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高频功率放大器的应用

•及
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3.1 谐振功率放大器
• 4. 高频功率放大器的功率与效率 • 由于输出回路调谐在基波频率上,输出电路的高次谐波处于失谐状态,
相应的输出电压很小,因此,在谐振功率放大器中只需研究直流及基 波功率。放大器的输出功率Po 等于集电极电流基波分量在负载Re 上 的平均功率,即
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3.1 谐振功率放大器
• 改变UCC 时,其工作状态和电流变化曲线如图3-12 所示。 • (2)基极调制特性。 • 若Re、Ubm、UCC 不变,只改变基极偏置电压UBB,谐振功率放大器
的工作状态将会跟随变化。当UBB 由小变到大时,管子的导通时间加 长,由于 Ubemax=UBB+Ubm,从而使集电极电流脉冲宽度和高度都增 加,并出现凹陷,放大器的工作状态为欠压→临界→过压。在欠压状 态,UBB 增大时,ic 脉冲高度增加显著,所以IC0、Ic1m和相应的Ucm 随UBB 的增加而迅速增大。在过压状态,UBB增大时,ic 脉冲高度虽 有增加,但凹陷也加深,所以IC0、Ic1m 和Ucm 增长缓慢。IC0、Ic1m 和 Ucm 随UBB 变化的特性如图3-14 所示。
压UCC、UBB 等四个参量决定的。为了阐明各种工作状态的特点和正 确地指导调试放大器,就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工 作状态发生怎样的变化。
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3.1 谐振功率放大器
• 在高频功率放大器的电路和输入、输出条件确定后,即UCC、UBB、 Ubm 和输出信号幅度Ucm(或Re)一定下,ic = f (ube , uce )的关系称 为放大器的动态特性。由于是工作在丙类状态,高频功率放大器的动 态特性不是一条直线,而是折线。下面用理特性曲线来讨论动态特性 表示形式和方法。
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3.1 谐振功率放大器
• 其中输出匹配网络的主要要求如下。 • ① 把外接的负载阻抗(如天线的阻抗)变换为放大管所要求的负载
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• 2. 滤波匹配网络 • 根据谐振功率放大器在发射机中所处位置的不同,常将谐振功率放大
器所采用的匹配网络分为输入、输出和级间耦合三种电路:① 输入 匹配网络用于信号源与谐振功率放大器之间;② 输出匹配网络用于 输出级与天线负载之间;③ 级间耦合匹配网络用于高频功率放大器 的推动级与输出级之间。这三种匹配网络都可以使用由L 和C 组成的 L 型、Π 型或T 型这样的基本网络。
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• 3.1.3 谐振功率放大器电路
• 谐振功率放大器电路由功率管直流馈电电路和滤波匹配网络组成。由 于工作频率及使用场合不同,电路组成形式也各不相同。现对常用电 路组成形式进行讨论。
• 1. 直流馈电电路 • 1)集电极馈电电路 • 根据直流电源连接方式的不同,集电极馈电电路又分为串联馈电和并
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• 2)基极馈电电路 • 要使放大器工作在丙类,功率管基极应加反向偏压或小于导通电压
UD 的正向偏压。基极偏置电压可采用集电极直流电源经电阻分压供 给,如图3-18(a)所示,这种方式只能提供小的正向基极偏压。基 极偏置电压也可采用自给偏压电路来获得,图3-18(b)和图3-18(c) 这两种方式只能提供反向基极偏压。
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3.1 谐振功率放大器
• 2. 谐振功率放大器的外部特性 • 1)负载特性 • 负载特性是指在晶体管及UCC、UBB、Ubm 一定时,改变回路谐振电
阻Re,高频功率放大器的工作状态、电流、电压、功率和效率随Re 变化的关系。由图3-8 可知,晶体管一定,是指理想化特性一定,即 gc、UBZ 不变。采用虚拟电流法可求出不同Re 对应的动态特性,可 清楚地分析负载特性。动态特性的斜率gd 与Re 的关系是
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• (3)放大特性。 • 若UCC、UBB 和Re 不变,只改变输入信号幅度Ubm,谐振功率放大器
的工作状态将会跟随变化。其变化规律与改变UBB 对工作状态的影响 类似。这种放大器性能随Ubm 变化的特性称为振幅特性,也称为放大 特性。IC0、Ic1m 和Ucm 随Ubm 变化的特性如图3-16所示。
可求出集电极电流脉冲,可用图3-4 来说明。
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• 2)余弦电流脉冲的分解系数 • 周期性的电流脉冲可以用傅里叶级数分解为直流分量、基波分量及各
高次谐波分量,即
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• 各分量可用式(3-9)求得,即
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• 2)调制特性 • (1)集电极调制特性。 • 若Re、Ubm、UBB 不变,只改变集电极直流电源电压UCC,谐振功率
放大器的工作状态将会跟随变化。当集电极供电电压UCC 由小至大变 化时,放大器的工作状态由欠压经临界转入过压,如图3-11 所示。 在欠压区内,输出电流的振幅基本上不随UCC 变化而变化,故输出功 率基本不变;而在过压区,输出电流的振幅将随UCC 的减小而下降, 输出功率也随之下降。在过压区中这种输出电压随UCC 改变而变化的 特性为集电极调幅特性。因为集电极调幅电路是依靠改变UCC 来实现 调幅过程的。
第3 章 高频功率放大器的应用
• 3.1 谐振功率放大器 • 3.2 宽带高频功率放大器 • 3.3 倍频器 • 3.4 技能训练3:高频功率放大与发射实训
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3.1 谐振功率放大器
• 3.1.1 谐振功率放大器的工作原理
• 1. 电路组成 • 谐振功率放大器的原理电路如图3-1 所示。该电路由高频大功率晶体
联馈电两种。
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3.1 谐振功率放大器
• (1)串馈电路。它指直流电源UCC、负载回路(匹配网络)、功率 管三者首尾相接的一种直流馈电电路。如图3-17(a)所示,C1、LC 为低通滤波电路,A 点为高频地电位,既阻止电源UCC 中的高频成分 影响放大器的工作,又避免高频信号在LC 负载回路以外不必要的损 耗。C1、LC 的选取原则为
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3.1 谐振功率放大器
• 2. 工作原理 • 谐振高频功率放大器的发射结在UBB 的作用下处于负偏压状态,当无
输入信号电压时,晶体管处于截止状态,集电极电流ic=0。当输入信 号为ui=Ubmcosɯ t 时,基极与发射极之间的电压 uBE=UBB+Ubmcosɯ t,为分析电路的工作波形,先对晶体管的特性 曲线进行折线化处理。处理后分析与计算大大简化,但误差也大,所 以实际电路工作时需要调整。
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• 集电极直流电源供给功率PE 等于集电极电流直流分量IC0 与UCC 的乘 积,即
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3.1 谐振功率放大器
• 3.1.2 谐振功率放大器的特性分析
• 1. 谐振功率放大器工作状态的分析 • 1)高频功率放大器的动态特性 • 高频功率放大器的工作状态是由负载阻抗Re、激励电压Ubm、供电电
管VT、LC 谐振回路和直流馈电电源组成。图中UCC、UBB 分别为集 电极和基极的直流电源电压。改变UBB可以改变放大器的工作类型, 该电路设置在丙类工作状态。RL 为实际负载,通过变压器耦合到谐 振回路。L、C 为滤波匹配网络,构成并联谐振回路,调谐在输入信 号频率上,作为晶体管集电极负载,滤除高频脉冲电流iC 中的谐波 分量,同时实现阻抗匹配。
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3.1 谐振功率放大器
• 动态特性应同时满足外部电路和内部电路关系式。而内部关系式是由 晶体管折线化的正向传输性决定的。对于导通段有
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• 得出在ic–uce 坐标平面上的动态特性曲线(负载线或工作路)方程为
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• 必须注意的是,当ube>UBZ 时,式(3-16)是直线方程;而当ube< UBZ 时,ic=0。故高频功率放大器的动态特性是一条折线。
• 若已知高频功率放大器晶体管的理想输出特性和外部电压UCC、UBB、 Ubm 和Ucm 的值,通常可以采用截距法和虚拟电流法来求出动态特性 和电流与电压的波形。
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3.1 谐振功率放大器
• 在gc、UBZ、UCC、UBB、Ubm 一定的条件下,cosθ、UCC 与IQ 不变, 因此导通角θ 和Q 点固定不变,则gd 的绝对值与Re 成反比。另外, Ubemax=UBB+Ubm 不变,即动态特性的A 点在Ubemax 线上随Re 的增大 而变化。如图3-9 中的A1、A2、A3 所示。
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3.1 谐振功率放大器
• 3. 集电极余弦电流脉冲的分解 • 1)余弦电流脉冲的表示式 • 为了研究谐振功率放大器的输出功率、管耗、效率,并指出一个大概
变化规律,可采用近似估算的方法,得到转移特性曲线。转移特性曲 线可表示为、
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3.1 谐振功率放大器
• 式中,gc 为折线化转移特性曲线的斜率。 • 在晶体管基极加上电压uBE=UBB+Ubmcosɯ t 后,通过转移特性曲线
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3.1 谐振功率放大器
• 三种状态中欠压状态的功率和效率都比较低,集电极耗散功率也较大, 输出电压随负载阻抗变化而变化,因此较少采用。但晶体管基极调幅, 需采用这种工作状态;过压状态的优点是:当负载阻抗变化时,输出 电压比较平稳且幅值较大,在弱过压时,效率可达最高,但输出功率 有所下降,发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态;临界状 态的特点是输出功率最大,效率也较高,比最大效率差不了许多,可 以说是最佳工作状态,发射机的末级常设计成这种状态,在计算谐振 功率放大器时也常以此状态为例。掌握负载特性,对分析集电极调幅 电路、基极调幅电路的工作原理,对实际调整谐振功率放大器的工作 状态和指标是很有帮助的。
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