射频模拟电路-No4-第一章(3).ppt
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- 射频 模拟 电路 _No4_ 第一章
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1、电子科技大学 电子工程学院 电子科技大学电子科技大学 2第第1章章 选频放大器选频放大器要点要点 串并联谐振回路的主要特性两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换了解双调谐耦合谐振回路高频小信号谐振放大器的基本要求晶体管高频小信号等效电路模型和参数调谐回路放大器及其级联谐振功率放大器的原理谐振功率放大器的原理谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的种类、电路构成及匹谐振功率放大器的种类、电路构成及匹配网络配网络1-3 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器 v主要内容:主要内容: 基本工作原理 折线近似分析方法 动态特性 馈电线路 匹配网络v重点:重点: 分析集中参数的高频谐
2、振功率放大器 电子科技大学电子科技大学 31-3 什么是高频谐振功率放大器?什么是高频谐振功率放大器? 电子科技大学电子科技大学 4高频谐振功率放大器在无线电发送设备中扮演重要角要保证足够远的传输距离,就必须要有足够大的发射功率。高频谐振功率放大器包括:缓冲放大器、中间放大器、推挽放大器以及末级功率放大器1-3 高频谐振功率放大器特点高频谐振功率放大器特点 电子科技大学电子科技大学 5与低频功放相同:输出功率大、效率高但也有很大的不同:工作频率 相对带宽 工作状态负载效率低频功放 低(20Hz-30KHz) 宽甲类、推挽乙类无调谐负载阻性低高频功放高(一个工作频率 ) 窄 丙类选频网络高1-3
3、 高频谐振功率放大器工作区域高频谐振功率放大器工作区域 电子科技大学电子科技大学 6散热设计 保护电路1-3 高频谐振功率放大器分析方法高频谐振功率放大器分析方法 电子科技大学电子科技大学 7分析方法:放大器处于非线性工作状态,高频小信号谐振放大器的一套线性模型在这里已完全不能用,只能用图解法或折线近似分析法来分析功率放大器。ff5 . 0工作0高频谐振功率放大器工作频率满足从而因此,可用晶体管的静态特性可作为高频谐振功率放大器理论分析的基础分析方法:放大器处于非线性工作状态,高频小信号谐振放大器的一套线性模型在这里已完全不能用,只能用图解法或折线近似分析法来分析功率放大器。高频谐振功率放大器
4、工作频率满足从而因此,可用晶体管的静态特性可作为高频谐振功率放大器理论分析的基础1-3 高频谐振功率放大器性能指标高频谐振功率放大器性能指标 v功率功率 能够输出比较大的功率,这是它作为“功率放大器”最为基本的要求v效率效率 效率是功率放大器的生命v谐波、杂散波谐波、杂散波 这是衡量功率放大器失真水平的重要指标,越小越好 电子科技大学电子科技大学 81-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 9Arerrr其中其中 1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 10典型的并联谐振回路 rLQL0ePC
5、rLR BZV导通电压可正可负 BBV基极回路合适的偏置电压1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 11放大器没有显著的电流,工作于丙类。 BBBZVV1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 12因为晶体管仅在部分时间内有电流流通,大部分时间内是无集电极电流的,集电极耗散功率等于集电极电压与集电极电流之乘积,因而大部分时间是无集电极耗散功率的。设 电源提供的功率输出的交流功率 集电极耗散功率能量守恒 dcP0PcP0dccPPP1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理
6、 电子科技大学电子科技大学 13定义集电极效率:dccdccdcdccPPPPPPP10 越小,集电极效率 越高。cPcCccPP)1(0 从20提高到75(丙类),则 增大了12倍。 c0P1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 141-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 15单音激励信号 tVvbbcos输入回路方程 tVVvVvbBBbBBbecos输出回路方程 cCCcevVvmaxbebBBbevvVvmaxcici脉冲电流 的周期与输入信号的周期是相同的,可分解成无数多个正弦波之
7、和:ci012coscos2cccciIItIt最大1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 161()1()eAneArjn Ljn CZrj n Ln C在工程实践中1LQLre22(1)nAn LZj nLCALC1222(1)(1)(1)LPnLLn Ln LQnRZj nj nQj nQ2(1)nPLZnRnQ第n次谐波的集电极阻抗 第n次谐波的集电极阻抗的近似值 谐振时从而于是第n次谐波的集电极归一化阻抗1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 1710LQPnRZ|可见,高次谐波呈
8、现的阻抗因此,回路阻抗对于各次谐波来说,它们的值与谐振于基频时的阻抗相比小到可以忽略的程度(仅为百分之几),从而可以认为是短路的。例如,当 时,高次谐波的归一化阻抗1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 18谐振回路对 呈现阻抗 ,对 , ,可近似认为短路(阻抗近似为零)。 PR23由于谐振回路的选频作用,集电极的交流输出电压仍是与输入电压相同的正弦波,相位相反。1coscoscCPcmvIRtVt1cmCPVIRcosceCCcmvVVt于是其中从而1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学
9、191-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 20电源输入的直流功率(平均功率) 001TdcccccccPiV dtI VT0cdcPPP交流输出功率 22011111222cmccmcPPVPI VIRR集电极耗散功率 1-3-1 高频谐振功率放大器工作原理高频谐振功率放大器工作原理 电子科技大学电子科技大学 211101001112/22ccmccmcdcccccccIVIVPPgkI VIV定义波形系数 定义电压利用系数 cmCCVkV011ccIIg 集电极效率 1-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分
10、析法 电子科技大学电子科技大学 22转移特性曲线输出特性曲线基本思想:用折线来代替实际特性曲线。 1-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分析法 电子科技大学电子科技大学 23将高频谐振功率放大器的实际特性曲线用折线来代替后,我们就可以用解析的方法分析放大器的工作过程 输入、输出回路的电压回路方程输入激励电压 tVvbbcostVVvbBBbecostVVvcmCCcecos(),0,cbeBZbeBZcbeBZg vVvVivV由转移特性曲线折线近似 1-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分析法 电子科技大学电子科技大学 24co
11、scosBZBBbCBZBBCbVVVVVVBBCbBZVVVcos定义导通角 为一个周期内导通角度的12,那么 C(coscos),0,cbCbeBZcbeBZg VtvVivV将 代入 得 ci1-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分析法 电子科技大学电子科技大学 2500tmaxccii maxmax(1 cos)1 cosccccCbCbig Vig V当 时,集电极电流最大 即 maxcoscos,1 cos0,CcbeBZCcbeBZtivVivV从而1-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分析法 电子科技大学电子科技大
12、学 26尖顶余弦电流脉冲用傅里叶级数展开tItIIicccc2coscos2100max01()2cccCIi d ti 01 sincos()1cosCCCCC 1max11cos()2cccCIitd ti 11sincos()1cosCCCCC 其中max1cos()2cnccnCIin td ti 22 sincoscossin()(1)(1cos)CCCCnCCnnnn n )(1c)(2c)(cn称为尖顶余弦电流分解系数1-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分析法 电子科技大学电子科技大学 271-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率
13、放大器折线近似分析法 v 根据导通角的大小,我们可将功率放大器分成以根据导通角的大小,我们可将功率放大器分成以下几类:下几类: 甲类 甲乙类 乙类 丙类 电子科技大学电子科技大学 280C00C0C0C=18090180=90901-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分析法 v 对任一导通角,总有一个尖余弦电流分解系数最大,对任一导通角,总有一个尖余弦电流分解系数最大,例如例如v 当放大器用作倍频器时,要注意选取合适的导通角,当放大器用作倍频器时,要注意选取合适的导通角,例如例如010203120(120 )0.53660(60 )0.27640(40 )0.1
14、86ccc当时,有最大当时,有最大当时,有最大 电子科技大学电子科技大学 2902032()603()40CCCC 当需要 倍频时,要使有最大,当需要 倍频时,要使有最大,1-3-2 高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分析法 v 当当 时时 ,即乙类放大器无奇次谐波,即乙类放大器无奇次谐波v 功率放大器最佳导通能角功率放大器最佳导通能角2 +1()0nC 电子科技大学电子科技大学 3090c)(1cgcc0c2)(1cg集电极效率越高越小越大最大0ci00P)120(010P无交流功率输出120c最大小 效率最低最大)(1cgkgcc)(211兼顾功率和效率,最佳导通角
15、一般取 左右输出功率701-3-3 高频谐振功率放大器动态特性高频谐振功率放大器动态特性 电子科技大学电子科技大学 31考虑负载反作用后,输入信号随时间变化时,工作点移动的轨迹称为放大器的负载特性,又称为负载线。静态转移特性: 不变, 变化, 的特性。静态输出特性: 不变, 变化, 的特性。静态输入特性: 不变, 的特性。cevbev)(cecvfi )(bebvfi bevcevcev()cbeif v当某些参数变化时,负载线的斜率、位置与斜率大小都会发生变化,这种特性称为动态特性。1-3-3 动态特性动态特性负载特性负载特性 电子科技大学电子科技大学 32负载特性 : , , 保持不变时,
16、谐振回路的谐振电阻 (等效负载)变化时,负载线的变化情况。 CCVBBVbVPR负载线的作法tVVvbBBbecostVVvcmCCcecoscmceCCbBBbeVvVVVv晶体管的折线化方程()ccbeBZig vV1-3-3 动态特性动态特性负载特性负载特性 电子科技大学电子科技大学 330()()ccbeBZdceig vVgvV截距 bcmBBcmBZCCbVVVVVVVV0斜率 cmbcdVVggbBBbeVVvmax相交于A点1-3-3 动态特性动态特性负载特性负载特性 电子科技大学电子科技大学 34Q点为转移特性中斜率为 折线的延长线与 坐标位置相交的点。 cgBBV090tC
17、CcmCCceVVVv090cosBBbBBbeVVVv090cosQBZBBcCIVVgi)(QI虚拟工作点电流 在丙类工作状态时, 实际上并不存在,仅是用来确定Q的位置。令 ,找到另一点A,连接AQ即为负载线QI00t1-3-3 动态特性动态特性负载特性负载特性 电子科技大学电子科技大学 351-3-3 动态特性动态特性交点交点A 电子科技大学电子科技大学 361-3-3 动态特性动态特性交点交点A 电子科技大学电子科技大学 37A1 A2尖顶余弦脉冲欠压工作状态A2尖顶余弦脉冲临界工作状态电流波形出现凹坑过压工作状态A2 A3由于谐功放的负载是谐振回路,具有良好的选频能力,谐振回路两瑞的
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