《高频与射频电路》第3章 有源网络.ppt

* * * * * * 功率放大器的应用 无线通信基站 功率放大器的应用 电脑无线上网 功率放大器的应用 功率放大器的主要技术指标 功率效率 饱和输出功率 当功率放大器的输入功率加大到某一值后，再加大输入功率并不会改变输出功率的大小，该输出功率称为功率放大器的饱和输出功率。 1dB压缩点输出功率P1dB 功率放大器增益压缩1dB所对应的输出功率称为1dB压缩点输出功率，记作P1dB。 交调失真 三阶交调 P1dB点三阶交调系数M3(1dB) P1dB和M3(1dB)是度量功率放大器非线性的两个不同指标，它们之间有一定联系。 假定功率放大器是一个无惯性非线性网络，且在P1dB点的幅度非线性很小，在上述两个假设条件下，两个角频率为?1和?2的等幅信号输入时，P1dB点的三阶交调系数近似为 由于理论分析中的假设，实际测量的误差以及微波晶体管实际非线性特性优劣程度的不一致，在工程估算时，常取M3(1dB)为–20dBc。这里还得注意，上式仅适用双信号等幅情况，如果三信号等幅输入时，上式就不适用了。 因此，任意输入功率Pin时的三阶交调系数M3可由下式估算 Pin——基波信号（?1或?2）输入功率； Pin(1dB)——基波信号1dB增益压缩点输入功率。 注意上式中各变量都是以dB为运算单位。 图中基波信号输出功率特性延长线与三阶交调特性延长线的交点称为三阶交调交截点。 任意输入功率的三阶交调系数M3 下图是双频等幅信号输入时基波信号输出功率和三阶交调功率对应基波信号输入功率的变化特性。 由图看出，基波信号输出功率与输入功率是1:1（dB数）变化关系，即输入功率增加1dB时，输出信号也增加1dB。 三阶交调产物与基波信号输入功率是3:1（dB）变化关系，即基波信号输入功率增加1dB，使三阶交调系数M3恶化2dB。 三阶交调交截点 图中基波信号输出功率特性延长线与三阶交调特性延长线的交点称为三阶交调交截点，用符号IP3表示，对应的输出功率是P1，它也反映了微波功率放大器的非线性 当输出功率一定时，三阶交调交截点输出功率P1越大，微波功率放大器的线性就越好。由P1也可以估计三阶交调系数 式中Pout是基波信号输出功率所有变量都是以dB为运算单位，它只适用信号功率较小的情况。 三阶交调交截点比1dB压缩点 大10dB，它是放大器在A类工作 时的一个假想点。 谐波失真 输入/输出驻波比 大功率管的输入阻抗和输出阻抗都很低，BJT的输入阻抗实部只有几个欧姆，与50?系统失配得比较厉害。而场效应管的输入阻抗较高，与50?系统失配得也很大，失配严重时，会损坏功率管。 输入、输出驻波比变坏还会使系统的增益起伏和群迟延变坏，因此功率放大器的输入、输出驻波比应该满足一定要求。在大容量数字通信系统中，功率放大器的输入、输出驻波比取1.2:1，而在一般系统中，功率放大器的输入、输出驻波比可以取到2:1。它也是设计微波功率放大器时必须考虑的一项技术指标。 功率放大器的工作状态 射频功率放大器按照电流导通角?的不同分类，可分为甲（A）、乙（B）、丙（C）三类。 A类放大器电流的导通角?=180°，适用于小信号低功率放大。B类放大器电流的导通角?=90°；C类放大器电流的导通角?90°。 B类和C类都适用于大功率工作状态。C类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。 射频功率放大器大多工作于C类状态，但C类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小。 功率放大器的工作状态 射频功率放大器除了以上几种按电流导通角来分类以外，还有使功率器件工作于开关状态的丁（D）类放大器和戊（E）类放大器。 丁类放大器的效率高于丙类放大器，理论上可达100％，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗（集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。 如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则丁类放大器的工作频率可以提高，即构成所谓的戊类放大器。 这两类放大器是晶体管射频功率放大器的新发展。 A类功率放大器 A类射频功率放大器电路属于线性放大器，放大器电流的导通角?=180°，即在正弦信号一周期内，放大器电路的功率管是处于全导通工作状态，适合放大AM, SSB等非恒定包络已调波。 为了输出大的功率，一般采用如下措施：集电极采用扼流圈（或线圈）馈电；让晶体管工作于可能的最大输出功率状态；在实际负载RL和最佳负载Ropt间采用一个阻抗变换网络，使放大器输出最大功率。 A类功率放大器 A类功率放大器 对于A类射频功率放大器，为使功率管能有最大交流信号摆幅，从而获得最大输出功率，需要将直流工作点Q选择在交流负载线的中点。需要注意的是激励信号幅度不能过大，以