高频电子线路第三章高频功率放大器浅析.ppt

第3章 高频功率放大器 3.1 概述 1.什么叫功率放大电路？(《模拟电路》) 在实用电路中，往往要求放大电路的末级（即输出级）输出一定功率，以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。 功放实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量。同时必然存在一定的能量损耗。 功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源（直流）电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。 主要类型：甲类、乙类、甲乙类、丙类等。 主要指标:输出功率Po 、效率η 3. 高频功率放大器的工作状态： 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。 高频功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路。 高频功率放大器通常用来放大窄带高频信号,其工作状态通常选为丙类工作状态(?c＜90?)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。 功率放大电路是大信号工作, 而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性。为简化分析, 可以将晶体管特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折线来代替, 称为折线近似分析法。 3.2 丙类谐振功率放大电路 3.2.1 工作原理 1.丙类谐振功率放大器的电路结构 晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。 谐振回路LC是晶体管的负载。 电路工作在丙类工作状态，注意UBB的方向(负向偏置)。 结论: 丙类谐振功率放大器电路结构上跟高频小信号放大器非常相似，负载也是谐振回路；不同之处在于输入回路的偏置电压UBB的方向。 丙类谐振功率放大器处于丙类(非线性)工作状态，放大器输出电流是周期性的尖顶余弦脉冲，包含很多谐波分量，失真很大。 由于集电极负载是并联谐振回路(或其他形式的选频网络)，如使并联谐振回路谐振于基频，最终输出仍然是一个与输入信号形状相似的单频正弦量。 2.丙类谐振功率放大器的功率和效率 集电极电源UCC提供的直流功率 由于回路对于基频谐振，呈纯阻RΣ(回路等效总电阻)状态，对于其他谐波的阻抗很小，因此只有基频电流和基频电压才能产生输出功率: 集电极效率 集电极功耗 结论： 如果要增大输出功率, 在回路等效总电阻不变的情况下, 需增大Ic1m，当器件确定时, 就是要增大输入信号振幅Ubm。 如果要提高效率, 需增大Ic1m或减小IC0。 减小IC0即减小集电极平均电流, 通过降低静态工作点可以实现。 1、负载特性 若UBB、UCC和Ubm三个参数固定, RΣ发生变化, 动态线、Ucm以及Po、ηc等性能指标会有什么变化呢?这就是谐振功放的负载特性。  由图3.2.6可知, UBB和UCC固定意味着Q点固定, Ubm固定进一步意味着θ也固定。根据式(3.2.14), 放大区动态线斜率1/ Rd将仅随RΣ而变化。图中给出了三种不同斜率情况下的动态线。 3.2.3 直流馈电线路与匹配网络 (1)集电极馈电线路 高频扼流圈Lc和高频短路电容Cc、Cc1、Cc2的作用在于阻止高次谐波流过直流电源并为其提供短路通道, 以免高次谐波影响直流电源的稳压性能。 串联馈电方式的优点是Lc和Cc处于高频地电位, 它们对地的分布电容不会影响回路的谐振频率, 缺点是电容器C的动片不能直接接地, 安装调整不方便。 并联馈电方式的优缺点正好相反。Lc和Cc1对地的分布电容直接影响回路的谐振频率, 但回路处于直流地电位, L、C元件可接地, 故安装调整方便。  (2) 基极馈电线路 基极馈电也有串馈与并馈两种形式, 但对于丙类谐振功放, 通常采用自给偏压方式。 下图给出了几种基极馈电线路, 均为自给偏压形式。 2 .匹配网络 为了使谐振功放的输入端能够从信号源或前级功放得到有效的功率, 输出端能够向负载输出不失真的最大功率或满足后级功放的要求,在谐振功放的输入和输出端必须加上匹配网络。 匹配网络的作用是在所要求的信号频带内进行有效的阻抗变换, 并充分滤除无用的杂散信号——实质作用是“选频匹配”。 第1章已介绍了几种基本LC选频匹配网络(倒L型、T型、π型), 具体应用时为了产生良好的选频匹配效果, 常采用多节匹配网络级联的方式。 为了衡量输出匹配网络上的功率损耗，可以定义回路效率为： 其中，PL、Po分别是负载上得到的功率和功放的输出功率 电路中的四个高扼圈, 其中两个作为基极直流偏置的组成元件, 另外两个在集电极并馈电路中对iC中的各次谐波分量起阻挡作用, 并为集电极直流电源提供通路。 高频旁路电容C7和C9、穿心电容C8和C10使高次谐波分量短路接地。 一般来说, 在400MH