高频课程设计--高频功率放大器.doc
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高频功率放大器;
课程设计的目的
高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大, 以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划 分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器 通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器高频功率放大器是一种能 量转换器件,它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。放大器可以按照电流导通角的不同, 将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o, 适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180o;丙 类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放 大器大多工作于丙类。2.设计方案论证
2.1总体方案放大器分类高频功率放大器电路的输出功率的温度相关性的技术,其中该电路将恒定的偏置电压提供给放大设备的控制端,并按照用于控制其输出功率的输出请求电平来控制工作电源电压。高频功率放大器电路包括放大设备,其控制端(栅极或基极端)被提供以偏置电压。高频功率放大器电路使该偏置电压保持恒定以使放大设备工作于饱和区。高频功率放大器电路依据输出请求电平来控制提供给该放大设备的工作电源电压,从而控制输出功率。工作电源电压控制电路设置有具有温度相关性的设备(二极管),该控制电路依据该输出请求电平来控制该放大设备的工作电源电压。该工作电源电压控制电路被配置为生成与该设备的稳定特性相应的工作电源电压,并将其提供给放大设备。为高频扼流圈,提供直流通路,为隔直流电容,谐振回路和、、、分别为输入和输出滤波匹配网络。其中、为天线等效阻抗,作为输出负载。与非谐振功放比较,它们都要求安全高效地输出足够大的不失真功率,但有一些区别。
图1谐振功放的组成用图
图2谐振功放得原理图
2.4阻抗匹配
图所示的为阻抗匹配与功率的关系。在圆(a)的电路中,假设传送方的输出阻抗为r,负载方的阻抗为R,则供应至负载的功率P为
在此,令r=50Ω,改变R值而求功率P,会得到如图(b)所示的图形。由此,可以看出在R=r时,所供应的功率P为最大,此称为阻抗匹
阻抗匹配:把外界电抗性负载转为功率管的应配负载
图6丙类状态工作原理图:
说明:在正弦信号is激励下,ib、ic均为一串余弦脉冲或一串凹陷脉冲,但υce为余弦波(υCE = VCC - Ic1mReocosωt=VCC -υce)可见LC谐振回路不仅起到了选频和滤波作用,而且还完成阻抗匹配的作用。丙类谐振功放管外特性方程: υBE = VBB + Vbmcosωt;(Vbm=(Ism-Ib1m)Re1)????? υCE = VCC - Vc1mcosωt;(Vcm=Ic1mRe0)
2.5.3、丙类状态能量关系和实现高效率功放的途径
2.5.4丙类工作状态特性
(1)负载特性
是指、和一定时,不同值对功率性能影响的特性。在讨论这个特性时,应了解下述几个概念:根据关系式可知,增大亦即增大。、取定,+和管子的导通时间(或导通角)也就被确定。当0°时,由式2-1知,+,而对应的必定是最小值,即,因此对应于不同的动态点A必定在的这条输出特性曲线上移动,如图7所示。
图7输出特性曲线
越大,就越大,即越小,画出的动态线越陡,且A点相应由放大区进入饱和区,导致动态线弯曲,由此画出的集电极电流波形由余弦脉冲波变为中间凹陷高度下降的脉冲波,如图8所示。凡A点处在放大区的称为欠压状态,A点落在饱和区的称为过压状态,A点处于临界饱和线的称为临界状态。根据傅氏级数特点,脉冲电流越高,宽度越宽,和值就越大;中间凹陷越深,和值就越小。根据上述概念,画出不同时集电极电流的波形如图N2-3所示,由图可见,在欠压区,随着增大,集电极电流为余弦脉冲,其高度略有下降,进入过压区后,随着增大,集电极电流为中间凹陷的脉冲且其高度下降。
图8余弦脉冲波变为中间凹陷高度下降的脉冲波
由图8可定性画出随增大,和的变化特性,从而找出相应功率性能的变化特性如图9所示。由图可见,随着增大,在欠压区,、略有下降,相应的和增长很快;进入过压区后,和迅速下降,相应的增加趋缓且使下降。结果是临界状态时,达到最大且效率较高。通常称相应的为最佳负载,用表示。
图9出相应功率性能的变化特性
(2)放大特性
若VCC、VBB、Re不变,放大器特性随Vbm变化的特性。
图10放大特性显示图
欲想改变Vbm实现有效控制Vcm达到信号放大目的,应工作在欠压状态。 欲改变Vbm ,实现Vcm基本不变,达到限幅的目的,应工作在过压状态。
(3)调制特性
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