东华大学高频电子电路通信电子电路课件4-1.doc

在交流、直流并存的电路中，要注意字母大小写的物理意义。 小写字母，小写下标，表示 交流瞬时值 举例： 大写字母，小写下标，表示 幅值 举例： 大写字母，大写下标，表示 直流值 举例： 小写字母，大写下标，含有直流的瞬时值。 举例： 第4章 高频功率放大器 4.1 概述 1 高频功率放大器的功能 高频功率放大器是是发送设备的重要组成部分。 问题：PA的位置及所处理信号的特点？ 功率放大器是一种换能器，其基本原理就是利用输入到基极的激励信号，去控制集电极直流电源所提供的直流功率，把它转变为与输入信号频谱结构相同的交流输出。高频功率放大器功能原理图如图4—1所示。 图4—1 高频功率放大器将高频信号进行功率放大，实质是在输入高频信号的控制下，将电源的直流功率转变成高频功率。 输入输出信号频谱相同，但输出信号被放大。 大家以前学过的放大电路还有用于增强电压幅度或电流幅度的电压放大电路和电流放大电路。 无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，上述称呼上的区别只不过是强调的输出量不同而已。 放大电路的共性： 功率放大电路和其它放大电路没有本质的区别，都是在输入信号的作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号功率， 在性能要求和器件运用特性上却是不同的。对电压放大电路的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，衡量其放大性能的主要指标是电压增益、输入和输出阻抗等，但其输出功率并不一定大。 功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真或失真较小的输出功率，通常是在大信号状态下工作。从能量控制的角度来看，功率放大电路是一种能量转换电路，它是将直流电源的能量转换为输出信号的能量，因此必然存在能量损耗。 2 高频功率放大器的分类 高频功率放大器按照工作频带的范围，可分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。 窄带高频功率放大器用于放大以载频为中心，相对带宽窄的信号。 相对带宽是指发送有用信号的频带宽度与载波中心频率之比。 例如调频广播载波频率范围88～108MHz，载波中心频率为， 信号频带宽度为=20 MHz， 相对带宽为20 MHz/=0.2； 窄带高频功率放大器一般都采用具有选频功能的谐振回路作负载，所以又称为谐振功率放大器。 宽带高频功率放大器采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载，又称为非谐振功率放大器。由于不采用调谐网络，因此这种高频功率放大器可以在很宽范围内变化工作频率而不必调谐。宽带高频功率放大器只能选用甲类和乙类推挽放大工作状态。 谐振功率放大器与非谐振功率放大器 共同点： 都要求输出功率大，效率高； 不同点： 二者的工作频率与相对带宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。 放大器可以按照电流导通角的不同分为甲类（A类）、乙类（B类）、甲乙类（AB类）和丙类（C类）。 导通角是指一个信号周期内集电极电流导通角的一半，导通角满足：。 放大器的导通角是由什么确定的？ 图4—2静态工作点的设置与工作状态的关系 导通角的大小是由静态工作点确定的，如图4—2所示。图中为截止电压或起始导通电压。 硅管V； 锗管V。 甲类功率放大器在整个周期内导通，,ω相同，输出波形不失真，极限效率50％。考虑到晶体管的饱和压降影响，实际的集电极效率只有35％。 为了提高效率，低频放大器工作在乙类推挽。 乙类功率放大器在半个周期内导通，。输出电流为余弦脉冲，含有丰富谐波。为保证不失真输出，采用乙类推挽形式（正半周一个管子导通，负半周另一个管子导通，然后二个管子叠加得到一个完整的正弦波形）。 极限效率78％，实际效率60％左右。 为了防止交越失真，常工作在甲乙类推挽。 甲乙类功率放大器在大于半个周期小于一个周期内导通，。 丙类功率放大器晶体管仅在小于半个周期内导通，。输出电流为余弦脉冲电流，有丰富谐波，由于负载为谐振网路，其选频作用使输出电压波形与输入激励信号的电压波形相同。 在上述几类功率放大器中，丙类功率放大器的效率最高，可高达85.9%。 为了提高效率，谐振功放常工作于乙类或丙类，甚至丁类或戊类状态。 图4—3给出各种状态下集电极输出电流的波形。 图4—3各种状态下集电极输出电流的波形 3 高频功率放大器的性能指标 高频功率放大器的主要性能指标是输出功率和效率。 在功放中，效率的提高就显得非常重要。表现在 放大器输出相同功率时，放大器效率高可以节约直流电源的电能， 采用相同器件的条件下，效率高的放大器可以输出更大的功率。 功率放大器实质上是一个能量转换器——把电源供给的直流能量转换为输出的交流能量。当然这种转换不可能是百分之百的， 直流电源提供的功率一部分转换为交流输出功率，另一部分功率主要以热能的形式消耗在集电极上，我们称之为集电极耗散功率。 集电极效率 效率定义为功率放大器负载获得的输出功率和电源提供的直流功率