《高頻電子線路》課程設(shè)計說明書-高頻功率放大器.doc

武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計說明書11.原理說明利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器。它是無線電發(fā)射機(jī)中的重要組成部件。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可以分為甲類、乙類、丙類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角愈小放大器的效率愈高。如甲類功放的=180o，效率最高也只能達(dá)50%，而丙類功放的90o,效率可達(dá)到80%。甲類功率放大器適合作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。丙類功率放大器通常作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。高頻功率放大器按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。1.1高頻功放的主要技術(shù)指標(biāo)1.1.1功率關(guān)系：功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率OP，使之一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘柟β?P輸出去,一部分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電極耗散功率CP。根據(jù)能量守衡定理：1oCPPP直流功率：輸出交流功率：2211111222ccccLLUPUIIRRCU-回路兩端的基頻電壓c1I-基頻電流LR-回路的負(fù)載阻抗。1.1.2放大器的集電極效率1101122ccoCCcUIPPUI其中集電極電壓利用系數(shù)：1ccLCCCCUIRUU0ocCCIU武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計說明書2波形系數(shù)：1100()()ccII為通角的函數(shù)；越小越大。1.1.3諧振功率放大器臨界狀態(tài)的計算臨界狀態(tài)下，若已知電源電壓Ucc，BBU三極管的參數(shù)Cg，UBB，設(shè)電壓利用系數(shù)為，集電極的導(dǎo)通角為。求諧振功率放大器的其余參數(shù)，如功率和效率等。1)首先要求得集電極電流脈沖的兩個主要參量cmaxi和導(dǎo)通角：cosBBBBbUUarcU功率放大器的設(shè)計原則是在高效率下取得較大的輸出功率。在實(shí)際運(yùn)用中，為兼顧高效率的輸出功率和高效率，通常導(dǎo)通角為6080度。集電極電流脈沖幅值icmax：max(1cos)ccbigU2）由值，查表求得電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù)0、1、，并求得各個分量的實(shí)際值C0I、C1I。0max01max()CCcCIiIi3)根據(jù)：221()1122cCCLLUUPRR可求得最佳負(fù)載電阻：21()2CCLCRURP1.2功率放大器的負(fù)載特性只在其他條件不變（CCU、BBU、Ub為一定），只變化放大器的負(fù)載電阻LR而引起的放大器的電流、輸出電壓、功率、效率的變化特性。1.2.1cu、ci隨負(fù)載變化的波形當(dāng)負(fù)載電阻LR由小至大變化時，1.負(fù)載線的斜率由小變大。2.放大器的工作狀態(tài)由欠壓過壓臨界；3.輸出電壓cu逐漸增大。4.輸出電流ci的波形由尖頂脈沖凹頂脈沖1.2.2功率及效率隨負(fù)載（工作狀態(tài)）變化的波形：武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計說明書3欠壓狀態(tài)在欠壓區(qū)至臨界點(diǎn)的范圍內(nèi)，放大器的輸出電壓Uc隨負(fù)載電阻RL的增大而增大，而電流cmaxi、C1I、C0I其基本不變，根據(jù)1112ccPUI0ocCCPIUc01PPP1oPP則電源功率OP不變、輸出功率1P將增加，管耗將減少。臨界狀態(tài)負(fù)載線和bU正好相交于臨界線的拐點(diǎn)。放大器工作在臨界狀態(tài)時，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。過壓狀態(tài)放大器的負(fù)載較大，在過壓區(qū)，隨著負(fù)載LR的加大，C1I要下降，因此放大器的輸出功率和效率也要減小1.3諧振功率放大器的偏置電路及耦合電路1.3.1直流饋電電路1.集電極饋電電路根據(jù)直流電源連接方式不同，集電極電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種，(1)串饋電路指直流電源CCV、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者首尾相接的一種直流饋電電路。1C、CL為低通濾波電路，A點(diǎn)為高頻地電位，既阻止電源CCV中的高頻成分影響放大器的工作，又避免高頻信號流入直流電源。(2)并饋電路指直流電源CCV、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者為并聯(lián)連接的一種饋電電路。如圖CL為高頻扼流圈，1C為高頻旁路電容，避免高頻信號流入直流電源，2C為高頻輸出耦合電容。2.基極饋電電路基極饋電電路也分串饋和并饋兩種1）基極偏置常采用自給偏置電路；-串饋2）由負(fù)電源-U分壓供給基極偏置電壓；-串饋3）零偏壓；-串饋圖1-3-1基極饋電形式武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計說明書41.3.2輸出回路和級間耦合回路1.級間耦合網(wǎng)絡(luò)對于中間級而言，最主要的是應(yīng)該保證它的電壓輸出穩(wěn)定，以供給下級功放穩(wěn)定的激勵電壓，而效率則降為次要問題。多級功放中間級的一個很大問題是后級放大器的輸入阻抗是變化的，是隨激勵電壓的大小及管子本身的工作狀態(tài)變化而變化的。這個變化反映到前級回路，會使前級放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。此時，若前級原來工作在欠壓狀態(tài)，則由于負(fù)載的變化，其輸出電壓將不穩(wěn)定。2.輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)常常是指設(shè)備中末級功放與天線或其他負(fù)載間的網(wǎng)絡(luò)。這種匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、型、T型網(wǎng)絡(luò)及耦合回路。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的主要功能與要求是匹配、濾波、和高效率。需要匹配的原因：當(dāng)調(diào)諧功率放大器工作于最佳負(fù)載值時的功放的效率較高，輸出功率較大。在實(shí)際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過匹配網(wǎng)絡(luò)和終端負(fù)載（如天線等）相匹配。匹配的原理：通過改變匹配回路的可調(diào)元件，將負(fù)載阻抗LR轉(zhuǎn)換成放大管所要求的最佳負(fù)載阻抗LCRR，使管子送出的功率1P能盡可能多的饋至負(fù)載。L型匹配