222调幅调制高频功率放大器与倍频器分析.ppt

任务2 调幅发射机—80m波段小功率发射机制作 2.2.2. 振幅调制、高频功率与倍频器 高频功率放大器 倍频器 三、高频功率放大器与倍频器 任务引入： 无线电通信或测控系统是用空间辐射方式传送信号的，由电磁波理论知道，交变的电振荡可以利用天线向空中辐射出去。但天线的尺寸必须足够长（天线振子的长度与电振荡的波长可以比拟），才能有效地把电振荡辐射出去。因此，为了采用合适的天线长度和保证一定的发射距离，需要解决两个基本点问题：一是将所要传送的信息“装到”（骑载）高频振荡波上，再由天线发射出去，即对被传送信息进行调制；二是因高频振荡电路产生的信号功率很小，为保证信号的传输距离，需对已调制信号进行功率放大，再由天线发射出去。 本任务主要解决第二个问题，即已调信号的功率放大的问题，即设计与制作高频功率放大器。 (１)高频功率放大器与高频小信号放大器、低频功率放大器的区别 高频功率放大器既不同于高频小信号放大器，也不同于低频功率放大器。高频功率放大器与高频小信号放大器的相同地方都是要求有选频特性；高频功率放大器与低频功率放大器的相同地方都是要求有较大的输出功率与较高的效率，但二者的工作频率和相对频带宽度差别很大，有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率较低，相对频带较宽，工作频率一般在20Hz～20KHz，高频端与低频端之差达1000倍，所以低频功率放大器的负载不能采用谐振负载，而用电阻、变压器等非谐振负载。而高频功率放大器的工作频率很高，可由几百KHz到几百MHz，甚至几万MHz，但相对频带一般很窄。 高频功率放大器按工作频带分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两类。窄带高频功率放大器以并联谐振回路为输出电路，又称为谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则采用传输线变压器，并可采用功率合成技术来增大输出功率。 高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、宽带和谐波抑制度等。 (2) 放大器的甲、乙、丙类工作状态 在放大器中，根据晶体管工作是否进入截止区和进入截止区的时间相对长短，即根据晶体管的导通角的大小，将放大器分为甲、乙、丙类工作状态。 通常把一个信号周期內集电极电流导通角度的一半称为放大器的导通角，用表示。 １）甲类 当 =180°时，放大器处于甲类工作状态。线性电压放大器工作在甲类状态。 ２）乙类 当 =90°时，放大器处于乙类工作状态。低频功率放大器工作在乙类状态。 3）丙类 当 ＜90°时，放大器处于丙类工作状态。谐振功率放大器工作在丙类状态。 (3)高频功率放大器的分类 窄带功率放大器和宽带功率放大器两类 (4)高频功率放大器设计的主要要求 1)功率输出满足需要，即在电源电压一定情况下输出功率越高越好。 2)功率转换效率要高，要求在满足功率输出要求的同时，必须提高功率的转换效率。 (3)谐波及非线性失真要小 丙类工作状态具有集电极耗散功率小、效率高的特点， 为了提高功率放大器的效率，大多数高频功率放大晶体管工作 丙类态，这种状态下的晶体管处于非线性工作区，晶体管输出电流与输入信号之间存在着严重的非线性失真，输出谐波丰富，常采用谐振选频方法来滤除谐波，减少失真。谐振选频网络具有窄带特性，通常将带有谐振选频网络的这类放大器称为窄带功率放大器或谐振功率放大器。 1.谐振功率放大器的基本工作原理 图2-2-12中为一谐振功率放大器，它由晶体管、输出调谐回路、电源及基极偏置电路等组成，为提高效率，晶体管发射结一般取零偏置或负偏置。 谐振功率放大器的电压、电流波形 丙类功率放大器基极与集电极间的电流电压波形关系 丙类放大－输出电流与导通角的关系 丙类放大－输出电流与导通角的关系 集电极余弦脉冲电流的解析表达式，它取决于脉冲高度 和导通角 余弦脉冲分解系数 2.输出功率与效率 (1) 输出功率 放大器的输出功率 等于集电极电流基波分量在有载谐振电阻 上的功率 (2)输出效率 电源功率 输出效率 为波形系数， 为电源利用系数 放大器的工作状态与工作效率 设 甲类工作状态： 乙类工作状态： 丙类工作状态： 3.输入信号的类型与导通角的选择 高频功率放大器输入放大的信号可能是幅度变化的调幅波，也可能是幅度不变的调频波、等幅电报等信号，或者用于倍频，不同的信号类型所要求导通角的选择不同。下面从等幅波功率放大，调幅波功率放大，n次谐波倍频（倍频器）这三种情况来讨论导通角的选择。 (