第二章谐振功率放大器ppt课件

1、2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理2.3 2.3 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点2.4 2.4 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路第二章第二章 谐振功率放大器谐振功率放大器2.1 2.1 概述概述定义定义 ： 是一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器是一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器工作状态：工作状态： 丙类丙类运用：无线电发射机运用：无线电发射机输入信号：载波信号、或高频已调波信号输入信号：载波信号、或高频已调波信号 2.2 2.2 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理一、丙类谐振功率放大器一、丙类谐

2、振功率放大器 + vo(t)_+vc_原理电路原理电路tcosU)t (usbmbtcosUVusbmBBBE2导通角 ，流通角BBonBEbmVVV)(cosbmBB)on(BE1UVVcos输入输入那那么么（根据晶体管转移特性曲线，可得到集电极电流波形（根据晶体管转移特性曲线，可得到集电极电流波形 ）导通时刻导通时刻A点：点： 电流波形电流波形 导通角计算导通角计算（余弦）（余弦）如图如图 前往ub0AuBEBBonBEbmVVV)(cosbmBB)on(BE1UVVcos前往前往Uj=VBE(on)tItIIismcsmccc2coscos210)(I)cos1(cossinII0max

3、cmaxc0c)(I)cos1(cossinII1maxcmaxcm1c)(IInmaxccnmtcosIRiRusmcecec11cCCCEuVuN次谐波的分解系数)(n 设谐振电阻为设谐振电阻为Re，那，那么么 ic ic为周期性脉冲电流为周期性脉冲电流 谐振回路调谐在谐振回路调谐在 上，谐振电阻上，谐振电阻 最大。最大。 各次谐波分量产生的电压可以忽略。各次谐波分量产生的电压可以忽略。seR 为余弦只需 分量 cus 能量关系能量关系输出功率输出功率直流功率直流功率集电极耗散功率集电极耗散功率ecmemcRVRIP22102121COCCDIVP ODCPPP212110cccmcomc

4、DVVIIPP效率效率（兼顾功率、效率，选（兼顾功率、效率，选 左右）左右） 007565（习题）二、二、 倍频器倍频器原理电路原理电路输入输入 fs fo = nfs二倍频的主要波形二倍频的主要波形uCE)LC( jLCr)CL( jrcLCjLjrCj)Ljr(Z11111实际并联谐振回路实际并联谐振回路Lr谐振频率谐振频率 谐振阻抗谐振阻抗 固有空载品质因数固有空载品质因数 LRCr1rLQ0P000CrLRPLC10LCf210LC串联谐振回路：谐振频率、品质因数串联谐振回路：谐振频率、品质因数 同上同上 谐振电阻为谐振电阻为 r2.3 2.3 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的

5、性能特点一、近似分析方法一、近似分析方法 1. 准静态分析法准静态分析法 (P86) 分析性能：分析性能： 设定设定 ， ， ， 确定确定 ， 据据 ， 值值找对应动态点，确定找对应动态点，确定 动态线动态线动态点的连线动态点的连线 画出画出 波波形形 BBVbmVCCVcmV,30,15,0000tBEvCEvBEvCEvcici 对对 分解，求出分解，求出cimccII10,mccmeIVR1确定谐振电阻确定谐振电阻oDCCOCCDPPPIVPDocmccmoPP/IVP21功率性能功率性能BBVbmVCCVcmV可见：不同的可见：不同的 、 、 、集电极电流波形、数集电极电流波形、数值不

6、同，值不同，Re值不同，值不同，功率性能不同功率性能不同（作业：（作业：25） 晶体管特性的折线化晶体管特性的折线化2. 折线近似分析法只限于共发射极状态）折线近似分析法只限于共发射极状态） 转移特性曲线转移特性曲线 输出特性曲线输出特性曲线 uBEuCEuBE 斜率斜率 gcr 临界线临界线是一条斜率为是一条斜率为gcr的通过原点的直线。的通过原点的直线。临界线方程临界线方程CEcrCugi 理想静态转移特性理想静态转移特性jBEjBEjBECUuUu)Uu(gi0（这里，（这里，AB斜率为斜率为g，导通电压，导通电压 Uj = VBE(on) ） 激励信号激励信号uBE足够大，放大器工作在

7、放大区和截止区，足够大，放大器工作在放大区和截止区， 集电极电流是周期性的余弦集电极电流是周期性的余弦 脉冲波形如下）脉冲波形如下）uBEuCEminuCEt时，时，ic = 0 ，即，即0)UcosUV(gijbmBBcbmBBUVUjcos 在在Uj-VBB一定时，激励越强即一定时，激励越强即Ubm大），则导通角愈大。大），则导通角愈大。 通过调整通过调整VBB就可控制导通角到所需值。就可控制导通角到所需值。)cost(cosgUibmc集电极电流集电极电流余弦脉冲电流的幅度余弦脉冲电流的幅度)cos1(gUIbmmaxc0t （当（当 时）时）导通角导通角)UtcosUV(gijbmBB

8、C将将uBE表达式代入得：表达式代入得：【例】【例】已知某晶体管的转移特性如图。已知某晶体管的转移特性如图。已知已知Uj = 0.6V，转移特性曲线，转移特性曲线斜率斜率g =10mA/V，Eb=1V，激励信号电压幅值激励信号电压幅值Ubm=3.2V，求：电流求：电流ic的的Ico、 Ic1m 、Ic2m分量的值。分量的值。【解】【解】21UEUjcosbmbo60求求 Icmax :)cos1(gUIbmmaxc = 16mA余弦脉冲分解系数曲线如下图余弦脉冲分解系数曲线如下图0.63.2uBE(v)ub查曲线得：查曲线得：21. 0)60(oo39. 0)60(o128. 0)60(o2那

9、么：那么：mA36. 3IImaxcocomA28. 6IImaxc1m1cmA48. 4IImaxc2m2c基波电流基波电流 ic1 为为tcos28. 6tcosIim1c1c2.3 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点一、近似分析方法一、近似分析方法 1. 准静态分析法准静态分析法 据据 ， 值值找对应动态点，确定找对应动态点，确定 动态线动态线动态点的连线动态点的连线 画出画出 波形波形 BEvCEvcici折线近似分析法折线近似分析法 转移特性折线化、输出特性折线化转移特性折线化、输出特性折线化uBEuCEmin 工作状态工作状态 欠压状态欠压状态 晶体管在任何时刻都工作

10、在放大状态晶体管在任何时刻都工作在放大状态 （集电极最大点电流在放大区，交流输出电（集电极最大点电流在放大区，交流输出电压较低）压较低） 过压状态过压状态 晶体管工作时有部分时间进入饱和区晶体管工作时有部分时间进入饱和区 （集电极最大点电流在饱和区，交流输出电（集电极最大点电流在饱和区，交流输出电压较高）压较高） 临界状态临界状态 刚刚进入饱和区的边缘刚刚进入饱和区的边缘 （集电极最大点电流落在临界线上）（集电极最大点电流落在临界线上）根据功放在工作时是否进入饱和区，可将放大器的根据功放在工作时是否进入饱和区，可将放大器的工作状态分为三种工作状态分为三种欠压、过压、临界工作状态欠压、过压、临界

11、工作状态 这三种工作状态取决于：这三种工作状态取决于： 电源电压电源电压Vcc或或Ec）、偏置电压）、偏置电压VBB或或EB）、）、 激励电压激励电压Ubm、负载阻抗、负载阻抗RC或或RL）二、动态特性和外部特性二、动态特性和外部特性（一）、动态特性（一）、动态特性 是实际放大器的工作特性晶体管内部、外部特性结合起来）是实际放大器的工作特性晶体管内部、外部特性结合起来） 内部特性是无载情况下，晶体管的输出特性和转移特性内部特性是无载情况下，晶体管的输出特性和转移特性 外部特性是在有载情况下，晶体管输入、输出电压同时变化时，外部特性是在有载情况下，晶体管输入、输出电压同时变化时， 集电极电流随电

12、压变化的特性集电极电流随电压变化的特性 放大区动态特性方程：放大区动态特性方程：内部特性方程内部特性方程)Uu(gijBEc外部特性方程外部特性方程tcosUVubmBBBEtcosUVucmCCCE将将uBE代入得代入得)UtcosUV(gijbmBBc)UuVUUV(gicmCECCbmjBBC即即阐明阐明 放大器的动态特性放大器的动态特性 是一条是一条直线直线 )u(fiCEC（只需定两个点，如：静态工作点（只需定两个点，如：静态工作点Q和起始导通点和起始导通点B，绘动态线），绘动态线）CCCEVu静态工作点静态工作点Q，特征是：，特征是：代入得：代入得：)VU(g)UV(giBBjjB

13、BcQ点坐标为：点坐标为：Q （ 电流为负，不可能电流为负，不可能 ，是假想点），是假想点）)VU(g,VBBjCC起始导通点起始导通点B，特征是：，特征是：0Ci代入得：代入得：)UuVUUV(gcmCECCbmjBB0解方程得解方程得cosUVUVUUVucmCCbmBBjcmCCCE（连接（连接Q、B点的延长线与点的延长线与ubemax相交于相交于C点，点，BC段就是晶体管处于放大段就是晶体管处于放大区区 的动态线。的动态线。AB段是晶体管处于截止状态的动态线。）段是晶体管处于截止状态的动态线。） 动态线是由AB、BC组成的折线负载、导通角的函数） 沿着动态线即可画出相应的集电极电流沿着

14、动态线即可画出相应的集电极电流 ic 的波形的波形另：动态电阻动态线的斜率的倒数）另：动态电阻动态线的斜率的倒数）此时，此时， 晶体管刚好处于截止到导通的转折点，晶体管刚好处于截止到导通的转折点，B点坐标为：点坐标为：B 0,cosUVcmCC, 0,citQuCEuCEuBEmax（二）、外部特性（二）、外部特性1. 负载特性负载特性CCbmBBV ,U,V 一定，放大器的集电极电流、电压、输出功率、效率等性能随晶体管等效负载电阻Re或Rc变化的特性。不同负载电阻时，做出不同动态特性不同负载电阻时，做出不同动态特性 负载特性负载特性指放大器的性能随放大器的外部参数变化的规律指放大器的性能随放

15、大器的外部参数变化的规律不同负载电阻时的动态特性不同负载电阻时的动态特性uCEuBEuCEA1欠压欠压A2临界临界A3过压过压emcecmcmcmoRIRUIUP2122122ecemccmRIRIUmax11)(COCCDSIVPP 临界状态临界状态最佳工作状态：最佳工作状态：Pomax，且效率较高；匹配负载，且效率较高；匹配负载Reopt 欠压状态：视为恒流源欠压状态：视为恒流源 （负载不要太小，使（负载不要太小，使 Pc PCM） 过压状态：视为恒压源过压状态：视为恒压源 （但集电极电流波形下凹，谐波多，应（但集电极电流波形下凹，谐波多，应用较少）用较少）负载特性负载特性ReRe2. 调

16、制特性调制特性（1集电极调制特性集电极调制特性指当指当Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能保持恒定，放大器的性能随集电极电源电压随集电极电源电压Ec变化的特性。变化的特性。 uBEmax = Eb + Ubm 不变不变 （因（因Eb、Ubm不变）不变） 动态负载特性曲线斜率不变动态负载特性曲线斜率不变 （因（因Rc不变）不变）但但 uCEmin = Ec - Ucm 变化变化集电极电流脉冲宽度一定集电极电流脉冲宽度一定放大器工作状态变化放大器工作状态变化如图如图uCEuBEmaxuCEmin Ec Ec改变对工作状态的影响改变对工作状态的影响前往前往集集 电电 极极 调调 制制 特特 性性

17、由图可见，只有在过由图可见，只有在过压状态，压状态，EcEc对对UcmUcm才能才能有较大的控制作用，有较大的控制作用，所以，集电极调幅应所以，集电极调幅应工作在过压状态工作在过压状态（2基极调制特性基极调制特性指当指当Ec、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能保持恒定，放大器的性能随基极偏置电压随基极偏置电压Eb变化的特性。变化的特性。UBEmax = Eb + Ubm Eb从负值向正值方向增大时从负值向正值方向增大时 UBEmax随之增大随之增大集电极电流脉冲宽度增大、高度增加集电极电流脉冲宽度增大、高度增加放大器工作状态由欠压进入过压放大器工作状态由欠压进入过压UBEmax 增大增大 AA

18、icUCE基基 极极 调调 制制 特特 性性由图可见，改变基极由图可见，改变基极偏置电压偏置电压EbEb，即可控，即可控制输出电压振幅制输出电压振幅UcmUcm的大小。只有工作在的大小。只有工作在欠压状态，欠压状态，EbEb才对才对UcmUcm有较强的控制作有较强的控制作用。所以，基极调幅用。所以，基极调幅应工作于欠压状态应工作于欠压状态3. 放大特性振幅特性）放大特性振幅特性）指当指当Eb、Ec、Rc保持恒定，放大器的性能随激励振幅保持恒定，放大器的性能随激励振幅Ubm变化的特性。变化的特性。uBEmax = Eb + Ubm改变改变Ubm的情况和改变的情况和改变Eb的情况类似的情况类似集电

19、极电流脉冲宽度增大、高度增加集电极电流脉冲宽度增大、高度增加放大器工作状态由欠压进入过压放大器工作状态由欠压进入过压Ubm增增加加由图可见，在欠压区，高频由图可见，在欠压区，高频振幅振幅UcmUcm基本随基本随UbmUbm成线性变成线性变化，放大器必须在化，放大器必须在UbmUbm变化变化范围内工作在欠压状态。而范围内工作在欠压状态。而当谐振功放用作限幅器，将当谐振功放用作限幅器，将振幅振幅UbmUbm在较大范围内变化在较大范围内变化的输入信号变化为振幅恒定的输入信号变化为振幅恒定的输出信号时，由图可以看的输出信号时，由图可以看出，放大器波形在出，放大器波形在UbmUbm变化变化范围内，工作在过压状态范围内，工作在过压状态放放 大大 特特 性性2.4 2.4 谐振功率放大器电谐振功率放大器电路路一、直流馈电电路一、直流馈电电路保证保证 集电极回路电压集电极回路电压 uCE = Ec uc 基极回路电压基极回路电压 uBE = Eb + ub要求要求 直流有直流通路、交流有交流通路，直流有直流通路、交流有交流通路， 且：高频信号不要流过直流电源有内阻，损耗功率）且：高频信号不要流过直流电源有内阻，损耗功率）需求需求 正确使用扼流圈、旁