通信电子电路于洪珍第三章第1～4节课件.ppt

1、3.1概述一、用途高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出；作用是放大信号，使之达到足够功率输出，以满足天线发射或其他负载的要求；作为载波发射机及无线电发射机输出级或输出前一级。二、特点1.输入信号强,电压在几百毫伏?几伏数量级附近;2.为了提高放大器的工作效率，它通常工作在丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域饱和区、截止区;3.要求：输出功率大、效率高。三、分析方法采用近似的分析方法折线法四、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均为谐振回路。不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态

2、范围不同。五、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同共同之处都要求输出功率大和效率高。谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小)，其工作状态通常选为丙类工作状态(?90?)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。3.2调谐功率放大器的工作原理3.2.1原理电路Ec、Eb为集电极和基极的直流电源。输入信号经变压器T1耦合到晶体管基-射极，这个信号也叫激励信号。L、C组成并联谐振回路，作为集电极负载，

3、这个回路也叫槽路。3.2.2晶体管特性的折线化所谓折线近似分析法，是将电子器件的特性理想化，每条特性曲线用一组折线来代替。3.2.3晶体管导通的特点、导通角1.晶体管导通的特点无信号：晶体管截止有信号：激励信号 Eb+Uj 导通2.导通角在转移特性的放大区ic?g(ube?Uj)(ube?Uj)假设输入信号ub?Ubmcos?t，则加到晶体管基-射极的电压为ube?Ubmcos?t?Eb，晶体管导通范围内集电极电流ic的表达式ic?g(Ubmcos?t?Eb?Uj)（1）通常把集电极电流导通时间相对应角度的一半称为集电极电流的导通角，用表示。在丙类工作状态下90。ic?0根据导通角的定义，当?

4、t 时，?,即g(Ubmcos?Uj?Eb)?0?cos?Uj?EbUbm（2）3.2.4集电极余弦脉冲电流分析式（2）代入式（1）得到ic?gUbm(cos?t?cos?)ic当?t?时，为最大值，用0Icmax表示，则Icmax?gUbm(1?cos?)?gUbmIcmax?1?cos?代入得到Icmaxic?(cos?t?cos?)1?cos?若将尖顶余弦脉冲分解为傅里叶级数其中，直流分量幅值1Ic0?2?ic?Ic0?Ic1mcos?t?Ic2mcos2?t?Lsin?cos?-?icd?t?Icmax?(1?cos?)?Icmax?0(?)基波分量幅值?sin?cos?Ic1m?ic

5、cos?td?t?Icmax?Icmax?1(?)?-?(1?cos?)1?n次谐波分量幅值Icnm?i cosn?td?t?I?-c1?cmaxn?(?)、?0、?1称作?2余弦脉冲分解系数，它们是导通角?的函数。?0、?1的特点:1.?1?02.?0?,?1?从曲线可以看出：?谐波次数越高其振幅值越小；?对某一次谐波而言，总有一个相应的值可使振幅为最大值。3.2.5槽路电压1.波形基本正弦条件：1）槽路调谐于基波2）QL足够高2.大小uce?Ec?Ucmcos?tUcm?Ic1mRcRc 抽头部分谐振电阻N02N12N02N02Rc?()R?()QL?.0L?()Q0?0L/()RLN1N

6、2N1N1R 并联回路谐振电阻33功率和效率功率放大器输出功率大，电源供给、管子发热等问题也大。为了尽量减小损耗，合理地利用晶体管和电源，必须了解功率放大器的功率和效率问题。调谐功率放大器有如下几种功率需要考虑：1.电源供给的直流功率PS；2.通过晶体管转换的交流功率，即晶体管集电极输出的交流功率Po；3.通过槽路送给负载的交流功率,即RL上得到的功率PL;4.晶体管在能量转换过程中的损耗功率，即晶体管损耗功率PC；5.槽路损耗功率 PT；电源供给的功率PS，一部分（PC）损耗在管子，使管子发热；另一部分（Po）转换为交流功率，输出给槽路。通过槽路一部分（PT）损耗在槽路线圈和电容中，另一部分

7、（PL）输出给负载RL。1.集电极效率?c直流电源供给功率PS?EcIc0集电极交流输出功率Po?1/2UcmIc1m放大器的能量转换效率（集电极效率）1UcmIc1mPo21UcmIcmax?1(?)1Ucm?1(?)?c?PSEcIc02EcIcmax?0(?)2Ec?0(?)讨论：Ucm（1）集电极电压利用系数Ec?1(?)（2）集电极电流利用系数?0(?)?1(?)?Po，为了兼顾功率和效率，为了兼顾功率和效率，c?0(?)，?，但，但?通常取?60 80。2.槽路效率?PL 负载功率，RL 所吸收的功率；PT 槽路损耗功率，槽路空载电阻R0所吸收的功率。221Um1Um?PLPo?P

8、T2 QL?L2 Q0?LQ0?QL?T?2PoPoQ01Um2 QL?L?T取决于槽路的空载和有载品质因数。由于受到槽路元件质量的限制，Q0一般几十到几百。QL也不能太小，否则槽路滤波效果太差，输出波形不好，一般QL=510。结论：为了尽可能利用小功率容量的管子和电源，输出较大的?c?功率，应力求?和高。高要适当选取?，电压利用系数cT?T高，要求槽路空载品质因数Q0大，即应选用低尽可能大；损耗的电感和电容元件。3.4 调谐功率放大器的工作状态分析3.4.1调谐功率放大器的动态特性晶体管的静态特性，是指集电极电路没有负载阻抗条件下电压与电流的变化关系。当考虑了负载的反作用后，得到的uce、u

9、be与ic的关系曲线称为动态特性（即实际放大器的工作特性）。当放大器工作于谐振状态时，外部特性方程ube?Eb?Ubmcos?t?Ec?uce?ube?Eb?UbmUcmuce?Ec?Ucmcos?t?在转移特性的放大区，内部特性方程ic?g(ube?Uj)动态特性应同时满足外部特性方程和内部特性方程。联立可得Ec?uceic?g(?Eb?Uj?Ubm)Ucm谐振功率放大器动态特性的方程，它是一条直线，只需找出两个特殊点，就可把它绘出。Q(Ec，?g(Eb?Uj)Uj?EbEc?Ucm?Ec?Ucmcos?，0)B(Ubm作出动态特性曲线后，由它和静态特性曲线相应交点，即可求出对应各种不同?t

10、值的ic值，绘出相应的ic脉冲波形。阻，用符号icicICucmaxbemaxBEcA0?t0Quce0uceUcm(1-cos?)?t动态线斜率值的倒数称为谐振功率放大器的动态负载电Rc?表示RUcm(1?cos?)Ic1mRc(1?cos?)c?I?I?1(?)(1?cos?)Rccmaxcmax3.4.2调谐功率放大器的三种工作状态及其判别方法1.调谐功率放大器的三种工作状态根据调谐功率放大器在工作时是否进入进入饱和区，可将放大器的工作状态分为欠压、过压和临界三种。1)欠压晶体管在任何时刻都工作在放大状态；2)临界刚刚进入饱和区的边缘；3)过压晶体管工作时有部分时间进入饱和区。2.工作状

11、态的判别方法ucemin?Ec?Ucmucemin（欠压）?Ucesu（临界）cemin?Uces（过压）ucemin?Uces3.4.3 Rc,Ec,Eb和Ubm变化对放大器工作状态的影响1.Rc变化对放大器工作状态的影响 负载特性负载特性是指谐振功率放大器当Ec、Eb和Ubm不变时，放大器中各个电流、电压、功率和效率与晶体管等效负载电阻Rc之间的变化关系。1）三种工作状态ube ic ic ubemaxA2A1RcA3 1 A,3 23 0?t Ecuce0?toQ 0180 0 uce U c1mUc2m Uc3m?t2）电流、电压、功率、效率与Rc的关系（1）欠压状态(Ic1m?con

12、stant)Ucm?Ic1mRc，Ucm几乎随Rc成正比增加12Po?Ic1mRcP 随 R 增大而增加，输出功率o c2PoPS?Ic0Ec，接近常量?c?，随Rc增大而增加PSPC，?随PSR?c增大而减小Po（2）过压状态(Ucm?constant)1 UPo?2Rc输出功率Po 随 Rc增大而减小。在临界状态Po最大。2cm电流、电压、功率、效率与Rc的关系放大器的负载特性曲线3）三种工作状态的比较?欠压状态大而增加，损耗功率：电流Ic1m基本不随Rc变化，输出功率Po随Rc使中要注意保证PP增C随Rc增加而减小。当Rc很小时，易C超过晶体管P最大允许损耗功率PCM，因此在实际使用C

13、PCM。临界状态最佳工作状态：放大器输出功率最大，效率也较高，通常称为。过压状态深度过压时，：在弱过压状态时，输出电压基本上不随iRc变化；c波形下凹严重，谐波增多，一般应用较少。2.Ec变化对放大器工作状态的影响 集电极调制特性集电极调制特性是指当Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能随集电极电压Ec变化的特性。集电极调制特性u由于只有在过压状态，Ec对Ucm才能有较大的控制作用，所以集电极调幅工作在过压状态。3.Eb变化对放大器工作状态的影响基极调制特性基极调制特性是指当Ec、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能随基极偏置电压Eb变化的特性。ube ic ubemax-Eubemax2bubemax1E0cuQ ce?t0 0 uce?t基极调制特性u由于只有在欠压状态，Eb对Ucm才能有较大的控制作用，所以基极调幅工作在欠压状态。4.Ubm变化对放大器工作状态的影响振幅特性调谐功放的振幅特性是指当Ec、Eb、Rc保持恒定，放大器的性能随激励振幅Ubm变化的特性。因为ubemax=EbUbm，Eb和Ubm决定了放大器的ubemax，因此，改变Ubm的情况和改变Eb的情况类似。图3-13 调谐功放的振幅特性