高频电子线路212放大课件

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1、电子线路（非线性部分）电子线路（非线性部分）- - 谐振功率放大器谐振功率放大器刘佳嘉2011年08月刘佳嘉CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器谐振功率放大器谐振功率放大器p 学习目的 1、掌握谐振功率放大器的工作原理 2、掌握谐振功率放大器的负载特性，了解调制特性和放大特性 3、熟悉实际谐振功率放大器电路的组成p 学习重点 谐振功率放大器的工作原理和负载特性CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器放大器概述 放大器

2、的放大原理与实质？ 放大器的工作状态？ 工作状态对效率的影响？ 为什么设置静态工作点?问题回顾： （模电中功放内容）CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器放大器概述 放大器的放大原理与实质？ 放大器本质上是一种能量转换器件。它利用三极管的电流控制作用，将直流电源输出的直流能量转换为按输入信号变化的交流能量，提供负载。 设置Q点的原因?CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器放大器概述 放大器的工作状态？ 在相同激励信号

3、作用下，根据集电极电流的导通时间，功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作状态。CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器放大器概述 工作状态对效率的影响？ 在相同激励信号作用下，集电极电流的流通时间越短，一个周期内的平均功耗越低，如果维持输出功率不变，其效率越高。为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性 1、使用高频功率放大器的目的

4、： 主要功用是放大高频信号, 使发射机末级能获得足够大的发射功率。 2、高频功率放大器使用中需要解决的两个问题： 高效率输出；高功率输出 联想对比： 高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高。CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性 谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处：相同之处：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不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作特点不同；晶体管动态范围不同。CAFUC-AEI Electronic I

5、nformation Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性 谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同： 相同之处：都要求输出功率大和效率高； 功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转换为交流能量，能量转换的能力即为功率放大的效率。 谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1%或者更小），其工作状态通常选为丙类工作状态（导通角小于90度），为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。 非谐振功率放大器可以分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器，低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或者

6、乙类工作状态，宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性 注意：无论是低频功率放大器，谐振功率放大器，小信号放大器，非谐振放大器等等，只要是放大器都要考虑散热的问题。CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性 谐振功率放大器与低频功放的比较：共同点：输出功率大，效率高不同点：CAFUC-AEI Electronic Inf

7、ormation Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性 2.1.1工作原理 图1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路, 除电源和偏置电路外, 它是由晶体管、 谐振回路和输入回路三部分组成的。 CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器ucCRLuceubeubEbEcu ()ibicV图 1晶体管高频功率放大器的原理线路 2.1 谐振功率放大器的原理和特性CAFUC-AEI Electronic Information Engineering

8、电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性问题：1 工作过程，原理？2 电容有什么作用？3 为何采用谐振回路做负载？CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性 高频功放选用谐振回路做负载的原因： 保证输出电压相对输入电压不失真，还具有阻抗变换的作用。 这是因为集电极电流是周期性的高频脉冲，其频率分量除了有用分量（基波分量）外，还有谐波分量和其他频率成分，用谐振回路选出有用分量，将其他无用分量滤除；通过谐振回路阻抗的调节，从而使谐振回路呈现高频功放

9、所需求的最佳负载阻抗值，即匹配，使高频功放高效输出大功率。CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器1电流、 电压波形设输入信号为 cosbbuUt则由图1得基极回路电压为2.1 谐振功率放大器的原理和特性cosbebbuEUtCAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性图2-集电极电流波形图CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非

10、线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性 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 tnItIIicnccoccoscos1icccic1ic2ic3IcoIcmaxCAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器maxmax01maxmax1maxmax2sincos( )(1cos )sincos( )(1cos )2sincos2 sincos( )(1)(1coscos )coccccccnccnIiiaIiiannnIiiann2.1 谐振功率放大器的原理和

11、特性 0() 1() n()分别称为余弦脉冲的直流,基波,n次谐波的分解系数, 数值可查表。直流分量： 基波分量： n次谐波: CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性由图可以看出，放大器的负载为并联谐振回路，回路输出电压为：按图规定的电压方向，集电极电压为：01coscosccLcuuI RtUtcosceccccuEuEUtCAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大

12、器的原理和特性图3-C类高频功放的电流电压波形CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性丙类可提高集电极效率的原因集电极效率:dccdccdcdccPPPPPPP10 越小，集电极效率 越高。CccPP)1(0能量守恒 电源提供的功率 输出的交流功率 集电极耗散功率 dcP0PcP0dccPPPcPc 从20提高到75(丙类)。 cCAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放

13、大器的原理和特性丙类可提高集电极效率的原因 因为晶体管仅在部分时间内有电流流通，大部分时间内是无集电极电流的，集电极耗散功率等于集电极电压与集电极电流之乘积，因而大部分时间是无集电极耗散功率的。 丙类可提高集电极效率的原因CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性丙类可提高集电极效率的原因导通角：一个周期内导通角度的1/2.CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器 2 高频功放的能量关系

14、在集电极电路中, 谐振回路得到的高频功率(高频一周的平均功率)即输出功率P1为LcLccRURIUIPc22112121211 集电极电源供给的直流输入功率P0为ccEIP00直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极损耗功率Pc, 即10PPPc2.1 谐振功率放大器的原理和特性CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器 Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能。 定义集电极效率为 11001122ccccPIUPIE2.1 谐振功率放大器的原理和特性波形系数 1100( )( )ccII 电压利用系数 1c

15、cUE 甲类放大器 乙类放大器 丙类放大器0(180 )10(90 )1.751.755078.5可以更高CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器 Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能。 定义集电极效率为 11001122ccccPIUPIE由上两式可以得到输出功率P1和集电极损耗功率Pc之间的关系为11cPP2.1 谐振功率放大器的原理和特性CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器提高效率有两种途径： 一是提高电压利用系

16、数 ，即提高UC，这通常靠提高谐振阻抗RL来实现；另一个是提高波形系数2.1 谐振功率放大器的原理和特性CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性图4-波形系数，分解系数关系图CAFUC-AEI Electronic Information Engineering 电子线路（非线性部分）-谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的原理和特性结论0 180c某个 最大)(cn01n=1120(120 )0.536c02n=260(60 )0.276c03n=340(40 )0.186c2. 作倍频器时60c2倍频40c3倍频乙类工作无三次谐波3.03n=390(90 )0c1.