第三章高频功率放大器.

1第三章高频功率放大器熟练掌握高频谐振功率放大器的工作原理、特性分析和高频特性正确理解馈电电路和匹配网络在高频谐振功率放大器中的应用正确理解丙类倍频器的工作原理，了解参量倍频器的工作原理了解传输线变压器的工作原理了解非谐振高频功率放大器的工作原理23.1非线性电子线路的基本概念一、非线性电子线路的作用功率放大电路振荡电路波形和频率转换电路二、非线性器件的基本特性1、非线性元器件vv00VIiiIQ2IQ1Q1Q2伏安特性曲线VQ1VQ2直流电导111QQQVIG交流电导1111vidvdigQQ直流电导222QQQVIG交流电导2222vidvdigQQQ1点Q2点32、非线性器件的频率变换作用v0iv0ti0t设伏安特性为：2avittvvv2121coscos2122212212)(vavavavvvaittattaa)cos()cos()2cos2(cos212121212143、非线性线路的基本分析方法非线性电路不满足叠加原理图解法解析法根据非线性元件的特性曲线和输入信号波形，通过作图直接求出电路中的电流和电压波形借助于非线性元件特性曲线的数学表达式列出电路方程，从而解得电路中的电流和电压53.2通信信号的功率放大一、高频功率放大器的作用输出足够的功率具有高效率的功率转换减小非线形失真二、低频功放与高频功放的比较低频功放高频功放相对频带宽窄负载非谐振负载谐振回路工作状态甲类、乙类、甲乙类丙类、丁类6三、高频功率放大器的分类谐振功放：采用“LC回路”作负载的窄带高频功放非谐振功放：采用“传输线变压器”作负载的宽带高频功放晶体管功放：体积小、重量轻电子管功放：输出功率大、效率高四、高频功率放大器的主要性能指标输出功率输出效率输出中的谐波分量应尽量小，以免对其他频道产生干扰73.3谐振高频功放的工作原理一、谐振功率放大器的基本工作原理1、原理电路C_RLL+Cb_CcV+VCCVBBiBiCubuCE晶体管基极回路集电极回路2、工作原理晶体管转移特性UonuBE0ic0uBEωtUbmθ0ωtθ-θicmaxic设输入信号：tUubmbcos指一个信号周期内集电极电流导通角2θ的一半tnItItIIicnmmcmccoccos2coscos21pmccmRIU1tRIupmcccos1tUUubmBBBEcosUBB93、谐振功放的准线性折线分析法准线性放大：仅考虑集电极输出电流中的基极分量在负载两端产生输出电压的放大作用折线分析法：用几条直线段来代替晶体管的实际特性曲线，然后用简单的数学解析式写出表达式准线性折线分析法的条件：忽略晶体管的高频参数输入和输出回路具有理想滤波特性晶体管的静态伏安特性可近似用折线表示UonuBE0ic0ci)(onBEcUuGionbeonbeUuUu104、集电极余弦脉冲分解A.余弦脉冲的表达式0ωtθ-θicmaxicIm脉冲高度导通角余弦电流的振幅设输入信号：tUubmbcostUUubmBBBEcos)cos(onbmBBcUtUUGi)(cosbmonBBbmUUUtGU当时，t0cibmonBBUUUcos)cos(costGUbm当时，0tmaxccii)cos1(maxbmcGUicos1coscosmaxtiicc11B.余弦脉冲的分解系数tnItItIIicnmmcmccoccos2coscos21max0max)cos1coscos1(21ccccoititdiImaxcncnmiImax11cmciI余弦脉冲分解系数12C.高频功放的功率和效率放大器的输出功率：pcmpmccmmcoRURIUIP2211212121集电极电源供给功率：cccoDCUIP放大器集电极效率：)(21)()(21211011gIUIUPPcoccmccmDCoc波形系数集电极电压利用系数在的条件下：1∴丙类工作状态的效率最高甲类：，，﹪；乙类：，，﹪；丙类：，，﹪；18090601)(1g57.1)(1g8.1)(1g50c5.78c90c13例题1：谐振功率放大器如图所示，集电极电源电压Vcc=15V，输入信号电压vi=2cosωt，并联回路调谐在输入信号频率上，其谐振电阻Rp=360Ω，晶体管的转移特性如图所示。(1)画出VBB=-0.5V时集电极电流ic的脉冲波形，求出导通角θ；(2)写出集电极电流中基波分量和回路两端电压的表达式；(3)计算该放大器的输出功率Po、电源供给功率PDC和效率ηc。iCCLVVCCVBBiBub解：0.5uBE0icUBB1.550100-1-20uBEωt0ωtθicmaxic14二、谐振功率放大器的工作状态分析1、谐振功率放大器的动态线当UBB、UCC、Ubm和负载谐振电阻Rp确定后，在准线性折线条件下，uBE和uCE变化时，谐振功放工作点变化的轨迹CLCbCcVCCVBB-++++---iBiCubuCEuBEuo)(oncmCECCbmBBcUUuUUUGi动态线方程式：))(pCEcmbmUuUUG（ccmbmGUUGtg)(onBBcmbmCCpUUUUUU15icuCE0uCE0ucmUCCUonuBE0ic0ubωtUbmθ0ωtθ-θicmaxic虚拟电流法90t1、确定Q点：令时：CCCEUuBBBEUu2、确定B点：QBAD临界饱和线16icuBE02、谐振功率放大器的三种工作状态AA3)cos1()(11pcmpcbmcmcRGURIGUUR动态负载电阻：Q根据瞬时工作点A在静态特性曲线上的位置来确定欠压状态临界状态过压状态A2A1uCE0uc1m000集电极余弦脉冲的变化17三、谐振功率放大器的电路直流馈电电路滤波匹配网络1、集电极馈电电路A、集电极馈电电路的组成原则：线路应保证ic中的Ico只流过集电极直流电源VCC基波分量Ic1m只流过谐振回路，以便把变换后的交流能量传送回负载应保证外电路对高次谐波分量呈现短路，以免产生附加损耗CLVIc1mVVCCIc0VIcnm18B、串联馈电：CLVVCCCcLcC、并联馈电：CLVVCCCcLcCc’D、两种方式的比较19（二）、匹配网络对匹配网络的要求：匹配：使外接负载与放大器所需的最佳负载阻抗相匹配，以保证放大器输出功率最大；滤波：滤除不需要的各次谐波分量，选出所需的基极分量；效率：要求匹配网络本身的损耗尽可能小。并联谐振回路耦合回路LC匹配网络L型T型∏型20串、并联阻抗转换公式XPRPXSRS）（2221TSSSSPQRRXRR）（22211TSSSSPQXXXRXPPSSTXRRXQ