3.2高频功率放大器的原理和特性

为什么进行调制？发射装置：3.2高频功率放大器的原理和特性无线电发射机中，放大高频信号,高效输出大功率为目的1、使用高频功率放大器的目的2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题①高效率输出②高功率输出二、功放工作状态分类根据直流工作点的位置不同，放大器的工作状态可分为A类(甲类)、B类(乙类)、C类(丙类)等。A类(甲类)：工作点Q较高(ICQ大)，信号360°内，管子均导通。通角：θ＝180°iCt0iCuBEQ0iCuBEQ0B类(乙类)：工作点Q选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止。通角：θ＝90°iCt0π2πiCuBEQ0C类(丙类)：工作点Q选在截止点外，信号导通角小于180°。通角：θ90°iCt0πθθAB类功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。表2-1不同工作状态时放大器的特点工作状态半导通角理想效率负载应用甲类qc=180°50%电阻低频乙类qc=90°78.5%推挽，回路低频，高频甲乙类90°＜qc＜180°50%＜h＜78.5%推挽低频丙类qc＜90°h＞78.5%选频回路高频丁类开关状态90%~100%选频回路高频工作状态功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。高频功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路分类：窄带功放———谐振回路为负载，丙类（C类），效率高晶体管工作延伸到非线性区（重点介绍）——可采用功率合成技术来增大输出功率与低放比较：高频功放——C类、工作频率高、带宽窄，效率高采用谐振回路作负载低频功放——A、B、AB类，工作频率低，带宽宽，效率低采用电阻、变压器作负载高频谐振功率放大器宽带功放———传输线变压器为负载，甲类（A类）icebtooictVBZ与小信号谐振放大器相比相同之处：放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均为为谐振回路。不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。谐振功率放大器波形图小信号谐振放大器波形图icQebtooict原理线路：3.2.1放大电路输入回路谐振电路零、负值、较小正值常采用自给偏压或零偏特点：5、谐振回路作负载可以滤除高频脉冲电流ic中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。4、发射结在一个周期内只有部分时间导通，ib、ic均为一系列高频脉冲；3、大信号激励：1—2V；2、Eb为基极偏置电压，可以改变放大器的工作类型；1、NPN高频大功率晶体管，将直流功率转变成交流功率；输入信号：基极回路电压：1．电流、电压波形集电极电压：0tUtRIuucLccocoscos1时：谐振阻抗RL最大输出电压：tUEuEuccoccecostnItIIicnccoccoscos190qC（丙）类思考：如何确定导通角'bcosbebbuEUtEq因为：直流输入功率P0：输出功率P1：10101122ccccIIUPPEhLcLccRURIUIPc22112121211ccEIP00集电极损耗功率Pc：10PPPc2．高频功放的能量关系集电极效率η：1)180(57.1)90(157.1A类%50h可以更高hB类%5.78hC类（电源供给的直流能量转换为高频交流输出）见P98提高效率的途径：10101122ccccIIUPPEh一、提高电压利用系数，即提高谐振回路电阻RL。二、提高波形系数，导通角θ越小，越大，效率越高，但输出效率降低兼顾输出功率和效率，通常θ取值在65o~75o之间bbdUIP121高频功放的功率放大倍数为dpPPK1用dB表示为110lg()pdPKdBP忽略实际存在的容性电流，激励功率为激励功率（由基极电路的信号源提供）：——转化为发射节和基区的损耗输出功率P1：LcLccRURIUIPc221121212110iCgmUB′uCEuBE0iCScruBEuCEuBE＝UB′(a)(b)理想化转移特性理想化输出特性转移特性输出特性临界线在放大区，集电极电流只受基极电压的控制，与集电极电压无关；在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。3.2.2高频谐振功率放大器的工作状态晶体管特性曲线的折线化处理Eb’Ube=Eb’为什么采用折线法？1、由于功率放大器工作在大信号状态下，如果考虑晶体管的非线性特性，将使计算变得复杂。2、采用折线近似分析法，利用折线段来”代替“晶体管的实际特性曲线”，就可以用简单的数学解析式来表征特性曲线，使工程计算变得简单。折线化后，①内部特性方程'cr(),S,0mbebcceguEiu放大区饱和区，截止区②外部特性方程tUEucccecosbb'(cosE)CmbigEUtcecosCcEutUcebb'(E)CCmbcEuigEUUtUEucccecos放大区饱和区crScceiucceiu考虑激励信号源和接上负载之后，与之间呈线性关系—加激励信号并接负载阻抗时:ic～uce,ubetUEucccecos1．高频功放的动特性时：0tbbbeUEuccceUEu时：2/tbbeEucceEu时：tccceUEuube最大——A：ube=Eb’——B：ube最小——C：qt2．高频功放的工作状态——当Ｕc增加时，根据动态曲线经过区分为三种状态:欠压临界过压①欠压状态Ucm不是很大：动态曲线在放大区、截止区。②临界状态Ucm较大：动态曲线在临界点、放大区、截止区③过压状态Ucm较大：动态曲线在饱和区、放大区、截止区。RL增加①晶体管工作在截止区、放大区③输出功率Ｐ1增加ccUIP1121④直流输入功率P0基本不变⑤效率随Uc增加⑥集电极电压利用不充分ccEIP00欠压状态:②ic为余弦脉冲Uc增加时,Ｉc0，Ic1基本不变临界状态：①晶体管工作在截止、放大、临界饱和区④效率随Uc增加③输出功率Ｐ1最大②Ｉc1较大，Uc较大ccUIP1121ccEIP00①晶体管工作在截止、放大、饱和区③Uc增加时,Ｉc0，Ic1减小④输出功率Ｐ1下降⑤直流输入功率P0下降⑥效率随Uc增加到最大，再下降过压状态ccUIP1121ccEIP00②ic为凹陷余弦脉冲（1）临界状态Ｐ1最大，效率较大——最佳工作状态高频功放一般工作在此状态（2）临界状态时的负载电阻称为临界电阻RLcr3.2.3高频功放的外部特性放大器的性能随放大器的外部参数（RL、Ub、Eb、Ec）变化的特性。1．高频功放的负载特性只改变负载电阻RL,高频功放电流、电压、功率、效率η变化的特性。较小较小欠压状态在欠压状态下，电流不变（基本不变）效率在过压状态下，过压状态：恒压源特性欠压状态：恒流源特性临界状态：P1最大，η较高高频功放一般工作在此状态过压状态：恒压源特性欠压状态：恒流源特性ccUIP1121ccEIP00结论欠压工作状态：电流受负载电阻的影响较小，近似为交流恒流源。输出功率P1和集电极效率η都较低，集电极损耗比较大，很少采用这种工作状态。临界工作状态：输出功率最大，且集电极效率也高，常用于发射机的功率输出级（末级），以便获得最大输出功率。过压工作状态：效率高，负载小。输出电压受负载电阻的影响较小，近似认为是交流恒压源。当RL=0，即负载短路时，集电极损耗功率Pc达最大值，有可能使功率晶体管烧坏。因此，在调整谐振功率放大器的过程中，必须防止负载短路。只改变Ub时，放大器电流、电压、功率、效率的变化特性。2．高频功放的振幅特性bU对集电极电流Ci的影响欠压状态：Ic1、Ic0和Uc随Ub增加而增加;过压状态：Ub变化时，Uc、Ic0和Ic1保持不变，因而输出功率和效率也不变。应用：作为线性功率放大器和振幅限幅器。7.2.31）基极调制特性只改变Eb时，放大器电流、电压、功率、效率的变化特性。3.高频功放的调制特性基本思想：改变某一电极的直流电压来改变高频信号的振幅2）集电极调制特性只改变Ec时，放大器电流、电压、功率、效率的变化特性。4.高频功放的调谐特性功放的外部电流Ic0、Ic1和电压Uc等随回路电容C的变化特性谐振时：ZL最大，Ic0、Ic1最小，Uc最大，来指示放大器调谐失振时：集电极损耗Pc迅速增加，高频功放应保持在谐振状态。①提高放大器的输出功率与效率，应该从哪几方面入手？②为什么丙类工作状态能获得高的输出效率？③丙类放大器为什么一定要采用调谐回路作为负载？回路为什么一定要调谐到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？④如何保证高频功放电路工作于丙类工作状态？思考如下几个问题：⑤比较高频功率放大器和高频小信号放大器的异同。⑥谐振功率放大器中，欠压、临界、过压三种工作状态根据什么来划分的？它们各有什么特点？课后题3-1,3-3,3-4,3-7,3-8,3-9,3-10,3-11