通信电子线路:第三章 高频调谐功率放大器第1~4节_图文

第三章 高频调谐功率放大器 一、本章内容 返回总目录 3.1 概述 3.2 调谐功率放大器的工作原理 3.3 功率和效率 3.4 调谐功率放大器的工作状态分析 3.5 调谐功率放大器的实用电路 3.6 功率晶体管的高频效应 3.7 倍频器 3.8 集成高频功率放大电路 二、本章重点和难点 (一)本章重点 1.调谐功放的用途与特点(与小信号调谐放大器进行 比较); 2.折线近似分析法; 3.调谐功放的工作原理; 4.功率和效率,区别五种功率和两种效率; 5.工作状态(过压状态、欠压状态、临界状态)和阻 抗变换问题; 6.直流馈电电路;自给偏压环节——基流偏压与射 流偏压; 7.倍频器。 (二)本章难点 1.工作状态分析——特别是过压状态; 2.自给偏压环节; 3.调谐功率放大器动态负载线。 三、相关英文词汇 1. reverse bias zero bias forward bias 2. C class 3. tank circuit 4. power 5. efficiency 6. cosine pulse 反向偏置 零偏置 正向偏置 丙类 槽路 功率 效率 余弦脉冲 3.1 概述 一、作用 高频功率放大器是一种能量转换器件, 它是将电源供给的直流能量转换为高频交 流输出。 高频功率放大器是通信系统中发送装 置的重要组件。它的作用是放大信号,使 之达到足够功率输出,以满足天线发射或 其他负载的要求。 作为载波发射机及无线电发射机输出 级或输出前一级(末级或末前级)。 二、特点 1.输入信号强,电压在几百毫伏?几伏数 量级附近; 2.为了提高放大器的工作效率,它通常 工作在丙类,即晶体管工作延伸到非线 性区域——饱和区、截止区; 3.要求:输出功率大、效率高。 三、分析方法 高频功率放大器因工作于大信号的非线 性状态,用解析法分析较困难,故工程上普 遍采用近似的分析方法——折线法来分析其 工作原理和工作状态。 3.2 调谐功率放大器的工作原理 一、电路 二、折线近似分析法——直线段近似法 三、晶体管导通的特点、导通角、 余弦脉冲电流的分析 四、槽路电压 一、电路 注意:该电路和小信号调谐放大器的不同(bias) 各元件的作用: Ec 是直流电源电压; Eb 是基极偏置电源电压。 输入信号经变压器T1 耦合到晶体管基-射极, 这个信号也叫激励信号。 L、C 组成并联谐振回路,作为集电极负载, 这个回路也叫槽路。 放大后的信号通过变压器耦合到负载 RL上以 达到阻抗匹配的要求。 二、折线近似分析法——直线段近似法 图3-2 晶体管特性及其折线化 所谓折线近似分析法,是将电子器件的特性 理想化,每条特性曲线用一组折线来代替。这样 就忽略了特性曲线弯曲部分的影响,简化了电流 的计算,可满足工程的需要。 在转移特性的放大区,折线化后的线斜率为 (约几十至几百)。此时,理想静态特性可用下 式表示 ic ? ?? g(ube ???0 ?Uj) ube ? U j ube ? U j (3-1) 折线近似分析法可以使计算简化,在一定程 度上能反映出特性曲线的基本特点。对于分析大 幅度电压或电流作用下的非线性电路有一定的准 确度。常用来分析大信号调幅、检波和调谐功率 放大器。 三、晶体管导通的特点、导通角、 余弦脉冲电流的分析 1.晶体管导通的特点 无信号:晶体管截止 有信号:激励信号< Eb+Uj 截止 激励信号 > Eb+Uj 导通 当激励信号 ube 足够大,放大器工作在放大 区和截止区,集电极电流是周期性的余弦脉冲, 波形如图3-3示。将ube表示式ube ? Ubm cos ?t ? Eb 代入式(3-1)可得 ic ? g(Ubm cos ?t ? Eb ? U j ) (3-3) 图3-3 折线法分析非线性电路电流电压波形 2.导通时间的衡量——导通角? 根据导通角的定义, 当 ?t ? ? 时,ic ? 0 即 g(Ubm cos ? ? U j ? Eb ) ? 0 由此可得导通角? 与Eb、Ubm、Uj 间的 关系 cos? ? Uj ? Eb Ubm 硅管? :40~60o, 锗管? :60~80o ?讨论: 1)当Eb、Uj一定,改变激励信号,就可改变 导通角? cos? ? Uj ? Eb Ubm (3-4) 2)当管子定下来,Uj 一定,在一定激励信号 下,改变Eb 就可改变导通角的大小。 3.余弦脉冲电流的分析 1)采用折线近似分析法 ic是周期性余弦脉冲电流。 2)余弦特征的表达——峰值Icmax ,导通角? 3)余弦特征的分解——直流成分、基波及 2、3、 … n次谐波 。 周期性余弦脉冲电流可用傅里叶级数展开。 为此,需要求得余弦脉冲电流的幅度Icmax 。将式 (3-4)代入式(3-3)得到 ic ? gUbm (cos ?t ? cos? ) 当 ?t ? 0 时,电流 ic 为最大值,以Icmax表示 Icmax ? gUbm (1 ? cos ? ) (3-5) 这样电流 ic又可写成 ic ? I c max 1 ? cos? (cos?t ? cos? ) (3-6) 电流 ic 的傅里叶级数展开式为 ? ? ic ? Ico ? Icnm cos n?t n?1 其中,ic 直流分量为 ? Ico ? 1 2π π ?π icd?t ? ? 1 2π π ?π I cmax cos?t ? cos? 1? cos? d?t sin? ? ? cos? ? Icmax π(1 ? cos ? ) (3-7) (3-8) 基波分量幅值为 ?1 Ic1m ? π π ?π ic cos ?td? ? I c max ? ? sin? cos? π(1 ? cos? )

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