【正文】 通信電子電路 何豐 主編 重慶郵電學(xué)院 人民郵電出版社 ?第三章 高頻功率放大器的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn) ? 概述 ? 丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)和原理 ? 實際丙類諧振功放原理分析 ? 諧振功放的耦合和設(shè)計原則 ? 丙類倍頻器 ? * 寬帶高頻功率放大器 ? * 功率合成與功率分配電路 ? * D、 E類諧振功放 ? 電路與信號 第三章高頻功率放大器的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn) ? 功率放大器 是指能輸出大功率信號的放大電路，它可以分為低頻功放和高頻功放兩類 ? 其中節(jié)能、高效的具體表現(xiàn)是：在輸入信號為零時，電路應(yīng)基本不耗能；在輸入不為零時，電路有足夠大的輸出功率和盡可能高的效率 ? 進(jìn)一步體會到：實際電路和電路的性能總是與特定信號環(huán)境和信號類型相聯(lián)系的，否則電路的優(yōu)勢就不能體現(xiàn) 概 述 ? 一般來說，信號最低頻率 fimin與最高頻率 fimax滿足2fiminfimax關(guān)系時，放大電路被稱為 窄帶放大器 ， ? 與窄帶放大器相對應(yīng)的是 寬帶放大器 ，它的最大特點在于最低信號頻率 fimin的某些倍頻仍屬于有用頻率范圍。 ? 常見的高頻寬帶功率放大器有 A類 (也稱 甲類 )和 B類(也稱 乙類 )兩種，它們的工作原理和結(jié)構(gòu)與低頻甲、乙類功放基本一樣， 概 述 概 述 ?下面就提高效率的基本思路介紹如下： ? 1．通過減小增益元器件在信號周期內(nèi)的導(dǎo)通時間，來提高功放效率。 ? 2．設(shè)法減小導(dǎo)通時，增益元器件的功 ? 3．頻帶選通部分應(yīng)選用本身耗能低的 LC選頻網(wǎng)絡(luò) * 丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)和原理 ?丙類諧振功率放大器 也稱為 C類高頻窄帶功放 。 ? A類功放的放大管應(yīng)在整個輸入信號周期內(nèi)工作于放大狀態(tài)； ?B類功放 中的放大管只有半個周期處于放大狀態(tài)，另半周則處于截止?fàn)顟B(tài)； ?C類功放 中的放大管一般來說只有小于半周的時間工作于放大狀態(tài)。 非飽和下的丙類功放分析 ? 非飽和是指放大管在導(dǎo)通時間內(nèi)只處于管子的放大區(qū)，而沒有進(jìn)入飽和區(qū)的工作情況。如將 iC 波中的虛實線合起來就有了一個完整的正弦波，設(shè)此完整正弦波的振幅為 Icm ，那么： (321) ? 如 ? = ? ，則管子在整個信號周期內(nèi)處于放大區(qū)，這時稱管子為 甲類工作狀態(tài) ；如 ? = ? /2，則稱管子處于 乙類工作狀態(tài) ；如 ? ? /2，則稱管子處于 丙類工作狀態(tài) 。嚴(yán)格說來，只要 ? ? ，且具有圖中的特定電路結(jié)構(gòu)就可稱為 丙類放大器 ，但由于實際中的 ? 均滿足小于 ? /2的條件，所以有丙類功放中放大管 ? ? /2的說法。 ? ?? ?cmCcm III /a r c c o s m a x??? 非飽和下的丙類功放分析 ? 圖 321（ a）中的高頻扼波圈，對直流信號相當(dāng)于短路。因此，晶體管電壓 vC E (t)的直流分量以及隔直電容 C0上的直流電壓分量都應(yīng)為 VCC 。若 C0的容量很大，則： ? (322) ? 另外，從電路結(jié)構(gòu)也能得知，由 VCC 提供的直流電流 Idc只能流經(jīng)放大管到地，也就意味著 iL (t)的直流成分為零，的直流成分與 Idc相同。由波形經(jīng)傅里葉級數(shù)分解后可得： ? (323) ? 若 R、 L、 C、 C0組成的總阻抗遠(yuǎn)小于 RFC的感抗，則的交流成分只能通過 C0和并聯(lián)諧振回路到地。這時： ? ( 324) )()( tvVtv oCCCE ??)( )1()(1 00 m a xm a x2 2 ???? ??? CCCc IniItdtiTII C O SC O SST T Cd 記????? ????????? tItIItiti scsccC C O SC O S mmdL ?? 221)()( 非飽和下的丙類功放分析 ? (325) ?若頻帶選通電路，即并聯(lián)諧振電路的 L、 C諧振于輸入信號頻率 ?s，且 R相對不太小的話，輸出信號 vo(t)可近似表示為： ? (326) ?而諧波電流則通過 L、 C被釋放掉了，不形成有效的輸出電壓分量。 )()1( 1m a xm a x1 ???? ??? CCc IniII C O SC O SSm 記???tVtRItv sosc C O SC O S mmo ?????? 1)( 非飽和下的丙類功放分析 ? 若三極管導(dǎo)通時未進(jìn)入飽和區(qū)，則輸出交流功率 Po，直流電源輸出功率 Pd ，放大器效率 ? 分別可表示為： ? 式中， ? 稱為電壓利用系數(shù)（ ?=Vom /VCC ）。由式（ 322）知，在保證不進(jìn)入飽和狀態(tài)下， ? 的最大值為： (3210) ? 若飽和壓降 VCE(sat)=0，則式（ 329）變?yōu)椋? ? (3211) RVRIP mm oco221 2121 ??cdCCCCCd IVIVP ?? 0????????C O SSC O SSnini21IIVV21IV2RIPPccoccodmmdmd1CCCC2 1??????CC)(ECCCVVV s a txam???)(2 ???????C O SSC O SSninixam ??? 非飽和下的丙類功放分析 ?例題 ：設(shè)計一個 C類放大器。采用 N溝道增強(qiáng)型 VMOSFET管子作為電路的增益元件，要求電路向負(fù)載 R提供 25W的功率，放大器效率為 85% ，忽略管子可變電阻區(qū)帶來的影響。工作頻率為 50MHz，電源電壓為正 12伏。 非飽和下的丙類功放分析 ? 解：根據(jù)題意畫出相應(yīng)電路如圖 323所示。圖中CD對交流短路， C和 L諧振于工作頻率。在忽略可變電阻區(qū)的影響條件下，可令： Vom=VDD=12V，那么 R=122/(2?25)=?。 ? 由式（ 3211）可得： ? = o（也可由附錄 C的 g1得到）。 ? 又將 ID 1m=2Po /Vom代入式 (325)可得放大管的最大漏極電流 ID max=(A)。 ? 由式（ 322）有 vD max=VDD+Vom=24V。 ? 若設(shè) R、 L、 C回路的品質(zhì)因素 Q=5，則有： 非飽和下的丙類功放分析 ? L=R/(?Q)=?103(?H) ? C=1/(L?2)=?103(?F) ?若取 RFC的感抗 ? RFC ? 25?ZL?，則： ?若取 ，則： )H(2 2 90R25R F C . ?? ???25ZC1 LD??)F(0 2 70R25C .D ?? ?? 非飽和下的丙類功放分析 ?在前述各公式的假設(shè)條件下，也可寫出如下關(guān)系： ? (3212) ? (3213) ?可見：在 ?? ? ?st ?? 范圍內(nèi)，與 vCE (t)的關(guān)系在放大區(qū)仍可能是直線關(guān)系。 ???????????????????????? ?tttItItissscsc C O SC O S mmC ,0)(tniRIVtRIVtv sc C O SC O SSmCCsmcCCCE ?????? )(c o s)( 1 ????? 非飽和下的丙類功放分析 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析 ?為了便于與 ， ?我們常將有部分時間進(jìn)入飽和的情況稱為丙類功放的 過壓工作狀態(tài) ； ?否則，稱為 欠壓工作狀態(tài) ； ?而將過壓與欠壓的臨界情況稱為 臨界工作狀態(tài) 。 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析 ?首先，我們設(shè)理想情況下的三極管輸出特性曲線如圖 325（ a）所示；同時，設(shè)管子在飽和區(qū)內(nèi)與 vCE應(yīng)滿足下式： ? (3214) ?式中， Scr近似為常數(shù)，表示了 飽和線 （或 臨界飽和線 ） 的斜率 大小，反映了 基本只受vCE 影響的性能特點。 crSvdidCEC ? 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析 ?例題 電路結(jié)構(gòu)如圖 321（ a）所示。三極管的 Scr為 ，電路處于臨界工作狀態(tài)，電壓利用系數(shù) ?=， VCC=30V，導(dǎo)通角為 90 o。求 Vom， R ， Po。 ?解：由電壓利用系數(shù)定義， Vom=? VCC =27 V；考慮電路工作于臨界狀態(tài)，以及 Scr的定義，可得： )(21)( .m a x AVVSI morc CCC ??? 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析 ?在 ?=90 o條件下，由式（ 325）可得： ?又由式（ 326）有： ?諧振時，又由式（ 327）得 )A(60I .m1c ?)(45IVRmm1co ???)W(18IV21P .mm 1coo ?? 丙類功放的性能分析 ? 1. 負(fù)載 R的變化 丙類功放的性能分析 2. 輸