第3章++高频功率放大器教学案例.ppt

第3章高频功率放大器概述1、使用高频功率放大器的目的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。5、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处小信号谐振放大器
波形图6.工作状态§3.1谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的基本电路谐振功率放大器的基本电路特点：
1、NPN高频大功率晶体管；改变EB可以改变放大器的工作类型；
2、大信号激励：1—2V；
3、发射结在一个周期内只有部分时间导通，iB、iC均为一系列高频脉冲；
4、谐振回路作负载可以滤除高频脉冲电流iC中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。2.工作原理
要了解高频谐振功率放大器的工作原理，首先必须了解晶体管的电流、电压波形及其对应关系。晶体管转移特性如图3.2中虚线所示。由于输入信号较大，可用折线近似转移特性，如图中实线所示。图中U′B为管子导通电压，gm为特性斜率。
图3.2丙类工作情况的输入电压、集电极电流波形图2.1谐振功率放大器原理电路设输入电压为一余弦电压，即
ub=Ubmcosωt
则管子基极、发射极间电压uBE为
uBE=-EB+ub=-EB+Ubmcosωt
在丙类工作时，EB<U′B，在这种偏置条件下，集电极电流iC为余弦脉冲，其最大值为iCmax，电流流通的相角为2θ，通常称θ为集电极电流的导通角，丙类工作时，θ<π/2。图3.2丙类工作情况的输入电压、集电极电流波形把集电极电流脉冲用傅氏级数展开，可分解为直流、基波和各次谐波，因此，集电极电流iC可写为式中，直流分量Ic0为

基波或一次谐波分量幅值为

n次谐波分量幅值为
/谐振功率放大器的集电极负载是一高Q的LC并联振荡回路，如果选取谐振角频率ω0等于输入信号ub的角频率ω，那么，尽管在集电极电流脉冲中含有丰富的高次谐波分量，但由于并联谐振回路的选频滤波作用，振荡回路两端的电压可近似认为只有基波电压，谐振回路两端的电压近似为基波电压，为
uc=Ic1mcosωtRp=Ucmcosωt
式中，Ucm=Ic1mRp，Rp=R0RL/(R0+RL)。注意，R0是回路空载谐振阻抗，此处RL是负载电阻等效到谐振回路两端的电阻，若接入系数为p，则RL前要乘以1/p2。晶体管集电极、发射极间电压uCE等于
uce=EC-uc=EC-Ｕcmcosωt

图2.3电流、电压波形3.1.3功率和效率的计算

3.1.3功率和效率的计算

集电极效率ηC：即输出高频功率Po与直流输入功率PE之比，/4晶体管放大器导通角与效率的关系
由式（3–14）可知，要提高集电极效率ηc，关键是提高集电极电压利用系数ξ和增大波形系数g1(θc)。
放大器工作在甲类：
θc=180º，g1(θc)=1，ηcmax=50%
工作在乙类：
θc=90º，g1(θc)=π/2，ηcmax=78.5%
工作在丙类：
θc<90º，g1(θc)<π/2，ηcmax>78.5%/g1(θc)随θc减小而增大，
极限情况下（θc=0º），g1(θc)=2，ηcmax=100%

实际上，θc不可能等于0º（此时Po=0），因此效率也不可能达到100%。丙类功率放大器可以获得比甲类、乙类更高的效率。θc的减小，会引起输出功率的减小，为了兼顾效率与输出功率，实际中一般取θc=60º～75º左右。已知集电极电流余弦脉冲，试求通角，时,集电极电流的直流分量和基波分量；若，求出两种情况下放大器的效率各为多少？PE3.2谐振功率放大器的工作状态分析3.2.1谐振功率放大器的动态特性谐振功率放大器的工作状态是根据uBE=uBEmax、uCE=uCEmin时瞬时工作点A在静特性曲线上所处位置确定的。
当A点落在输出特性的放大区时，为欠压状态；
当A点正好落在临界点上时，为临界状态；
当A点落在饱和区时，为过压状态。
从上面动特性曲线随RP变化的分析可以看出：
（1）RP增大，工作状态由欠压变到临界再进入过压。
（2）RP增大，相应的集电极电流减小，波形由余弦脉冲变成凹陷脉冲。（3）RP增大，uCE减小，输出电压uc波形不变，仍然是余弦脉冲，幅值Ucm增大。一、负载特性
负载特性是指当保持EC、EB、Ubm不变而改变RP时，谐振功率放大器的电流IC0、Ic1m，电压Ucm，输出功率Po，集电极损耗功率PC，电源功率PE及集电极效率ηC随之变化的曲线。
图2.8电流波形随Re的变化及其负载特性
(a)电流波形；(b)、(c)负载特性从上面动特性曲线随RP变化的分析可以看出：由于PE=EC·IC0，因此，PE的变化
规律与IC0相同。表三种工作状态的比较2.调制特性——集电极调制特性uCE=EC-uc=EC-Ｕcmcosωt

2.调制特性——集电极调制特性2.调制特性——基极调制特性3.振幅特性4、调谐特性
功放的外部电流