第5章高频功率放大器课件.ppt

1、高频范围高频范围:几百几百K几百几百M输出功率输出功率效率效率主要技术指标主要技术指标:放大电路根据电流的导通角分类放大电路根据电流的导通角分类:甲类甲类放大放大:=360o线性放大线性放大功耗大功耗大适用适用:小信号放大小信号放大乙类乙类放大放大:=180o甲乙类甲乙类放大放大:丙类丙类放大放大:180o C(180o 360o）适用适用:低频功率放大低频功率放大适用适用:高频功率放大高频功率放大非线性放大非线性放大功耗较小功耗较小 5.1 概概 述述高频功放的主要特点高频功放的主要特点:高频、大信号、非线性状态高频、大信号、非线性状态 以调谐电路为负载实现线性放大以调谐电路为负载实现线性放

2、大 5.1 概概 述述直流偏置电压:CCVtVvbmbcos:输入信号电压集电极电路的交流输出:cos tVvcmc电压集电极到发射器的瞬时:CvtVVvcmccCcos基极回路：基极回路：集电极回路：集电极回路：负偏压:BBV+CCVBBVCL+ci b cC B o 5.2 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理tVVvbmBBBcos0ciBZBccVvgiBZBVv BZBVv 大信号输入时的折线近似大信号输入时的折线近似：BEvCiOCAOVBZ晶体管的导通电压:BZV晶体管的跨导:cg 5.2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理CmaxCitCiBZcb

3、mBBVVVcosBvCiOCAOVBZVBBBBVtBvCbmVC2CtVVvbmBBBcosbmBBBZcVVVcos输出失真？输出失真？5.2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理tItIIicmcmCc2coscos210工作点电流的平均分量、基波分量振幅工作点电流的平均分量、基波分量振幅,10,cmcmIIPcmcRtIvcos12PCRLRP+CCVBVCL+b cC B o 5.2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理23ci波呈现的阻抗效应电路对基波和各高次谐LCZP4CmaxCitCiPcmcRtIvcos12PCRLRPtVVvcmCCCco

4、scmVtccV集电极功耗：集电极功耗：CCcviP 5.2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理tcvCRLpIVcmcm21供给的直流功率：供给的直流功率：0CccIVP 输出的基波功率：输出的基波功率：PcmPcmCmcmoRIRVIVP212121221集电极耗散功率：集电极耗散功率：ocPPP效率：效率：ccCcmcmocVIVIPP0121 cg121 011cmcmcIIg波形系数波形系数:cccmVV集电极电压的集电极电压的利用系数利用系数 5.2.2 功率关系功率关系3.0maxCCcmVV 5-3 5-3 高频功放的折线近似分析法高频功放的折线近似分析法折线

5、近似分析法折线近似分析法:用折线代表晶体管的实际特性曲线用折线代表晶体管的实际特性曲线,再用简单的数学解析式对电路分析计算再用简单的数学解析式对电路分析计算转移特性的折线近似转移特性的折线近似BvCiOCAOVBZBZBccVvgi晶体管跨导:cg常数CvBCcvig晶体管的截止电压:BZVVSi6.04.0:管VGe3.02.0:管 5.3.1 晶体管特性曲线的理想近似晶体管特性曲线的理想近似输出特性的折线近似输出特性的折线近似CvCi1Bv2Bv3Bv4Bv欠压欠压过过压压过压状态过压状态欠压状态欠压状态临界状态临界状态临界线方程临界线方程:CcrCvgi 5.3.1 晶体管特性曲线的理想

6、近似晶体管特性曲线的理想近似CmaxCitCitVVvbmBBBcosBZBccVvgi（）（）（）（）BZcbmBBcVVVgcos00:CcitbmBBBZcVVVcosBZbmBBccVtVVgicos（）（）（）：（）：cbmcCtVgicoscos由（）：由（）：5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解cbmcCVgicos1maxcbmcCtVgicoscostItIIicmcmCC2coscos210 5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解ccCCtiicos1coscosmaxtItIIicmcmCC2coscos210由傅立叶级数的求

7、系数法：由傅立叶级数的求系数法：tdiCCC210CItdticCCCcos1coscos21max cCi0maxtdiC211cmI cCi1maxttdiCcos1代表此时最大电流输出达到最大分别在不同的导通角时振幅越小谐波次数越高,;,:12n 5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解余弦脉冲分解系数:,321cmnI cnCimaxttdniCcos1 01011cmcmcIIg波形系数：波形系数：2:0max1gc晶体管无输出晶体管无输出ccg1效率效率:PcCPcmoRiRIP21max212121输出功率输出功率:甲乙类放大:24020cmax10120cc

8、070:copt一般选择 5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解如何选择合适的导通角？如何选择合适的导通角？动态线动态线:加上激励信号和负载阻抗时加上激励信号和负载阻抗时:CiCEv低频电路低频电路:vCE(V)0 2 4 6 8 10 12100iC(mA)8060201432负载线负载线IB=40(A)QIC=1.5MNRiEvCCCE已知已知R负载线负载线唯一确定唯一确定 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性高频电路高频电路:已知已知RP负载线负载线不能确定不能确定负载线还与管子的导通程度有关，负载线还与管子的导通程度有关，即与基极的

9、偏置与输入信号有关。即与基极的偏置与输入信号有关。bmBBBZcVVVcos 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性 cPccRRcos11tVVvcmccCcostVVvbmBBBcostcos消cmCCCbmBBBVvVVVvBZcmCCCbmBBcBZBcCVVvVVVgVvgibmcmBBcmBZCCbmCcmbmcVVVVVVVvVVg斜率斜率截距截距0Vdg 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性CvCiOBv0VvgiCdC动态线方程动态线方程:cmbmcdVVggbmcmBBcmBZCCbmVVVVVVVV0作法作法1

10、:横轴上取：横轴上取：OB=V0过过B点作斜率为点作斜率为gd的直线的直线BV0 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性CvCiOBv作法作法2:确定两点确定两点A点：点：tVVvcmccCcostVVvbmBBBcos0tcmccCVVvbmBBBVVvQ点：点：090tQABbmBBvVVcmccVVccCVv BBBVvBBBVvccV 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性tVVvcmccCcostVVvbmBBBcos 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性BAcmVCvVCCBvVBBbmVC

11、vCiOBvQABbmBBvVVcmccVVBBBVvccVB cPccRRcos11动态线斜率cPRR放大器的动态电阻放大器的动态电阻RC：斜率的倒数：斜率的倒数欠压（欠压（QA1）临界（临界（QA2）过压（过压（QA4A5）1A2A3A增加PRbmBBBVVv4A5A12345 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性 集电极电压利用不充分集电极电压利用不充分1A2A3AbmBBBVVv4A5AVCCcmVtVVvcmccCcos iC为尖顶余弦脉冲为尖顶余弦脉冲欠压（欠压（QA1）：）：5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性 iC

12、为尖顶余弦脉冲为尖顶余弦脉冲 集电极电压利用充分集电极电压利用充分VCC1A2A3AbmBBBVVv4A5AcmVtVVvcmccCcos临界（临界（QA2）5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性1A2A3A增加PRbmBBBVVv4A5AVCCcmVtVVvcmccCcos过压（过压（QA4A5）iC为尖顶下陷脉冲为尖顶下陷脉冲 集电极仍输出正弦集电极仍输出正弦 电压电压 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性1A2A3A增加PRbmBBBVVv4A5A欠压状态：欠压状态：Icm1、Ic0基本不变基本不变过压状态：过压状态：Icm1

13、、Ic0减小减小RP增大增大RP增大增大Vcm增大增大Vcm基本不变基本不变恒流源恒流源恒压源恒压源1cmI0cIcmVc0PcPPPRPR 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性1cmI0cIcmVc0PcPPPRPR直流输入功率：直流输入功率：0CCCIVP 交流输出功率：交流输出功率：1021CmCmIVP 集电极耗散功率：集电极耗散功率：ocPPPmaxoPcPPR效率：效率：弱过压区达到最大弱过压区达到最大 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性欠压状态：欠压状态：过压状态：过压状态：临界状态：临界状态：maxoP较高c最佳

14、工作状态最佳工作状态负载变化时，输出电压基本不变负载变化时，输出电压基本不变适用：适用：基极调幅电路基极调幅电路小oP低c输出电压不稳定输出电压不稳定 5.3.3 高频功放的动态特性和负载特性高频功放的动态特性和负载特性1、VCC对工作状态的影响（对工作状态的影响（RP，VBB，Vbm不变）不变）cPccRRcos11斜率的倒数斜率的倒数：激励不变激励不变RP不变不变斜率不变斜率不变VCCbmcmBBcmBZCCbmVVVVVVVV0CvCiOBvBA增加ccV 5.3.4 各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响欠压状态欠压状态欠压状态欠压状态过压状态过压状态过压状态过压状态1cmI

15、0cI0PcPmPccVccV欠压欠压VCC：过压过压临界临界集电极调幅：集电极调幅：变化控制代替occsPVv,过压区工作过压区工作 5.3.4 各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响2、Vbm对工作状态的影响（对工作状态的影响（RP，VBB，Vcc不变）不变）过压过压Vbm：欠压欠压临界临界bmVbmV1cmI0cIPoPcP基极调幅：基极调幅：变化控制代替oBBsPVv,欠压区工作欠压区工作 5.3.4 各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响 5-4 5-4 功放的高频特性功放的高频特性ff5.0低频区低频区:中频区中频区:高频区高频区:TTfff2.0Tfff2.0

16、5.0ffT0折线分析法在低频区近似程度较高折线分析法在低频区近似程度较高中高频区中高频区:,oP功放的高频效应功放的高频效应 5-5 5-5 高频功放的电路组成高频功放的电路组成 5.5.1 集电极馈电电路集电极馈电电路按电源、晶体管、按电源、晶体管、LC选频网络的连接方式：选频网络的连接方式：VCC应直接加到应直接加到C极，其间不存在其它电阻消耗能量极，其间不存在其它电阻消耗能量0cI1cmIcmnIVCC：LC回路对基波呈现大电阻，对其它高次谐波呈短路回路对基波呈现大电阻，对其它高次谐波呈短路 5.5.1 集电极馈电电路集电极馈电电路C：提供高频通路，防止高频信号串入电源：提供高频通路，

17、防止高频信号串入电源L：提供直流通路，防止高频信号串入电源：提供直流通路，防止高频信号串入电源cvVCCcvcvtVVvcmCCCcos：是否满足是否满足 5.5.1 集电极馈电电路集电极馈电电路 馈电的基本原则：直流电源的一端必须接地馈电的基本原则：直流电源的一端必须接地VCCVCC与地之间存在与地之间存在不稳定的杂散电容不稳定的杂散电容与与LC并联并联谐振频率谐振频率 5.5.1 集电极馈电电路集电极馈电电路 5.5.1 基极馈电电路基极馈电电路按按 s、VBB、晶体管发射结的连接方式：、晶体管发射结的连接方式：适用于：工作频率很低适用于：工作频率很低或频带较宽的功放或频带较宽的功放适用于

18、：甚高频频段的功放适用于：甚高频频段的功放电感耦合电感耦合电容耦合电容耦合 5.5.2 输入、输入、输出与级间耦合网络输出与级间耦合网络 阻抗匹配阻抗匹配输出额定功率:optLRR 良好的滤波性能良好的滤波性能 较高的回路效率：将功放管的输出功率高效率地较高的回路效率：将功放管的输出功率高效率地 传送到实际负载上传送到实际负载上四端网络LRocmoptPVR22oLKPP 5-10 5-10 晶体管倍频电路晶体管倍频电路 振荡频率振荡频率 ：频率稳定度越差频率稳定度越差 利用石英晶振构成的振荡电路：利用石英晶振构成的振荡电路：要求主振器：要求主振器：Mf 5要求晶片越薄:fMf 20倍频器的两

19、种电路形式：倍频器的两种电路形式：丙类倍丙类倍频器频器参量倍参量倍频器频器tnItIIicmncmCccoscos10+bvCCVBVCL+BvCv+ov+cvciVm/V0mntnRItnVvPcmncmccoscosCCcmVV:用系数倍频器集电极电压的利cmncmonIVP21CncCCiVmax21 5.10 晶体管倍频电路晶体管倍频电路CncCConiVPmax21276.0:60max20C185.0:40max30C cnccnCCCcmncmnongIVIVPP21212100波形系数波形系数 5.10 晶体管倍频电路晶体管倍频电路conPn所要求的max获得较高的获得较高的倍频输出功率倍频输出功率c减小提高基极负偏压提高基极负偏压可能导致发射结可能导致发射结反向击穿反向击穿丙类倍频器一般：丙类倍频器一般：n=23 5.10 晶体管倍频电路晶体管倍频电路cnnonPPn,