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電子線路課程設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)

2025-06-04 09:19本頁(yè)面
  

【正文】 g 與 Ia1 是同相變化的,而 ua 則作反相變化。由此得出結(jié)論:當(dāng) eg=egmax時(shí), ea=eamin;反之,當(dāng) eg=egmin時(shí),則 ea=eamax,而 eamax 的極限值是 2E。 高頻功率放大器的能量關(guān)系 能量關(guān)系指的是功率放大器能量的來(lái)源和分配問(wèn)題,它對(duì)放大器的安全工作、節(jié)約能源、輸出大的功率都非常重要 。 在板極電路中主要有三部分能量:直流電源供給的能量,電子管輸送到振蕩回路的能量和電子轟擊板極在板極產(chǎn)生的熱能。顯然后兩種能量是由前一能量轉(zhuǎn)換得來(lái)的。根據(jù)能量守恒定律,三者應(yīng)該平衡。 諧振時(shí)回路呈現(xiàn)一純電阻,流經(jīng)它的基波電流振幅為 Ia1,它在回路上引起的基波電壓振幅為 Ua,因此,回路從電子管得到的高頻功率為 2211122 cmo cm p pUP I R R?? 供給電子管板極電路的唯 能源是直流電壓 Ea,所以直流輸入功率為 P0=EaIa0 直流輸入功率 P0 中的大部分經(jīng)電子管的轉(zhuǎn)換變成輸出功率 P~,剩余部分則使電子管的板極發(fā)熱變?yōu)榘鍢O損耗功率 Pa,所以 Pa=P0+P~ 于是我們就可以得到功率放大器的效率 η 為 ? ? ? ?1 110 ()1 1 12 2 2O c c mD C c o c cP I U gP I U ??? ? ? ???? ? ? ? 式中 , 稱為波形系數(shù),它是板極流通角的函數(shù) 。 由上述公式可以看出,放大器實(shí)質(zhì)上是把直流功率 P0 轉(zhuǎn)化為高頻功率 P~的能量轉(zhuǎn)換器,其轉(zhuǎn)換效率為 η。顯然,提高效率是我們所希望的。為此我們應(yīng)提高板壓利用系數(shù) ξ和減小通角 θ[為的是提高 γ(θ)],但過(guò)分減小 θ,將導(dǎo)致 Ia1 減小,因而輸出功率 P~也會(huì)減小,所以 θ有一最佳值。 從電子管內(nèi)部的物理過(guò)程來(lái)進(jìn)行分析。當(dāng)電子從陰極向板極運(yùn)動(dòng)時(shí),如果受到電場(chǎng)的加速,電子便從電場(chǎng)中吸收能量。如果受到電場(chǎng)的減速,則電子把能量交給電場(chǎng)。 電子在向板極的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,受到直流電場(chǎng)的加速 (其大小決定于直流電壓 Ea),增加動(dòng)能,也就是電子由直流電場(chǎng)取得能量,這部分能量是由直流電源供給的。但是在板極上還疊加有高頻電壓 ua 它的相位正好與激勵(lì)電壓 ug 相反,因此電子受到高頻電場(chǎng)的排斥而減小了動(dòng)能,所減小的動(dòng)能等于 電子交給高頻電場(chǎng)的能量,這部分能量就是回路上高頻功率 P~的來(lái)源。電子以剩余的動(dòng)能轟擊板極,從而產(chǎn)生板耗。 發(fā)射管的工作狀態(tài) 根據(jù)放大器有無(wú)柵流及柵流大小 (即動(dòng)態(tài)工作范圍 )分類,可分為緩沖狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)、弱過(guò)壓狀態(tài)和強(qiáng)過(guò)壓狀態(tài)。 緩沖狀態(tài)是指無(wú)柵流工作,此時(shí)電子管的板柵動(dòng)特性只限于負(fù)柵壓區(qū)中 。如圖 3( a)所示。 欠壓狀態(tài)是指雖然也有柵流,但和板流相比卻十分微小,因而不至于使板流尖頂脈沖波形嚴(yán)重失真。此時(shí)板柵動(dòng)特性延伸到正柵壓區(qū),但延伸范圍很小。圖 41(b)所示。 過(guò)壓狀態(tài)是指柵流很大,板 流脈沖波形有很大凹陷。此時(shí)板柵動(dòng)特性在正柵壓延伸范圍較大,稱為過(guò)壓狀態(tài)。過(guò)壓狀態(tài)又有弱過(guò)壓和強(qiáng)過(guò)壓之分。板流脈沖有凹陷,但并不下降到零,稱為弱過(guò)壓狀態(tài) 臨界狀態(tài)是指板柵動(dòng)特性延伸到正柵區(qū)使板流脈沖出現(xiàn)平頂而尚未產(chǎn)生凹陷時(shí)的工作狀態(tài),此時(shí)柵流大于欠壓狀態(tài)的柵流。 圖 5 總電路圖 將電路用 Muitisim進(jìn)行仿真運(yùn)行,分別記錄負(fù)載及激勵(lì)電壓 Ug對(duì)功率放器的影響。 當(dāng)功率放大器的電源電壓 +Ucc,基極偏壓 Ub,輸入電壓 C 確定后,如果電容導(dǎo)通角確定,則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回 路的等效負(fù)載電阻 Rp。諧振功率放大器的交流負(fù)載特性如圖所示。 圖 6 諧振功率放大器的負(fù)載特性 激勵(lì)電壓 ug= Ugcosωt是隨時(shí)間而變化的。當(dāng) Eg、 Ea、 Roe 保持不變時(shí),激勵(lì)電壓振幅 Ug 的變化對(duì)工作狀態(tài)將產(chǎn)生影響: 當(dāng) Ug= 0 時(shí),丙類高頻功率放大器將處于截止?fàn)顟B(tài)。 當(dāng) Ug 由零開(kāi)始增加,且 eg= Eg 十 Ug≥Eg?時(shí),板 ia 開(kāi)始導(dǎo)通,在 eg< 0 時(shí),柵流為零,顯然此時(shí)為欠壓狀態(tài)。 Ug 繼續(xù)增加,且 eg= Eg 十 Ug≥ 0 時(shí),柵流 ig 開(kāi)始出現(xiàn),并隨 Ug 增加而增大。所以工作狀態(tài)便由欠壓進(jìn)入臨界進(jìn)而轉(zhuǎn)入過(guò)壓 狀態(tài)。由此可見(jiàn),改變 Ug 大小,就可以改變工作狀態(tài)。 圖 7 U變化對(duì)工作狀態(tài)影響的三組曲線 在諧振功放中,為了提高效率,都在丙類工作狀態(tài),或者工作在更高效率的丁類和戊類。在這種情況下,功率管集電極電流為嚴(yán)重失真的脈沖序列波形或周期性的開(kāi)關(guān)波形。 為實(shí)現(xiàn)不失真放大,必須限定輸 入信號(hào)為單一頻率的高頻正弦波(即載波信號(hào))或者在高頻附近占有很窄頻帶的已調(diào)波信號(hào)。在這種信號(hào)作用下,功率管集電極電流波形為接近余弦的脈沖序列,用傅氏級(jí)數(shù)將它分解為平均分量,基波分量和各次諧波分量之和,輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)取出基本波分量,濾除其它無(wú)用分量,就能在負(fù)載上獲得不失真的輸出信號(hào)。 同理,在功率管輸入端,基極電流也是失真脈沖序列,通過(guò)輸入匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的濾波作用,加到功率管輸入端的為不失真的信號(hào)電壓。 與非諧振功放一樣,在特定的偏置條件下,對(duì)應(yīng)于特定大小的輸入信號(hào),功率管有一最佳負(fù)載,這時(shí),諧振功放的輸出功 率最大,效率也較高。因此濾波匹配網(wǎng)絡(luò)除了濾波作用外,還起到匹配作用,即將輸出負(fù)載(往往是非電阻性負(fù)載)變換為功率管所需的最佳負(fù)載。 總之,諧振功放是在限定輸入信號(hào)波形的情況下,通過(guò)濾波匹配網(wǎng)絡(luò),使輸出負(fù)載上得到所需的不失真功率。 這次的課程設(shè)計(jì)和 學(xué)習(xí)該平臺(tái)背景和功能的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我想象的時(shí)間。在學(xué)習(xí)期間,本人還通過(guò)網(wǎng)上的各種 功率放大器 進(jìn)行學(xué)習(xí)與研究,我原以為這樣的設(shè)計(jì)水平將無(wú)法完成設(shè)計(jì),但當(dāng)掌握了大部分應(yīng)用技巧時(shí),剩下的系統(tǒng)思路的設(shè)計(jì)就顯得不是最大的障礙了。 我在 2 個(gè)月內(nèi)寫完這個(gè)程序,經(jīng)過(guò)了 很多次的調(diào)試,終于完成了現(xiàn)在的程序。原先認(rèn)為不可能的事,我發(fā)現(xiàn),如果有不畏困難的信心和肯鉆研的勇氣,就一定會(huì)完成,甚至達(dá)到意想不到的效果。 [1] 張肅文 《高頻電子線路》 高等教育出版社 1979年 5月第 1次印刷。 [2] 管致中 《無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)》高等教育出版社 1963 [3] 董在望 《通信電路原理》 第二版 高等教育出版社 2021 [4] 陽(yáng)昌漢 《高頻電子線路》 第 2版 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2021 [5] 曹志剛 錢亞生 《現(xiàn)代通信原理》 北京 清華大學(xué)出版社 1992 [6] 謝自美 主編, 《電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試》 第三版,華中科技大學(xué)出版社 [7] 楊翠娥 主編, 《高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》,哈爾濱工程大學(xué)出版社 [8] 何中庸 譯, 《高頻電路設(shè)計(jì)與制作》,科學(xué)出版社 [9] 謝沅清 主編, 《模擬電子線路》Ⅱ ,成都電子科大出版社 [10 ]張肅文 主編, 《高頻電子線路》第三版,高教出版社
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