通信电子线路课件

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1、无线通信中，为了提高高频信号的功率，需采用高频功放，无线通信中，为了提高高频信号的功率，需采用高频功放，根据放大信号相对频带的宽窄分为根据放大信号相对频带的宽窄分为:1 1、窄带高频功率放大器（亦称调谐功放）、窄带高频功率放大器（亦称调谐功放）它是以它是以LCLC回路（选频回路）为负载，相对带宽回路（选频回路）为负载，相对带宽10%30%30%概述概述第1页/共67页在理想情况下：在理想情况下：1 1）甲类功放：（）甲类功放：（=2=2）最高效率为）最高效率为50%50%。2 2）乙类功放：（）乙类功放：（）最高效率为）最高效率为78.5%78.5%。3）丙类功放：（2）本章重点讨论丙类功放，

2、此时管子工作在非线性状态，本章重点讨论丙类功放，此时管子工作在非线性状态，形成了自己的特点。形成了自己的特点。第一节 窄带高频功放的工作特点4）丁类功放：晶体管工作在开关状态下，理论最高效率为100%第2页/共67页调谐功放的重点问题是调谐功放的重点问题是功率和效率功率和效率问题。问题。为提高效率使放大器工作在丙类，集电极电流导通角为提高效率使放大器工作在丙类，集电极电流导通角2 2 U 时才导通）第4页/共67页3.由于工作在丙类，所以Ube处于反偏，只有在导通角内才 有电流流通，ic是余弦脉冲，ic可用付氏级数表示如下:直流分量n次谐波分量的幅值基波分量的幅值三、高频功放采用三、高频功放采

3、用LCLC谐振回路作负载谐振回路作负载减小失真。减小失真。由于由于LCLC谐振回路具有选频特性，因而作为负载时，可谐振回路具有选频特性，因而作为负载时，可以从以从i ic c波形中取出基波分量波形中取出基波分量滤除直流及高次谐波分量滤除直流及高次谐波分量输出电压仍为余弦波形输出电压仍为余弦波形完成了线形放大。完成了线形放大。第5页/共67页LC回路配合晶体管作线性放大的波形图回路配合晶体管作线性放大的波形图IC1costE Eb b0 00 00 00 0UrubeuceceEcibic c t t t t t t t t第6页/共67页第二节第二节 丙类调谐功放的组成原理及分析方丙类调谐功放

4、的组成原理及分析方法法实际调谐功放要求：实际调谐功放要求：具有输入、输出匹配电路；具有输入、输出匹配电路；合适的直流供电电路，才能合适的直流供电电路，才能获得较高的效率。获得较高的效率。1 1匹配电路，应能完成三项任务：匹配电路，应能完成三项任务：阻抗变换；阻抗变换；有效通过有用信号；有效通过有用信号；消除干扰信号消除干扰信号第二章中的三种阻抗变换电路均可 完成以上的任务。一、丙类调谐功放的组成原理一、丙类调谐功放的组成原理:i ib bi ic cU Uc cC CM ML LR RL LE EC CE Eb bu ui iu ui i为保证为保证T T工作在丙类，只有在工作在丙类，只有在u

5、 ui i+E+Eb b U U 时才导通。时才导通。第7页/共67页2.2.基极偏置，可以小于基极偏置，可以小于UrUr的正偏置或负偏置构成丙类的正偏置或负偏置构成丙类功放，功放，偏置电路方式有四种偏置电路方式有四种；具体见；具体见下图下图：提供数值较小的正向偏压。b、c、d图提供自给负偏压。偏压随输入信号的电压幅值而变。（输入变化时，可稳幅）第8页/共67页二、丙类调谐功放的分析方法二、丙类调谐功放的分析方法丙类功放情况下，功放管子工作在非线性，因此需用非丙类功放情况下，功放管子工作在非线性，因此需用非线性电路分析方法，非常复杂，所以一般工程上采用一线性电路分析方法，非常复杂，所以一般工程

6、上采用一种称为种称为折线分析法折线分析法的近似方法。的近似方法。这种方法是用几条直线组成折线近似代替非线性器件的实这种方法是用几条直线组成折线近似代替非线性器件的实际曲线，使问题可能得以简化，如下图：际曲线，使问题可能得以简化，如下图：第10页/共67页第11页/共67页 下面用折线分析法图示调谐功放进行分下面用折线分析法图示调谐功放进行分析：析：1 1集电极电流集电极电流 与导通角与导通角在截止点在截止点带入上式整理带入上式整理得得此式只有在分母此式只有在分母的条件下才有意义的条件下才有意义当当时时,输出电流达到最大值输出电流达到最大值Icm（一）调谐功放的（一）调谐功放的性能性能分析分析式

7、3-1式3-3式3-2cos=(U-Eb)/Ui G G本身是负值第12页/共67页将将(3-2)式和式和(3-3)式带入式带入(3-1)式得式得此为用脉冲幅度此为用脉冲幅度Icm和半导通角和半导通角表示的余弦脉冲电流表示式表示的余弦脉冲电流表示式利用付氏级数分析利用付氏级数分析式中直流分量式中直流分量Ic0基波分量基波分量Ic1及及n次谐波振幅次谐波振幅Icn分别为分别为第13页/共67页第14页/共67页为方便分析，定义为方便分析，定义n n =I=Icncn/I/Icmcm为分解系数。为分解系数。得：得：第15页/共67页为便于计算，将为便于计算，将n n与与关系绘成曲线如下图：关系绘成

8、曲线如下图：(1)(1)一定时，一定时，123，即谐，即谐波次数越高，振幅越小波次数越高，振幅越小;(表明能量分布情况表明能量分布情况)(2)(2)各次谐波对应各次谐波对应 有各自的有各自的最大幅值和零值；表明选择最大幅值和零值；表明选择 可放大、抑制某次谐波。可放大、抑制某次谐波。(4)当 90时，3为负值，表明三次谐波分量的初始相位与基波、二次谐波初始相位相反，此时ic(t)中的Ic3cos3t为负值。(3)（证明直流更多的转换为交流输出)第16页/共67页2 2）.集电极电源集电极电源Ec提供的直流功率提供的直流功率3 3）.集电极输出基波功率集电极输出基波功率4 4）.效率效率5 5）

9、.集电极耗损功率集电极耗损功率Pc：可见：可见：Pc也同导通角有关也同导通角有关2.功率和效率i ib bi ic cU Uc cC CM ML LR RL LE EC CE Eb bu ui iu ui iic的直流分量。R为谐振时 呈现的电阻=Uc1/Ec为集电极的电压利用系数第17页/共67页（二）调谐功放的动态分析1.1.晶体管的集电极动态特性晶体管的集电极动态特性如图列写输出回路方程如图列写输出回路方程显然此为直线方程。显然此为直线方程。调谐放大器的负载是并联谐振回路，其等效负载是谐振阻抗调谐放大器的负载是并联谐振回路，其等效负载是谐振阻抗R；在输入在输入ui及偏置一定时，及偏置一定

10、时，R不同，其它各参数会随之而变。不同，其它各参数会随之而变。ib bic cUc cCM MLRL LEC CEb bui iui i第18页/共67页过过A A，B B两点作动两点作动态负载线如图。态负载线如图。B B点：点：t=t=/2/2时：时：A A点点:t=t=时：时：E Ec c2 2 2 2 cos=(U-Eb)/Ui 第19页/共67页E Ec c2 2 2 2 AB为动态负载线其斜率为1/RcB为动态负载线上假想的点只有导通角内才有icUce为Ec时为起点E Ec c第20页/共67页所以动态电阻所以动态电阻(动态负载）为负载线斜率的倒数动态负载）为负载线斜率的倒数(由图得

11、由图得)注意若选频回路两端电压：若选频回路两端电压：Uc=Ic1R(谐振时谐振时)另外：另外：Rc取决于回路的谐振阻抗取决于回路的谐振阻抗R，并为半导通角，并为半导通角 的函数。的函数。Rc为动态负载R为谐振时 呈现的电阻第21页/共67页2谐振电阻R对集电极电流的影响为讨论方便，假定为讨论方便，假定Ec、Eb、Ui不变，以不变，以i b为参变量折线化后为参变量折线化后的输出特性曲线如下页图的输出特性曲线如下页图:（作出不同（作出不同R时三条负载线）时三条负载线）由以上动态分析可知：由以上动态分析可知：R变化变化（Rc变）负载线斜率变化变）负载线斜率变化使激励达到峰值时使激励达到峰值时进入不同

12、区（放大、饱和）进入不同区（放大、饱和）ic波形的变化波形的变化对各参数对各参数产生不同影响。产生不同影响。第22页/共67页此时，此时，Uc1较小，管较小，管子工作在放大区，子工作在放大区，ic受输入控制，对应的受输入控制，对应的ic为余弦脉冲。为余弦脉冲。由于电压利用系数 小，称为欠压状态。因此，Po较大，但不高。（2 2）R适中适中（负载线负载线2 2）：）：动态负载线恰为经过临界饱和线的拐点动态负载线恰为经过临界饱和线的拐点,此时此时Uc2较大，较大，Icm减小不多。减小不多。此时，有较大的输出功率和较高的效率，称此为此时，有较大的输出功率和较高的效率，称此为临界状态。临界状态。（3

13、3）R较大时（负载线较大时（负载线3 3）：）：此时管子工作在饱和区此时管子工作在饱和区,ic受受Uce的控制，称此为的控制，称此为过压状态过压状态(曲线曲线凹陷）凹陷）R越大，凹陷越深越大，凹陷越深。（1）R 较小时（负载线1）：第23页/共67页在临界状态下，电压利用系数：在临界状态下，电压利用系数：在临界状态下，回路谐振阻抗为：在临界状态下，回路谐振阻抗为：称为最佳负载电阻。称为最佳负载电阻。很高，近似为1第24页/共67页放大器的负载特性放大器的负载特性负载特性：是指Eb、Ui及Ec不变时，调谐功放的输出电流、输出电压、功率、效率随回路谐振电阻 R 而变化的关系。调谐功率放大器的负载特

14、性如图：调谐功率放大器的负载特性如图：3.负载特性第25页/共67页1）欠压状态：）欠压状态：Ic1不随不随 R 而变，所以放大管可视为而变，所以放大管可视为恒流源；恒流源；Po 较低，管耗较低，管耗Pc大，大，Uc随随R而变。而变。2）临界状态：）临界状态：Po最大，最大，最高，是最佳工作状态。最高，是最佳工作状态。3 3）过压状态：）过压状态：强过压：强过压：ic凹陷严重凹陷严重非线性失真严重。非线性失真严重。弱过压：弱过压：Uc随随R变化小，可视为恒压源。变化小，可视为恒压源。结论：第29页/共67页第三节第三节 调谐功放实用电路调谐功放实用电路一、一、160MHZ160MHZ、13W1

15、3W调谐功放电路调谐功放电路C C1 1C C2 2L L1 1构成构成T型匹配网络，与前型匹配网络，与前级级5050 电阻匹配；电阻匹配；L L2 2C C3 3C C4 4构成构成L型匹配网络，使负型匹配网络，使负载达到最佳阻抗。载达到最佳阻抗。基极采用自给偏压，使之工作基极采用自给偏压，使之工作在丙类。在丙类。集电极供电为并联供电方式。集电极供电为并联供电方式。电路如图所示.指标：此电路功率增益可达9dB，可向50负载提供13W的功率。第30页/共67页二、二、175MHZVMOS175MHZVMOS管调谐功放电路管调谐功放电路电路如图所示电路如图所示栅极采用了栅极采用了C C1 1、C

16、 C2 2、C C3 3、L L1 1组成的组成的 型匹型匹配网络。配网络。漏极采用漏极采用L L2 2、L L3 3、C6、C7、C8组成的组成的 型匹配网络；型匹配网络；栅、漏极均采用并栅、漏极均采用并联供电联供电.MOSMOS管的主要优点：管的主要优点：动态范围大、输入阻抗高等。动态范围大、输入阻抗高等。指标：指标：本电路的功率增益可达本电路的功率增益可达10dB10dB，效率大于，效率大于50%50%，可向，可向5050 的负载提供的负载提供10W10W功率功率 。第31页/共67页三、三、50MHZ50MHZ、25W25W调谐功放电路调谐功放电路电路如图所示电路如图所示C C1 1、

17、C C2 2 、L L1 1构成构成T T型匹配网络；型匹配网络；L L2 2、L L3 3、C C3 3、C C4 4构成构成 型匹配网络；型匹配网络；基极采用自给偏压。基极采用自给偏压。集电极采用并联供集电极采用并联供电方式。电方式。指标：指标：本电路的功率增益为本电路的功率增益为7dB,7dB,可向可向5050 的负载提供的负载提供25W25W功率。功率。第32页/共67页例题例题3-23-2：一丙类高频功放，选用一丙类高频功放，选用3AD12高频管，其最大集电高频管，其最大集电极电流极电流Icm=5A，最大集电极耗散功率，最大集电极耗散功率PcM=20W，输出特性曲线，输出特性曲线中临

18、界饱和线的斜率中临界饱和线的斜率G=0.6S，电源，电源EC=18V，=80o,要求输出要求输出1.8W的功率，工作在临界状态。试计算：的功率，工作在临界状态。试计算：电源供给的直流功电源供给的直流功率率Pdc;集电极耗散功率集电极耗散功率PC;集电极输出时的效率集电极输出时的效率；LC回路的等效负载谐振电阻回路的等效负载谐振电阻R。,由图可知：Icm=G(Ec-Uc)=G(Ec 2Po/Icm 1)解：由=80o可知：1=0.46,0=0.428 得：Ic1=1 Icm=0.21A；Ic0=0 Icm=0.13APdc=Ec Ic0=2.34W由此可求得：PC、=Po/Pdc、R=2Po/I2c1。得：Icm=9.85A 或Icm=0.46A；（因为已知最大集电极电流Icm=5A，所以取Icm=0.46A)第33页/共67页E Ec c2 2 2 2 为临界饱和线其斜率为G。第34页/共67页本本 章章 小小 结结1高频功放的分类高频功放的分类2窄带高频功放的工作特点、原理及分析方法窄带高频功放的工作特点、原理及分析方法3宽带高频功放的工作特点、功率的合成与宽带高频功放的工作特点、功率的合成与 分配及条件。分配及条件。4功率合成小结表功率合成小结表第66页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页