高频电子技术第5章 高频功率放大器

第五章 高频功率放大器
• （4） 输入余弦波时，经过放大，集电极输 出电压是余弦脉冲波形。
• 5.2.2 丙类谐振功放的工作原理 • 设输入信号为余弦电压 ui U imcos t • (5-1) • 则管子基极、发射极间 u BE 电压为 • (5-2) uBE U BB Uim Cost
c1m
c 2m
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
图5-3 iC(t)各次谐波的波形示意图
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
…
0
2
3
4
图5-4 集电极电流的频谱图
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
• 在对谐振功率放大器进行分析与计算时， 关键在于直流分量和基波分量等前面几项 • 利用周期函数傅立叶级数的公式，可以求 出式（5-4）直流分量及各次谐波分量 • 下面仅列出前面几项的表达式 • I i （5-5） 1 Sin Cos ( ) i
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
• 由图可看出各次谐波分量变化趋势，谐波 次数越高，其振幅越小。因此，在谐振放 大器中只需研究直流功率及基波功率。 • 放大器集电极直流电源提供的直流输入功 率为 PDC UCC IC 0 • (5-9)
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
• 谐振功放集电极输出回路输出功率等于基 波分量在谐振电阻RP上的功率为 2 U 1 1 1 cm • (5-10) po I cm1U cm I cm12 RP 2 2 2 RP • 集电极的功耗为 P • (5-11) C P DC po • 放大器集电极能量转换效率等于输出功率 与电源供给功率之比
• 称为波形系数 •g1 ( )随 变化情况如图5.5虚线所示 • ＝1的条件下，可以求得不同状态下放大 器功率分别为
第五章 高频功率放大器
第五章 高频功率放大器
• 要求 • 了解功率放大器分类，掌握谐振功率放大 器的基本原理，会进行动态分析；正确理 解和分析外部特性对其工作状态的影响； 了解直流馈电电路和滤波电路的组成；了 解宽带传输线变压器的结构特点及其应用。
第五章 高频功率放大器
• • • • • • 知识点 丙类谐振功率放大器 动态分析、外部特性 直流馈电和滤波电路 宽带传输线变压器 倍频器
c0 c max

1 Cos

c max
0
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
1 Sin Cos • I c1m i c max （5-6） i c max 1 ( ) 1 Cos • （5-7） i Sin2 Cos 2 Sin Cos I i ( ) 3( 1 Cos ) • i Sin3 Cos 3 Sin Cos I i ( ) • （5-8） 12( 1 Cos ) • 只要知道电流脉冲的最大值和通角即可计 算出直流分量、基波分量及各次谐波分量
c 2m c max c max 2 c 3m c max c max 3
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
α 0,α 1,α 2,α 0.7
3
0.6 0.5
g1
α
1
0.4
0.3 0.2 0.1
α
2.0
0
g1 α α 0 40 80
3 2
1.5
1.0 160 θ /°
0
-0.1
120
图5-5 余弦脉冲波分解系数随通角变化示意图
第五章 高频功率放大器
• 重点和难点 • 丙类谐振功率放大器动态分析与外部特性
第五章 高频功率放大器
• 5.1 功率放大电路的作用与分类 • 一般情况下，高频振荡信号的功率很小，不能满 足天线对发射功率的要求，需要对高频信号进行 功率放大 • 高频功率放大器研究的主要问题是如何获得高效 率、大功率输出 • 根据采用的负载不同，高频功率放大器可分为窄 带功率放大器和宽带功率放大器。 • 按功率放大管导通角的不同，高频功率放大器可 分为甲类、乙类、丙类、丁类等
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
• • 式中 U cm •
g1 ( )
po 1 IC1U cm 1 1 ( ) 1 g1 ( ) PDC 2 IC 0UCC 2 0 ( ) 2
(5-12)
U CC
1 ( ) 0 ( )
为集电极电压利用系数
5.2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2 丙类谐振功放的工作原理
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
• 由于晶体管工作在丙类状态，晶体管集电 极电流是一个周期性的余弦脉冲 • 由傅立叶级数可知，一个周期性函数可以 分解为许多余弦波（或正弦波）的叠加 • 可以将电流分解为 • iC (t ) I c0 I c1m Cost I c 2m Cos2t I cnm Cosnt （5-4） I cnm • Ic0 I I • 分别为集电极电流的直流分量、基波分量 以及各高次谐波分量的振幅
第五章 高频功率放大器
• 5.2 丙类谐振功放的结构与基本原理 • 5.2.1 谐振功率放大器的特点 • （1） 放大管是高频大功率晶体管，能承受 高电压和大电流。 • （2） 输出端负载回路为调谐回路，既能完 成调谐选频功能，又能实现放大器输出端 负载的匹配。 • （3） 基极偏置电路为晶体管发射结提供负 偏压（- U BB），使电路工作在丙类状态。
• 5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
• 图5-1所示电路中 ，当加入信号 u i 以后，只 有当 uBE > U on时，三极管才导通，基极和集 电极才有电流通过。 • 图5-2（a）、(b)所示为晶体管集电极电流 和集电极电压波形图。 • 0 ≤ ≤180° • 晶体管工作状态可分为
5.2.2 丙类谐振功放的工作原理
• ＝180°，为甲类工作状态 • ＝90°，为乙类工作状态 • <90°，为丙类工作状态 • 由于集电极电压与集电极电流的关系为 uC (t ) U CQ i C (t ) Rc • (5-3) • 因此，集电极电压波形如图5-2（C）所示。