【正文】 第 6章 高頻功率放大器 第 6章 高頻功率放大器 諧振功率放大器工作原理 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析 諧振功率放大器的高頻特性 諧振功率放大器電路 高效率高頻功率放大器及功率合成技術(shù) 第 6章 高頻功率放大器 高頻功率放大器作用 ： 主要用于放大高頻信號或高頻已調(diào)波（即窄帶）信號，用于發(fā)射機的末級，使之獲得足夠的高頻功率饋送到天線輻射出去。由于 采用諧振回路作負載 ，解決了大功率放大時的效率、失真、阻抗匹配等問題，因而高頻功率放大器通常又稱為 諧振功率放大器 。 高頻功率放大器主要解決了高效率、高功率的輸出問題。 高頻功率放大器（續(xù)） 第 6章 高頻功率放大器 高頻功率放大器（續(xù)） 諧振功率放大器工作過程 ： 在放大過程中，電路中的高頻功率管是在截止、放大至飽和等區(qū)域中工作的，表現(xiàn)出了明顯的非線性特性。但其效果：一方面可以對窄帶信號實現(xiàn)不失真放大；另一方面又可以使電壓增益隨輸入信號大小變化，即實現(xiàn)非線性放大。 第 6章 高頻功率放大器 高頻功率放大器（續(xù)） 諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同點 ： 相同點：要求輸出功率大、效率高； 激勵信號幅度均為大信號。 不同點：工作頻率與相對頻寬不同； 放大器的負載不同； 放大器的工作狀態(tài)不同。 第 6章 高頻功率放大器 高頻功率放大器（續(xù)） 諧振功率放大器特點 ： 1）用來放大窄帶高頻信號（ 通帶寬度只有中心頻率的 1%）； 2）工作于丙類工作狀態(tài)（ ?c90?）； 3）負載必須是諧振回路； 4）基極偏置電壓為負值； 5）放大器屬于非線性電路，不能采用等效電路進行分析，采用折線近似分析法。 第 6章 高頻功率放大器 表 不同工作狀態(tài)時放大器的特點 高頻功率放大器（續(xù)） 工作狀態(tài) 半導(dǎo)通角 理想效率 負載 應(yīng)用 甲類 ?c=180? 50% 電阻 低頻 乙類 ?c=90? % 推挽，回路 低頻，高頻 甲乙類 90? ?c180? 50% ?% 推挽 低頻 丙類 ?c90? ? % 選頻回路 高頻 丁類 開關(guān)狀態(tài) 90%~100% 選頻回路 高頻 第 6章 高頻功率放大器 諧振功率放大器工作原理 諧振功率放大器的工作頻率范圍劃分 低頻區(qū)： ?? 中頻區(qū)： ? ? 高頻區(qū)： ? ??T 低頻區(qū)工作時晶體管的影響因素少 、 分析方法比較成熟 ，不用考慮分布參數(shù)的影響 。 因此本書主要從 低頻區(qū) 分析計算高頻功率放大器的工作原理 。 第 6章 高頻功率放大器 獲得高效率需要的的條件 ： 1）設(shè)法降低集電極耗散功率； 2）維持集電極耗散功率不超過規(guī)定值。 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） co PPP ???coooo PPPPP??? ??ccco PP ????????????1第 6章 高頻功率放大器 減小集電極耗散功率的方法 ： 定義： 如果使 只有在 最低的時候才能通過，那么集電極耗散功率自然會大為減小。 因此 集電極電流應(yīng)該是脈沖狀 。 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） cc i瞬時集電極電流瞬時集電極電壓集電極耗散功率 ?? ?ci c?第 6章 高頻功率放大器 當(dāng)電流流通角小于 180176。 時，即為丙類工作狀態(tài)，這時基極直流偏壓 VBB使基極處于反向偏置狀態(tài)。 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） B?b???CCV??BBVLC?C???cic???EiBi輸出在 為正值的一段時間（ +?c， ?c）內(nèi)才有集電極電流產(chǎn)生。 b?第 6章 高頻功率放大器 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） 將晶體管的轉(zhuǎn)移特性理想化為一條直線，于是有： w t w t ciciBBV?c??000b?B?BZVc??bmVc?? c?maxB?maxcicg? ?2第 6章 高頻功率放大器 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） 高頻諧振功率放大器晶體管的電流、電壓波形及其對應(yīng)關(guān)系。 tw?2ci ciBZVc?B?bmV b?BBV?maxB?maxciminc?cmVccV0)(tc?)(tb?第 6章 高頻功率放大器 2?c是一個周期內(nèi)集電極電流導(dǎo)通角。因此有， 也就是 由于集電極的負載是諧振回路，這樣，雖然 的失真很大，但是輸出端仍能得到正弦電流。 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） BBBZcbm VVV ???c o sbmBBBZc VVV ???c o sci第 6章 高頻功率放大器 試求并聯(lián)回路各次諧波與基頻的阻抗值之比。已知回路Q=10，回路諧振于基頻。 思路：求回路各次諧波與基頻的阻抗值之比，一定要先寫出回路的總阻抗的表達式，然后代入給定的條件。 [解 ]并聯(lián)諧振基頻阻抗為： 諧振功率放大器工作原理 （例題） ? ? LQpCRLpZ p ww 22 ??第 6章 高頻功率放大器 并聯(lián)諧波阻抗為： Q=101，故 nwLR，且有 w2LC=1，諧波阻抗簡化為， 諧振功率放大器工作原理 （例題續(xù)） ? ???????????CnLnjRCjnLjnRpZnpwwwww 11)(2? ?wwwwwww)()1()()1(12222pnpZQnnjLnnjpCnLnCjnLnpZ??????????????第 6章 高頻功率放大器 回路對高次諧波呈電容性阻抗。它的絕對值與基頻諧振阻抗的比值等于 由此可見，回路阻抗對于各次諧波來說，其值與諧振于基頻之值相比，小到可以忽略的程度。因此回路電流仍然為正弦波形。 諧振功率放大器工作原理 （例題完） QnnZZpnp)1()()(2 ??ww第 6章 高頻功率放大器 注意：當(dāng)集電極瞬時電流 最大時， 回路電壓 達到最大值 ，因此集電極瞬時電壓 成為最小值 同時基極瞬時電壓 達到最大值 只在 很低的時間通過，集電極耗散功率減小，集電極效率自然提高，而且 越低，效率就越高。 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） cic? cmV C?cmCCC VV ??m i n?b? bmBBB VV ???m a x?ci C?minC?第 6章 高頻功率放大器 功率關(guān)系 集電極電流脈沖的傅立葉展開級數(shù) 直流電源功率為 回路基頻功率為 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） tVV cmCCC w? c o s??tVV bmBBB w? co s??????????? tItItIIi cmcmcmCC 3c o s2c o sc o s 32100CCC IVP ??pcmpcmcmcmo RIRVIVP 2121 21221 ???第 6章 高頻功率放大器 放大器集電極效率： 集電極電壓利用系數(shù)： 波形系數(shù)： 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） )(2121101cCCCcmcmoc gIVIVPP ??? ????CCcmVV??011 )(Ccmc IIg ??第 6章 高頻功率放大器 諧振功率放大器工作原理 （續(xù)） 波形系數(shù) 通角 的函數(shù)； 越小，則 越大； 集電極電壓利用系數(shù) 越大（即 越大或 越?。?， 越小 ，則效率 越高。 c?)(1 cg ? c? )(1 cg ?? cmV minC?c? c?第 6章 高頻功率放大器 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析 特性曲線的理想化及解析式 分析計算高頻功率放大器 ， 關(guān)鍵是求出電流的直流分量與基頻分量 。 解決這個問題的方法有兩種：圖解法和解析法 （ 折線法 ） 。 0CI 1cmI第 6章 高頻功率放大器 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） 圖解法：從晶體管實際靜態(tài)特性曲線入手 ， 在圖上取得若干點 ， 再求出電流的直流與交流分量 。 （ 來源于電子管分析法 ） 折線法：首先是要將器件的特性曲線理想化 ， 找到簡單的數(shù)學(xué)解析模型 。 特點：計算比較簡單； 缺點：準(zhǔn)確度較差 。 實際最常用的是共發(fā)射極電路 ， 因此重點討論該組態(tài) 。 第 6章 高頻功率放大器 所謂折線分析法是將器件的特性曲線理想化，用一組折線代替晶體管靜態(tài)特性曲線后進行分析和計算的方法。 晶體管靜態(tài)特性曲線在折線法中主要用到兩組： 1）輸出特性曲線 — 基極電流 （電壓）恒定時，集電極電流與集電極電壓的關(guān)系曲線。 2）轉(zhuǎn)移特性曲線 — 集電極電壓 恒定時，集電極電流與基極電壓的關(guān)系曲線。 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） 第 6章 高頻功率放大器 折線分析法的主要步驟： 1）將轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線作理想化折線處理； 2）作出動態(tài)特性曲線； 3）根據(jù)激勵電壓 的大小，在已知理想特性曲線上畫出對應(yīng)電流脈沖 和輸出電壓 的波形。 4）將 脈沖用傅氏級數(shù)分解，求出 的各次諧波分量 5）據(jù)給定的負載諧振阻抗，求得放大器的輸出電壓、輸出功率、直流供給功率和效率等指標(biāo)。 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） b?c?cici cic m ncmcmC IIII 、 ???210第 6章 高頻功率放大器 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） 理想化特性曲線的原理： 在放大區(qū)，集電極電流和基極電流不受集電極電壓的影響，而僅與基極電壓成線性關(guān)系； 在飽和區(qū)，集電極電流與集電極電壓成線性關(guān)系，而不受基極電壓的影響。 第 6章 高頻功率放大器 理想化的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 (a)轉(zhuǎn)移特性； (b)輸出特性 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） ( b ) 0CiC?臨界線放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)( a ) CicgBZV0 B?第 6章 高頻功率放大器 非線性諧振功率放大器的工作區(qū)域： 理想化特性曲線對不同的 值，重合為一條通過原點的斜線。稱此斜線為臨界線。 臨界線的左側(cè)為飽和區(qū)，稱為過壓區(qū)； 臨界線的右側(cè)為放大區(qū)，稱為欠壓區(qū)。 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） BE?第 6章 高頻功率放大器 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） 非線性諧振功率放大器的工作狀態(tài)： 1）欠壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流在臨界線右方，交流輸出電壓較低且變化較大； 2）過壓工作狀態(tài)：集電極最大點電流進入臨界線左方的飽和區(qū)，交流輸出電壓較高且變化不大； 3）臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓狀態(tài)的分界點，集電極最大點電流正好落在臨界線上。 第 6章 高頻功率放大器 晶體管理想化特性曲線的解析式： 若臨界線的斜率為 ，則臨界線方程為： 若晶體管的靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性斜率為 ，則轉(zhuǎn)移特性方程為： 式中 為截止偏壓。 為跨導(dǎo)，一般為幾十到幾百 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） crgCcrC gi ??cg)( BZBcC Vgi ?? ? （適用于 時） BZB V??BZV cg mS第 6章 高頻功率放大器 集電極余弦電流脈沖的分解 晶體管諧振功率放大器的折線近似分析（續(xù)） w t w t ciciBBV?c??000BE?BE?BZVc??bmVc?? c?maxB?maxcicg?