射频功率放大器

cos 0.407
1( ) 0.419 0 ( ) 0.239
Icm
Ico
0 (
)
300 0.239
1255
mA
Ic1 1( )Icm 0.419 1255 525 .9 mA
Vbm
VD VBB
cos
0.5 0.5 0.407
2.46
V
三.工作状态
2-2
假设一：谐振回路具有理想滤波特性，其上只能产生 基波分量；
2-1
集电极电流是一串周期重复的余弦脉冲序列，脉冲宽 度小于半个周期。
ic =Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+…+Icmncosnt+…
vbe VBB vb (t)
VBB Vbm cosot
vbe VD 时， cos
VD VBB Vbm
V , BB
或Vbm ,
集电极电流ic虽然是脉冲状，但集电极输出电压近似为余弦 波形，且与输入电压同频、反相。
负载 电阻
推挽，回路 推挽
选频回路 选频回路
应用 低频 低频，高频 低频 高频 高频
谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路 功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率
§ 2.2 丙类谐振功率放大器
(Resonate Power Amplifier)
本节主要内容： ➢丙类放大器工作原理 ➢工作状态分析 ➢性能分析
峰值Icm 和导通角 。若偏压 VBB 0.5 V ，
求输入信号所需的振幅 Vbm。
解 Pdc Ic0Vcc 0.3 24 7.2 W
Pc Pdc Po 7.2 6 1.2 W
Po 6 83.3%
Pdc 7.2
1 1 2 0
1 2 1.75 0
查表得知： 66
越大(即Vcm越大)c越小效率c越高。因此，丙 类谐振功率放大器提高效率c的途径即为减小c角。
因此导通角 决定了 c , Po
θ 70 ~ 80时，ηc , Po 较大。
例题
晶体管高频功率放大器，电源 V 24 V, CC
Ic0 300mA, 电压利用系数 0.95 , VD 0.5 V 输出功率 Po 6 W 。求电源提供的功率 Pdc ，
in
c
n
1 0
1
0.5
0
0.4 2.0
0.3 0.2 1.0
1 0 2
0.1 0
3100 140
20 40 60 80 120 160180 c
尖顶脉冲的分解系数
谐振功率放大器的折线近似分析法
右图可见：
当c≈120时，Icm1/icmax 达到最大值。在Ic max与 负载阻抗Rp为某定值的 情况下，输出功率将达 到最大值。这样看来， 取c=120应该是最佳通 角了。但此时放大器处 于甲级工作状态效率太 低。
1
g1(c )
1(c ) 0(c )
－波形系数
0.5 0.4 2.0
0
由曲线可知：极端情况
c=0时，g1(c )
1(c ) 0 (c )
2
此时=1，c可达100%
因此，为了兼顾功率与效
0.3 0.2 1.0
1 0 2
0.1
3
140
0
100
20 40 60 80 120 160180 c
率，最佳通角取70左右。
由傅里叶级数的求系数法得
IC0 iCmax0 (c )
Icm1 iCmax1(c )
Icmn
iCmaxn (c )
其中： 0(c
)
sin c (1
c cosc cosc )
1(c )
c cosc sin c (1 cosc )
n (c )
2
s
in
nc cosc n cosnc s n(n2 1)(1 cosc )
C点：t ，ic 0，uCE VCC Vcm
2-2
直线AB、BC动态特性曲线
当A2点处于临界区称为临界（Critical）状态 •当A1点处于放大区称为欠压（Undervoltage）状态 •当A3点处于饱和区称为过压（Overvoltage）状态
X
3/31/2020 2:45 AM
28
就是来评价这种转换能力的性能指标：
c
Po PD
Po Po Pc
可见 c 越大，给出Po所需的PD就越小。 PD变
小，可节省能源，延长器件寿命。
若PD一定: Po增大，利用率高。 Pc下降 ，则可选用PCM小的功率管， 降低成本。
作为放大器，功率增益是最重要的性能指 标，但却是第二位的。
二. 功率管的运用特性
I
2 c1
Re
其中
I I
c0
0 cm
I I
c1
1 cm
损耗功率： P P P
C
D
o
集电极效率：
c
Po PD
令集电极电源电压利用系数：
Vcm VCC
c
Po
1 2
1 2
VCC1I
VC C1Ic m
VC C0Ic m
cm
1 2
1 0
1 2
g 1
c
g1c 波形系数，通角c的函数；c越小g1(c)越大
ic gc
ic
临界线
过压区 gcr
欠压区
eb
理想化折线 （虚线）
0
eb
VBZ
0
ec
(a) 晶体管实际特性和理想折(b线)
谐振功率放大器的折线近似分析法
三、集电极余弦电流脉冲的分解 当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流脉 冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。 晶体管的内部特性为 ic gm(vbe VD )
n
1 0
1
0.5
0
0.4 2.0
0.3 0.2 1.0
1 0 2
0.1 0
3100 140
20 40 60 80 120 160180 c
尖顶脉冲的分解系数
谐振功率放大器的折线近似分析法
由于：
c
Po P
1 2
VcmIcm1 VCC I c 0
1 1(c ) 2 n (c )
1 2
g1
(c
)
n
1 0
一. 工作原理：
晶体管的作用是在将供电 电源的直流能量转变为交 流能量的过程中起开关控 制作用。
LC回路为匹配网络，它们与 外接电阻共同组成并联谐 振回路。
外部电路关系式： vbe VBB vb (t)
VBB Vbm cosot
晶体管的内部特性： ic gm(vbe VD )
为了实现丙类工作，基极偏置电压VBB 应设置在功率管的截止区。
一. 功率放大器的性能要求：
1、使用高频功率放大器的目的： 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。
在原理上，它与其它放大器一样，都是在输入信号的作 用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号的功率。 但是，它们在性能要求和器件运用特性上都是不同的。
➢ 安全 ➢ 高功率 ➢ 不失真（或失真在允许范围内）
假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线表 示，其高频效应可忽略。
动态线（Dynimic Line）：
根据Vbe和Vce的值在以Vbe为参变量的输出特性曲线上找 出对应的动态点和由此确定的ic值并画出ic的波形。其 中，动态点的连线称为谐振功率放大器的动态线。
A点：t 0，U BE VBB Vbm ，uCE VCC Vcm B点：t ，ic 0，uCE VCC Vcm cos
icmax
高频功放临界状态的计算
{ ic max SCvcemin SC (VCC Vcm) SБайду номын сангаас (1 cr )VCC
Po
1 2
I c1Vc m
1 2
icmax ( )VCCcr
Vcm VCC
PD Ic0VCC
Re
Vcm I c1
PC PD Po
c
Po PD
所需的激励电压vbm ,VBB可从晶体管转移特性曲线上 得到
利用A，B两点直线计算斜率：
A（VCE min ，Icm），B（VCC Vcm cos ，0）
2-2
在A没有进入饱和区时，动态特性曲线斜率为
k
Icm
Icm
Vcm(1 cos ) Ic1Re (1 cos )
1
1Re (1 cos )
1. A1在欠压区，ic为余弦脉冲，脉冲高度随Vcm增大略 有减小。
2. A2临界状态。
2-3
3. A3过压区，ic为中间凹陷的脉冲波，随着Vcm增大脉冲 波的凹陷加深，高度减小。
思考题： 在过压区为什么会出现凹陷？
当VBE向VBEmax增大，VCE向着VCEmin减小时，对 应的动态点先到达临界点(图中E点)，ic值最大，而后 进入饱和区，ic值减小，出现凹陷。直到A3点，ic值达 到最小。
vbe VBB Vbm cost 当vbe=VD时， t
VBB VD Vbm cos
V V
VD
BB
bm cos
为了三极管能安全工作，应要求
PC PCM
Vcemax BVCEO
Vcemax 2EC
则
EC
BVCEO 2
四. R , V , V , V
e
CC
bm
BB
对性能影响的定性分析
在功放中，往往 选择不同的静态工作点， 使功放运用在特性不同 的区段上，来实现甲， 乙，丙，丁等不同运用 状态。在输入余弦波激 励下,集电极输出电流iC 的波形不同：