-谐振功率放大器的性能特点

第

2章谐振功率放大器2.2

谐振功率放大器的性能特点2.2.1近似分析方法2.2.2欠压、临界和过压状态2.2.3四个电压量对性能影响的定性讨论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——两假设

①

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

②

（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

图2–2–1谐振功率放大器的近似分析方法(b)①求动态点，画波形；②连动态线，画iC

波形；③图解积分求分量；④计算功率性能。

(1)求动态点，画波形图2–2–1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=

0º，15º，

30º，)

给定数值，由便可确定vBE

和vCE

(图a)。(2)连动态线，画iC

波形：图2–2–1谐振功率放大器的近似分析方法(b)

根据vBE

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

的波形。不到VCC，因为导通角小于(3)

图解积分求得分量

IC0和Ic1m

谐振电阻(4)

计算功率性能

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。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

①欠压状态

Vcm

的取值，使所对应的动态点均处在放大区。

②临界状态

Vcm

增大，使

t=

0

所对应的动态点A处在临界点，iCmax

略微减小。

③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2．iC

的平均分量IC0与基波分量Ic1m

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2.2.3四个电压量对性能影响的定性讨论一、负载特性

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

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=PD－Po

C=Po/PD3．讨论

(1)

欠压区

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

Reopt

Re

=

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。3．讨论

(3)匹配负载

Reopt

Re

=

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。二、调制特性图2–2–5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

(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

①欠压状态：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。

②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：

——载波——调制信号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。图2–2–7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。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。

2．基极调制特性

图2–2–6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。(3)基极调幅原理电路

图2–2–8基极调幅电路——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。三、放大特性图2–2–9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2–2–9(a)。谐振功放的放大特性(1)谐振功放作为线性功放图2–2–10(a)

线性功率放大器的作用

为了使输出信号振幅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。(2)

谐振功放作为振幅限幅器(AmplitudeLimiter)图2–2–10(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。

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，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。

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。图2–2–5集电极调制特性图2–2–6基极调制特性图2–2–9放大特性例：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?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?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。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icmax和c导通角c集电极电流脉冲幅值Icm谐振功率放大器的计算2)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。3)谐振功率放大器的功率和效率直流功率：PD=Ic0VCC交流输出功率：集电极效率：4)

根据可求得最佳负载电阻：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：fT≥150MHz，功率增益Ap≥13dB，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。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：fT≥150MHz，功率增益Ap≥13dB，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