高频电子技术6.ppt

第6章 高频功率放大电路,在高频电子技术中，需要对高频信号进行功率放大，如在无线电信号发射过程中，发射机里的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中级放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能馈送到天线上发射出去。高频功率放大电路是所有无线电信号发射装置的重要组成部分。,6.1 高频功率放大概述,因为工作频率很高，相对频带却很窄，因此一般都采用选频网络作为负载回路，工作状态选用丙类、丁类。对于需要在很宽的范围内变换工作频率的情况，还可采用宽带高频功率放大电路，它不采用选频网络作负载，而是以频率响应很宽的传输线变压器作负载。由于受功放管的限制，单个功率放大电路输出功率是有限的，在大功率无线电信号发射装置中，采用功率合成技术来增大输出功率。,高频功放：将高频信号进行功率放大的电路，实质是在输入高频信号的控制下，将电源的直流功率转变成高频功率。 主要功用: 放大高频信号, 以高效率输出大功率，并且尽量保证非线性失真小。 分类：低频功放：甲类（3600导通，效率50%） 乙类（1800导通，效率78.5%） 甲乙类（大于 1800导通，效率75%） 高频功放： 丙类（ 小于1800导通，效率92%） 丁类、戊类（开关型，理论上效率100％） 特点：工作频率高，相对带宽小，大信号非线性状态，采用选频网络作为负载（故称谐振功率放大器）。 技术指标：输出功率、效率、功率增益、带宽、谐波抑制度。,6.1 丙类谐振功率放大电路的工作原理,一、丙类谐振功率放大电路的结构 图所示的是高频谐振功率放大器的原理线路图。 构成：电源、偏置电路、晶体管、谐振回路和输入回路。。 谐振回路： 1、减小失真，丙、丁、戊类的电流失真大 ； 2、实现阻抗匹配。 3、对窄带系统，实现滤波；,谐振功率放大器的原理线路,二、工作原理 1.工作条件 工作在丙类状态Eb倒置，使T在截止区； LC回路为集电极负载，调谐在输入信号中心频率上； Rp为考虑实际负载与抽头等效后的并联谐振电阻。,谐振功率放大器的原理线路,3.电流、 电压波形 设输入信号为 则由图4-2得基极回路电压为,ib、ic 周期性脉冲，可以分解成直流、 基波(信号频率分量)和各次谐波分量, 即 余弦电流脉冲的分解：,(4-2),余弦脉冲的分解：,2θ 为导通角， θ=1800，甲类, θ>900，甲乙类, θ=900，乙类, θ<900，丙类。 αi（ θ ）:各次波的分解系数。,输出回路：放大器的负载为并联谐振回路，其谐振频率ω0等于激励信号频率ω时，回路对ω频率呈现一大的谐振阻抗 ，因此集电极电流基波分量在回路上产生电压；对远离ω的直流和谐波分量2ω、3ω、……等呈现很小的阻抗，因而输出很小，几乎为零。 因此有：,结论：1、icmax、ubemax 、ucemin 出现在同一时刻； 2、集电极功耗= ic uce 很低， 效率高；,丙类谐振功率放大器的电压、电流波形,4. 高频功放的能量关系 电源功率（直流功率）=输出功率（基波功率）+集电极耗散功率 电源功率Pd为： 输出功率P0为： 集电极损耗功率Pc为：,(4-9),集电极效率η为： 其中： 集电极电流波形系数 集电极电压利用系数 结论：提高效率的两种途径： 提高电压利用系数ξ，通过提高谐振电阻实现，同时尽量使放大管工作在尽限运用状态； 提高波形系数g1(θ) ，降低导通角，一般取65-75度，使放大器工作在丙类工作状态。,,图6-5 尖顶余弦脉冲的分解系数与波形系数,根据图中所示，当θ=0°时，g1（θ） =2达到最大值。如果ξ值接近1，那么效率几乎可达100%。虽然这时效率最高，但=0，输出功率等于零，显然并非理想工作状态。从α1（θ）曲线看，当θ≈120。 时，成分达到最大值，意味着输出功率最大，但g1（θ） ≈1.3，ξ<65%，变换效率较低，因此兼顾功率与效率，最佳通角取70°左右。 从图6-5还可以看出，当θ=60°时，α2达到最大值；当θ=40°时，α3达到最大值，这些数值是后面设计倍频器的参考值。,6.2.2 丙类谐振功率放大器的特性分析,高频功放的工作状态 高频谐振功率放大器根据集电极电流是否进入饱和区可以分为欠压、 临界和过压三种状态 。 欠压状态。电压利用率低但可变， 临界状态。 A点在临界饱和线上； 临界状态时的负载电阻 记为：ROPT。 过压状态 A点在饱和区；,谐振放大器的工作状态由欠压 临界 过压 逐步过渡。,结论： 随着负载的增大，电路的工作状态经历了从欠压状态到临界状态又到过压状态的变化 ； 临界状态：效率与输出功率最佳，是谐振放大器的最佳工作状态； 欠压状态：效率低，恒流源； 过压状态：效率高，损耗小，恒压源。,图6-12 谐振功率放大电路的测试电路,例6.1 某高频谐振功率放大电路工作于临界状态，输出功率为15W，且UCC=24V，导通角θ=70°，ξ=0.91。试问： (1)直流电源提供的功率Pd、功率放大管的集电极损耗功率Pc、效率ηc和临界负载电阻RL各是多少(α0(70°)=0.253，α1(70°)=0.436)？ (2)若输入信号振幅增加一倍，功率放大电路的工作状态如何改变？此时的输出功率大致为多少？ (3)若负载电阻增加一倍，则功率放大电路的工作状态如何改变？ (4)若回路失谐，则会有何危险？,（2）若输入信号振幅增加一倍，则根据功放的振幅特性，放大器将工作到过压状态，此时输出功率基本不变。 （3）若负载电阻增加一倍，则根据功放的负载特性，放大器工作到过压状态，此时输出功率约为原来的一半。 （4）若回路失谐，则功率放大器将工作到欠压状态，此时集电极损耗将增加，有可能烧坏晶体晶体管。,6.2.3谐振功率放大器的电路组成和输出匹配网络,线路构成:直流馈电线路:提供放大器正常工作所必需的电压偏置;提供集电极电流的直流和基波分量的正常通路。 匹配网络:阻抗匹配,使信号高效传送。 连接原则:直流有通路:直流支路加扼流电感,并旁路电容。 交流有通路:交流支路前端加隔直电容。 直流电源:不流过高频电流。 一、 直流馈电线路 1、集电极馈电线路 串联馈电线路 晶体管、 电源、 谐振回路三者串联 并联馈电线路 晶体管、 电源、 谐振回路三者并联,