6.1-2功放

第6章高频调谐功率放大器6.1概述6.2高频功率放大器的工作原理6.3高频功率放大器的动态分析6.4高频功放的高频特性6.5高频功率放大器的电路组成6.1概述在高频范围内，为获得足够大的高频输出功率，必须采用高频调谐功率放大器，这是发射设备的重要组成部分。1.高功放一般要求同低频功放相同：输出功率P0大效率ηc高2.特点：(1)工作频率高，相对频带窄(2)采用选频网络作为负载回路(3)放大器一般工作在丙类工作状态，属于非线性电路(4)不能用线性模型电路分析，一般采用图解法分析和折线法3.功率放大器按工作状态分类：A（甲）类：导通角为o180AB（甲乙）类：导通角为o90B（乙）类：导通角为o90C（丙）类：导通角为o90θ近年来双出现了D类、E类及S类等开关功率放大器VCCICEOvCEiCO转移特性曲线输出特性曲线常量CEvBEcvfi常量BEvCEcvfiBBV•VBZ•Q•••QA类：Q位于放大区B类：o90BZBBVVC类：o90,BZBBVV。BEuci•截止区饱和区o1806.2高频功率放大器的工作原理1.基本电路结构除电源和偏置电路外，主要由三个部分组成：晶体管：大功率晶体管，能承受高电压，大电流，Tf一般工作时发射极反偏(丙类)；输入激励电路：提供所需信号电压；输出谐振回路：(1)滤波选频，(2)阻抗匹配。+vb-RpCL+vCE-icVCC-VBB(b)等效电路+vc1--VBBCVCCL+vS-+vb-(a)原理电路+vb-RpCL+vCE-VCC-VBB+vc1-ic常数cevBEccvig2工作原理分析vBEic•-VBB•VBZvbCCic•CC(1)集电极电流ci设输入信号电压:tVvbmbcosVbm则加到晶体管基极,发射级的有效电压为:tVVvbmBBBEcos由晶体管的转移特性曲线可以看出：当BZBEVv，0ci当BZBEVv，BZBEccVvgi式中cg为：gC折线的斜率有BZbmBBccVtVVgicos+vBE_2工作原理分析(1)集电极电流ciBZbmBBccVtVVgicos由于当ct时，0cibmBZBBcVVVcosbmBZBBcVVV1coscbmccbmbmcBZBBbmcctVgVtVgVVtVgicoscoscoscos)(cos又当0t时，cbmccVgIcos1maxvBEic•-VBB•-VBZvbCCic•CCVbmgCIcmaxccbmcIVgcos1max代入ci有：尖顶余弦脉冲的数学表达式cccmaxccos1coscostIi+vb-RpCL+vCE-VCC-VBB+vc1-ic+vBE_ccmaxcccos1costcosii(1)集电极电流若对ci分解为付里叶级数为：ntItItIIiccos2coscoscmncm1cm1co其中各系数分别为：ccoIItdiI0cmaxcccccmaxc)cos1cossin)(21cccccccmIIttdiIcc1cmaxcmax1)cos1cossin1()(cos21cncccccccccmnInnnnittdniIcccmax2max)cos11sincoscossin2)(cos21式中：(1)c0，c1，…，cn称为尖顶余弦脉冲的分解系数。一般可以根据c的数值查表求出各分解系数的值。(2)coI，cm1I，cm2I，…，cmnI为直流及基波和各次谐波的振幅。icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmaxiC频谱(2)集电极输出电压ci经LC并联谐振回路后，此回路对基波产生谐振，呈纯电阻PRci（最大值），而对其它谐波失谐阻抗很低，呈电容性。因而回路选出基波电压1cu，而滤除各次谐波电压。23LC回路阻抗Rp故回路输出的基波电压：tVtRIRivcmpcmpcccoscos111而晶体管集电极的输出电压：tVVvcmCCCEcos0+vb-RpCL+vCE-VCC-VBB+vc1-ic+vBE_icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmaxvbVBZVBBIcmaxvBEtibtictvCEvctVCCVcmVbmuBEic•-UBB•UBZubCUbmgCC3.高频功放的功率关系(1)集电极电源提供的直流功率：0CCCDIVP(2)集电极输出交流功率（负载上得到的功率）PCmPCmCmCmRVRIIVP2212121210（注意PR为回路谐振阻抗）(3)集电极耗散功率CP，oDCPPP(4)集电极能量转换效率c：cCOCCCmCmCooDocgIVIVPPPPP112121其中：CCCmVV为集电极电压利用系数；CO1Cmc1IIg)()(01cc称为波形系数，是导通角c的函数，通常可查表求出。讨论：(1)CCPCmCCCmVRIVV1，cPR(2)COCmcIIg11，一般有：cccg1(3)cccocoocPPPPP1θcαoα1α3g11.02.0α2当晶体管允许的耗散功率一定时：ocpVT1VT2T1LCRLECCC2.2.3D类和E类功率放大器简介1.D类功率放大器的原理分析D类功率放大器有电压开关型和电流开关型两种基本电路，电压开关型D类功率放大器是已推广应用的电路uiub1ub2ic1ic2uLuAub1和ub2是由ui通过变压器T1产生的两个极性相反的输入激励电压ui正半周时VT1管饱和导通，VT2管截止，电源EC对电容C充电，电容上的电压很快充至（EC-UCES1）值，A点对地的电压uA=（EC-UCES1）。ui负半周时VT2管饱和导通，VT1管截止。VT2管的直流电源由电容C上充的电荷供给，uA=UCES2≈0uA近似为矩形波电压，幅值为（EC-2UCES）。若L、C和RL串联谐振回路调谐在输入信号的角频率ω上，且回路的Q值足够高，则通过回路的电流ic1或ic2是角频率为ω的余弦波，RL上可得相对输入信号不失真的输出功率。VCCVCESVCC-2VCESuAωtic1ωtic2ωtuLωt尽管每管饱和导通时的电流很大，但相应的管压降很小，这样，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高2.输出功率及效率计算uA为矩形方波，用傅里叶级数展开后可求得其基波分量的振幅为：VT1管电流ic1(或VT2管电流ic2)的直流电流为：ECEC-2UCESuAωtUCESic1ωtic2ωtuLωtUA1m≈ECπ4L2C2T0CLDπ4dsinπ41REttETRIID电源供给的直流功率：PD=2ECIDL22CDπ8REP放大器的输出功率Po为；L22CL2A1moπ821RERUP效率η=Po／PD=100％实际晶体管的饱和压降不可能为零，又考虑到管子结电容、电路分布电容的影响(使管压降波形uA有一定上升沿和下降沿)，从而使D类功放的效率小于100％，典型值大于90％。6.2.4丙类倍频器功用：输出信号的频率是输入信号频率的整数倍。在无线电发射机中常采用倍频器，其目的是降低振荡器频率，提高振荡器的频率稳定度。常用的倍频器：丙类倍频器：利用丙类放大器脉冲电流的谐波获得倍频。参量倍频器：利用结电容电压变化的非线性来获得倍频。6.2.4丙类倍频器1丙类倍频器的电路结构晶体管倍频器与高频功放的线路基本相同，唯一不同之处是它的集电极回路对输入信号的某次谐波频率nf调谐。(1)丙类倍频器工作原理分析已知丙类放大器集电极电流ci为尖顶余弦脉冲，即：tncosIt2cosItcosIIiCn2C1CCOc如果集电极回路不是调谐于基波，而是调谐于n次谐波那么回路对基波和其它谐波的阻抗很小，而对n次谐波的阻抗则达到最大值，且呈电阻性。于是回路的输出电压和功率就是n次谐波，故起到了倍频作用。6.2.4丙类倍频器工作于二次谐波倍频器的电流和电压关系如下图所示：其中：tUEuCCce2cos2,而PCCRIU22PR为LC回路谐振在2ω时的并联谐振电阻。iC+uce--Ec+-uc2+iciC1iC2ic频谱0234ICOIC1IC2IC3IC4LC谐振特性注意点：1．在有ci流通的时间内，倍频器的集电极瞬时电压上升速度比较快，故倍频器的集电极耗散功率CP比正常工作于基波状态时大得多，即集电极效率c较低，且倍频次数n值较高，损耗较大，效率较低，故丙类倍频器一般只限于二倍频和三倍频的应用。iC1iC1iC1iC2iC2iC26.2.4晶体管倍频器2.由于倍频器主要是利用了余弦尖顶脉冲的谐波分量，即：maxccncniI在作倍频器应用时，为使输出最大，一般应选择使cn为最大值的导通角，而此最佳导通角为：0c0c040,3n60,2n,n1203.如果设倍频器的导通角为c，则倍频器的输出功率和效率为cnCcncnonIEIUPcmax2121而其中：ccnEU电压利用系数cncoccncncgIEIUPP2121Don而cocncocncnIIg可见，n次谐波倍频器的输出功率正比于n次谐波的分解系数cn。