谐振功率放大器调谐特性.ppt

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1、第3章高频谐振功率放大器3.1概述3.2谐振功率放大器的工作原理3.3谐振功率放大器的外特3.4谐振功率放大电路3.5丁类谐振功率放大器3.6功率合成技术与宽带谐振功率放大器本章要点：本章主要内容有高频谐振功率放大器的工作原理、外特性及理论分析方法，典型谐振功率放大电路，丁类谐振功率放大器，功率合成技术与宽带高频功率放大器，高频丙类功率放大器的OrCAD仿真，高频谐振功率放大器的EWB仿真。3.1概述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

2、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。功率放大器的几种工作状态的特点见表3.1。表3.1不同工作状态时功率放大器的特点显然,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

3、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。本章着重讨论丙类谐振功放的工作原理、动态特性和电路组成,对于甲类和乙类谐振功放的性能指标也作了适当介绍,接着再讨论高频宽带功率放大电路,最后给出了集成高频功率放大电路的一些实例。3.2谐振功率放大器的工作原理3.2.1基本工作原理1．电路组成谐振功率放大器原理电路如图3.1所示，它由晶体管、LC谐振回路和直流供电电路组成。RL为外接负载电阻（实际情况下，外接负载一般为阻抗性的），L、C为滤波匹配网络，它们与RL构成并联谐振回路，调谐在输入信号频率上，作为晶体管集电极负载。图3.1的谐振功率放大

4、器原理电路与第2章所介绍的高频小信号调谐放大器电路结构很相似，但有以下几点区别：（1）放大管是高频大功率晶体管，常采用平面工艺制造，集电极直接和散热片连接，能承受高电压和大电流。（2）输入回路通常为调谐回路，既能实现调谐选频，又能使信号源与放大管输入端匹配。（3）输出端的负载回路也为LC调谐回路，既能实现调谐选频，又能实现放大管输入端匹配。（4）基极偏置电路为集体管发射结提供负偏压（UBB为负值），常使电路工作在丙类状态。2．电流与电压波形当基极输入高频信号，晶体管基极和发射极之间的电压为：其波形如图3.2(a)所示。当uBE的瞬时值大于基极和发射极之间的导通电压UBZ时，

5、晶体管导通，产生基极脉冲电流iB，如图3.2(b)所示。(a)波形(b)基极电流波形(c)集电极电流波形(d)波形图3.2丙类谐振功率放大器中电流、电压波形基极导通后，晶体管便由截止区进入放大区，集电极将流过电流iC，与基极电流iB相对应，iC也是脉冲形状，必须强调指出，集电极电流iC虽然是脉冲状，包含很多谐波，失真很大，如图3.2(c)所示。将iC用傅里叶级数展开，则得式中，为集电极直流分量，分别为集电极电流的基波、二次谐波及高次谐波分量的振幅。包含有直流、基波和高次谐波成分的电流iC流经谐振回路时，只有基波电流才产生压降，因而谐振回路两端输出不失真的高频信号电压。若回路

6、谐振电阻为RL，则由图3.2(c)可见，丙类放大器在一个信号周期内，只有小于半个信号周期的时间内有集电极电流流通，形成了余弦脉冲电流。丙类放大器的导通角应小于90o。余弦脉冲电流靠LC谐振回路的选频作用滤除直流及各次谐波，输出电压仍然是不失真的余弦波。3．集电极脉冲电流的分解前面提到，集电极余弦脉冲电流展开成傅里叶级数为其中，IC0为直流量，ICmn为基波及各次谐波的振幅。应用数学求傅里叶级数的方法不难求出各个分量，它们都是导通角的函数。它们的关系分别为3.2.2输出功率与效率例题3.13.3谐振功率放大器的外特性谐振功率放大器的输出功率、效率及集电极损耗等都与集电极负载回

7、路的谐振阻抗、输入信号的幅度、基极偏置电压以及集电极电源电压的大小密切相关，其中集电极负载阻抗的影响尤为重要。通过对这些特性的分析，可了解谐振功率放大器的应用及正确的调试方法。若丙类谐振功放的输入是振幅为Uim的单频余弦信号,那么输出单频余弦信号的振幅Ucm与Uim有什么关系?Ucm的大小受哪些参数影响?式(3.2.1)、(3.2.2)和(3.2.6)分别给出了谐振功放输入回路、输出回路和晶体管转移特性的表达式。由这些公式可以看出,当晶体管确定以后,Ucm的大小与VBB、VCC、RΣ和Ubm四个参数有关。利用图