人民邮电出版社：21世纪通信教材《通信电子线路》课程电子教案（PPT课件讲稿）第4章 高频谐振功率放大器

第4章高频谐振功率放大器 41概述 42高频诸振功率放大器的工作原理 43高频谐振功率放大器的实际电路

第4章 高频谐振功率放大器 4.1 概述 4.2 高频谐振功率放大器的工作原理 4.3 高频谐振功率放大器的实际电路

41概述 高频谐振功率放大器用于各种无线电发送设备中, 对高频载波或高频已调波进行功率放大 窄带高频功率放大器:以谐振回路为负载,所以又称 谐振功率放大器 宽带高频功率放大器:采用非选频性负载,如传输线 变压器或其他宽带匹配电路 目的:能够使电信号能够有效地进行远距离传输 特点:高频、大信号、非线性工作 要求:输出功率大(PE=Po+PC)、转换效率高 A,B,AB,C;(甲、乙、甲乙、丙) 工作状态:D,E,S;(开关型) F,G,H;(特殊技术型) 分析方法:折线法近似分析

4.1 概述 高频谐振功率放大器用于各种无线电发送设备中， 对高频载波或高频已调波进行功率放大。 工作状态： A，B，AB，C；（甲、乙、甲乙、丙） D，E，S； （开关型） F，G，H ；（特殊技术型） 目的：能够使电信号能够有效地进行远距离传输 特点：高频、大信号、非线性工作 要求：输出功率大（PE=PO+PC）、转换效率高 窄带高频功率放大器：以谐振回路为负载，所以又称 谐振功率放大器 宽带高频功率放大器：采用非选频性负载，如传输线 变压器或其他宽带匹配电路 分析方法：折线法近似分析

42高频谐振功率放大器的工作原理 421基本电路构成 组成:BJT、LC诸振回路、馈电电源 特点: 1、NPN高频大功率晶体管, 高f;改变UB可以改变放 大器的工作类型; 2、大信号激励:12V; VT R 3、发射结在一个周期内只 UBE UcE 有部分时间导通,iB、i均 为一系列高频脉冲; 4、谐振回路作负载可以滤 除高频脉冲电流ic中的谐波 CC 分量,同时实现阻抗匹配

4.2 高频谐振功率放大器的工作原理 特点： 1、NPN高频大功率晶体管， 高fT；改变UBB可以改变放 大器的工作类型； 2、大信号激励：1—2V； 3、发射结在一个周期内只 有部分时间导通，iB、iC均 为一系列高频脉冲； 4、谐振回路作负载可以滤 除高频脉冲电流iC中的谐波 分量，同时实现阻抗匹配。 组成：BJT、LC谐振回路、馈电电源 UBB UCC iB iC uBE uCE L C RL ui VT 4.2.1 基本电路构成

422工作原理及性能指标 特性曲线的折线化: 忽略高频效应-按照低频特性分析; 忽略基区宽变效应-输出特性水平、 平行、等间隔; 0输出特性uE 忽略管子结电容、载流子基区渡跃时间; 忽略穿透电流--截止区Ipo=0; 输入特性 分析与计算大大简化,但误差也大; 理论分析与计算只是为电路参数的选择 与调整提供依据与指导,实际电路工作时需 转 要调整。 静特性曲线的折线近 移特性 UBE

4.2.2 工作原理及性能指标 忽略高频效应----按照低频特性分析； 忽略基区宽变效应----输出特性水平、 平行、等间隔； 忽略管子结电容、载流子基区渡跃时间； 忽略穿透电流----截止区ICEO=0； 分析与计算大大简化，但误差也大； 理论分析与计算只是为电路参数的选择 与调整提供依据与指导，实际电路工作时需 要调整。 0 uCE ic 输出特性 0 uBE ib UD 输 入 特 性 静 特 性 曲 线 的 折 线 近 似 转 移 特 性 0 uBE ic UD gm 一、特性曲线的折线化：

各极电流、电压波形: U. cos at 发射结电压为: B u BE BB +0 cos ot 图解可见,in和ic的都是余弦脉冲, 定义0为导通角,三极管只在(-0,0) 内导通,当0<90时,功率放大器工作于 丙类状态。 D BB U. cos 8 ot →c0s=D=BB U灬、U和Un决定θ, 且Uω越小或Ug越负θ越小 u ot

二、各极电流、电压波形： u U U t u U t BE BB im i im   cos cos ,    发射结电压为： uBE ib t Uim UBB UD -  uBE ib t -  t -  ic uBE ic t -  图解可见，iB和iC的都是余弦脉冲， 定义θ为导通角，三极管只在（－θ ，θ） 内导通，当θ<90o时，功率放大器工作于 丙类状态。 且 越小或 越负 越小 、 和 决定 ，     im BB im BB D im D BB D BB im U U U U U U U U U U U      cos cos

将i余弦脉冲展开为傅立叶级数: l0+la1 cos at+le2c0s2t+…… A△ 当i流过LC谐振回路时,在回路两端 产生电压uc。由于谐振回路的选频特性, uc中只有基波分量幅度最大,其它频率的 信号电压幅度较小可以忽略。 设R。—并联回路谐振时的等效负载 电阻,包括BJT的输出电导和等效的R L u=Ucm cos at=IcIm cos atRe uclm 集电极输出电压为: cc -uc=Ucc U cos ot 如果振荡回路的,则在回路两端可得 到频率为no的电压:u= U cosnot;相当于实现了 对输入信号的n倍频

iC t - 0  ic1 Ic1m t 0 uc Uc1m t 0 t u C E1 UCC 0 Uc1m cos cos 2 ...... 0 1 2 i  I  I t  I t  i c c c c c   将 余弦脉冲展开为傅立叶级数： 当iC流过LC谐振回路时，在回路两端 产生电压uC。由于谐振回路的选频特性， uC中只有基波分量幅度最大，其它频率的 信号电压幅度较小可以忽略。 设Re——并联回路谐振时的等效负载 电阻，包括BJT的输出电导和等效的RL。 u U u U U t u U t I t R ce CC c CC c m c c m c m e    cos cos cos 1 1 1        集电极输出电压为： 从图中可以看出，丙类高频谐振功放 由于选频作用，即使iC是不连续的脉冲电 流，在谐振回路两端也会得到余弦电压。 还可以利用选频特性得到倍频器。 如果振荡回路的0=n，则在回路两端可得 到频率为n的电压:u0=Umcosnt;相当于实现了 对输入信号的n倍频

ⅰ余弦脉冲的分解 i。= l cos ot- l cos6 c max M COS cos ot-cos 6 c max 1-c0b 将余弦脉冲展开为傅立叶级数:-2/° Mucose Ia+l cos at t cos 2ot 其中各次谐波分量的振幅为:(区间[一6,p c02丌 ∫ dot =i Cmax wo clm CI J-m'c cos adot=ima,(0) 2. 兀 cn c cos n otdot 2T J-T Maxon

ic余弦脉冲的分解 ic icmax -/2 -  /2 t IM IMcos ( 0) 1 cos cos cos cos cos cos max max         c c c c M M c M M i t i i i I I i I t I         cos ( ) 2 1 cos ( ) 2 1 ( ) 2 1 : cos cos 2 ...... max 1 max 1 0 max 0 0 1 2                         cnm C C n c m C C c C C c c c c c I i n td t i I i td t i I i d t i i I I t I t i              － － － 其中各次谐波分量的振 幅为 （区间 － ， ） 将 余弦脉冲展开为傅立叶 级数： 

其中αo0(0)、α1(0)、…、an(0)为诸波分解系数;另 定义y1=Ia1m/I0=a1(0)/o0(0)为波形系数,随0减小 而增大。 Q0,1,02,C 0.5 0.4 2.0 0.3 0.2 1.0 0.1 -0.05-1030507090110130150170 e/°

其中0(θ)、1(θ) 、…、n (θ)为谐波分解系数；另 定义1=Ic1m/Ic0= 1(θ) / 0(θ)为波形系数，随减小 而增大。  /  1 /0 = 1 0 1 2 3 0 , 1 , 2 , 3 2.0 1.0 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.05 10 30 50 70 90 110 130 150 170

三、高频功放中的能量关系与效率: 1)集电极输出功率: clm clm I R 2 e 2)集电极电源提供功率 E c0 CC 3)集电极损耗功率:P=PE-P p, 4)集电极效率:mc clm cl Pe 210 U c yISc CC 式中 cI 为集电极电压利用系数 CC

三、高频功放中的能量关系与效率： 2）集电极电源提供功率： E c UCC P I  0 1）集电极输出功率： e c m O c m c m c m e R U p I U I R 2 2 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1    3）集电极损耗功率： Pc  PE  PO 4）集电极效率： 式中 ＝ 为集电极电压利用系数 。 CC c m C C CC c m c c m E O C U U U U I I P P 1 1 1 0 1 2 1 2 1       

5)对效率的影响 电压利用系数ξ=Ucm/Uc<1,ξ≤1,1随0而变化; 乙类功放:0=π2,y1=π/2,mmx=7/4=78.5%; 丙类功放:0<π2,减小日,%提高,n提高;但 是θ很小时,γ提高不多,输出功率却降低很多。故 0通常选在600900之间。 6)放大器的激励功率:P=1nn:Um 2 7)功率放大倍数:

5）对效率的影响 电压利用系数c =Uc1m/UCC<1， c≤1， 1随而变化； 乙类功放：= /2 ，1 = /2 ，max =/4=78.5%； 丙类功放： < /2 ，减小 ，1 提高， c提高；但 是很小时， 1提高不多，输出功率却降低很多。故 通常选在60 o~90 o之间。 i b m Uim P  I  1 2 1 6）放大器的激励功率： 7）功率放大倍数： i O P P P A 