通信电子线路31part2知识课件知识讲稿.ppt

第三章 高频功率放大器
功率放大电路基础知识
概述
丙(C)类高频功率放大器的工作原理
丙（C）类高频功率放大器的折线分析法
高频功率放大器的实用电路
宽频带高频功率放大器*
输出功率不高。若要求输出功率高，可采用功率合成方法实现。
本章基本要求
1. 了解高频功率放大器的功能和性能指标；
2. 掌握C类谐振功率放大器的工作原理、分析方法、电路构成和使用方法； （※※）
3. 了解传输线变压器的工作原理和应用特点。掌握传输线变压器实现宽带阻抗变换的方法。了解传输线变压器实现功率合成、功率分配的方法；
4. 了解D类、E类功率放大电路的特点。（***）
*
丙（C）类高频功率放大器的工作原理
电路形式分为中间级和输出级——都可等效为输入回路、非线性器件和带通滤波器（并联谐振回路）。
中间级放大
输出级放大
*
负载是下一级的输入阻抗经变压器二次侧折合到一次侧，与LC谐振回路组成的等效负载
负载是天线(其等效阻抗可视为天线电容和电阻串联)
谐振于输入
信号的频率
丙类高频功率放大器等效原理图
特点：
①为了提高效率，工作于丙类状态，由Vbb保证发射结负偏置，流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；
从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形
实现放大器阻抗匹配
②负载为谐振回路
*
中间级和输出级，负载均可等效为并联谐振回路
2 工作原理分析
uBE
ib
•
Vbb
•
UBZ
ub
•
Ubm
gb
ic
+
uBE _
*
发射结在Vbb的作用下处于负偏置状态，当无输入信号电压时，晶体管处于截止状态，集电极电流 ic=0。
ωt
ib
ωt
加到晶体管基极-发射极的电压为:
由输入特性可得基极电流ib为脉冲状。
UBZ：导通电压
θc：通角
ic
ωt
θc
θc
ic1
ic2
ic3
Ic0
Icmax
*
Ib0为基极电流的直流分量；Ib1m为基极电流的基波电流振幅；
Ib2m，… Ibnm为基极电流的二次至n次谐波电流振幅；
Ic0为集电极电流的直流分量；Ic1m为集电极电流的基波电流振幅；Ic2m，… Icnm为集电极电流的二次至n次谐波电流振幅；
由正向传输特性可得集电极电流 ic为脉冲状。
*
ic虽然是脉冲状，包含很多谐波，失真很大，但由于集电极电路内采用的是并联谐振回路，当集电极回路调谐于ω，即与高频信号的基波谐振时，
由于回路的选择性：
对基波电流回路等效为纯电阻Rp—谐振回路有载谐振电阻；
对各次谐波而言，回路失谐，呈现很小的电抗，回路两端可看成短路；
而直流分量只能通过回路电感线圈支路，其直流电阻很小，对直流可看成短路。
所以ic流经谐振回路时，只有基波电流才产生电压降，即回路两端只有基波电压uc1，而滤除各次谐波电压，因而输出高频信号波形无失真：
iC频谱
LC回路阻抗
Rp
ic
ωt
θc
θc
ic1
ic2
ic3
Ico
Icmax
*
回路两端电压：
ub
UBZ
Vbb
Icmax
uBE
t
ib
t
ic
t
uCE
uc
t
VCC
Ucm
Ubm
uBE
ic
•
-VBB
•
UBZ
ub
Ubm
gC
丙（C）类高频功率放大器的折线分析法
丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态下，晶体管的小信号分析方法不再适用。采用静态特性曲线经过理想化成为折线来进行近似分析会存在一定误差，但很简洁。
1. 晶体管特性曲线的理想化及解析式
大信号工作条件下，理想化的特性曲线指：
在放大区：集电极电流ic和基极电流ib不受集电极电压uce的影响，而与基极电压ube成线性关系；
在饱和区：集电极电流ic与集电极电压uce成线性关系，而不受基极电压ube的影响。
*
*
(1)输入特性曲线的理想化
对于晶体管输入特性，集电极电压大于一定值后，集电极电压改变对基极电流影响不大，可近似认为输入特性与集电极电压无关。输入特性曲线直线部分延长，与ube轴交于UBZ (导通电压) 。该直线是理想化的输入特性曲线，数学表达式：
gb理想化输入特性的斜率:
*
(2)正向传输特性曲线的理想化
理想化晶体管电流放大系数β被认为是常数，将输入特性的ib 乘β就可得到理想化正向传输特性。正向传输特性斜率：
gc理想化晶体管的跨导，表示晶体管工作于放大区时，单位基极电压变化产生的集电极电流变化。
正向传输特性的数学表达式为：
*
(3)输出特性曲线