通信电子线路谐振功率放大器详解.ppt

通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 第 4 章 谐振功率放大器 4.1 概述 4.2 谐振功率放大器的工作原理 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 4.4 谐振功率放大器电路 4.5 谐振功率放大器实例 4.6 晶体管倍频器 4.1 概述 谐振功率放大器：位于发射机末端，放大高频大信号以获得功率足够大的射频信号 功率放大器的要求 功率放大器的分类： 谐振功率放大器： 以 LC 并联谐振回路作负载，又称窄带高频功率放大器 非谐振功率放大器： 以传输线变压器为负载的宽带高频功率放大器 低频功率放大器 4.1 概述 谐振功率放大器的主要特点： 工作频率高，相对频带窄 工作于大信号的非线性状态 数学上用非线性方程描述，工程上用近似法分析 谐振功率放大器与小信号谐振放大器比较： 相同点： 放大高频信号、负载是谐振回路 相异点： 激励信号幅度大小不同 放大器工作点不同 晶体管动态范围不同 4.1 概述 4.1 概述 4.1 概述 工作状态与工作效率 功率放大器的工作状态：甲类 (A)、乙类 (B)、 甲乙类(AB)、丙类 (C)、丁类 (D)、戊类 (E) 等 谐振功率放大器通常工作于丙类 (C) 工作状态 能量转换效率是最为关注的问题 4.2 谐振功率放大器的工作原理 一、谐振功率放大器的原理及电压、电流波形 主要组成： 高频、大功率晶体管 电源及偏置电路 发射结反偏、集电结反偏 输入：vb 高频大信号 负载：LC 并联谐振回路 工作原理： 即电路如何实现功率放大、如何做到高效率 ? 第一步：vb 输入回路 转移特性曲线 ? iC 第二步：iC 输出谐振回路 ? vc 4.2 谐振功率放大器的工作原理 工作原理 vBE = -VBB + vb vBE = -VBB +Vbmcos?t 谐振回路输出电压： vc = Rp ?Icm1 cos?t 晶体管 CE 端电压： vCE = VCC - vc 4.2 谐振功率放大器的工作原理 电压、电流波形 vBE = -VBB + vb vBE = -VBB +Vbmcos?t 谐振回路输出电压： vc = Rp ?Icm1 cos?t 晶体管 CE 端电压： vCE = VCC - vc 4.2 谐振功率放大器的工作原理 二、功率关系与效率 减小导通角 ? Pc? 负载回路谐振 ? Pc? 集电极效率 ? ：电压利用系数 g1：波形系数 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 一、折线法 求解关键：集电极电流脉冲 iC 及其分量 IC0 和 Icm1 分析方法：用一组折线代替晶体管静态特性曲线 分析过程含解析计算与图解分析两部分 二、晶体管特性曲线的理想化及其解析式 转移特性 ic = gc?( vBE -VBZ ) 当 vBE ? VBZ 输出特性 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 三、集电极余弦电流脉冲的分解 求解过程：?C ? iC 解析式 ? iC 的傅氏级数分解 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 iC = gc?( vBE -VBZ )；当 vBE ? VBZ 代入 vBE 得：iC = gc?(-VBB -VBZ +Vbmcos ?t ) 或：iC = gcVbm (cos ?t - cos ?C ) 最大值：iCmax = gcVbm (1 - cos ?C ) 由上二式得 iC 的解析式 其中：-?C ? ?t ? ?C 为得到直流和基波等成分 对上式进行傅氏级数分解 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 ... ... ?0(?C ) , ?1(?C ) , … , ?n(?C ) 是 ?C 的函数，是电流脉冲的直流、基波、… 、n 次谐波的分解系数 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 六、谐振功率放大器的计算 (放前面讲) 1. 计算 ?C 、iCmax 2. 求出 ?0(?C ) , ?1(?C ) , … , ?n(?C ) (可查附录表) 3. 计算功率和效率 4. 求最佳负载 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 例：若VBZ = 0.6V, gc = 10mA/V, iCmax = 20mA, VCC = 12V 求：当 ?C 分别为 180?, 90? 和 60? 时的输出功率和相应的基极偏压VBB ，以及 ?C 为 60? 时的集电极效率。(忽略集电极饱和压降) Vcm = VCC = 12 V 1) ?C = 180? 时， 2) ?C = 90? 时， 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 3) ?C = 6