高频电子线路第三章高频功率放大器(上课)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
波形系数
(d)丙类 class-C amplifier
3.要解决的问题 提高输出功率 提高效率 管子的保护 减小失真（线性度）
C
直流电输源出提功供率的直 率流 = PP功 o = Po
Po
PC
P (直流)电 = P o(交 源 流 )功 P C ( 功 直 率 率 流 )
4. 效率与失真矛盾的解决
20k 10k
2
高频（射频）: 高频窄带信大号器（一以般调都幅采为用例选频）网络
已调信号 v o ( t) V o1 m m fco t 作c 为s 负o t 载回s 路
low
ω
high
AM广播信号: 535kHz～1605kHz，BW=10kHz
f max 3 f min
BW 10k 1 f0 100k0 100
输出交流功率：Po 12VcmIcm1
vCE V CC V cm co ts集电极效率：
Vc2m 2Rp
1 2
Ic2m1Rp
c
Po P
12Vcm Icm1 VCCIc0
12g1(qc)
集电极电压利用系数 V cm
波形系数
g1(qc )
Icm1 Ic0
V CC
3.3.1 晶体管特ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ曲线的理想化及其解析式 3.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解 3.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性 3.3.4 各极电压对工作状态的影响
小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于：
工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类。因此，采用负电源
作基极偏置。
失真
iC 转移
iC
特性
VBB
理想化
t
- qc
o V BZ
vbe - qc 0 +qc
+ q0c
vbe
V bm
t
vBE V BB V bm cots
E
图 高频功率放大器的 基本电路
为了对高频功率放大器进行定量分析与计算，
关键在于求出电流的直流分量Ic0与基频分量Ic1m。
最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角
θc的关系，以便于电路设计和调试时，对放大器
工作状态的选择指明方向。
考虑到谐振功率放大器工作于丙类（非线性、 大信号）状态，采取图解法与数学解析分析相折中 的办法：折线近似分析法。
t =gcVbm (cosωt–cos qc)
当t= qc时，iC= 0
coqsc
VBBVBZ Vbm
vBE V BB V bm cots 当t=0时，iC= iC max = gcVbm(1–cos qc)
iC costcoqsc iCmax 1coqsc
取决于脉冲高度iC max与通角qc
iC costcoqsc iCmax 1coqsc
或电压 电流
V cm vv CC E E V CC V cm cots
iC i vCE min
c max
0 qc
V BZ
V CC
－V BB
iC v bEmax
t
c
Po P
V bm vBE
Pc T1
T
0 iCvCEdt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
vBE V BB V bm cots2. iC 脉冲最大时，vCE最小； (b) 3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小；
丙类(C类) 放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。
i C I c 0 I c 1 s m t i I c n 2 s m 2 i t n I c n s m n i t n
low 0 ω 2ω 3ω
nω high
4. 效率与失真矛盾的解决
通过谐振负载，从丙类余弦周期脉冲里恢复基波完整周期 信号。
晶体管静态特 性曲线折线法
输出特性曲线
（基极电压或电流一定时， ic与uce的关系）
转移特性曲线
（集电极电压一定时， ic与ube的关系）
过压
临界 iC=gcrvCE
欠压
图 3.3.1 晶体管的输出特性及其理想化
iC =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ)
图 3.3.2 晶体管静态转移特性及其理想化
功率放大电路的主要特点
输入为大信号
要求输出功率尽可能大,管子工作在接近极限状 态
效率要高
非线性失真要小
BJT的散热问题
E
(管子的保护)
2. 分类
流通角:一个周期内 有电流流通的相角.
(a)甲类 class-A amplifier
(b)乙类 class-B amplifier
(c)甲乙类 class-AB amplifier
E
电路正常工作（丙类、谐振）时， 外部电路关系式：
vBE V BB V bm cots vCE V CC V cm cots
iCIc0Icm 1cotsIcm c2o2st Icm ncon st 谐振回路
iCIc0Icm 1cotsIcm c2o2st Icm ncon st
直流功率： P==VCC Ic0
End
以上建立了晶体管的简化分析模型，下面求解集电极余弦 脉冲电流中的各个频率分量。首先，写出其表达式。
t
iC 转移
iC
特性
VBB
0 - qc + q0c
V bm
理想化
V BZ
vbe
vbe
- qc o +qc
iC =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ) =gc(Vbmcosωt–VBZ－VBB)
高频振荡 缓冲 声音
倍频 话筒
高频放大
音频放大
发
调制
射 天
线
图 调幅发射机方框图
1. 谐振（高频）功放与非谐振（低频）功放的比较
相同: 要求输出功率大，效率高
非线性(大信号)
不同: 工作频率与相对频宽不同, 谐振与非谐振(工作状态)
低频（音频）:
20Hz～20kH中宽z 心越频小率。ffmm越因ainx 高此1，高000则频相功B对率fW0 频放
iCIc0Icm 1cotsIcm c2o2st Icm ncon st
ic m ax
由傅里叶级数求系数，得
o
t
q IC 02 1 π qqcciC dtiC ma0 x(c) q Icn m 1 π qqcciC co n ω s dtω iC manx (c)
2qc
图3.3.3 尖顶余弦脉冲
窄带谐振放大器
有源器件 丙类
谐振回路
输出回路 输入回路 晶体管
35
Tr1 T
L2
C1 4
yL
Tr2
高频谐振功率放大器 功能：将直流功率转换为交流信号功率。 主要指标：输出功率与效率 工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真） 分析方法：折线近似分析法。(大信号)
3.2.1 获得高效率所需要的条件 3.2.2 功率关系
(d)丙类 class-C amplifier
3.要解决的问题 提高输出功率 提高效率 管子的保护 减小失真（线性度）
C
直流电输源出提功供率的直 率流 = PP功 o = Po
Po
PC
P (直流)电 = P o(交 源 流 )功 P C ( 功 直 率 率 流 )
4. 效率与失真矛盾的解决
20k 10k
2
高频（射频）: 高频窄带信大号器（一以般调都幅采为用例选频）网络
已调信号 v o ( t) V o1 m m fco t 作c 为s 负o t 载回s 路
low
ω
high
AM广播信号: 535kHz～1605kHz，BW=10kHz
f max 3 f min
BW 10k 1 f0 100k0 100
输出交流功率：Po 12VcmIcm1
vCE V CC V cm co ts集电极效率：
Vc2m 2Rp
1 2
Ic2m1Rp
c
Po P
12Vcm Icm1 VCCIc0
12g1(qc)
集电极电压利用系数 V cm
波形系数
g1(qc )
Icm1 Ic0
V CC
3.3.1 晶体管特ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ曲线的理想化及其解析式 3.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解 3.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性 3.3.4 各极电压对工作状态的影响
小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于：
工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类。因此，采用负电源
作基极偏置。
失真
iC 转移
iC
特性
VBB
理想化
t
- qc
o V BZ
vbe - qc 0 +qc
+ q0c
vbe
V bm
t
vBE V BB V bm cots
E
图 高频功率放大器的 基本电路
为了对高频功率放大器进行定量分析与计算，
关键在于求出电流的直流分量Ic0与基频分量Ic1m。
最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角
θc的关系，以便于电路设计和调试时，对放大器
工作状态的选择指明方向。
考虑到谐振功率放大器工作于丙类（非线性、 大信号）状态，采取图解法与数学解析分析相折中 的办法：折线近似分析法。
t =gcVbm (cosωt–cos qc)
当t= qc时，iC= 0
coqsc
VBBVBZ Vbm
vBE V BB V bm cots 当t=0时，iC= iC max = gcVbm(1–cos qc)
iC costcoqsc iCmax 1coqsc
取决于脉冲高度iC max与通角qc
iC costcoqsc iCmax 1coqsc
或电压 电流
V cm vv CC E E V CC V cm cots
iC i vCE min
c max
0 qc
V BZ
V CC
－V BB
iC v bEmax
t
c
Po P
V bm vBE
Pc T1
T
0 iCvCEdt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
vBE V BB V bm cots2. iC 脉冲最大时，vCE最小； (b) 3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小；
丙类(C类) 放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。
i C I c 0 I c 1 s m t i I c n 2 s m 2 i t n I c n s m n i t n
low 0 ω 2ω 3ω
nω high
4. 效率与失真矛盾的解决
通过谐振负载，从丙类余弦周期脉冲里恢复基波完整周期 信号。
晶体管静态特 性曲线折线法
输出特性曲线
（基极电压或电流一定时， ic与uce的关系）
转移特性曲线
（集电极电压一定时， ic与ube的关系）
过压
临界 iC=gcrvCE
欠压
图 3.3.1 晶体管的输出特性及其理想化
iC =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ)
图 3.3.2 晶体管静态转移特性及其理想化
功率放大电路的主要特点
输入为大信号
要求输出功率尽可能大,管子工作在接近极限状 态
效率要高
非线性失真要小
BJT的散热问题
E
(管子的保护)
2. 分类
流通角:一个周期内 有电流流通的相角.
(a)甲类 class-A amplifier
(b)乙类 class-B amplifier
(c)甲乙类 class-AB amplifier
E
电路正常工作（丙类、谐振）时， 外部电路关系式：
vBE V BB V bm cots vCE V CC V cm cots
iCIc0Icm 1cotsIcm c2o2st Icm ncon st 谐振回路
iCIc0Icm 1cotsIcm c2o2st Icm ncon st
直流功率： P==VCC Ic0
End
以上建立了晶体管的简化分析模型，下面求解集电极余弦 脉冲电流中的各个频率分量。首先，写出其表达式。
t
iC 转移
iC
特性
VBB
0 - qc + q0c
V bm
理想化
V BZ
vbe
vbe
- qc o +qc
iC =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ) =gc(Vbmcosωt–VBZ－VBB)
高频振荡 缓冲 声音
倍频 话筒
高频放大
音频放大
发
调制
射 天
线
图 调幅发射机方框图
1. 谐振（高频）功放与非谐振（低频）功放的比较
相同: 要求输出功率大，效率高
非线性(大信号)
不同: 工作频率与相对频宽不同, 谐振与非谐振(工作状态)
低频（音频）:
20Hz～20kH中宽z 心越频小率。ffmm越因ainx 高此1，高000则频相功B对率fW0 频放
iCIc0Icm 1cotsIcm c2o2st Icm ncon st
ic m ax
由傅里叶级数求系数，得
o
t
q IC 02 1 π qqcciC dtiC ma0 x(c) q Icn m 1 π qqcciC co n ω s dtω iC manx (c)
2qc
图3.3.3 尖顶余弦脉冲
窄带谐振放大器
有源器件 丙类
谐振回路
输出回路 输入回路 晶体管
35
Tr1 T
L2
C1 4
yL
Tr2
高频谐振功率放大器 功能：将直流功率转换为交流信号功率。 主要指标：输出功率与效率 工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真） 分析方法：折线近似分析法。(大信号)
3.2.1 获得高效率所需要的条件 3.2.2 功率关系