高頻電路設(shè)計(jì)課件第4章-wenkub
2023-01-22 02:14:23 本頁面
【正文】 i c e b 故晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線表達(dá)式： V b m c o s ? c = BBV + V BZ諧振功率放大器轉(zhuǎn)移特性曲線 故得： bmBZBBc VVVc o s ???必須強(qiáng)調(diào)指出，集電極電流 ic雖然是脈沖狀，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。 ＜ ? c ＜ 180 176。 功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。 功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。 高頻功率信號(hào)放大器使用中需要解決的兩個(gè)問題 ① 高效率輸出 ② 高功率輸出 高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和高。 聯(lián)想對比： i c e b t o o i c t V BZ 諧振功率放大器與小信號(hào)諧振放大器的異同之處 相同之處 ：它們放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，而且放大器的負(fù) 載均為諧振回路。 諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(hào) (信號(hào)的通帶寬度只有其中心頻率的 1%或更小 )，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài) (?c＜ 90?)，為了不失真的放大信號(hào)，它的負(fù)載必須是諧振回路。 表 2 1 不同工作狀態(tài)時(shí)放大器的特點(diǎn) 工作狀態(tài) 半導(dǎo)通角 理想效率 負(fù) 載 應(yīng) 用 甲類 ? c =180 176。 50% ＜ h ＜ % 推挽 低頻 丙類 ? c ＜ 90 176。 諧振功率放大器各部分的電壓與電流的波形圖如下頁的圖所示 轉(zhuǎn)移 特性 i c V BZ o 理想化 i c max i c ? t o + ? c – ? c o + ? c – ? c V bm V bm e b v c –V BB ? t V BZ – V B B ? t V CC ? t ? t ? t e b i b i c e c V cm V cm v b 高頻功率放大器中各分電壓與電流的關(guān)系 cCCc vVe ??（ a） ? t 或電壓 電流 V BZ o i c max e c min i c ? c e c V cm V CC i c v c e b max 2 p p – V BZ v B V bm v b 2 3 p 2 p 2 5 p ( b) 高頻功率放大器中各部分 電壓與電流的關(guān)系 LC回路能量轉(zhuǎn)換過程 回路的這種濾波作用也可從能量的觀點(diǎn)來解釋。這時(shí)直流電源 VCC給出的能量儲(chǔ)存在電容 C之中。 – + C + – + – i c L – + i L 諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率 功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號(hào)來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘?hào)功率輸出去。諧振功率放大器就是從這方面入手，來提高輸出功率與效率的。 諧振功率放大器工作在丙類工作狀態(tài)時(shí) ?c＜ 90?，集電極余弦電流脈沖可分解為傅里葉級(jí)數(shù)： i c =I co + I c m 1 c o s ? t+ I c m 2 c o s 2 ? t +I c m 3 c o s 3 ? t+ ??直流功率： P DC =V CC ?I c 0 輸出交流功率： p2 1cmp2cm1cmcmo RI21R2VIV21P ????Vcm 回路兩端的基頻電壓 Icm1 基頻電流 Rp 回路的諧振阻抗 放大器的集電極效率： )(g21IVIV21PPc10cCC1cmcmoc ??????h?CCcmVV??集電極電壓利用系數(shù) 0c1cmc1 II)(g ??波形系數(shù)，通角 ?c的函數(shù)； ?c越小 g1(?c)越大 ?越大 (即 Vcm越大或 ecmin越小 )?c越小效率 hc越高。 工程上都采用近似估算和實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的方法對高頻功率放大器進(jìn)行分析和計(jì)算。 理想化折線 （虛線） i c g c e b 0 V BZ i c 過壓區(qū) 臨界線 欠壓區(qū) e b e c 0 ( a) ( b) g cr 若臨界線的斜率為 gcr，則臨界線方程可寫為 ic=gcrec 1)欠壓工作狀態(tài)： 集電極最大點(diǎn)電流在臨界線的右方，交流輸出電壓較低且變化較大。 三、集電極余弦電流脈沖的分解 當(dāng)晶體管特性曲線理想化后，丙類工作狀態(tài)的集電極電流脈沖是尖頂余弦脈沖。 60 176。 120 176。在 Ic max與 負(fù)載阻抗 Rp為某定值的 情況下，輸出功率將達(dá) 到最大值。 40 176。 ? c ? 1 ? 0 1 8 0 176。 尖頂脈沖的分解系數(shù) )(g21)( )(21IV IV21PP c1c10cCC1cmcmoc ????? ??????h?由于： )()()(gc0c1c1 ?? ????－波形系數(shù) 由曲線可知： 極端情況 ?c=0時(shí)， 2)( )()(gc0c1c1 ??? ????此時(shí) ?=1， hc可達(dá) 100% 因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取 70?左右。 80 176。 160 176。 如果 VCC、 VBB、 vb 3個(gè)參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)載電阻 Rp決定。 半導(dǎo)通角 ? t B A C D 3 2 1 負(fù)載增大 e b =e b max V CC Q e c min V c m 1. 欠壓狀態(tài) 2. 臨界狀態(tài) 3. 過壓狀態(tài) R p V c m V c m 圖中示出動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率為負(fù)值，它的物理意義是： 從負(fù)載方面看來，放大器相當(dāng)于一個(gè)負(fù)電阻，亦即它相當(dāng)于交流電能發(fā)生器，可以輸出電能至負(fù)載。 半導(dǎo)通角 ? t B A C D 3 2 1 負(fù)載增大 e b =e b max V CC Q e c min V c m 1. 欠壓狀態(tài) 2. 臨界狀態(tài) 3. 過壓狀態(tài) R p V c m V c m 2. 功率放大器的負(fù)載特性 在其他條件不變(VCC、 VBB、 vb為一定 )，只變化放大器的負(fù)載電阻而引起的放大器輸出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負(fù)載特性。在欠壓區(qū)至臨界點(diǎn) 的范圍內(nèi)，根據(jù) Vc=RpIc1，放大器的交流輸出電 壓在欠壓區(qū)內(nèi)必隨負(fù)載電阻 RP的增大而增大， 其輸出功率、效率的變化也將如此。 電壓、電流隨負(fù)載變化波形 i c i c 3 2 1 I m 0 180 176。 欠壓 過壓 0 臨 界 I c 1 I c0 V C R p 0 h c P = P o P c 欠壓 過壓 臨 界 R p 欠壓 過壓 0 臨 界 I c 1 I c0 V C R p 0 h c P = P o P
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