射频功率放大器技术
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IEBO +ICBO
0
U(BR)CEOUCE /V
饱和区、放大区、 截止区、击穿区。
三极管放大电路动画
三极管放大作用动画
2021/3/27
24
场效应管
❖ 场效应管用输入电压控制输出电流的半导体器件
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
2021/3/27
N沟道JFET
25
2021/3/27
无线通信基站
13
功率放大器的应用
2021/3/27
电脑无线上网
14
GPS
2021/3/27
15
功率放大器的应用
2021/3/27
卫星通信
16
无线通信的基本结构
❖ 无线电通信系统，由发送设备、接收设备、无线信 道三大部分组成的，利用无线电磁波，以实现信息 和数据传输的系统
动画演示
2021/3/27
交越失真动画
28
❖ AB（甲乙）类放大器的工作点既不象乙类放大选 得那样低，也不象甲类那样高，电流截止的时间 小于半周期，工作性能介于甲（A）类和乙（B） 类之间
功放工作状态动画
2021/3/27
29
❖ D类-D类放大器是一种开关或PWM功放，在这种功 放中，器件要么完全导通， 要么完全关闭，大幅 度减少了输出器件的功耗。效率可高达90～9 5％
功率放大器的应用
2021/3/27
发射电视信号
8
功率放大器的应用
2021/3/27
对讲机、无绳电话
9
功率放大器的应用
2021/3/27
蓝牙耳机
信号频率在2～4G赫兹，属于射频范围
10
功率放大器的应用
2021/3/27
11
Diagram of GSM Handset
2021/3/27
12
功率放大器的应用
N沟道绝缘栅型
放大电路
2021/3/27
26
功率放大器的工作状态
❖ A（甲）类-------A类 放大器在整个周期内 都处在导通状态，换 言之，总有偏置电流 流过输出器件。这种 结构的失真最小，基 本是线形的，但效率 也最低，约为20％。
2021/3/27
27
❖ B（乙）类输出器件 仅只导通半个正弦波 的周期，换言之，如 果没有输入信号，输 出器件就不会有电流 流过。这类功放的效 率很明显地要优越于 A类。通常采用两只 乙类功放管构成互补 放大，但存在交越失 真。
流过漏级,这相当开关断开
2021/3/27
32
目前功放面临的问题
❖ 效率和线性化问题一直是困扰功率放大器性能的问题
发射机的功耗主要在功率放大器，不同类型发射机功放 约占全机60-90% 功放效率的提高对延长电池寿命、增加发射功率、 散热、减小体积重量起决定作用。
其中PDC为电源供给直流功率，Pout为交流输出功率，Pc为消 耗在集电极上的功率
2021/3/27
21
晶体三极管（BJT）
❖按材料分有两种：储管和硅管。 而每一种又有NPN 和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP 两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原 理都是相同的
发
+
射N
极
e 发射区
发射结Je
集
P
N
电
基区
极 集电区 c
基极b 集电结Jc
电路符号
➢ 三极管内部结构特点:发射区高掺杂;基区很薄;集电结面积大
2021/3/27
22
发射结正偏，集电结反偏：放大模式
IE
IE (1)IB
IB
IC IC IB
IE (1)IB
2021/3/27
β表示，基极电流IB对集电极电流IC的控制能力。
23
IC
IB
+
+
T VCE
VBE
-
-
IB /A
IC
/mA IB
=
40
A
30 A
20 A
10 A
0
U(BR)BEO 0 UBE(on) UBE /V
理想100%，实际90% 完全非线性
34
❖ 功率放大器效率对移动通信运营商降低成本非常 重要
2021/3/27
33
❖ 各种工作状态的效率和线性性
功放工作状态
效率
线性度
A类 B类 AB类 D类 E、F类
2021/3/27
理想50% ，实际5～ 很好 20%
理想78.5%，实际 有失真，有一定线性
40%左右
度
理想50-70%，实际 较好 60%
理想80～90%，实际 很好（仅适合低频） 80 %
2021/3/27
17
无线通信系统
2021/3/27
接收机
18
无线通信收发机结构
2021/3/27
19
收发机包括收信器和发信器
❖ 收信器和发信器分别由前端电路和后端电路两部 分构成，其接收路径和发射路径各完成三个功能：
1. 已调制的有用信号的中心频率从较低频转换到射 频（发射路径）或从射频转换到较低频率（接收 路径）
2. 出现在有用信号所占频带之外的信号被有效抑制， 以保证它们不对无线通信链路和数字调制解调的 正常工作造成有害影响
3. 为了得到最优的系统性能，必须调整信号电平
2021/3/27
20
功率放大器基本结构
❖ 目前功率放大可以选用功率放大芯片实现，但其 核心是三极管和场效应管
❖ 也可选用晶体三极管和场效应管，自 行设计外围电路实现功率放大
2021/3/27
3
根据信号频率不同功放不同
射频功率放大器 高频功率放大器 中低频功率放大器
2021/3/27
4
功率放大器
功率放大器的应用
2021/3/27
高保真音响系统
5
功率放大器的应用
2021/3/27
电视、汽车音响等
6
功率放大器的应用
发射无线电广播电信号
2021/3/27
信号频率在几十兆到几百兆赫兹 7
峨眉校区计算机与通信工程系
主讲：李华
射频功率放大器技术
2021/3/27
1
主要内容
2021/3/27
1
功率放大器的应用
2 功率放大器在无线通信系统中的地位
3
功率放大器的结构
4
功率放大器的工作状态
5 功率放大器存在的问题及解决方法
2
什么是功率放大器
❖ 简单说，功率放大器作用就是把弱信号放大
❖ 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的 电流，起到电流电压放大的作用
2021/3/27
30
❖ Baidu Nhomakorabea设输入信号为一个标准的音频信号(正弦波)。将这个音 频信号与高频三角波相比较产生一个PWM信号。将这个PWM 信号用于驱动功率级产生放大的数字信号，最后采用低通 滤波器过滤PWM载波，还原出正弦音频信号
2021/3/27
31
❖ E类功率放大器，工作在开关模式。
当输入电压Vin大于开启电压时,晶体管工作在可变电阻区, 漏源之间有很小的电阻,假设为ron,这相当于开关闭合;如果 输入电压Vin小于开启电压时,MOS管处于截至状态,没有电流
0
U(BR)CEOUCE /V
饱和区、放大区、 截止区、击穿区。
三极管放大电路动画
三极管放大作用动画
2021/3/27
24
场效应管
❖ 场效应管用输入电压控制输出电流的半导体器件
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
2021/3/27
N沟道JFET
25
2021/3/27
无线通信基站
13
功率放大器的应用
2021/3/27
电脑无线上网
14
GPS
2021/3/27
15
功率放大器的应用
2021/3/27
卫星通信
16
无线通信的基本结构
❖ 无线电通信系统，由发送设备、接收设备、无线信 道三大部分组成的，利用无线电磁波，以实现信息 和数据传输的系统
动画演示
2021/3/27
交越失真动画
28
❖ AB（甲乙）类放大器的工作点既不象乙类放大选 得那样低，也不象甲类那样高，电流截止的时间 小于半周期，工作性能介于甲（A）类和乙（B） 类之间
功放工作状态动画
2021/3/27
29
❖ D类-D类放大器是一种开关或PWM功放，在这种功 放中，器件要么完全导通， 要么完全关闭，大幅 度减少了输出器件的功耗。效率可高达90～9 5％
功率放大器的应用
2021/3/27
发射电视信号
8
功率放大器的应用
2021/3/27
对讲机、无绳电话
9
功率放大器的应用
2021/3/27
蓝牙耳机
信号频率在2～4G赫兹，属于射频范围
10
功率放大器的应用
2021/3/27
11
Diagram of GSM Handset
2021/3/27
12
功率放大器的应用
N沟道绝缘栅型
放大电路
2021/3/27
26
功率放大器的工作状态
❖ A（甲）类-------A类 放大器在整个周期内 都处在导通状态，换 言之，总有偏置电流 流过输出器件。这种 结构的失真最小，基 本是线形的，但效率 也最低，约为20％。
2021/3/27
27
❖ B（乙）类输出器件 仅只导通半个正弦波 的周期，换言之，如 果没有输入信号，输 出器件就不会有电流 流过。这类功放的效 率很明显地要优越于 A类。通常采用两只 乙类功放管构成互补 放大，但存在交越失 真。
流过漏级,这相当开关断开
2021/3/27
32
目前功放面临的问题
❖ 效率和线性化问题一直是困扰功率放大器性能的问题
发射机的功耗主要在功率放大器，不同类型发射机功放 约占全机60-90% 功放效率的提高对延长电池寿命、增加发射功率、 散热、减小体积重量起决定作用。
其中PDC为电源供给直流功率，Pout为交流输出功率，Pc为消 耗在集电极上的功率
2021/3/27
21
晶体三极管（BJT）
❖按材料分有两种：储管和硅管。 而每一种又有NPN 和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP 两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原 理都是相同的
发
+
射N
极
e 发射区
发射结Je
集
P
N
电
基区
极 集电区 c
基极b 集电结Jc
电路符号
➢ 三极管内部结构特点:发射区高掺杂;基区很薄;集电结面积大
2021/3/27
22
发射结正偏，集电结反偏：放大模式
IE
IE (1)IB
IB
IC IC IB
IE (1)IB
2021/3/27
β表示，基极电流IB对集电极电流IC的控制能力。
23
IC
IB
+
+
T VCE
VBE
-
-
IB /A
IC
/mA IB
=
40
A
30 A
20 A
10 A
0
U(BR)BEO 0 UBE(on) UBE /V
理想100%，实际90% 完全非线性
34
❖ 功率放大器效率对移动通信运营商降低成本非常 重要
2021/3/27
33
❖ 各种工作状态的效率和线性性
功放工作状态
效率
线性度
A类 B类 AB类 D类 E、F类
2021/3/27
理想50% ，实际5～ 很好 20%
理想78.5%，实际 有失真，有一定线性
40%左右
度
理想50-70%，实际 较好 60%
理想80～90%，实际 很好（仅适合低频） 80 %
2021/3/27
17
无线通信系统
2021/3/27
接收机
18
无线通信收发机结构
2021/3/27
19
收发机包括收信器和发信器
❖ 收信器和发信器分别由前端电路和后端电路两部 分构成，其接收路径和发射路径各完成三个功能：
1. 已调制的有用信号的中心频率从较低频转换到射 频（发射路径）或从射频转换到较低频率（接收 路径）
2. 出现在有用信号所占频带之外的信号被有效抑制， 以保证它们不对无线通信链路和数字调制解调的 正常工作造成有害影响
3. 为了得到最优的系统性能，必须调整信号电平
2021/3/27
20
功率放大器基本结构
❖ 目前功率放大可以选用功率放大芯片实现，但其 核心是三极管和场效应管
❖ 也可选用晶体三极管和场效应管，自 行设计外围电路实现功率放大
2021/3/27
3
根据信号频率不同功放不同
射频功率放大器 高频功率放大器 中低频功率放大器
2021/3/27
4
功率放大器
功率放大器的应用
2021/3/27
高保真音响系统
5
功率放大器的应用
2021/3/27
电视、汽车音响等
6
功率放大器的应用
发射无线电广播电信号
2021/3/27
信号频率在几十兆到几百兆赫兹 7
峨眉校区计算机与通信工程系
主讲：李华
射频功率放大器技术
2021/3/27
1
主要内容
2021/3/27
1
功率放大器的应用
2 功率放大器在无线通信系统中的地位
3
功率放大器的结构
4
功率放大器的工作状态
5 功率放大器存在的问题及解决方法
2
什么是功率放大器
❖ 简单说，功率放大器作用就是把弱信号放大
❖ 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的 电流，起到电流电压放大的作用
2021/3/27
30
❖ Baidu Nhomakorabea设输入信号为一个标准的音频信号(正弦波)。将这个音 频信号与高频三角波相比较产生一个PWM信号。将这个PWM 信号用于驱动功率级产生放大的数字信号，最后采用低通 滤波器过滤PWM载波，还原出正弦音频信号
2021/3/27
31
❖ E类功率放大器，工作在开关模式。
当输入电压Vin大于开启电压时,晶体管工作在可变电阻区, 漏源之间有很小的电阻,假设为ron,这相当于开关闭合;如果 输入电压Vin小于开启电压时,MOS管处于截至状态,没有电流