通信电子线路第2章_高频功率放大器.ppt

第2章 高频功率放大器 ? 2.1 谐振功率放大器基本工作原理 2.2 丙类谐振功率放大器的工作状态分析 2.3 谐振功率放大器的高频特性 2.4 谐振功率放大器电路 2.5 高效率高频功率放大器及功率合成技术 2.1 谐振功率放大器基本工作原理 2.1.1 谐振功率放大器的电路组成 ? 图2.1是晶体管谐振功率放大器的原理电路。其中，V为高频大功率管，通常采用平面工艺制造的NPN高频大功率管，能承受高电压和大电流，有较高的特征频率fT。晶体管的主要功用是在基极输入信号的控制下，将集电极电源EC提供的直流能量转换为高频信号能量——即集电极回路的能量转换。 EB是基极偏置电压，调整EB，可改变放大器的工作状态(甲类、乙类、甲乙类和丙类等)。EC是集电极电源电压。LC并联谐振回路作为集电极的负载。 该电路由集电极回路和基极回路两部分组成。集电极回路由晶体管集电极、发射极、集电极直流电源和集电极负载组成。基极回路由晶体管基极、发射极、偏置电源和外加激励组成。偏置电压EB和外加激励信号控制集电极电流的大小和通断，通过晶体管的能量控制作用和谐振回路的选频作用完成直流能量转变为所需的高频交流能量。 设输入电压为余弦电压， ub=Ubmcosωt 则管子基极、发射极间电压uBE为 uBE=EB+ub=EB+Ubmcosωt (2.1―1) 在丙类工作时，EBU′B，在这种偏置条件下，集电极电流iC为余弦脉冲，其最大值为iCmax，电流流通的相角为2θ，通常称θ为集电极电流的通角，丙类工作时，θπ/2 。把集电极电流脉冲用傅氏级数展开，可分解为直流、基波和各次谐波，因此，集电极电流iC可写为 iC=IC0+ic1+ic2+…  =IC0+Ic1mcosωt+Ic2mcos2ωt+… (2.1―2) 式中，IC0为直流电流，Ic1m、Ic2m分别为基波、二次谐波电流幅度…..。 谐振功率放大器的集电极负载是一高Q值的LC并联谐振回路，如果选取回路谐振角频率ωo等于输入信号ub的角频率ω，则发生并联谐振。那么，尽管在集电极电流脉冲中含有丰富的高次谐波分量，但由于并联谐振回路的选频滤波作用，谐振回路两端的电压可近似认为只有基波电压，即 uc=Ucmcosωt=Ic1mRecosωt (2.1―3) 其余的谐波分量因失谐而被滤除 式中，Ucm为uc的振幅；Re为LC回路的谐振电阻。 晶体管集电极、发射极间电压uCE等于 uCE=EC-uc=EC-Ｕcmcosωt (2.1―4) ub、iC、ic1、uc、uCE之间的时间关系波形如图2.3所示。 由图可见，虽然集电极电流为脉冲，但由于LC并联谐振回路的选频滤波作用，集电极电压uCE仍为余弦波形，并且与uBE反相。 另外，集电极脉冲电流iC中有很多谐波分量，如果将LC振荡回路调谐在信号的n次谐波上，即ω0=nω，则在回路两端将得到频率为nω的电压uc=IcnmRencosωt的输出信号，它的频率是激励信号频率的n倍，所以此时谐振功率放大器具有倍频器功能。 2.1.3 高频谐振功率放大器中的能量关系 在集电极回路中，LC振荡回路得到的高频功率为 集电极效率ηC为放大器输出的高频功率Po与直流输入功率PE之比，即 后者称为集电极电压利用系数ξ，即 丙类放大器的高效率还可从集电极损耗功率来看。由 在高频功率放大器中，提高集电极效率的同时，还应尽量提高输出功率。根据式(2.1―7)和式(2.1―8)，可得 2.2 丙类谐振功率放大器的工作状态分析 2.2.1 解析分析法 解析分析法需要器件的数学模型。由于晶体管处于大信号非线性工作区，特性曲线可用折线近似，例如晶体管转移特性可用图2.4(a)表示，则晶体管特性放大区的表示式可写为 晶体管的输出特性，在放大区忽略基调效应的情况下，可认为特性曲线是一组与横轴平行的水平线。在饱和区，用这些特性曲线从放大区进入饱和区的临界点相连起来的一条直线加以近似