1、通信電子電路高頻放大電路(3)北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院唐 恬2009-2010學(xué)年第2學(xué)期2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)2本次教學(xué)內(nèi)容o 2.4 諧振功率放大電路o 總結(jié)2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)3本次教學(xué)重點(diǎn)o 2.4節(jié)也很重點(diǎn)。n 關(guān)鍵在于理解概念、結(jié)論和示意圖，而不是死記公式2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)4預(yù)備知識(shí)正弦信號(hào)截?cái)嗪蟮念l域變化o 可見(jiàn)正弦信號(hào)被截?cái)嗪螽a(chǎn)生了諸多新的頻率分量，包括直流、二次諧波、三次諧波等等。o 隨著截?cái)嚅L(zhǎng)度的不同，可能正好導(dǎo)致某次諧波不會(huì)產(chǎn)生。o 注意這里的正弦

2、信號(hào)頻譜用的是復(fù)信號(hào)頻譜，而正弦信號(hào)時(shí)域波形畫(huà)的又是實(shí)信號(hào)。這么做在理論上是錯(cuò)誤的，這里這么做只是為了分析時(shí)更簡(jiǎn)單、直觀。00.511.522.533.544.55-101時(shí) 間 /ms幅度00.511.522.533.544.5500.51時(shí) 間 /ms幅度00.511.522.533.544.5500.51時(shí) 間 /ms幅度-8-7-6-5-4-3-2-1012345678050100頻 率 /kHz幅度-8-7-6-5-4-3-2-101234567802040頻 率 /kHz幅度-8-7-6-5-4-3-2-101234567802040頻 率 /kHz幅度2009-2010學(xué)年第2學(xué)

3、期通信電子電路高頻放大電路(3)52.4 諧振功率放大電路綜述(1)半導(dǎo)角理想效率負(fù)載應(yīng)用甲類180o50%電阻低頻甲乙類90o180o50%78.5%電阻低頻乙類90o78.5%電阻低頻、高頻丙類78.5%選頻回路高頻丁類開(kāi)關(guān)狀態(tài)90%100%選頻回路高頻2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)62.4 諧振功率放大電路綜述(2)o 高頻功率放大電路和低頻功率放大電路的共同點(diǎn)：要求效率高、輸出功率大o 由于工作頻率相差很大且相對(duì)頻寬不同，因而負(fù)載網(wǎng)絡(luò)和工作狀態(tài)也不同，對(duì)于高頻功放：n 使用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)n 常用于放大窄帶高頻信號(hào)n 高頻功率放大電路主要用于發(fā)射機(jī)的末

4、級(jí)和中間級(jí)，可在信號(hào)獲得足夠的高頻功率后送到天線上輻射出去；也用于電子儀器中做末級(jí)功率放大電路2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)72.4.1 諧振功率放大電路丙類功放電路的構(gòu)成及其電流、電壓波形o 偏置電路的說(shuō)明o 諧振回路的作用n 選頻n 阻抗變換2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)82.4.1 諧振功率放大電路丙類功放電路的構(gòu)成及其電流、電壓波形o 再注意幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)n ic的傅立葉分解（請(qǐng)對(duì)照之前預(yù)備知識(shí)的講解）：n 導(dǎo)通角、半導(dǎo)角n 諧振回路對(duì)諧波分量的濾波特性：012012coscos2cCccCC mC miIiiIItIt002()

5、()(1)PnPZnZnQ2001( )1MQ2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)92.4.1 諧振功率放大電路輸出功率及效率的表達(dá)式o 集電極輸出基波功率P0:n 其中是集電極電壓利用系數(shù)， 1是余弦脈沖基波分解系數(shù)o 直流功率PDC：o 集電極耗散功率：o 集電極效率c：21111111222oC mC mC mCCCMPIRVIVi00DCCCCCCCMPVIViCDCoPPP11001122ocCCCMCCCMDCPViViP2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)102.4.1 諧振功率放大電路折線法o 為什么使用折線法n 電路工作在大信號(hào)

6、狀態(tài)，不能采用小信號(hào)等效電路n 電路工作在高頻，無(wú)法套用低頻簡(jiǎn)化分析方法n 非線性分析過(guò)于繁瑣o 后續(xù)將使用折線法分析：n 集電極電流脈沖icn 調(diào)諧放大電路的晶體管集電極動(dòng)態(tài)特性2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)112.4.1 折線法集電極余弦電流脈沖ic的分析()()()()0,( )()(cos),BEBE onCBEBE onBBBE onimBEBE onvVitG vVGVVVtvV ()cosBE onBBimVVV(1 cos )CMimiGVcoscos22( )102cos,2CMCtntnittnitn 2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路

7、高頻放大電路(3)122.4.1 集電極電流各次諧波分解系數(shù)曲線及其特點(diǎn)(1)o 對(duì)ic(t)進(jìn)行級(jí)數(shù)展開(kāi)可得：n 諧波次數(shù)越高，振幅越小n 對(duì)應(yīng)某次諧波，有一相應(yīng)使為最大n 對(duì)應(yīng)某次諧波，有一相應(yīng)使為零n 0的諧波初相相反( )/ncnmCMIi 2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)132.4.1 集電極電流各次諧波分解系數(shù)曲線及其特點(diǎn)(2)o 可見(jiàn)越小，效率越高o 效率與輸出功率的矛盾o 通常選擇在70o80o之間，也即丙類功放1012c2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)142.4.1 折線法調(diào)諧功率放大電路的動(dòng)態(tài)分析(1)o 怎樣確定電路

8、的動(dòng)態(tài)負(fù)載電阻Rc？n 尋找vce與ic的關(guān)系式n 畫(huà)交流負(fù)載線，然后由交流負(fù)載線斜率的負(fù)倒數(shù)確定Rc()()()0,( )(cos),BEBE onCBBBE onimBEBE onvVitGVVVtvV1cosCECCC mvVVt代入左式有：()()()10cos( )cosimBE onBBCCCCEBBBE onimimBE onBBC mVtVVitVvGVVVVtVVV 可得兩特殊點(diǎn)：01|cosCCEiCCC mVVV A： B：()|CECCCvVBBBE oniGVV2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)152.4.1 折線法調(diào)諧功率放大電路的動(dòng)態(tài)分析

9、(2)o 由圖可得丙類放大電路的動(dòng)態(tài)負(fù)載電阻：111(1 cos )(1 cos )(1 cos )C mCCMC mCMVRiIRiRo 可見(jiàn)Rc由和R同時(shí)決定2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)162.4.2 電路參數(shù)對(duì)諧振功率放大電路性能的影響(1)o 諧振電阻R對(duì)集電極電流ic的影響o 設(shè)諧振放大電路的VBB和Vim不變（即晶體管最大基極電流和半導(dǎo)角不變）， Vcc也不變，則Rc的變化完全由R決定。隨著R的加大有右圖： 2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)172.4.2 電路參數(shù)對(duì)諧振功率放大電路性能的影響(2)o 負(fù)載特性o 使電路處于

10、臨界狀態(tài)的R值稱為諧振放大電路的匹配負(fù)載（或最佳負(fù)載），用Ropt表示 ()1CCCE satC moptCCCCVVVVV1optCCoptCMVRi2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)182.4.2 電路參數(shù)對(duì)諧振功率放大電路性能的影響(3)o 三種狀態(tài)的優(yōu)缺點(diǎn)n 欠壓：可視為恒流源。但輸出功率與效率都較低，且集電極耗散功率大，輸出電壓不夠穩(wěn)定，因此較少使用。晶體管基極調(diào)幅常采用這種狀態(tài)n 過(guò)壓：強(qiáng)過(guò)壓時(shí)效率較高，但輸出電壓的非線性失真不可忽略，一般不使用這種狀態(tài)。常常令功放電路的激勵(lì)級(jí)工作在弱過(guò)壓狀態(tài)，此時(shí)可將放大電路視為恒壓源n 臨界：輸出功率最大，效率較高，是

11、最佳工作狀態(tài)。調(diào)諧功率放大電路的輸出級(jí)及發(fā)射機(jī)末級(jí)大多工作在臨界狀態(tài)2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)192.4.2 電路參數(shù)對(duì)諧振功率放大電路性能的影響(4)o 高頻功率放大電路的調(diào)制特性n 基極調(diào)制：改變VBB時(shí)，電流、電壓等參數(shù)變化n 集電極調(diào)制：改變Vcc時(shí)，電流、電壓等參數(shù)變化n 又稱高電平調(diào)制，能夠一次性完成放大和調(diào)制o 基極調(diào)制可由圖2.4.2分析o 集電極調(diào)制可由圖2.4.6和式2.4.16分析2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)202.4.3 諧振功放的直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)直流饋電電路(1)o 集電極串饋和并饋電路：n 對(duì)扼

12、流線圈：對(duì)信號(hào)頻率的感抗很大，接近開(kāi)路n 對(duì)濾波電容：容抗很小，接近短路n 目的： 避免信號(hào)電流通過(guò)直流電源的耦合造成電路工作不穩(wěn)定2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)212.4.3 諧振功放的直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)直流饋電電路(2)o 基極饋電電路o 注意“自給偏壓效應(yīng)”：偏置電壓隨輸入信號(hào)電壓振幅變化的現(xiàn)象o 自給偏壓只能得到負(fù)偏壓，不適用于甲類、甲乙類、乙類放大2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)222.4.3 諧振功放的直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)o 高效傳送能量n 匹配網(wǎng)絡(luò)的效率：n 匹配網(wǎng)絡(luò)的插損：o 濾除高次諧波分量：n 濾波度：

13、0/kLPP()10logOLPInsert Loss dBP11/CnmC mnLnmL mIIIIn 濾波度和回路效率的矛盾：高濾波度-高Q電路，丙類放大電路負(fù)載消耗功率高-難于實(shí)現(xiàn)高Q，一定要實(shí)現(xiàn)高Q-多節(jié)LC網(wǎng)絡(luò)-插損增加=效率降低2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)232.4.3 諧振功放的直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗變換(1)o 匹配網(wǎng)絡(luò)的功能之一阻抗變換o 串、并聯(lián)阻抗的相互轉(zhuǎn)換：111PPSSRjXRjX22(1)11PSLPSLRRQXXQ|SPLSPXRQRXn 串、并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)互換前后，電路的品質(zhì)因數(shù)和元件的電抗性質(zhì)保持一致(1)Lif Q 2PLS

14、PSRQ RXX2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)242.4.3 諧振功放的直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗變換(2)o L型匹配網(wǎng)絡(luò)2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)252.4.3 諧振功放的直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗變換(3)o L型匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算公式：2(1)CPLLRRRQ|()|SLLLCLCLPCLCLXQ RRRRRRXRQRRo 確定放大電路需要的Rc后：o 注意網(wǎng)絡(luò)的適用情況：n 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)適用RcRL,并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)反之n 圖2.4.14中，(b)、(d)濾波效果比(a)、(c)差2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(

15、3)262.4.3 諧振功放的直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗變換(4)o L型網(wǎng)絡(luò)不適用于阻抗變換較小的情況，因?yàn)闀?huì)影響Q值，此時(shí)可以利用型匹配網(wǎng)絡(luò)：212211LCLLQRRQ111|SLLSPXRQRX222|SLLPSXRQXRo 由Rc、RL、QL1可以確定Xp1、Xp2和Xso 考慮放大管輸出電容的計(jì)算類似2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)272.4.3 諧振功放的直流饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗變換(5)o T型匹配網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算公式o 分析方法與前幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)相同2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)282.4.4 諧振功率放大電路舉例n 基極采用自給偏置電路n 放大電路的輸入端采用T型匹配n 集電極采用串饋電路及型匹配網(wǎng)絡(luò)2009-2010學(xué)年第2學(xué)期通信電子電路高頻放大電路(3)292.4.4 諧振功率放大電路舉例一些注意事項(xiàng)o 諧振功率放大電路的調(diào)諧與調(diào)配n 在按照設(shè)計(jì)電路安裝之后還要經(jīng)過(guò)調(diào)諧使負(fù)載回路達(dá)到諧振；同時(shí)對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)配，使回路諧振阻抗等于功放所需的最佳負(fù)載阻抗n 此時(shí)需要深入了解其工作特性得到理論上的指導(dǎo)，更需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)o 高頻和大注入效應(yīng)的影響n 這些因素會(huì)導(dǎo)致放大電路的功率增益、最大輸出功率和