【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電流 o V BZ V CC V － BB V bm V cm v bE max ? i C i c max c i C v CE v BE v CE min 1. iC 與 vBE同相，與 vCE反相； 2. iC 脈沖最大時(shí)， vCE最??； 3. 導(dǎo)通角和 vCEmin越小， Pc越??； tVV bmBBBE ???? co svtVV cmCCCE ??? co svdtTP T CECc ? ?? 01 viv CE 第 3章 高頻諧振放大器 ? t 或電壓 電流 VBZ o ic m a x vc E m i n ic ?c VCE Vcm VCC ic vc VBE m a x 2 ? ? – VB B vB E Vbm vb 23 ? 2? 25 ? (b ) 高頻功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系 第 3章 高頻諧振放大器 高頻功放的能量關(guān)系 功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號(hào)來(lái)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。 有一部分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電極耗散功率。為了表示晶體管放大器的轉(zhuǎn)換能力引入集電極效率 ηc P0=直流電源供給的直流功率； P1=交流輸出信號(hào)功率； Pc=集電極耗散功率； 根據(jù)能量守衡定理： P 0 = P 1 + P c 故集電極效率： 1101ccPPP P P? ?? ?第 3章 高頻諧振放大器 由上式可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論： 2） 由式 1 1cccPP????? ?????可知 如果維持晶體管的集電極耗散功率 Pc不超過(guò)規(guī)定值，那么提高集電極效率 ?c，將使交流輸出功率 P1大為增加。諧振功率放大器就是從這方面入手，來(lái)提高輸出功率與效率的。 1) 設(shè)法盡量降低集電極耗散功率 Pc，則集電極效率 ?自然會(huì)提高。這樣，在給定 P0時(shí)，晶體管的交流輸出功率P1就會(huì)增大； 第 3章 高頻諧振放大器 如何減小集電極耗散功率 Pc 可見(jiàn)使 ic在 vCE最低的時(shí)候才能通過(guò)，那么，集電極耗散功率自然會(huì)大為減小。 晶體管集電極平均耗散功率： dtvTTCEc? ?01 i 故： 要想獲得高的集電極效率，諧振功率放大器的集電極電流應(yīng)該是脈沖狀。導(dǎo)通角小于 180?，處于丙類(lèi)工作 狀 態(tài)。 諧振功率放大器工作在丙類(lèi)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+ ??第 3章 高頻諧振放大器 直流功率： P 0 =V CC ? I c 0 輸出交流功率： 221 1 1112 2 2cc c c LLVP V I I RR? ? ? ? Vc 回路兩端的基頻電壓 Ic1 基頻電流 RL 回路的諧振電阻 放大器的集電極效率： cCCVV? ?10ccII? ?集電極電壓利用系數(shù) : 為通角 ?c的函數(shù)； ?c越小 γ越大 波形系數(shù) : 11001122ccc c cIUPP I U? ??? ? ?第 3章 高頻諧振放大器 ?越大 (即 Vcm越大或 vcEmin越小 )?c越小 ,效率 ?c越高。因此，丙類(lèi)諧振功率放大器提高效率 ?c的途徑為： 減小 ?c角； 使 LC回路諧振在信號(hào)的基頻上， 即 ic的最大值應(yīng)對(duì)應(yīng) vcE的最小值。 ? t 或電壓 電流 V BZ o i c m a x v c E m i n i c ? c v c E Vcm VCC ic vc vBE m a x 2 ? ? – V BZ v B Vbm vb 23 ? 2? 25 ? (b ) v CE 第 3章 高頻諧振放大器 若將尖頂脈沖分解為傅里葉級(jí)數(shù) i c =I c0 +I c m 1 c o s ? t + I c m 2 c o s 2 ? t+ ? + I c m n c o sn ? t+ ?由傅里葉級(jí)數(shù)的求系數(shù)法得 )c os1)(1(s i nc osc oss i n2)()c os1(s i nc os)()c os1(c oss i n)(210cccccccccccccccnnnnn?????????????????????????????????其中： ?n2. 01. 00 . 50. 40. 30. 20. 1020 ? 40 ? 60 ? 8 0 ?10 0 ??c?1?01 8 0 ?120 ? 160 ??1?0?0?1?2?3 1 40 ?尖頂脈沖的分解系數(shù) )()(m a xm a x10m a x0CnCc m nCCcmCCCiIiIiI????????????第 3章 高頻諧振放大器 ?n 2 . 0 1 . 0 0 . 5 0 . 4 0 . 3 0 . 2 0 . 1 0 20 ? 40 ? 60 ? 8 0 ? 10 0 ? ?c ?1 ?0 1 8 0 ? 120 ? 160 ? ?1 ?0 ?0 ?1 ?2 ?3 1 40 ? 尖頂脈沖的分解系數(shù) 當(dāng) ?c≈120?時(shí)， Ic1/icmax 達(dá)到最大值。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。這樣看來(lái)， 取 ?c=120?應(yīng)該是最佳通 角了。但此時(shí)放大器處 于甲級(jí)工作狀態(tài)效率太 低。 右圖可見(jiàn)： 第 3章 高頻諧振放大器 ?n2. 01. 00 . 50. 40. 30. 20. 1020 ? 40 ? 60 ? 8 0 ?10 0 ??c?1?01 8 0 ?120 ? 160 ??1?0?0?1?2?3 1 40 ?尖頂脈沖的分解系數(shù) ： －波形系數(shù) 由曲線可知： 極端情況 ?c=0時(shí)， 10() 2()cc???????此時(shí) ?=1， ?c可達(dá) 100% 因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取 70?左右。 由于 11100()1 1 12 2 ( ) 2c c ccC C c n cVIPP V I??? ? ? ???? ? ? ?10()()cc??????????????1P????但第 3章 高頻諧振放大器 bbd UIP 121? (3 ─ 27) 高頻功放的功率放大倍數(shù)為 dp PPK 1? (3 ─ 28) 用 dB表示為 )(10 1 dBPPLgKdp ? (3 ─ 29) 第 3章 高頻諧振放大器 第 3章 高頻諧振放大器 故諧振功率放大器的工作特點(diǎn)： 放大高頻大信號(hào) , 屬于非線性工作狀態(tài)； 基極偏置為負(fù)值 ,半通角 ?c＜ 90?， 即丙類(lèi)工作狀態(tài)； 電流脈沖是尖頂余弦脈沖； 負(fù)載為 LC諧振回路。 第 3章 高頻諧振放大器 高頻功放的分析方法 由于高頻功率放大器通常工作于丙類(lèi)，屬于非線性電路， 因此不能用線性等效電路來(lái)分析。 圖解法 ——利用電子器件的特性曲線來(lái)對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算 優(yōu)點(diǎn)：從客觀實(shí)際出發(fā)，計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確 缺點(diǎn)：對(duì)工作狀態(tài)的分析不方便，步驟繁雜 折線近似法 ——用折線段來(lái)表示電子器件的特性曲線，將電子器件的特性曲線用某些近似解析式來(lái)表示 優(yōu)點(diǎn)：物理概念清楚，分析工作狀態(tài)方便 缺點(diǎn)：計(jì)算準(zhǔn)確度較低 二、高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài) 第 3章 高頻諧振放大器 折線法 所謂折線法是將電子器件的特性曲線理想化，用一組折線代替晶體管靜態(tài)特性曲線后進(jìn)行分析和計(jì)算的方法。 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(duì)高頻功率放大器進(jìn)行分析和計(jì)算。折線法就是常用的一種分析法。 對(duì)諧振功率放大器進(jìn)行分析計(jì)算，關(guān)鍵在于求出電流的直流分量 Ic0和基頻分量 Icm1。 二、高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài) 第 3章 高頻諧振放大器 折線分析法 的主要步驟： 測(cè)出晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線 ic~ vBE及輸出特性曲線 ic~ vCE， 并將這兩組曲線作理想折線化處理。 作出動(dòng)態(tài)特性曲線。 根據(jù)激勵(lì)電壓 vb的大小在已知理想特性曲線上畫(huà)出對(duì)應(yīng)電流脈沖 ic和輸出電壓 vc的波形。 求出 ic的各次諧波分量 Ic0、 Ic Ic2…… 由給定的負(fù)載諧振阻抗的大小，即可求得放大器的輸出電壓、輸出功率、直流供給功率、效率等指標(biāo)。 第 3章 高頻諧振放大器 理想化折線 （虛線） i c g c 0 V B Z i c 過(guò)壓區(qū) 臨界線 欠壓區(qū) v BE v CE 0 ( a ) ( b ) gcr v BE 晶體管實(shí)際特性和理想折線 根據(jù)理想化原理晶體管的靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性可用交橫軸于VBZ的一條直線來(lái)表示 (VBZ為發(fā)射結(jié)開(kāi)啟電壓 )。 由上圖可見(jiàn)，根據(jù)理想化原理，在放大區(qū) ,集電極電流只受基極電壓的控制 ,與集電極電壓無(wú)關(guān) 。 在飽和區(qū)，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無(wú)關(guān)。 晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線 第 3章 高頻諧振放大器 在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極電流是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種： 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。 2)過(guò)壓工作狀態(tài)： 集電極最大點(diǎn)電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)， 交流輸出電壓較高且變化不大。 3)臨界工作狀態(tài)： 是欠壓和過(guò)壓狀態(tài)的分界點(diǎn)， 集電極最大點(diǎn)電流正好落在臨界線上。 ic 過(guò)壓區(qū) 臨界線 欠壓區(qū) v BE v CE 0 g cr 第 3章 高頻諧振放大器 1. 高頻功放的動(dòng)特性 理想化折線 （虛線） i c g c 0 V BZ i c 過(guò)壓區(qū) 臨界線 欠壓區(qū) e b v CE 0 (a ) (b ) g cr v BE 晶體管的靜態(tài)特性是在集電極電路內(nèi)沒(méi)有負(fù)載阻抗的條件下獲得的。如，維持基極電壓 vBE不變，改變集電極電壓vCE ，就可求出 ic–vCE靜態(tài)特性曲線族。如果集電極電路有負(fù)載阻抗，則當(dāng)改變 vBE使 ic變化時(shí)，由于負(fù)載上有電壓降，就必然同時(shí)引起 vCE的變化。 第 3章 高頻諧振放大器 高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗 RL、激勵(lì)電壓 vb、供電電壓 VCC、 VBB等 4個(gè)參量決定的。 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 RL決定。此時(shí)，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨 RL而變化的特性，就叫做放大器的負(fù)載特性。 所謂動(dòng)態(tài)特性是和靜態(tài)特性相對(duì)應(yīng)而言的，在考慮了負(fù)載的作用后，所獲得的 vCE、 vBE與 ic的關(guān)系曲線就叫做