(3─7)可以得到输出功率P0和集电极损耗功率Pc之间的关系为(3─8)设其基波电流振幅为Ib1m,且与ub同相(忽略实际存在的容性电流),则激励功率为(3─9)高频谐振功放的功率放大倍数为(3─10)用dB表示为(3─11)工程上通常用

6、dBm作为功率的单位，转换式为10LgP(dBm)，其中P的单位是mW，例如：1mW=0dBm，100mW=20dBm。3.2.2高频谐振功率放大器的工作状态1．高频谐振功放的动特性动特性是指当加上激励信号及接上负载阻抗时,晶体管集电极电流ic与电极电压(ube或uce)的关系曲线,它在ic～uce或ic～ube坐标系统中是一条曲线。2．高频谐振功放的工作状态高频谐振功率放大器根据集电极电流是否进入饱和区可以分为欠压、临界和过压三种状态。图3-4高频谐振功放的动特性图3-5过压状态的ic波形3.2.3高频谐振功放的外部特性高频功

7、放是工作于非线性状态的放大器,同时也可以看成是一高频功率发生器(在外部激励下的发生器)。1．高频谐振功放的负载特性负载特性是指只改变负载电阻R∑，UBB(Eb)、UCC(Ec)和Ubm三个参数固定,高频功放电流、电压、功率及效率ηc变化的特性。图3-6三种不同斜率情况下的动态线及波形分析改变Vcm对Ic脉冲波的影响由图3-6可知，UBB和UCC固定意味着Q点固定，Ubm固定进一步意味着θ也固定。放大区动态线斜率1/Rd将仅随RΣ而变化。图中给出了三种不同斜率情况下的动态线。1）动态线A1B1的斜率最大,即对应的负载RΣ最小，相应的输

8、出电压振幅Ucm1也最小，晶体管工作在放大区和截止区。2）动态线A2B2的斜率较小，与特性曲线相交于饱和区和放大区的交点处(此点称为临界点)，相应的输出电压振幅Ucm2增大，晶体管工作在临界点、放大区和截止区。3）动态线A3B3的斜率