丁類集成寬放

1、丁類集成寬放第1頁，共31頁。3.4 丁類諧振功率放大器主要要求： 了解提高放大器效率的方法。了解丁類諧振功放的工作原理。第2頁，共31頁。一、提高功放效率的方法提高功放效率的方法：tuBEOVBBuBE(on)tiCOiCmaxVCCuctuCEO1.減小2.減小 iC uCE 丙類； 有限制 各種高效率諧振功放的設(shè)計基礎(chǔ) 例如丁類要減小PC第3頁，共31頁。提高功放效率的方法：tuBEOVBBuBE(on)tiCOiCmaxVCCuctuCEO1.減小2.減小 iC uCE要減小PC一、提高功放效率的方法使放大器工作于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)晶體管導(dǎo)通 iC0 時，uCE最小，約為零；而當(dāng) uCE0

2、時，晶體管截止，iC=0 。因此，iC uCE很小，理想情況下效率可達100% 。思路第4頁，共31頁。二、丁類諧振功率放大器 有電壓開關(guān)型和電流開關(guān)型兩類+ui+ub1ub2+uoRLCAL電壓開關(guān)型丁類功放原理圖+VCCV1V2V1、V2 兩管同類型且特性相同兩管的激勵電壓ub1和ub2大小相等，極性相反。兩管的負載是L、C、R L構(gòu)成的串聯(lián)諧振回路第5頁，共31頁。+ui+ub1ub2+uoRLCAL電壓開關(guān)型丁類功放原理圖+VCCV1V2工作原理：設(shè)ui 為足夠大的正弦波，則兩管輪流飽和導(dǎo)通。當(dāng)V1管飽和導(dǎo)通時，uA = VCC UCE(sat)當(dāng)V2管飽和導(dǎo)通時，uA = UCE(s

3、at)因此uA為方波電壓，其幅值為 VCC 2UCE(sat) tuAOVCCUCE(sat)二、丁類諧振功率放大器第6頁，共31頁。+ui+ub1ub2+uoRLCAL電壓開關(guān)型丁類功放原理圖+VCCV1V2工作原理：當(dāng)回路調(diào)諧于輸入信號頻率，且Q值足夠高時， 只有uA中的基波分量能在回路中產(chǎn)生電流io，因此負載RL上得到不失真的輸出電壓 uo 。tuAOVCCUCE(sat)tioOtuoOiouo二、丁類諧振功率放大器第7頁，共31頁。+ui+ub1ub2+uoRLCAL電壓開關(guān)型丁類功放原理圖+VCCV1V2工作原理：io只能由V1和V2管分別導(dǎo)通時的iC1 、iC2合成。iC1 、i

4、C2為半波電流tuAOVCCUCE(sat)iotiC1OtiC2OiC1iC2二、丁類諧振功率放大器第8頁，共31頁。+ui+ub1ub2+uoRLCAL電壓開關(guān)型丁類功放原理圖+VCCV1V2工作原理：可見：丁類諧振功放中的兩管均工作于開關(guān)狀態(tài)，它們均為半周導(dǎo)通、半周截止。導(dǎo)通時，電流為半個正弦波，但管壓降約為零；截止時，管壓降很大，當(dāng)電流為零，因此管耗很小，功放效率很高。tuAOVCCUCE(sat)iotiC1OtiC2OiC1iC2二、丁類諧振功率放大器第9頁，共31頁。丁類諧振功放的問題及其措施： 高頻工作時，由于管子結(jié)電容和電路分布電容的影響， uA的波形有一定的上升沿和下降沿，

5、因而產(chǎn)生較大的動態(tài)管耗。頻率越高，動態(tài)管耗在總管耗中的影響越大，致使效率大大下降。因此丁類諧振功放的效率受到管子開關(guān)特性的限制。戊類諧振功放：在丁類諧振功放的基礎(chǔ)上改進。采用 特殊設(shè)計的輸出回路，以保證uCE為 最小值的一段時間內(nèi)才有 iC 流通。第10頁，共31頁。3.4丁類高頻功率放大電路總結(jié) 丁類功率放大電路如圖所示: V1、V2各飽和導(dǎo)通半周，盡管導(dǎo)通電流很大，但相應(yīng)的管壓降很小，這樣每管的管耗就很小，放大器的效率也很高。丁類放大電路中，三極管處于開關(guān)狀態(tài) ;在理想情況下，丁類高頻功率放大電路的效率可達100%，實際情況下也可達90%左右。 第11頁，共31頁。3.5 集成高頻功率放大

6、電路及應(yīng)用簡第12頁，共31頁。微帶線 又稱微帶傳輸線決定電性能：絕緣板的介電系數(shù)和厚度H、帶狀導(dǎo)體寬度W實際使用時, 微帶線是采用雙面敷銅板, 在上面作出各種圖形, 構(gòu)成電感、電容等各種微帶元件, 從而組成諧振電路、 濾波器以及阻抗變換器等。第13頁，共31頁。典型應(yīng)用電路第14頁，共31頁。 圖3.5.3是TW-42超短波電臺中發(fā)信機高頻功放部分電路圖。 此電路采用了日本三菱公司的高頻集成功放電路M57704H。 TW-42電臺是采用頻率調(diào)制, 工作頻率為4577MHz458 MHz, 發(fā)射功率為5W。由圖3.5.3可見, 輸入等幅調(diào)頻信號經(jīng)M57704H功率放大后, 一路經(jīng)微帶線匹配濾波

7、后, 再經(jīng)過V115送多節(jié)LC的型網(wǎng)絡(luò), 然后由天線發(fā)射出去；另一路經(jīng)V113、 V114檢波, V104、V105直流放大后, 送給V103調(diào)整管, 然后作為控制電壓從M57704H的第腳輸入, 調(diào)節(jié)第一級功放的集電極電源, 可以穩(wěn)定整個集成功放的輸出功率。第二三級功放的集電極電源是固定的138 V。 M57704應(yīng)用電路說明第15頁，共31頁。3.6 寬帶高頻功率放大器 寬帶高頻功率放大電路采用非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)作為匹配網(wǎng)絡(luò), 能在很寬的頻帶范圍內(nèi)獲得線性放大。常用的寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)是傳輸線變壓器, 它可使功放的最高頻率擴展到幾百兆赫甚至上千兆赫, 并能同時覆蓋幾個倍頻程的頻帶寬度。 由于無選頻濾

8、波性能, 故寬帶高頻功放只能工作在非線性失真較小的甲類或乙類狀態(tài), 效率較低。所以, 寬帶高頻功放是以犧牲效率來換取工作頻帶的加寬。 第16頁，共31頁。3.6.1 傳輸線變壓器第17頁，共31頁。 普通變壓器上、下限頻率的擴展方法是相互制約的。為了擴展下限頻率, 就需要增大初級線圈電感量, 使其在低頻段也能取得較大的輸入阻抗, 如采用高導(dǎo)磁率的高頻磁芯和增加初級線圈的匝數(shù), 但這樣做將使變壓器的漏感和分布電容增大, 降低了上限頻率；為了擴展上限頻率, 就需要減小漏感和分布電容, 減小高頻功耗, 如采用低導(dǎo)磁率的高頻磁芯和減少線圈的匝數(shù), 但這樣做又會使下限頻率提高。 傳輸線變壓器是基于傳輸線

9、原理和變壓器原理二者相結(jié)合而產(chǎn)生的一種耦合元件。它是將傳輸線(雙絞線、帶狀線或同軸線等)繞在高導(dǎo)磁率的高頻磁芯上構(gòu)成的, 以傳輸線方式與變壓器方式同時進行能量傳輸。 3.6.1傳輸線變壓器第18頁，共31頁。 利用圖3.6.1所示一種簡單的11傳輸線變壓器, 可以說明這種特殊變壓器能同時擴展上、下限頻率的原理。 在圖3.6.1中, (a)圖是結(jié)構(gòu)示意圖, (b)圖和(c)圖分別是傳輸線方式和變壓器方式的工作原理圖, (d)圖是用分布電感和分布電容表示的傳輸線分布參數(shù)等效電路。 在以傳輸線方式工作時, 信號從、 端輸入, 、 端輸出。如果信號的波長與傳輸線的長度可以相比擬, 兩根導(dǎo)線固有的分布電

10、感和相互間的分布電容就構(gòu)成了傳輸線的分布參數(shù)等效電路。若傳輸線是無損耗的, 則傳輸線的特性阻抗Z c=傳輸線變壓器第19頁，共31頁。 其中L、C分別是單位線長的分布電感和分布電容。 當(dāng)Zc與負載電阻RL相等, 則稱為傳輸線終端匹配。 在此無耗、 匹配情況下, 若傳輸線長度l與工作波長相比足夠小(lmin8)時, 可以認為傳輸線上任何位置處的電壓或電流的振幅均相等, 且輸入阻抗Zi=Zc=RL, 故為11變壓器。 可見, 此時負載上得到的功率與輸入功率相等且不因頻率的變化而變化。 在以變壓器方式工作時, 信號從、端輸入, 、端輸出。由于輸入、輸出線圈長度相同, 從圖(c)可見, 這是一個11的

11、反相變壓器。 傳輸線變壓器第20頁，共31頁。 當(dāng)工作在低頻段時, 由于信號波長遠大于傳輸線長度, 分布參數(shù)很小, 可以忽略, 故變壓器方式起主要作用。由于磁芯的導(dǎo)磁率高, 所以雖傳輸線較短也能獲得足夠大的初級電感量, 保證了傳輸線變壓器的低頻特性較好。 當(dāng)工作在高頻段時, 傳輸線方式起主要作用, 在無耗匹配的情況下, 上限頻率將不受漏感、 分布電容、 高導(dǎo)磁率磁芯的限制。 而在實際情況下, 雖然要做到嚴格無耗和匹配是很困難的, 但上限頻率仍可以達到很高。 由以上分析可以看到, 傳輸線變壓器具有良好的寬頻帶特性。 傳輸線變壓器第21頁，共31頁。 傳輸線變壓器的功能1、平衡不平衡電路的轉(zhuǎn)換第2

12、2頁，共31頁。 與普通變壓器一樣, 傳輸線變壓器也可以實現(xiàn)阻抗變換, 但由于受結(jié)構(gòu)的限制, 只能實現(xiàn)某些特定阻抗比的變換。 圖3.6.4給出了一種41傳輸線阻抗變換器的原理圖。 圖3.6.5給出了一種14傳輸線阻抗變換器的原理圖。2、阻抗變換第23頁，共31頁。 利用多個功率放大電路同時對輸入信號進行放大, 然后設(shè)法將各個功放的輸出信號相加, 這樣得到的總輸出功率可以遠遠大于單個功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術(shù)。 利用功率合成技術(shù)可以獲得幾百瓦甚至上千瓦的高頻輸出功率。 理想的功率合成器不但應(yīng)具有功率合成的功能, 還必須在其輸入端使與其相接的前級各率放大器互相隔離, 即當(dāng)其中某一個功率

13、放大器損壞時, 相鄰的其它功率放大器的工作狀態(tài)不受影響, 僅僅是功率合成器輸出總功率減小一些。 圖3.6.6給出了一個功率合成器原理方框圖。 3.6.2功率合成第24頁，共31頁。功率合成器的原理框圖第25頁，共31頁。 由圖可見, 采用7個功率增益為2, 最大輸出功率為10 W的高頻功放, 利用功率合成技術(shù), 可以獲得40W的功率輸出。 其中采用了三個一分為二的功率分配器和三個二合一的功率合成器。 功率分配器的作用在于將前級功放的輸出功率平分為若干份, 然后分別提供給后級若干個功放電路。 利用傳輸線變壓器可以組成各種類型的功率分配器和功率合成器, 且具有頻帶寬、 結(jié)構(gòu)簡單、插入損耗小等優(yōu)點, 然后可進一步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。 功率合成器說明 第26頁，共31頁。功率合成網(wǎng)絡(luò)圖3.6.7 方向功率合成網(wǎng)絡(luò)第27頁，共31頁。功率分配網(wǎng)絡(luò)圖3.6.8 同向功率分配網(wǎng)絡(luò)(a) 傳輸線變壓器形式 (b)自耦變壓器形式第28頁，共31頁。實用的功率分配電路圖3.6.9 兩種功率分配實用電路(a) 二分配器 (b)四分配器第29頁，共3