高频功率放大器.docx
- 文档编号:1213814
- 上传时间:2022-10-19
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:310.07KB
高频功率放大器.docx
《高频功率放大器.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高频功率放大器.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高频功率放大器
第一章高频功率放大器的基本概念
1.1.概念
高频功率放大器是一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器,一般丙类工作,主要应用在无线电发射机中,用来队在波信号或高频已调波信号进行功率放大。
顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率,常又称为射频功率放大器(RadioFrequencyPowerAmplifier)。
它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。
1.2.分类
根据相对工作频带的宽窄不同,高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。
1.窄带型高频功率放大器
通常采用谐振网络作负载,又称为谐振功率放大器。
为了提高效率,谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态。
2.采用传输线变压器作负载。
传输线变压器的工作频带很宽,可以实现功率合成。
1.3特点
1.采用谐振网络作负载。
2.一般工作在丙类或乙类状态。
3.工作频率和相对通频带相差很大。
4.技术指标要求输出功率大、效率高。
1.4.技术指标
1.输出功率:
PO
2.效率:
η
3.功率增益:
Ap
第二章高频功率放大器的原理分析
利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。
根据放大器电流导通角|è的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。
电流导通角|è愈小,放大器的效率|?
愈高。
如甲类功放的|è=180o,效率最高也只能达到50%,而丙类功放的|è<90%,效率|?
可达到80%。
由技术指标要求总效率|?
大于75%,显然不能只用一级宽带功放,利用丙类谐振功放和宽带高频功放组成两级功率放大器。
2.1.丙类谐振功放
2.1.1.丙类谐振功放的特点
1.与低频功放相比
a.工作频率和相对频带不同
b.负载性质不同
c.工作状态不同
2.与小信号谐振放大器比较
a.对放大信号的要求不同
b.谐振网络的作用不同
c.工作状态不同
图2.1 三种工作状态波形比较
2.1.2.丙类谐振功放的原理
1.电路原理
图2.2 丙类谐振功放电路
丙类功放的基极偏置电压-VBE是利用发射极电流的直流分量IE0在射极电阻RE2上产生的压降来提供的,故称为自给偏压电路。
当放大器的输入信号vi'为正弦波时,则集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。
利用谐振回路L2、C2的选频作用可输出基波谐振电压vc1、电流ic1。
2.工作原理
设输入ui为一余弦信号:
=
(2.1)
则三极管的发射结电压:
=
=
因为管子只在小半周期内导通,因而iB为脉冲电流。
放大后的iC也为脉冲电流。
根据傅氏级数展开得:
=
(2.2)
考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得:
=
=
(2.3)
因而:
=
=
(2.4)
图2.3丙类谐振功率放大器主要相关波形
波形分析:
(a)三极管输入特性
(b)基极脉冲电流及谐波分量
(c)集电极脉冲电流及谐波分量
(d)LC谐振回路两端电压波形
(e)晶体管集电极和发射极之间的瞬时电压波形
3.功率与效率
电源提供功率:
(2.5)
输出功率:
(2.6)
集电极功耗:
(2.7)
效率:
(2.8)
其中:
为集电极电压利用系数。
为集电极电流利用系数(波形系数)。
2.1.3丙类谐振功放的性能分析
1.动态线
——在以UBE作为参变量的三极管输出特性曲线上作出的交流负载线
图2.4 交流负载线
且有:
,
。
可见,动态线和VCC,
VBB,Uim,Ucm相关。
2.三种工作状态
图2.5 三种工作状态
改变UBE、UCE将使动态点移动,使谐振功放工作于不同的三种状态:
欠压状态:
① 临界状态:
②过压状态:
③欠压状态
3.负载特性
指VCC、VBB、Uim不变时,谐振负载RP变化对放大器性能的影响。
如图所示:
图2.5负载对放大器性能影响的曲线
观察集电极余弦脉冲变化,如图所示:
图2.6 Rp增大时的余弦脉冲波形
4.调制特性
集电极调制特性:
指VBB、Uim、RP固定,VCC变化对放大器性能的影响。
特点:
随着VCC增大,先后经历:
过压→临界→欠压且θ不变。
作为集电极调制时应工作于过压区
基极调制特性:
指VCC、Uim、RP固定,VBB变化对放大器性能的影响。
特点:
随着VBB增大,先后经历:
→临界→过压且θ增大。
作为基极调制时应工作于欠压区。
图2.7 调制特性
5.放大特性
指VCC、VBB、RP固定,Uim变化对放大器性能的影响。
特点:
随着Uim的增大,先后经历:
欠压→临界→过压且θ增大。
欠压时用于放大,过
压时用于限幅。
图2.8放大特性
2.1.4.丙类谐振功放电路
1.基极馈电电路
图2.9基极馈电电路
2.集电极馈电电路
图2.10集电极馈电电路
3.滤波匹配网络(输入与输出)
图2.11滤波匹配网络
2.2.宽带功放
如下图2-1所示,晶体管T组成的非谐振甲类功率放大器工作在线性放大状态。
其中R1为直流负反馈电阻,以稳定电路的静态工作点。
R2为交流负反馈电 阻,一般为几欧至几十欧,可以提高放大器的输入阻抗,稳定增益。
图2.12宽带功放电路
2.2.1静态工作点的确定:
(2-1)
(2-2)
(2-3)
(2-4)
2.2.2高频变压器:
上图2.12所示的高频变压器仍然是应用变压器的原理,依靠磁芯中的公共磁通将初级线圈的能量传输到次级线圈。
由变压器原理可知,宽带功放集电极的功率:
Pc=Ph/ηt(其中Ph为输出负载的实际功率,ηt为变压器的传输功率)。
第3章电路参数确定及元件选择
3.1.电路的确定
此电路由丙类谐振功放以及宽带功放组成
图2.13功率放大器总电路
丙类功放的输出回路采用了变压器耦合方式。
集电极谐振回路为部分接入,谐振频率为
或
谐振阻抗与变压器线圈匝数比为
(3.1)
(3.2)
(3.3)
3.2丙类功放计算
3.2.1确定工作状态
为获得较高的效率及最大输出功率,放大器的工作状态选为临界状态,取
,由式(2-15)得谐振回路的最佳负载电阻
(3.4)
由式(3.4)得集电极基波电流振幅
为
(3.5)
由式(3.5)得
,
(3.6)
(3.7)
其中,
,
由式(3.7)得电源供给的直流功率
为
(3.8)
由式(3.8)得放大器的转换效率
为
% (3.9)
3.2.2谐振回路及耦合回路参数计算
由式(3.1)得输出变压器线圈匝数比为
取
,
。
若取并联谐振回路的电容C=100pF,得回路的电感为 L≈10μH现采用Φ10mm×Φ6mm×5mm的铁氧体磁环来绕制输出耦合变压器,已知其参数为
μ=100H/m,A=10mm2,l=25mm。
则计算初级线圈的总匝数N2。
N2≈8。
3.2.3基极偏置电路
加入
后,
。
取
,则
V。
由
=0.6V,得
取高频旁路电容
。
3.3宽带功放电路参数计算
3.3.1电路参数计算
宽带功放的输出功率
应等于下级丙类功放的输出功率,其输出负载
等于丙类功放的输出阻抗
,即
,
。
设高频变压器的效率
,则
若
,则
,
,取标称值为360Ω。
高频变压器匝数比为3,取次极匝数为2则初级匝数为6。
本宽带功放采用的是3DG6,设B=30,取功率增益
dB,则
。
3.3.2确定静态工作点
由上述计算结果得到静态(
)时晶体管的射极电位则
,
,
。
若取基极偏置电路的电流
,则
,取标称值为2KΩ。
取
,
。
第4章电路仿真与调试
4.1电路仿真
用EWB软件仿真如图4-1所示:
图4.1电路仿真图
用示波器接入T2的发射极,调节Vi,使得Ic工作在欠压(图4-2),临界压(图4-3),过压(图4-4)三个状态图依次如下图所示:
图4.2欠压状态
图4.3临界状态
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高频 功率放大器