第四章 高频功率放大器 教学目标: 1)了解高频功率放大器的功能、分类及技术指标 2)掌握丙类高频功率放大器的工作原理及折线分析法 通信电路与系统 3) 了解丙类功率放大电路 教学内容: 4.1概述 4.2丙类高频功率放大器的工作原理 4.3丙类高频功率放大器的折线分析方法 4.4丙类高频功率放大电路 廣束2棠大学 uangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 教学目标: 1)了解高频功率放大器的功能、分类及技术指标 2)掌握丙类高频功率放大器的工作原理及折线分析法 3)了解丙类功率放大电路 教学内容: 4.1 概述 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 4.3 丙类高频功率放大器的折线分析方法 4.4 丙类高频功率放大电路
4.1概述 1.高频功率放大器功能、特点、分类 1)功能: >用小功率高频输入信号去控制高频功率放大器, 将直流电源能量转换为大功率高频能量输出。 信电路与系统 2)特点: >工作频率高 调频广播载波88~108MHz, >相对频带窄 信号带宽180kHz 3)分类: >按频带:窄带功率放大器与宽带功率放大器 >按放大特性:非线性功放与线性功放 >按工作类型:甲(A)、乙(B)、丙 (C)、丁 (D)、戊(E)类等 束2大学 Guangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 4.1 概述 1. 高频功率放大器功能、特点、分类 1)功能: Ø用小功率高频输入信号去控制高频功率放大器, 将直流电源能量转换为大功率高频能量输出。 2)特点: Ø工作频率高 Ø相对频带窄 3)分类: Ø按频带:窄带功率放大器与宽带功率放大器 Ø按放大特性:非线性功放与线性功放 Ø按工作类型:甲(A)、乙(B)、丙(C)、丁 (D)、戊(E)类等 调频广播载波88~108MHz, 信号带宽180kHz
4.1概述 2.主要技术指标 >输出功率:输出高频信号功率 >效率:输出高频功率与直流提供的功率之比 通信电路与系统 >谐波抑制度: 说明: 1)高频功放通常位于发射机的末级,根据不同应用, 输出功率有不同要求,差异较大; 2)效率越高越好,可以减少能量损耗; 3)对于工作于非线性的功放,会产生谐波,利用谐波 抑制度参数来衡量对谐波的抑制能力。 Guangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 2. 主要技术指标 Ø输出功率:输出高频信号功率 Ø效率:输出高频功率与直流提供的功率之比 Ø谐波抑制度: 说明: 1)高频功放通常位于发射机的末级,根据不同应用, 输出功率有不同要求,差异较大; 2)效率越高越好,可以减少能量损耗; 3)对于工作于非线性的功放,会产生谐波,利用谐波 抑制度参数来衡量对谐波的抑制能力。 4.1 概述
4.2丙类高频功放大器的工作原理 1.基本电路及特点: 1)基本电路 输出级 通信电路与系统 中间级 (a (b) 丙类功率放大器主要用于发射机中,可分为中间级和输出级,其 中,中间级负载为包含后级输入阻抗的LC并联回路,输出级负载 为天线,也可等效为LC并联回路,分析电路时采用简化原理电路。 亲2大学 Guangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 1. 基本电路及特点: 1)基本电路 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 输岀级 中间级 丙类功率放大器主要用于发射机中,可分为中间级和输出级,其 中,中间级负载为包含后级输入阻抗的LC并联回路,输出级负载 为天线,也可等效为LC并联回路,分析电路时采用简化原理电路
4.2丙类高频功率放大器的工作原理 调谐于输入 信号的频率ω 通信电路与系统 ● 2)特点: a)为了提高效率,发射结为负偏置,由VBB保证。晶 体管在信号的一个周期中只有部分时间是导通的,晶 体管的输出电流为余弦脉冲。 b)负载为LC并联谐振回路,一是为了从余弦脉冲电 流中取出基波分量,二是为了实现前后级的阻抗变换。 Guangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 2)特点: a)为了提高效率,发射结为负偏置,由VBB保证。晶 体管在信号的一个周期中只有部分时间是导通的,晶 体管的输出电流为余弦脉冲。 b)负载为LC并联谐振回路,一是为了从余弦脉冲电 流中取出基波分量,二是为了实现前后级的阻抗变换。 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 调谐于输入 信号的频率ω
4.2丙类高频功率放大器的工作原理 2,.工作原理 输出电流:余弦脉冲 晶体管 由BE结电压波形可 :传输特性 知,电压小于Uz时, 通信电路与系统 晶体管截止 输出电流为 余弦脉冲 解为什么能输出余弦电压? 输入信号:大信号 输出电压为余弦 脉冲的基波分量 (a) (b) 解释:为什么丙类功放能提高效率。 亲李2美大学 Guangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 2. 工作原理 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 由BE结电压波形可 知,电压小于UBZ时, 晶体管截止 输出电流为 余弦脉冲 输出电压为余弦 脉冲的基波分量 理解为什么能输出余弦电压? 晶体管 传输特性 输入信号:大信号 输出电流:余弦脉冲 解释:为什么丙类功放能提高效率
4.2丙类高频功率放大器的工作原理 工作原理说明: 1)发射结采用负偏置,输入幅度较大的余弦信号4, UbmcoswtH时,晶体管BE结电压gB=VBB+UpmCOSWt, E大于导通电压UBz时,晶体管才导通,根据晶体管 信电路与系统 输出特性可知集电极电流c为周期余弦脉冲。 2)对周期余弦脉冲进行傅里叶级数展开,其包含直流 分量、基波分量和高次谐波分量。 ic Ico+Icim cos ot+Ic2m cos2t++Icmm cos not 3)负载采用工作于基波频率的LC并联谐振回路,可 以选出基波分量,保证功率放大器输出的信号频率与 输入信号频率一致。输出电压可以表示为: u。=Icim cos@t·Rp=Uem cos ot 其中,Um=Im·R, 房束2黄大学 Suangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 工作原理说明: 1)发射结采用负偏置,输入幅度较大的余弦信号ub= Ubmcosωt时,晶体管BE结电压uBE=VBB+Ubmcosωt, uBE大于导通电压UBZ时,晶体管才导通,根据晶体管 输出特性可知集电极电流iC为周期余弦脉冲。 2)对周期余弦脉冲进行傅里叶级数展开,其包含直流 分量、基波分量和高次谐波分量。 3)负载采用工作于基波频率的LC并联谐振回路,可 以选出基波分量,保证功率放大器输出的信号频率与 输入信号频率一致。输出电压可以表示为: 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 i I I t I t I n t C C0 c1m cos c2m cos2 cnm cos I t R U t uo c1m cos P cm cos RP U I 其中, cm c1m
4.3丙类高频功率放大器的折线分析法 对于丙类高频功率放大器,输入信号幅度较大,BE 结反向偏置,晶体管工作于非线性状态,因此,小信 号等效电路分析方法已不再适应。 将晶体管静态特性理想化为折线后,可以对功率放 信电路与系统 大器进行定性分析,称之为折线分析法。 c① ⑤ ⑦ @ ④ ②⑤ ③④⑤ ③ 0 丙美放大 O① 半通角小于90 ③②1 甲类放大 半通角为1809 导通状态 ④⑤ w 小信号放大 丙类放大 房2大学 Guangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 对于丙类高频功率放大器,输入信号幅度较大,BE 结反向偏置,晶体管工作于非线性状态,因此,小信 号等效电路分析方法已不再适应。 将晶体管静态特性理想化为折线后,可以对功率放 大器进行定性分析,称之为折线分析法。 4.3 丙类高频功率放大器的折线分析法 小信号放大 丙类放大
4.3丙类高频功率放大器的折线分析法 折线分析法基本思路: 1)对晶体管输入、输出等静态特性进行折线 化处理; 通信电路与系统 2))求出余弦电流脉冲及其各次谐波分量; 3)计算功率放大器的输出功率、效率等技术 指标; 4)丙类功率放大器动态特性分析(分析负载、 晶体管各级电压对功率放大器的工作状态的影 响,以及对输出功率、效率等的影响) 房2黄大学 Guangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 折线分析法基本思路: 1)对晶体管输入、输出等静态特性进行折线 化处理; 2)求出余弦电流脉冲及其各次谐波分量; 3)计算功率放大器的输出功率、效率等技术 指标; 4)丙类功率放大器动态特性分析(分析负载、 晶体管各级电压对功率放大器的工作状态的影 响,以及对输出功率、效率等的影响)。 4.3 丙类高频功率放大器的折线分析法
4.3丙类高频功率放大器的折线分析法 1.晶体管特性曲线的理想化 晶体管特性曲线理想化即进行折线化处理,可以折线 化处理的原因是:输入的是个大信号,晶体管工作于 非线性状态,折线化处理的目的是可以简化晶体管输 信电路与系统 出电流电压关系的数学表达。 理想化特性曲线基本原理: ① 在放大区,集电极电流和基极电流不受集电极电压 影响,仅与基极电压成线性关系。 ② 在饱和区,集电极电流与集电极电压成线性关系, 而不受基极电压的影响。 亲2大学 Guangdong University of Technology
通 信 电 路 与 系 统 1. 晶体管特性曲线的理想化 晶体管特性曲线理想化即进行折线化处理,可以折线 化处理的原因是:输入的是个大信号,晶体管工作于 非线性状态,折线化处理的目的是可以简化晶体管输 出电流电压关系的数学表达。 理想化特性曲线基本原理: ① 在放大区,集电极电流和基极电流不受集电极电压 影响,仅与基极电压成线性关系。 ② 在饱和区,集电极电流与集电极电压成线性关系, 而不受基极电压的影响。 4.3 丙类高频功率放大器的折线分析法