谐振功率放大器性能特点解析PPT课件

1、2.2.1近似分析方法非谐振功放丙类谐振功放集电极负载纯电阻谐振回路，含电抗元件求功率性能图解法准静态分析法要 点求负载线求动态线 1使用条件使用条件两假设两假设 谐振回路滤波特性理想，即尽管集电极、基极电流为脉冲波，但两回路只产生基波( (余弦) )电压，其他分量的电压均可忽略。有第1页/共32页tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE （忽略管子高频效应）功率管特性用输入和输出静态特性曲线表示，其参变量采用 vBE( (而不是通常的 iB) ) 。 2分析步骤分析步骤 图 221谐振功率放大器的近似分析方法( (b) ) 求动态点，画波形； 连动态线，画 iC 波形； 图解积

2、分求分量； 计算功率性能。第2页/共32页 ( (1) )求动态点，画波形图 221谐振功率放大器的近似分析方法( (a) )设定 VBB、Vbm、VCC、Vcm ，将 t 按等间隔( ( t = 0， 15， 30， ) ) 给定数值，由便可确定 vBE 和 vCE ( (图 a) )。tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE 第3页/共32页( (2) )连动态线，画 iC 波形：图 221谐振功率放大器的近似分析方法( (b) )根据 vB E 和vCE 值，在输出特性曲线上( (以 vBE 为参变量) )找对应的动态点，画动态线( (动态点的连线) )，由此可确定 iC

3、的波形。 不到 VCC，因为导通角小于 第4页/共32页( (3) ) 图解积分求得分量 IC0 和 Ic1m谐振电阻c1mcme/ IVR ( (4) ) 计算功率性能DoCoDCm1Ccmo0CCCD/2/PPPPPIVPIVP 四变量 VBB、Vbm、VCC、Vcm 不同，iC 的波形和数值就不同，由此求得的 Re 及相应的功率性能就不同。应了解四变量的影响。第5页/共32页2.2.2欠压、临界和过压状态1当 VBB、Vbm、VCC 不变， Vcm 由小变大，动态点左移 欠压状态Vcm 的取值，使所对应的动态点均处在放大区。 临界状态Vcm 增大，使 t = 0 所对应的动态点 A 处在

4、临界点，iCmax 略微减小。 过压状态Vcm 继续增大，使 A ( ( t = 0) )动态点处在饱和区，iC 迅速减小，电流脉冲出现凹陷，Vcm 增大，凹陷加深。谐振功放的工作状态谐振功放的工作状态第6页/共32页2 iC 的平均分量 IC0 与基波分量 Ic1m tiI d21C0C ttiI dcos1Cc1m iC 脉冲越宽，高度越高，IC0 和 Ic1m 就越大。如果出现凹陷，则凹陷越深，IC0 和 Ic1m 就越小。由此可求功率性能DoCoDCm1Ccmo0CCCD/ 2/ PPPPPIVPIVP 第7页/共32页2.2.3四个电压量对性能影响的定性讨论一、负载特性一、负载特性

5、1定义指 VBB、Vbm 和 VCC 一定，放大器性能随 Re 的变化特性。 2特性 Re 的增加势必将引起 Vcm 增大( (Vcm = ReIcm)Re Vcm vCEmin 功放欠压 过压 iC 波形出现凹陷。据此可以画出 Ic0 和 Ic1m 随 Re 变化的特性。 谐振功放的负载特性谐振功放的负载特性第8页/共32页第9页/共32页3 Vcm、Po、PD、PC、 C 随 Re 变化的曲线图 2- -2- -4负载特性 Vcm = ReIc1m ， Po = VcmIc1m/2=I2c1mRe/2 PD = VCCIC0 ， PC = PDPo C = Po/ PD第10页/共32页3

6、讨论( (1) ) 欠压区e2c1mRI Re ，iC 脉冲高度略有减小，相应的 IC0、Ic1m 也略有减小，因而 Vcm( (= ReIc1m) )和 Po( ( ) )近似线性增大，而 PD( (= VCCIC0) )略有减小， C 增大，PC 减小。( (2) )过压区Re ，电流脉冲高度减小，凹陷加深，相应的 IC0、Ic1m 减小，结果使 Vcm 略有增加，Po、PD 减小，且 Po 比 PD 减小的慢，从而 C 略有增加，PC 略有减小。( (3) )匹配负载 ReoptRe = Reopt 时，管子工作在临界状态， Po 最大， C 较大，PC 较小，放大器性能接近最佳。此时的

7、 Re 称为谐振功放的匹配负载。 第11页/共32页3讨论( (3) )匹配负载 ReoptRe = Reopt 时，管子工作在临界状态， Po 最大， C 较大，PC 较小，放大器性能接近最佳。此时的 Re 称为谐振功放的匹配负载。 o2CE(sat)CCo2cmeopt)(2121PVVPVR 第12页/共32页二、调制特性二、调制特性 图 225集电极调制特性两种调制特性：集电极调制和基极调制特性。 1集电极调制特性集电极调制特性 ( (1) )含义VBB、Vbm 和 Re一定，放大器性能随 VCC 变化的特性。( (2) )调制特性集电极调制特性与调幅电路集电极调制特性与调幅电路 欠压

8、状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲高度略有减小，因而 IC0 和 Ic1m 也将略有减小，Vcm( (= ReIc1m) )也略有减小。 第13页/共32页 过压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲的高度降低，凹深加深，因而 IC0、Ic1m、Vcm 将迅速减小。 ( (3) ) 集电极调幅原理电路 图中： tVtvcbmbcos)( 载波tVv cosm 调制信号ttVtvccmo)cos()( 为谐振回路上的输出电压。 与谐振功放区别：集电极回路接入调制信号电压。第14页/共32页图 227集电极调幅电路令 VCC(t) = VCC0 + v (t) 作为放大器的等效集电极电源电压。

9、若要求 Vcm(t) 按 VCC(t) 的规律变换，根据集电极调制特性，放大器必须在 VCC(t) 的变化范围内工作在过压状态。 第15页/共32页2基极调制特性基极调制特性 图 226基极调制特性( (1) )含义Vbm、VCC、Re 一定，放大器性能随 VBB 变化的特性。 ( (2) )调制特性基极调制特性与调制电路基极调制特性与调制电路当 Vbm 一定，VBB ，iC宽度、高度 ， IC0 Ic1m 、Vcm ，VCEmin ，放大器欠压 过压。过压后，随 VBB ，iC 宽度、高度 ，凹陷加深，IC0 和 Ic1m、Vcm 均增加缓慢，可认为近似不变。第16页/共32页( (3) )

10、基极调幅原理电路 图 228基极调幅电路)()(BB0BBtvVtV 基极偏置电压 使 Vcm 按 VBB(t) 的规律变化，放大器工作在欠压状态。第17页/共32页三、放大特性三、放大特性图 229放大特性1含义当 VBB、VCC 和 Re 一定，放大器性能随 Vbm 变化的特性。2特性固定 VBB，增大 Vbm 与上述固定 Vbm 增大 VBB 的情况类似，它们都使 iC 的宽度和高度增大，放大器由欠压进入过压，图 229( (a) )。谐振功放的放大特性谐振功放的放大特性第18页/共32页( (1) )谐振功放作为线性功放图 2210 ( (a) ) 线性功率放大器的作用为了使输出信号振

11、幅 Vcm 反映输入信号 Vbm 的变化，放大器必须在 Vbm 变化范围内工作在欠压状态。第19页/共32页( (2) ) 谐振功放作为振幅限幅器( (Amplitude Limiter) )图 2210 ( (b) ) 振幅限幅器的作用作用：将 Vbm 在较大范围内的变化转换为振幅恒定的输出信号。 特点：根据放大特性，放大器必须在 Vbm 的变化范围内工作在过压状态，或 Vbm 的最小值应大于临界状态对应的 Vbm 限幅门限电压。 第20页/共32页四、四个特性在调试中的应用四、四个特性在调试中的应用 在调试谐振功放时，上述四个特性十分有用。 例如，设一个丙类谐振功率放大器，设计在临界状态，

12、若制作出后，Po 和 C 均不能达到要求，则应如何进行调整。 Po 达不到要求，表明放大器没在临界。若增大 Re 能使 Po 增大，则根据负载特性，断定放大器工作在欠压状态，此时分别增大 Re、Vbm 和 VBB 或同时或两两增大均可使放大器由欠压进入临界。 第21页/共32页若增大 Re，Po 减小，放大器实际工作在过压状态，可增大 VCC( (同时，适当增大 Re 或 Vbm 或 VBB) )，需注意管子安全。 实际上放大器的工作状态除了改变 Re 外还可以根据实际情况通过改变 VCC、Vbm、VBB 来判断，不过改变 Re 较普遍，但不论改变哪个量都必须保证回路谐振在工作频率上。 第22

13、页/共32页第23页/共32页图 225集电极调制特性图 226基极调制特性图 229放大特性第24页/共32页 例：谐振功率放大器原工作在欠压状态。现为了提高输出功率，将放大器调整到临界工作状态。试问，可分别改变哪些量来实现？例 谐振功率放大器输出功率Po已测出，在电路参数不变时，为提高Po采用提高Vbm的办法。但效果不明显，试分析原因，并指出为了达到Po明显提高的目的，可采用什么措施?第25页/共32页例 谐振功率放大器输出功率Po已测出，在电路参数不变时，为提高Po采用提高Vbm的办法。但效果不明显，试分析原因，并指出为了达到Po明显提高的目的，可采用什么措施?(a)过压状态欠压状态Vb

14、mIC0OIcm1(b)过压状态欠压状态VbmPoOP=Pcip00(a)(b)欠压状态过压状态VCC欠压状态过压状态VCCIc0Icm1PoP=Pc欠压过压0临界Ic1Ic0VCRp0cP=PoPc欠压过压临界Rp负载特性曲线负载特性曲线采用提高Vbm提高Po效果不明显说明放大器工作在过压工作状态，为了达到Po明显提高的目的可以减小Rp或增加Vcc。第26页/共32页谐振功率放大器的主要指标是功率和效率。以临界状态为例：1) 首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量ic max和和 cbBZBB1cVVVcos导通角导通角 c集电极电流脉冲幅值集电极电流脉

15、冲幅值Icmic max=gcVbm(1cosc) 谐振功率放大器的计算谐振功率放大器的计算第27页/共32页2) 电流余弦脉冲的各谐波分量系数电流余弦脉冲的各谐波分量系数 0( c)、 1( c)、 n( c)可查表求得，并求得各分量的实际值。可查表求得，并求得各分量的实际值。3) 谐振功率放大器的功率和效率谐振功率放大器的功率和效率直流功率：直流功率： PD=Ic0 VCC交流输出功率：交流输出功率：maxcc1CC1cmcmo)(V21IV21Pi集电极效率：集电极效率：D1()2occcPgP第28页/共32页4) 根据根据p2CCp2cmoR)V(21RV21P可求得最佳负载电阻：可

16、求得最佳负载电阻：o2CCpP2)V(R在临界工作时， 接近于1，作为工作估算，可设定 =1。“最佳”的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放大器的效率较高，输出功率最大。在实际电路中，放大器所要求的最佳电阻需要通过匹配网络和终端负载(如天线等)相匹配。例:某谐振功率放大器的转移特性如图所示。已知该放大器采用晶体管的参数为：fT150MHz，功率增益Ap13dB，管子允许通过的最大电流IcM=3A，最大集电极功耗为Pcmax=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的负偏置 VBB =1.4V， c=70 ，VCC=24V， = 0.9，试计算放大器的各参数。第29页/共32页例:某谐振功率放大器的

17、转移特性如图所示。已知该放大器采用晶体管的参数为：fT150MHz，功率增益Ap13dB，管子允许通过的最大电流Ic M=3A，最大集电极功耗为Pc m a x=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的负偏置 VBB =1.4V， c=70 ，VCC=24V， = 0.9，试计算放大器的各参数。 vBE ic VBZ 2.6V 1A V/A5 . 0V)6 . 06 . 2(A1gcmcosBBBZcbVVVm1.40.65.80.342bVV)(maxCmaxcIA2)342. 01 (8 . 521安全工作i 2) 根据求得Vbm 3) 根据ic max=gcVbm(1cosc)求得ic max、Ic1、Ic0 c=70，cos70=0.342， Ic1=ic max1(70)=20.436=0.872A Ic0=i c max0(70)=20.253=0.50