第二章教案-山西职业技术学院.doc

项目二 高频功率放大器 主要内容： 基础知识 模块介绍 项目训练 1 基础知识 1.1 高频功率放大器概述 顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率,常又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。 1.2 高频功率放大器的分类 根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。 1. 窄带型高频功率放大器 通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。 为了提高效率，谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态，近年来出现了工作在开关状态的丁类状态的谐振功率放大器。 2. 宽带型高频功率放大器 采用传输线变压器作负载。 传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。 本项目主要研究谐振功率放大器。 1.3 谐振功率放大器的特点 1.采用谐振网络作负载。 2.一般工作在丙类或乙类状态。 3.工作频率和相对通频带相差很大。 4.技术指标要求输出功率大、效率高。 1.4 谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处 1、相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均为谐振回路。 2、不同之处：为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。 图2-1 小信号谐振放大器波形图 图2-2 谐振功率放大器波形图 1.5 高频功率放大器的技术指标 1.输出功率:PO 2.效率:η 3.功率增益:Ap 2 模块介绍 本项目主要介绍谐振功率放大器的工作原理，涉及的模块包括丙类谐振功率放大器、丁类谐振功率放大器、倍频器和宽带功率放大器。 2.1 丙类谐振功率放大器 2.1.1丙类谐振功率放大器原理电路 原理电路图如2-1所示 图2-3 丙类谐振功率放大器 LC谐振网络为放大器的并联谐振网络。 谐振网络的谐振频率为信号的中心频率。 作用：滤波、匹配。 :基极直流电压 作用:保证三极管工作在丙类状态。 的值应小于放大管的导通电压，通常取。 ：集电极直流电压 作用：给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。 2.1.2 丙类谐振功率放大器的工作原理 为余弦电压， 可表示为 则： 根据三极管的转移特性可得到集电极电流，为余弦脉冲波，如图2-4所示： 图2-4 波形 根据傅立叶级数的理论，可分解为： 式中：为直流电流分量 为基波分量， 为二次谐波分量， 为n次谐波分量， 其中，它们的大小分别为： 是波形的脉冲幅度，、和分别为直流分解系数、基波分量分解系数和n次谐波分量分解系数，的大小可根据余弦脉冲分解系数表查。 信号的导电角可以用下面的公式进行计算 当信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网络压降为： 各信号的波形如图2-5所示： 图2-5 波形图 功率关系： 直流功率：PV=VCCICO 输出功率：PO= Icm1Ucm 放大管功耗：PT=PV-PO 效率：η= PO/PV 2.1.3丙类谐振功率放大器的性能分析 一、丙类谐振功率放大器的工作状态 欠压状态：管子导通时均处于放大区； 临界状态：管子导通时从放大区进入临界饱和； 过压状态：管子导通时将从放大区进入饱和区； 在实际工作中，丙类放大器的工作状态不但与有关，还与、和R有关。 在丙类谐振功放中，工作状态不同，放大器的输出功率和管耗就大不相同，因此必须分析各种工作状态的特点，以及、、和R的变化对工作状态的影响，即对丙类谐振功放的特性进行分析。 二、丙类谐振功率放大器的动态线 1.基本概念： 大信号的功率放大器一般采用图解法进行分析，为此就要在输出特性曲线上作出交流负载线。 由于谐振功放的集电极负载是谐振回路，且共集电极电压与集电极电流的波形截然不同，因此其交流负载线已不是直线了，是一条曲线，又称为动态线。 2.动态线的作法： 三极管的输出特性曲线转上的参变量换成，在、、和保持不变的情况下，假设取不同的值，根据式和可得以相对应的和值，从而确定输出特性曲线上的各个“动态点”，然后依次连接各个“动态点”就可以得到动态线。其图形如2-6所示。 图2-6 动态线 3.不同工作状态的动态线如图2-7所示 图2-7 不同状态的动态线 4.根据动态线分析放大器的特性 （1）放大器工作在过压状态时，波形会出现下凹。 （2）动态线、放大器的工作状态与、、和的大小有关系。 三、丙类谐振功率放大器的特性 负载特性 基极调制特性 调制特性 集电极调制特性 放大特性 1.负载特性 负载特性是指、和保持不变时，放大器的性能随R变化的特性。 (1)工作状态的变化 随着R从小变大，放大器将由欠压状