高頻丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)ppt課件

1、第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM射頻功率放大器射頻功率放大器 (Power Amplifier)(Power Amplifier)高頻功率放大器的特點(diǎn)高頻功率放大器的特點(diǎn)丙類諧振功率放大器丙類諧振功率放大器丁類諧振功率放大器丁類諧振功率放大器諧振功率放大器的電路組成諧振功率放大器的電路組成寬帶高頻功率放大器寬帶高頻功率放大器第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PMcooDocPPPPP 功放是能量轉(zhuǎn)換器：功放是能量轉(zhuǎn)換器： 在輸入信號(hào)的作用下，直流電源提供

2、的直流功在輸入信號(hào)的作用下，直流電源提供的直流功率率PDPD中，一部分被轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率中，一部分被轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率P0 P0 ，其他部，其他部分耗費(fèi)在功率管中，成為功率管的耗散功率分耗費(fèi)在功率管中，成為功率管的耗散功率Pc Pc ，即，即管耗。管耗。c放大器的集電極效率放大器的集電極效率 (Collection efficiency)(Collection efficiency)就是來評(píng)價(jià)這種轉(zhuǎn)換才干的性能目的：就是來評(píng)價(jià)這種轉(zhuǎn)換才干的性能目的： 作為放大器，功率增益是重要的性能目的，作為放大器，功率增益是重要的性能目的，但卻是第二位的。但卻是第二位的。第六講第六講 丙類功率放大器原理和

3、工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM二. 功率管的運(yùn)用特性 在功放中，往往選擇不同的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)，使功放運(yùn)用在特性不同的區(qū)段上，來實(shí)現(xiàn)甲，乙，丙，丁等不同運(yùn)用形狀。在輸入余弦波鼓勵(lì)下,集電極輸出電流iC 的波形不同：Demo:高頻放大器任務(wù)形狀的劃分第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM 管子的運(yùn)用形狀不同，相應(yīng)的最大集電極效率也就不同。假定管子集電極電流為iC，電壓為vCE那那么么tdvitdviPCECCECC2121丙類效率最高。丙類效率最高。 為晶體管集電極電流導(dǎo)通角，iC導(dǎo)通時(shí)間越小

4、，PC就越低。演示：功率放大器A、B、C類表示圖第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM高頻功率放大器的任務(wù)原理高頻功率放大器的任務(wù)原理 1 基基本本電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b) 等效電路等效電路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-(a) 原理電路原理電路主要由五個(gè)部分組成：主要由五個(gè)部分組成： 1集電極直流電源集電極直流電源 2基極偏置電路基極偏置電路 3大功率晶體管大功率晶體管 4輸入鼓勵(lì)電路輸入鼓勵(lì)電路 5輸出諧振回路輸出諧振回路第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大

5、器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic常常數(shù)數(shù) ceuBEccuig2 任務(wù)原理分析uBEic-UBBUBZubCCicCC(1) 集集電電極極電電流流ci 設(shè)設(shè)輸輸入入信信號(hào)號(hào)電電壓壓:tUubmb cos Ubm則則 加加 到到 晶晶 體體 管管 基基 極極 ,發(fā)發(fā) 射射 級(jí)級(jí) 的的有有 效效 電電 壓壓 為為 :tUUUuubmBBBBbBE cos 由由晶晶體體管管的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性曲曲線線可可以以看看出出：當(dāng)當(dāng)BZBEUu ，0 ci 當(dāng)當(dāng)BZBEUu ， BZBEccUugi 式中式中cg為：為：gC折折線線的的斜

6、斜率率有有 BZbmBBccUtUUgi cos +uBE _第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM2 任務(wù)原理分析(1) 集集電電極極電電流流ci BZbmBBccUtUUgi cos由由于于當(dāng)當(dāng)ct 時(shí)時(shí)，0 cibmBZBBcUUU cosbmBZBBcUUU 1cos cbmccbmbmcBZBBbmcctUg

7、UtUgUUtUgi coscoscoscos)(cos 又又當(dāng)當(dāng)0t 時(shí)時(shí)， cbmccUgI cos1max vBEic-UBB-UBZvbCCicCCVbmgCIcmaxccbmcIUg cos1max 代代 入入ci有有 ： 尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)表表達(dá)達(dá)式式cccmaxccos1coscos tIi+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE _第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PMccmaxcccos1costcosii (1) 集電極電流集電極電流若若對(duì)對(duì)ci分分解解為為付付里里葉葉

8、級(jí)級(jí)數(shù)數(shù)為為： ntItItIIic cos2coscoscmncm1cm1co其其中中各各系系數(shù)數(shù)分分別別為為： ccoIItdiI 0cmaxcccccmaxc)cos1cossin)(21 cccccccmIIttdiIcc 1cmaxcmax1)cos1cossin1()(cos21 cncccccccccmnInnnnittdniIcc cmax2max)cos11sincoscossin2)(cos21 式式中中：(1) c 0， c 1， cn 稱稱為為尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖的的分分解解系系數(shù)數(shù)。一一般般可可以以根根據(jù)據(jù)c 的的數(shù)數(shù)值值查查表表求求出出各各分分解解系系數(shù)數(shù)的的值

9、值。 (2) coI，cm1I，cm2I，cmnI為直流及基波和各次諧波的振幅。為直流及基波和各次諧波的振幅。 ictccic1ic2ic3IcoIcmax第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PMiC頻譜頻譜(2)集電極輸出電壓集電極輸出電壓ci經(jīng)經(jīng) LC 并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振回回路路后后，此此回回路路對(duì)對(duì)基基波波產(chǎn)產(chǎn)生生諧諧振振，呈呈純純電電阻阻PRci（最最大大值值） ，而而對(duì)對(duì)其其它它諧諧波波失失諧諧阻阻抗抗很很低低，呈呈電電容容性性。因因而而回回路路選選出出基基波波電電壓壓1cu，而而濾濾除除各各次次諧諧波波電電壓壓。 2

10、3LC回回路阻路阻抗抗 Rp故故回回路路輸輸出出的的基基波波電電壓壓：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 而而晶晶體體管管集集電電極極的的輸輸出出電電壓壓：tUEucmCCE cos 0+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE _ictccic1ic2ic3I coIcmaxubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM3. 高頻功放的功率關(guān)系高頻功放的功率關(guān)系 (1) 集集電電

11、極極電電源源提提供供的的直直流流功功率率：0CCDIEP (2) 集集 電電 極極 輸輸 出出 交交 流流 功功 率率 （ 負(fù)負(fù) 載載 上上 得得 到到 的的 功功 率率 ）PCmPCmCmCmRURIIUP2212121210 （注注意意PR為為回回路路諧諧振振阻阻抗抗）(3) 集集電電極極耗耗散散功功率率CP，oDCPPP (4) 集集電電極極能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換效效率率c ：cCOCCmCmCooDocIEIUPPPPP21211其其中中：CCmEU 為為集集電電極極電電壓壓利利用用系系數(shù)數(shù)； 討討論論：(1 )CPCmCCmERIEU1 ， cPR (3)cccocoocPPPPP 1 c

12、o13 1.02.02第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM開放實(shí)驗(yàn)：高頻功率放大器 本次實(shí)驗(yàn)主要研討以甲類諧振功率放大器為推進(jìn)級(jí)，以丙類諧振功率放大器為末級(jí)的混合功率放大器。第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PMbmVcmIV 5 . 0BBVdcP W6oPV 5 . 0 , 95. 0DV 晶體管高頻功率放大器，電源晶體管高頻功率放大器，電源 電壓利用系數(shù)電壓利用系數(shù) 輸出功率輸出功率 。求電源提供的功率。求電源提供的功率 ，峰值峰值 和導(dǎo)通角和導(dǎo)通角

13、。假設(shè)偏壓。假設(shè)偏壓 ，求輸入信號(hào)所需的振幅求輸入信號(hào)所需的振幅 。V, 24CCV,mA3000cI例題第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM W2 . 7243 . 00cccdcVIP W2 . 162 . 7odccPPP%3 .832 . 76dcoPP0121 75. 12 0166407. 0cos419. 0)(1239. 0)(0查表得知：查表得知：解解第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PMmA 1255239. 0300)( 0cocmII

14、mA 9 .5251255419. 0)(11cmcIIV 46. 2407. 05 . 05 . 0cosBBDbmVVV第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM丙類倍頻器丙類倍頻器 功功用用：輸輸出出信信號(hào)號(hào)的的頻頻率率是是輸輸入入信信號(hào)號(hào)頻頻率率的的整整數(shù)數(shù)倍倍。在在無無線線電電發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)中中常常采采用用倍倍頻頻器器，其其目目的的是是降降低低振振蕩蕩器器頻頻率率，提提高高振振蕩蕩器器的的頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定度度。常常用用的的倍倍頻頻器器：丙丙類類倍倍頻頻器器：利利用用丙丙類類放放大大器器脈脈沖沖電電流流的的諧諧波波獲獲得得倍

15、倍頻頻。參參量量倍倍頻頻器器：利利用用結(jié)結(jié)電電容容電電壓壓變變化化的的非非線線性性來來獲獲得得倍倍頻頻。第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM工工作作于于二二次次諧諧波波倍倍頻頻器器的的電電流流和和電電壓壓關(guān)關(guān)系系如如下下圖圖所所示示：其其中中：tUEuCCce 2cos2 , 而而 PCCRIU22 PR為為 LC 回回 路路 諧諧 振振 在在 2時(shí)時(shí)的的 并并 聯(lián)聯(lián) 諧諧 振振 電電 阻阻 。iC+uce- Ec +-uc2+iciC1iC2ic頻譜頻譜0 2 3 4ICOIC1IC2IC3IC4LC諧振特性諧振特性注注意

16、意點(diǎn)點(diǎn)：1 在在有有ci流流通通的的時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)，倍倍頻頻器器的的集集電電極極瞬瞬時(shí)時(shí)電電壓壓上上升升速速度度比比較較快快， 故故倍倍頻頻器器的的集集電電極極耗耗散散功功率率CP比比正正常常工工作作于于基基波波狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)大大得得多多，即即集集電電極極效效率率c 較較低低，且且倍倍頻頻次次數(shù)數(shù) n 值值較較高高，損損耗耗較較大大，效效率率較較低低，故故丙丙類類倍倍頻頻器器一一般般只只限限于于二二倍倍頻頻和和三三倍倍頻頻的的應(yīng)應(yīng)用用。 iC1iC1iC1iC2iC2iC2第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM2. 由由于于倍倍頻

17、頻器器主主要要是是利利用用了了余余弦弦尖尖頂頂脈脈沖沖的的諧諧波波分分量量，即即： maxccncniI 在作倍頻器應(yīng)用時(shí)，為使輸出最大，一般應(yīng)選擇使在作倍頻器應(yīng)用時(shí)，為使輸出最大，一般應(yīng)選擇使 cn 為最大為最大值的導(dǎo)通角，而此最佳導(dǎo)通角為：值的導(dǎo)通角，而此最佳導(dǎo)通角為： 0c0c040,3n60,2n,n120 3. 如如果果設(shè)設(shè)倍倍頻頻器器的的導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為c ，則則倍倍頻頻器器的的輸輸出出功功率率和和效效率率為為 cnCcncnonIEIUP cmax2121而而其其中中：ccnEU 電電壓壓利利用用系系數(shù)數(shù) cncoccncncgIEIUPP 2121Don 而而cocncocnc

18、nIIg 可可見見， n 次次諧諧波波倍倍頻頻器器的的輸輸出出功功率率正正比比于于n 次次諧諧波波的的分分解解系系數(shù)數(shù)cn 。第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM 高頻功率放大器的任務(wù)形狀高頻功率放大器的任務(wù)形狀 第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM當(dāng)當(dāng)放放大大器器工工作作在在諧諧振振狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)，其其外外部部電電路路電電壓壓方方程程為為：若若 設(shè)設(shè) ：tUubmb cos 輸輸 入入 端端 ：tUUubmBBBE cos 輸輸 出出 端端 ：tUEucm

19、Cce cos 其其 中中 ：tUuCmc cos1 +ub-CLEC-UBB+uc1-icRp+uCE-+uBE _第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM動(dòng)態(tài)線動(dòng)態(tài)線Dynimic Line： 根據(jù)根據(jù)Vbe和和Vce的值在以的值在以Vbe為參變量的輸為參變量的輸出特性曲線出特性曲線ic=f(Vce)上找出對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)和由上找出對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)和由此確定的此確定的ic值并畫出值并畫出ic的波形。其中，動(dòng)態(tài)點(diǎn)的的波形。其中，動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連線稱為諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)線。連線稱為諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)線。A點(diǎn)： C點(diǎn)： B點(diǎn)：cmCCCEb

20、mBBBEVVuVVUt 0，cos 0 ccmCCCEVVuit，cmCCCEVVuit 0 c，第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PMuceicAOECQ令令ot90 由由 外外 部部 方方 程程 可可 得得 ： )(,:BZBBcQcBBBECceUUgIiUuEuQ令令o0t bmBBbbeCmCcceUUuuUEuuAmaxmin:連連 接接Q 、 A 兩兩 點(diǎn)點(diǎn) 即即 得得 動(dòng)動(dòng) 態(tài)態(tài) 特特 性性 曲曲 線線 。Ucmc ucmin輸輸 出出 端端 ：tUEucmCce cos ubemaxDemo:諧振功率放大器

21、的近似分析方法第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM直線直線ABAB、BCBC動(dòng)態(tài)特性曲線動(dòng)態(tài)特性曲線 當(dāng)當(dāng)A2A2點(diǎn)處于臨界區(qū)稱為臨界點(diǎn)處于臨界區(qū)稱為臨界CriticalCritical形狀形狀當(dāng)當(dāng)A1A1點(diǎn)處于放大區(qū)稱為欠壓點(diǎn)處于放大區(qū)稱為欠壓UndervoltageUndervoltage形狀形狀當(dāng)當(dāng)A3A3點(diǎn)處于飽和區(qū)稱為過壓點(diǎn)處于飽和區(qū)稱為過壓OvervoltageOvervoltage形狀形狀Demo:功率放大器三種任務(wù)形狀和形狀波形第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2

22、022 10:47 PM在在A沒有進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，動(dòng)態(tài)特性曲線斜率為沒有進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，動(dòng)態(tài)特性曲線斜率為)cos1 (1)cos1 ()cos1 (11eeccmcmcmRRIIVIk利用利用A，B兩點(diǎn)直線計(jì)算斜率：兩點(diǎn)直線計(jì)算斜率：），（，），（0 cos mincmCCcmCEVVBIVA第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM1. A1在欠壓區(qū)，在欠壓區(qū)，ic為余弦脈沖，脈沖高度隨為余弦脈沖，脈沖高度隨Vcm增大約有減小。增大約有減小。2. A2臨界形狀。臨界形狀。3. A3在過壓區(qū)，在過壓區(qū)，ic為中間凹陷的脈沖波，隨著為

23、中間凹陷的脈沖波，隨著Vcm增大脈沖波的凹陷加深，高度減小。增大脈沖波的凹陷加深，高度減小。 當(dāng)VBE向VBEmax增大，VCE向著VCEmin減小時(shí)，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)先到達(dá)臨界點(diǎn)(圖中E點(diǎn))，ic值最大，而后進(jìn)入飽和區(qū)，ic值減小，出現(xiàn)凹陷。直到A3點(diǎn)，ic值到達(dá)最小。思索題：思索題： 在過壓區(qū)為什么會(huì)出現(xiàn)凹陷？在過壓區(qū)為什么會(huì)出現(xiàn)凹陷？第六講第六講 丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)丙類功率放大器原理和工作狀態(tài)2/15/2022 10:47 PM 某諧振功率放大器的動(dòng)特性如下圖，試回答并計(jì)算以某諧振功率放大器的動(dòng)特性如下圖，試回答并計(jì)算以下各選項(xiàng)：下各選項(xiàng)： (1)此時(shí)功放任務(wù)于何種形狀？寫出此時(shí)功放任務(wù)于何種形狀？寫出A，B，C三點(diǎn)坐標(biāo)三點(diǎn)坐標(biāo),畫出畫出ic的波形。的波形。 (