通信電子線路課件：第二章 諧振高頻功率

1、發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)RC低頻振蕩LC低頻振蕩模擬乘法器調(diào)幅電路高頻功率發(fā)射功放分類：甲類：一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通（2）乙類：半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通（ ）甲乙類：大于半個(gè)周期，小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通（ ）丙類：小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通（ ）丁類：工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)戊類：工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的基礎(chǔ)上，采用特殊設(shè)計(jì)的集電極回路從甲類到戊類的設(shè)計(jì)思想是為了提高功放電路的效率第二章 諧振功率放大器2.1 諧振功率放大器地工作原理2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.3 諧振功率放大器電路2.4 高頻功率放大器第二章 諧振功率放大器諧振功率放大器用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)地功率放大器。一般為丙類功率放大。主要應(yīng)用在無(wú)線電發(fā)射機(jī)中，用來(lái)對(duì)載波信號(hào)或高頻已調(diào)波

2、信號(hào)進(jìn)行功率放大。在某些場(chǎng)合，例如對(duì)調(diào)幅波信號(hào)進(jìn)行功率放大的發(fā)射機(jī)，為了保證調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)不失真，一般都采用乙類工作，這種功率放大器又被稱為：線性功率放大器。本章重點(diǎn)討論丙類工作的諧振功率放大器。也對(duì)其它工作狀態(tài)的諧振功率放大器進(jìn)行介紹。2.1 諧振功率放大器地工作原理2.1.1 丙類諧振功率放大器電路的特點(diǎn) 靜態(tài)時(shí)，管子工作在截止區(qū)。 由Lr和Cr及負(fù)載ZL組成并聯(lián)諧振電路。其中，QL是有載品質(zhì)因數(shù)2.1 諧振功率放大器地工作原理2.1.1 丙類諧振功率放大器2.電路的工作原理因?yàn)殪o態(tài)時(shí)，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。所以當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，只有當(dāng)瞬時(shí)的電位高于0.6V時(shí)，才能有ib電流并形成ic電流。因此

3、形成的脈沖串的寬度均小于半個(gè)周期。返回2.1 諧振功率放大器地工作原理2.1.1 丙類諧振功率放大器根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)得到利用諧振回路的選頻特性，可以選取基波或者諧波。平均量基波分量諧波分量另外一個(gè)方面，電路還把含電抗分量的外接負(fù)載變換為Re，調(diào)節(jié)Lr和Cr，則Re值也變。滿足電路集電極負(fù)載值的要求，起了匹配作用。 諧振回路起到了選頻和匹配的雙重作用。2.1 諧振功率放大器地工作原理2.1.1 丙類諧振功率放大器丙類電路的缺點(diǎn)： （功率和效率的矛盾） 功放電路的效率是隨導(dǎo)通時(shí)間的減少而增大。但是隨著導(dǎo)通時(shí)間的減小，基波分量的幅度Ic1m將相應(yīng)減小，從而導(dǎo)致了放大器的輸出功率減小。解決的方法：提

4、高輸入激勵(lì)電壓幅度Vbm和讓基極的直流偏置電壓VBB的絕對(duì)值增大。但是同時(shí)又造成了三極管的反向偏壓過(guò)高（ VBB Vbm）。2.1 諧振功率放大器的工作原理2.1.2 丁戊類諧振功率放大器 通過(guò)Tr的作用，把Vi變成極性相反的輸入激勵(lì)電壓，使極性相同的兩個(gè)管子在vb1和vb2足夠大的情況下，輪流飽和導(dǎo)通和截止。 L、C、RL組成串聯(lián)諧振回路，選取基波成分。只要諧振回路是高Q，則RL可以得到不失真的輸出功率一、丁類諧振功率放大器2.1 諧振功率放大器的工作原理2.1.2 丁戊類諧振功率放大器二、戊類諧振功率放大器 因?yàn)榭紤]到管子的結(jié)電容和電路的分布電容的存在，導(dǎo)通到截止或逆過(guò)程均需要時(shí)間；管子的

5、功耗增大。所以，丁類的效率可以達(dá)到90以上。電路的改進(jìn)考慮是在一個(gè)管子處于飽和，而且其VCES是最小時(shí)才有電流。目的是為了達(dá)到降低管子的功耗。2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.1 近似分析方法（準(zhǔn)靜態(tài)分析法）1. 因?yàn)榧姌O的負(fù)載是調(diào)諧回路，由此形成的電壓是余弦波，流過(guò)的電流為脈動(dòng)電流，而且ic與vce是互為確定的；所以，要準(zhǔn)確分析靠非線性微分方程。假設(shè)一：諧振回路是理想濾波器，只選取所需要的頻率。假設(shè)二：只是從靜態(tài)的輸入、輸出特性曲線來(lái)考慮，高頻 效應(yīng)忽略。2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.1 近似分析方法（準(zhǔn)靜態(tài)分析法） 設(shè)定VBB、Vbm、VCC和Vcm四個(gè)電量的數(shù)值，并根據(jù)

6、t0、 15、 30、 45、決定vBE和vCE。并由vBE為參變量的輸出特性曲線找出對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)。最后確定ic的波形。2. 圖解分析法2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.1 近似分析方法（準(zhǔn)靜態(tài)分析法）ic為脈動(dòng)波形，根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)，可以知道ic的平均分量為Ico，基波分量振幅為Ic1m和諧波分量，由此可以決定：諧振回路的Re直流電源的功率輸出的交流功率集電極的功率功放電路的功率至負(fù)載特性2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.2 欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)工作狀態(tài)分類分類的原則是否進(jìn)入飽和區(qū)為界限。2. 工作狀態(tài)不同時(shí)的對(duì)ic的影響當(dāng)VBB、Vbm、和VCC為定值時(shí)，因?yàn)楫?dāng)負(fù)載電阻Re變化時(shí)

7、，則Vcm也變。Re增大 Vcm增大。則電路的工作狀態(tài)：A欠壓狀態(tài)，工作在放大區(qū)。A臨界狀態(tài)，A過(guò)壓狀態(tài)，工作進(jìn)入飽和區(qū)。A狀態(tài)下， ic的值卻下降，而且出現(xiàn)下凹的波形。返回2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.3 VBB、Vbm、VCC和Vcm四個(gè)電量對(duì)電路性能的影響一、負(fù)載特性圖2-2-3是Re變化時(shí)， 引起ic的變化波形。因?yàn)閕c是脈沖波，而且是周期變化的，根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，可以得到直流分量基波分量還有諧波分量。2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.3 VBB、Vbm、VCC和Vcm四個(gè)電量對(duì)電路性能的影響理論證明： 因?yàn)镽e的變化，則導(dǎo)致Ico、Icm、Vcm、Po、PD、PC和

8、C的變化。但是若選取合適的Re，使電路工作在臨界狀態(tài)，則Po達(dá)到最大值， C的值較高， PC較小。所以，Re值稱為諧振功率放大器的匹配負(fù)載。Vce(sat）是飽和壓降至公式頁(yè)2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.3 VBB、Vbm、VCC和Vcm四個(gè)電量對(duì)電路性能的影響二、調(diào)制特性（集電極調(diào)制和基極調(diào)制）（1）集電極調(diào)制特性是指當(dāng)VBB、Vbm和Re一定時(shí)，放大器性能隨VCC變化特性。從輸入特性曲線可知，當(dāng)VBB、Vbm為定值時(shí)，則vBEmax和ic的脈沖寬度也為定值。當(dāng)VCC由大變小時(shí)，相對(duì)應(yīng)的vCEmin的動(dòng)態(tài)點(diǎn)也必定由大變小。 ic的值也將由大變小。并且出現(xiàn)下凹變化。圖2-2-22.2

9、 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.3 VBB、Vbm、VCC和Vcm四個(gè)電量對(duì)電路性能的影響（2）基極調(diào)制特性是指當(dāng)VCC、Vbm和Re一定時(shí)，放大器性能隨VBB變化特性。從輸入特性可知（圖2-1-2） VBB由負(fù)值向正值方向增大時(shí)，則而且ic電流的脈沖和幅度也增加。工作狀態(tài)也由欠壓進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)。圖2-1-22.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)（3）集電極調(diào)制電路和基極調(diào)制電路2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2.3 VBB、Vbm、VCC和Vcm四個(gè)電量對(duì)電路性能的影響三、放大特性（1）當(dāng)VCC、VBB和Re為定值時(shí)，放大性能會(huì)隨著Vbm的大小變化而變化。2.2 諧振功率放大器地性能特點(diǎn)2.2

10、.3 VBB、Vbm、VCC和Vcm四個(gè)電量對(duì)電路性能的影響（3）限幅器Vbm的變化范圍工作在過(guò)壓狀態(tài)，而且其Vbmmin不能低于臨界狀態(tài)的對(duì)應(yīng)的Vbm值（限幅門(mén)限值）。（2）線性放大作用Vbm的變化范圍必須在欠壓區(qū)，可作為線性放大。但從放大特性可知，欠壓區(qū)的特性曲線不是完全直線，會(huì)產(chǎn)生失真。實(shí)際電路可加負(fù)反饋或采用乙類推挽電路。2.3 諧振功率放大器電路2.3.1直流饋電電路一、集電極直流饋電方式（1）串連饋電方式（2）并聯(lián)饋電方式兩種直流饋電各有特點(diǎn)：串聯(lián)式的濾波匹配網(wǎng)絡(luò)處于直流的高電位上，網(wǎng)絡(luò)元件不能直接接地。并聯(lián)式的濾波匹配網(wǎng)絡(luò)不處于直流電位上，因此可直接接地。但是Lc和Cc1的串聯(lián)后

11、并接在濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的兩端，分布參數(shù)影響大。共同特點(diǎn)是：Vcc都能夠全部加到集電極上。2.3 諧振功率放大器電路2.3.1直流饋電電路二、基極直流饋電方式（1）分壓式饋電方式（2）自給偏壓饋電方式分壓決定VB的值自給偏壓方式：由iB中的IB0在直流電阻上的壓降，與IB0一樣，隨iB的大小變化2.3 諧振功率放大器電路2.3.2 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)要求：1. 把RL轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合放大電路所要求的Re，提高效率。2. 濾去高次諧波，選出所需的基波或者倍頻信號(hào)。諧波抑制度為：3. 傳輸效率盡量接近1 2.3 諧振功率放大器電路2.3.2 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)考慮：（1）因?yàn)橹C波的抑制度與傳輸效率的要求是矛盾的。所以在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到K要高，Hn也要高，因此在實(shí)際的匹配網(wǎng)絡(luò)往往是采用Qe較低和，