通信電子電路諧振功率放大器56 (20149)

1、通信電子電路文鳳書(shū)山有路勤為徑學(xué)海無(wú)崖苦作舟第三章 高頻諧振功率放大器v3.1 概述概述 v3.2 丙類(lèi)諧振功率放大器的工作原理及其性能丙類(lèi)諧振功率放大器的工作原理及其性能 分析分析 v3.3 丙類(lèi)諧振功率放大器的工作狀態(tài)及其特性丙類(lèi)諧振功率放大器的工作狀態(tài)及其特性 v3.4 丙類(lèi)諧振功率的耦合與設(shè)計(jì)原則丙類(lèi)諧振功率的耦合與設(shè)計(jì)原則v3.5 倍頻器倍頻器 足夠大的高頻輸出功率。足夠大的高頻輸出功率。諧波分量應(yīng)盡量小，以免對(duì)其他頻道產(chǎn)生干擾諧波分量應(yīng)盡量小，以免對(duì)其他頻道產(chǎn)生干擾 A.工作頻率高，相對(duì)頻帶窄（工作頻率高，相對(duì)頻帶窄（頻寬只中心頻率的頻寬只中心頻率的1%或更小或更小)； B.B.采

2、用諧振系統(tǒng)作為負(fù)載回路；采用諧振系統(tǒng)作為負(fù)載回路； C.C.放大器一般工作在放大器一般工作在C C（丙）類(lèi)工作狀態(tài)（丙）類(lèi)工作狀態(tài)，屬于非線性電路；，屬于非線性電路； D. 輸入信號(hào)強(qiáng)，電壓在幾百毫伏一幾伏數(shù)量級(jí)附近，輸入信號(hào)強(qiáng)，電壓在幾百毫伏一幾伏數(shù)量級(jí)附近，不能用線不能用線性等效電路分析，一般采用性等效電路分析，一般采用圖解法和折線法圖解法和折線法分析；分析；各種類(lèi)型的發(fā)射機(jī)，以及許多電子設(shè)備如各種類(lèi)型的發(fā)射機(jī)，以及許多電子設(shè)備如 高頻換流器及微波功率源等。高頻換流器及微波功率源等。便攜式發(fā)射機(jī)：毫瓦級(jí)；便攜式發(fā)射機(jī)：毫瓦級(jí)； 無(wú)線電廣播電臺(tái)：幾十千瓦，無(wú)線電廣播電臺(tái)：幾十千瓦， 甚至兆瓦

3、級(jí)。甚至兆瓦級(jí)。討論：討論：若要提高若要提高C ，就應(yīng)減少，就應(yīng)減少 PC，則要減少，則要減少 iC vCE 途徑途徑 1：減小管子在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即減小管子在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即 增大增大 iC 0 的時(shí)間。（由的時(shí)間。（由甲類(lèi)甲類(lèi)甲乙類(lèi)甲乙類(lèi)乙類(lèi)乙類(lèi)丙類(lèi)丙類(lèi)）途徑途徑 2：使管子運(yùn)用在使管子運(yùn)用在開(kāi)關(guān)狀態(tài)開(kāi)關(guān)狀態(tài) (又稱(chēng)丁類(lèi)又稱(chēng)丁類(lèi))；管子在；管子在半個(gè)周期內(nèi)半個(gè)周期內(nèi) 飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通，另半個(gè)周期內(nèi)截止另半個(gè)周期內(nèi)截止。飽和飽和導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，vCE vCE (sat) 很小，因此導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，瞬時(shí)管耗很小，因此導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，瞬時(shí)管耗 iC vCE 處在很處在很 小的

4、值上。小的值上。截止時(shí)，截止時(shí)，不論不論 vCE 為何值，為何值，iC 趨于趨于 0，iC vCE 也處在零值附近。結(jié)果也處在零值附近。結(jié)果 PC 很小，很小，C 顯著增大。顯著增大。 為提高效率，為提高效率，管子工作狀態(tài)管子工作狀態(tài)：由：由甲類(lèi)甲類(lèi)乙類(lèi)乙類(lèi)丙類(lèi)丙類(lèi)丁類(lèi)轉(zhuǎn)變。丁類(lèi)轉(zhuǎn)變。V VCCCC vCE i iC CO O常量CEvBECvfi常量BEvCECvfiBVQQBEvCi甲類(lèi)：甲類(lèi)：Q點(diǎn)在放大區(qū)，功率管在整個(gè)周期內(nèi)都導(dǎo)通點(diǎn)在放大區(qū)，功率管在整個(gè)周期內(nèi)都導(dǎo)通=1800 （如小信號(hào)放大器）（如小信號(hào)放大器）乙類(lèi)：乙類(lèi)：Q點(diǎn)在放大區(qū)和截止區(qū)交界處，點(diǎn)在放大區(qū)和截止區(qū)交界處，VBEQ=

5、VBE(on)，功率管，功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 =900 （如乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放）（如乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放）丙類(lèi)：丙類(lèi)：Q點(diǎn)在截止區(qū)，功率管小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。點(diǎn)在截止區(qū)，功率管小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。900 甲乙類(lèi)：甲乙類(lèi)：Q點(diǎn)在放大區(qū)和截止區(qū)之間，但靠近截止區(qū)的位置，點(diǎn)在放大區(qū)和截止區(qū)之間，但靠近截止區(qū)的位置，管子管子在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 900 1800 截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)一、丙類(lèi)諧振功率放大器的原理電路一、丙類(lèi)諧振功率放大器的原理電路 VB為為基極偏置電壓基極偏置電壓VBEQ，其值應(yīng)，其值應(yīng)小于小于VBE(

6、on)即靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在即靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在截止區(qū)，以實(shí)現(xiàn)丙類(lèi)工作。截止區(qū)，以實(shí)現(xiàn)丙類(lèi)工作。tVtvssmscos)(tVVvVvssmBsBEQBEcosoCCCEvVvRFC為高頻扼流圈（通直流阻交流）為高頻扼流圈（通直流阻交流）;Co為耦合電容（通交流阻直流）為耦合電容（通交流阻直流） iL中無(wú)直流分量（即中無(wú)直流分量（即Ico = Idc）BBEQVVtvBEiCVBVBE(on)vBEiCVsmttnItItIIisssCcos2coscoscmncm2cm1cotVVvVvssmBsBEQBEcos若將該三極管的輸出直接接在一個(gè)純阻負(fù)載上可實(shí)現(xiàn)不失真放大嗎？若將該三極管的輸出直接

7、接在一個(gè)純阻負(fù)載上可實(shí)現(xiàn)不失真放大嗎？IcmaxsmBEQonBEVVV)(arccos)()(maxonBEsmBccVVVgI思考：思考：通過(guò)哪些途徑可提高導(dǎo)通角通過(guò)哪些途徑可提高導(dǎo)通角cos1coscoscoscmax)(tIVtVVgisonBEssmBcC改變導(dǎo)通角的途徑改變導(dǎo)通角的途徑smBonBEVVV)(arccos可通過(guò)改變可通過(guò)改變 輸入信號(hào)幅度輸入信號(hào)幅度Vsm和偏置電和偏置電壓壓VB來(lái)調(diào)整導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)整導(dǎo)通角的大小當(dāng)當(dāng) Vsm一定一定,可改變可改變VBVB2vBEicvBEmax1vBEmax2VB3vBEVB1vBEmax3VBE(on)ic飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大

8、區(qū)截止區(qū)截止區(qū)123左移，即左移，即V VB B減小，減小，減小，減小，Icmax 右移，即右移，即VB增大，增大，減小，減小，Icmax當(dāng)當(dāng)VB 一定一定,可改變可改變VsmvBEicvBEmax1vBEmax2vBEVBvBEmax3VBE(on)ic飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)123Vsm減小減小, 變小變小; Icmax Vsm增大增大, 變大，變大， Icmax當(dāng)當(dāng)Vsm、VB太大時(shí)，管子進(jìn)入飽和區(qū)會(huì)使輸出產(chǎn)生凹陷。太大時(shí)，管子進(jìn)入飽和區(qū)會(huì)使輸出產(chǎn)生凹陷。關(guān)于集電極電流關(guān)于集電極電流ic平均分量平均分量 tItIIissCcosncoscmncm10C基波分量基波分量n n次

9、諧波分量次諧波分量icttic1ic2ic3IcoIcmax 0cmaxcmaxc)cos1 (cossin)(21IItdiIsco 1cmaxcmax1)cos1 (cossin)(cos21IIttdiIssccm ncssccmnInnnnIttdniIcmax2maxcos11)sincoscos(sin2)(cos21.)(有關(guān)只與導(dǎo)通角為電流分解系數(shù),)2(21nIIIcmncmcmtVtvssmscos)(與輸入信號(hào)的頻率相與輸入信號(hào)的頻率相同同輸入電壓、集電極電輸入電壓、集電極電流、輸出電壓的波形相同嗎？流、輸出電壓的波形相同嗎？工作原理分析續(xù)：輸出電壓表達(dá)式工作原理分析續(xù)：

10、輸出電壓表達(dá)式 因?yàn)橐驗(yàn)長(zhǎng)C諧振回路諧振回路，因而電路諧振電阻因而電路諧振電阻R上流的是上流的是電流，電流，即輸出電壓為：即輸出電壓為：tVtRIRivcmcmcocoscos11RIRIVccmcm)(1max1：其中vCEvctVCCvBEtvsVsmVcmictibtIcmaxVB丙類(lèi)功放各級(jí)電壓、電流的波形圖丙類(lèi)功放各級(jí)電壓、電流的波形圖VBE(on)tVVvcmCCCEcos1、輸出功率、輸出功率:cmcmcmcmoVIRVRIP1221212212、轉(zhuǎn)換效率、轉(zhuǎn)換效率:)(0max0CCCcCCDIVIVP DocPP:集電極效率)()(21210max1max01CCCCcmcC

11、CcmcmIIVVIVIV)()(21013、管子消耗的功率、管子消耗的功率:oDcPPP:電源提供的功率008060 一般為了兼顧兩者的要求，是一對(duì)矛盾，和越大，即越小但cOcP為電壓利用系數(shù)為電壓利用系數(shù)=Vcm/Vcc最大。時(shí)最大。即時(shí)，大，當(dāng)大，就要求要)(120)(32)(101nOnP)(211g：求 )(108 .62cos3)(6Vttvs各為多少？及問(wèn)若電壓利用系數(shù)的基波分量振幅集電極電流occmcPIi，、12;11例題例題1：諧振功放的電路及晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線如圖，已知：諧振功放的電路及晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線如圖，已知L=7.68H，VB=-1V，VCC=12V， 設(shè)輸入信號(hào)

12、為：設(shè)輸入信號(hào)為：詳細(xì)解答：詳細(xì)解答：tV1BEv根據(jù)題意得：根據(jù)題意得：msvigBEC2005 . 020300)(300)5 . 013(200)()(maxmAVVVgIonBEBsmc曲線的斜率為曲線的斜率為: :管子的導(dǎo)通電壓為管子的導(dǎo)通電壓為: :)(5 . 0)(VVonBE又因?yàn)榛鶚O偏置電壓又因?yàn)榛鶚O偏置電壓: :1BBEQVV所以有所以有: :0)(603) 1(5 . 0arccosarccossmBonBEVVV)(120)60(01max1mAIIccm)(66)60(00max0mAIIcc)(72. 02121111WIVIVPcmCCcmcmO%90)()(21

13、01例題例題2:已知諧振功率放大器的輸出功率已知諧振功率放大器的輸出功率PO=5W,集電極集電極電源電壓電源電壓VCC=+24V,如果要求攻放的集電極效率如果要求攻放的集電極效率=80%,電源供給的功率電源供給的功率PD及耗散功率及耗散功率PC各為多少各為多少?解解: :56.250.86.2551.25OODCOODCDOPPPPPPPWPPPW初步設(shè)計(jì)一個(gè)丙類(lèi)功放，它采用初步設(shè)計(jì)一個(gè)丙類(lèi)功放，它采用N溝道增強(qiáng)型管子，溝道增強(qiáng)型管子，電路向負(fù)載提供電路向負(fù)載提供25W的功率，放大器效率為的功率，放大器效率為85，工作頻率，工作頻率50MHz，電源電壓為，電源電壓為12V。解：電路基本結(jié)構(gòu)跟三

14、極管構(gòu)成的丙類(lèi)功放類(lèi)似，電路初步設(shè)計(jì)為：解：電路基本結(jié)構(gòu)跟三極管構(gòu)成的丙類(lèi)功放類(lèi)似，電路初步設(shè)計(jì)為：忽略飽和壓降忽略飽和壓降VDS(S)，則認(rèn)為，則認(rèn)為1，即，即Vom=VCC要工作于要工作于狀態(tài)，要求狀態(tài)，要求VGS VGS(th) 25 根據(jù)eomORVP22)(88. 225212222OomPVR 8 又因?yàn)?105 .73521）（）（：)(884. 7)(max1max1AiiRIRVDDmDom：又因?yàn)檫x選fT 、 f盡量大的管子；設(shè)盡量大的管子；設(shè)RLC并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因素并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因素Qe為為10，則有：，則有：L=R/O Qe =9 10-4 (H) ；C=1/O

15、2 L=12(PF) )()(onBEcmCECCsmBcCVVvVVVgi3.3.1、諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)分析方法諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)分析方法( (用靜態(tài)特性曲線表示，其高頻效應(yīng)用靜態(tài)特性曲線表示，其高頻效應(yīng) 可忽略。且諧振回路具有理想濾波特性）可忽略。且諧振回路具有理想濾波特性）若設(shè)輸入電壓：若設(shè)輸入電壓： 當(dāng)放大器工作在諧振狀態(tài)時(shí)，其當(dāng)放大器工作在諧振狀態(tài)時(shí)，其外部電路輸入端電壓方程為外部電路輸入端電壓方程為:又利用晶體管的內(nèi)部特性關(guān)系式（折線方程）：又利用晶體管的內(nèi)部特性關(guān)系式（折線方程）：動(dòng)態(tài)特性曲線在動(dòng)態(tài)特性曲線在vCE軸上的截距軸上的截距 vBEiCgCVBE(on)tVVvss

16、mBBEcoscmCECCsmBBEVvVVVv)()()(oCEdsmBonBEcmCCCEcmsmcVvgVVVVVvVVg動(dòng)態(tài)特性曲動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率線的斜率 tVVvscmCCCEcostVvssmscos)()(onBEBEcCVvgiV0gdcmsmcdVVgg當(dāng)當(dāng)R增大增大Vcm=Icm1R增大增大|gd|減小，曲線向左移動(dòng)。減小，曲線向左移動(dòng)。tVVvssmBBEcostVVvscmCCCEcosIQ= gc(VB-VBE(on) A (vcemin，vbemax)Q (VCC，IQ)vcemin= VCC-Vcm BAB (VO，0)QVO= VCC-VcmcosB、Q點(diǎn)的確

17、定點(diǎn)的確定B點(diǎn)的確定：點(diǎn)的確定： (VCC -Vcm cos ，0)，時(shí)當(dāng)tcoscos1cmCCcmCCCEVVRIVv0CiQ點(diǎn)的確定：點(diǎn)的確定：( (VCC，gc(VB-VBE(on)，時(shí)2即當(dāng)snttv20)(CCscmCCCEVtVVvcos）為負(fù)值)()(onBEBcCVVgi 在放大技術(shù)中，人們根在放大技術(shù)中，人們根據(jù)器件是否進(jìn)入截止和進(jìn)入據(jù)器件是否進(jìn)入截止和進(jìn)入截止區(qū)的時(shí)間長(zhǎng)短，將放大截止區(qū)的時(shí)間長(zhǎng)短，將放大器分為甲類(lèi)、乙類(lèi)和丙類(lèi)等，器分為甲類(lèi)、乙類(lèi)和丙類(lèi)等，而在丙類(lèi)放大器中，有時(shí)需而在丙類(lèi)放大器中，有時(shí)需要晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，以獲要晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，以獲得人們期望的某種結(jié)果，根

18、得人們期望的某種結(jié)果，根據(jù)晶體管的輸出動(dòng)態(tài)點(diǎn)是否據(jù)晶體管的輸出動(dòng)態(tài)點(diǎn)是否進(jìn)入飽和區(qū)將放大器的進(jìn)入飽和區(qū)將放大器的工工作狀態(tài)作狀態(tài)分為分為欠壓欠壓、臨界臨界、過(guò)壓過(guò)壓三種狀三種狀態(tài)。態(tài)。 A1： vCEmin 對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于放大區(qū)，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于放大區(qū)，Vcm VCC VCES -過(guò)壓狀態(tài)，過(guò)壓狀態(tài)， iC 迅速減小，電流迅速減小，電流脈沖出現(xiàn)凹陷脈沖出現(xiàn)凹陷，隨，隨 Vcm 增大增大, 凹陷加深凹陷加深cmCCCEVVvminCESV三、丙類(lèi)諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)：欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)三、丙類(lèi)諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)：欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài) 一、負(fù)載特性一、負(fù)載特性：VB、Vsm

19、、VCC 一定，改變一定，改變 Re 對(duì)應(yīng)特性。對(duì)應(yīng)特性。 vBEiCVBVBE(on)vBEiCCCgCVsmvBEmaxIcmaxvCEiCVCCQvCEminVCESgdvBEmax過(guò)過(guò)壓壓區(qū)區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)欠壓區(qū)欠壓區(qū)A1A5A3A4A2V0當(dāng)當(dāng)Re增大增大Vcm=Icm1Re增大增大|gd|減小，曲線向左移動(dòng)。減小，曲線向左移動(dòng)。ReRe 的增加勢(shì)必將引起的增加勢(shì)必將引起 Vcm 增大增大( )cm1ecmIRVReVcmvCEmin；工作狀態(tài)由；工作狀態(tài)由欠壓欠壓臨界臨界過(guò)壓過(guò)壓， iC 由由接近余弦變化的電流脈沖接近余弦變化的電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)橹虚g有凹陷的脈沖波中間有凹陷的脈沖波

20、。曲線斜率曲線斜率g gd d 為：為：1cmesmcIRVg icvCEPoRe欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Re欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1Icoc PDPcvbemaxUcm Vcm = ReIcm1 Po =VcmIcm1/2 PD = VCCIC0 PC = PDPo C = Po/ PD（1 1）臨界臨界: :Po最大最大，效率效率也也較高較高，可以說(shuō)是最，可以說(shuō)是最佳工作狀態(tài)，常選此狀態(tài)為末級(jí)佳工作狀態(tài)，常選此狀態(tài)為末級(jí)功放功放輸出狀態(tài)。輸出狀態(tài)。（2）過(guò)壓過(guò)壓:Rp變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)；在弱過(guò)壓時(shí)，效率可達(dá)最高，變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)；在弱過(guò)壓時(shí)，效率

21、可達(dá)最高，Po有所下降。常用于需要維持輸出電壓比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，如發(fā)射機(jī)的中間放大級(jí)。有所下降。常用于需要維持輸出電壓比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，如發(fā)射機(jī)的中間放大級(jí)。集電極調(diào)幅集電極調(diào)幅也工作于這種狀態(tài)。也工作于這種狀態(tài)。Reopt _最佳負(fù)載阻抗（匹配阻抗）最佳負(fù)載阻抗（匹配阻抗） o2CESCCo2cmeopt)(2121PVVPVR（3）欠壓欠壓:Po與與都都比較比較低低且且PC大大，輸出電壓又不夠穩(wěn)定，因此一般較少，輸出電壓又不夠穩(wěn)定，因此一般較少采用。但在某些場(chǎng)合，例如采用。但在某些場(chǎng)合，例如基極調(diào)幅基極調(diào)幅，則需采用這種工作狀態(tài)。，則需采用這種工作狀態(tài)。1. 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 (1

22、)含義含義：指指VB、Vsm 和和 Re一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨 VCC變化的特性。變化的特性。 (2) 調(diào)制特性調(diào)制特性：VCCVcmvCEmin，工作狀態(tài)由：，工作狀態(tài)由：過(guò)壓過(guò)壓 臨界臨界欠壓欠壓，iC 由由中間有凹中間有凹陷的脈沖波陷的脈沖波。轉(zhuǎn)變?yōu)?。轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏嘞易兓慕咏嘞易兓碾娏髅}沖波且脈沖高度增加。電流脈沖波且脈沖高度增加。（包括（包括集電極調(diào)制集電極調(diào)制和和基極調(diào)制基極調(diào)制兩種特性）兩種特性）vCEicvBEmaxQVCCQVCCQVCCt iC結(jié)論結(jié)論:若要若要VCC能有效控制能有效控制Vcm實(shí)實(shí)現(xiàn)集電極調(diào)制現(xiàn)集電極調(diào)制，則放大器，則放大器應(yīng)應(yīng)工作在過(guò)壓狀態(tài)

23、工作在過(guò)壓狀態(tài)； 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性是實(shí)現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)集電極調(diào)幅集電極調(diào)幅的原理依據(jù)。的原理依據(jù)。晶體三極管調(diào)幅電路的基本理論。晶體三極管調(diào)幅電路的基本理論。圖中：圖中： tVtvcbmbcos)( 載波載波tVv cosm 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)ttVtvccmo)cos()( 為為諧振回路上的輸出電壓諧振回路上的輸出電壓。與諧振功放區(qū)別：與諧振功放區(qū)別：集電極回路接入調(diào)制信號(hào)電壓集電極回路接入調(diào)制信號(hào)電壓。令令 VCC(t) = VCC0 + v (t) 作為放大器的作為放大器的等效集電極電源電等效集電極電源電壓壓。若要求若要求 Vcm(t) 按按 VCC(t) 的規(guī)律變換，根據(jù)集電極調(diào)制特

24、的規(guī)律變換，根據(jù)集電極調(diào)制特性，放大器必須在性，放大器必須在 VCC(t) 的變化范圍內(nèi)工作在的變化范圍內(nèi)工作在過(guò)壓狀態(tài)過(guò)壓狀態(tài)。 載波信號(hào)載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)用調(diào)制信號(hào)控制的用調(diào)制信號(hào)控制的集電極偏置電壓集電極偏置電壓(1) 含義：含義：Vsm、VCC、Re一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨 VB 變化的特性。變化的特性。 VcmIcoIcml臨界臨界VB過(guò)壓過(guò)壓欠壓欠壓OVB2vBEiCvBEmax1vBEmax2VB3vBEVB1vBEmax3VBE(on)iCt飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)123 (2) 調(diào)制特性：調(diào)制特性：當(dāng)當(dāng) Vsm 一定，一定，VB 時(shí)，時(shí)，iC寬度

25、、高度寬度、高度，IC0 Icm1Vcm ，使，使 vCEmin ，工作狀態(tài)：，工作狀態(tài)：欠壓欠壓臨界臨界過(guò)壓過(guò)壓狀態(tài)。狀態(tài)。過(guò)壓狀態(tài)：隨過(guò)壓狀態(tài)：隨VB 正值方向增大，集電極電流的寬度和高度均增加，使凹陷加深，正值方向增大，集電極電流的寬度和高度均增加，使凹陷加深，結(jié)果使結(jié)果使 IC0 和和 Ic1m、Vcm 均將增大，但增大得十分緩慢，可認(rèn)為近似不變。均將增大，但增大得十分緩慢，可認(rèn)為近似不變。 若要若要VB 有效控制有效控制VCC 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)基極調(diào)制基極調(diào)制，應(yīng)工作在應(yīng)工作在欠壓欠壓狀態(tài)；狀態(tài)；基極調(diào)制特性是實(shí)現(xiàn)基極調(diào)制特性是實(shí)現(xiàn)基極調(diào)幅基極調(diào)幅的原理依據(jù)。（因基極調(diào)幅非線性的原理依據(jù)。（

26、因基極調(diào)幅非線性失真大；需激勵(lì)信號(hào)功率大；所以一般不采用）失真大；需激勵(lì)信號(hào)功率大；所以一般不采用）)()(BB0BBtvVtV 讓放大器工作在讓放大器工作在欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)。使使 Vcm(t) 按按 VBB(t) 的規(guī)的規(guī)律變化，即輸出信號(hào)的幅度受調(diào)制信號(hào)線性控制，從律變化，即輸出信號(hào)的幅度受調(diào)制信號(hào)線性控制，從而實(shí)現(xiàn)基極調(diào)幅。而實(shí)現(xiàn)基極調(diào)幅。 載波信號(hào)載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)用調(diào)制信號(hào)控制的基極偏置電壓用調(diào)制信號(hào)控制的基極偏置電壓1. 含義含義：當(dāng)當(dāng) VB、VCC 和和 Re一定一定，放大器性能隨，放大器性能隨Vsm 變化的特性。變化的特性。：固定固定 VB，增大，增大 Vsm 與上述固定

27、與上述固定 Vsm 增大增大 VB 的情況類(lèi)似的情況類(lèi)似.vBEiCvBEmax1uBEmax2vBEVBvBEmax3VBE(on)iCt飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)123 即即 VB 一定，一定，Vsm 時(shí)，時(shí)，iC寬度、高度寬度、高度，IC0 Icm1Vcm ，使，使 vCEmin ，工作狀態(tài)：，工作狀態(tài)：欠壓欠壓臨界臨界過(guò)壓過(guò)壓狀態(tài)。狀態(tài)。放大特性的應(yīng)用放大特性的應(yīng)用(1) (1) 諧振功放作為線性功放時(shí)諧振功放作為線性功放時(shí) 為了使輸出信號(hào)振幅為了使輸出信號(hào)振幅 Vcm 反映輸入信號(hào)反映輸入信號(hào) Vsm 的變化，放大器必須在的變化，放大器必須在 Vsm 變化范圍變化范圍內(nèi)工作

28、在內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。欠壓狀態(tài)。(2) 諧振功放作為振幅限幅器諧振功放作為振幅限幅器(Amplitude Limiter) 作用：作用：將將 Vsm 在較大范圍內(nèi)的變化轉(zhuǎn)換為在較大范圍內(nèi)的變化轉(zhuǎn)換為振幅恒定的輸出信號(hào)振幅恒定的輸出信號(hào)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：根據(jù)放大特性，放大器必須在根據(jù)放大特性，放大器必須在 Vsm 的變化范圍內(nèi)工的變化范圍內(nèi)工作在作在過(guò)壓狀態(tài)過(guò)壓狀態(tài)，或，或 Vsm 的最小值應(yīng)大于臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的的最小值應(yīng)大于臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的 Vsm 限限幅門(mén)限電壓。幅門(mén)限電壓。 四、四個(gè)特性在調(diào)試中的應(yīng)用四、四個(gè)特性在調(diào)試中的應(yīng)用 在調(diào)試諧振功放時(shí)，上述在調(diào)試諧振功放時(shí)，上述四個(gè)特性四個(gè)特性十分有用。

29、十分有用。 例如，例如，一丙類(lèi)諧振功放，設(shè)計(jì)在臨界狀態(tài)，若制作出一丙類(lèi)諧振功放，設(shè)計(jì)在臨界狀態(tài)，若制作出后，后，P Po o 和和 C C 均不能達(dá)到要求，則應(yīng)如何進(jìn)行調(diào)整。均不能達(dá)到要求，則應(yīng)如何進(jìn)行調(diào)整。 Po 達(dá)不到要求，表明放大器達(dá)不到要求，表明放大器沒(méi)在臨界沒(méi)在臨界。若增大若增大 Re 能使能使 Po 增大，則根據(jù)負(fù)載特性，斷定增大，則根據(jù)負(fù)載特性，斷定放大器工作在放大器工作在欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)，此時(shí)，此時(shí)分別增大分別增大 Re、Vsm 和和 VB 或同或同時(shí)或兩兩增大均可使放大器時(shí)或兩兩增大均可使放大器由由欠壓欠壓進(jìn)入進(jìn)入臨界臨界。 VB、Vsm 、Re由由小小到到大大增加時(shí)，功放的

30、工作狀態(tài)都由增加時(shí)，功放的工作狀態(tài)都由欠壓欠壓過(guò)壓過(guò)壓。VCC由由小小到到大大增加時(shí)，功放的工作狀態(tài)都由增加時(shí)，功放的工作狀態(tài)都由過(guò)壓過(guò)壓欠壓欠壓VB、Vsm 和和 VCC 、 Re變化對(duì)電路性能及工作狀態(tài)的影響變化對(duì)電路性能及工作狀態(tài)的影響:要實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)集電極調(diào)制集電極調(diào)制，應(yīng)該調(diào)整，應(yīng)該調(diào)整VCC讓電路工作于讓電路工作于過(guò)壓過(guò)壓狀態(tài)狀態(tài)要實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)基極調(diào)制基極調(diào)制，應(yīng)該調(diào)整，應(yīng)該調(diào)整VB讓電路工作于讓電路工作于欠壓欠壓狀態(tài)狀態(tài)要作為功率放大器用，應(yīng)該調(diào)整要作為功率放大器用，應(yīng)該調(diào)整Re Reopt讓電路工作于讓電路工作于臨界臨界狀態(tài)。狀態(tài)。要作要作限幅器限幅器用，應(yīng)該調(diào)整用，應(yīng)該調(diào)整Vsm

31、讓電路工作于讓電路工作于過(guò)壓過(guò)壓狀態(tài)狀態(tài) ：某諧振功率放大器中的功放管的輸出特性曲線：某諧振功率放大器中的功放管的輸出特性曲線如圖示，電路處于臨界狀態(tài)，已知如圖示，電路處于臨界狀態(tài)，已知gcr=0.41S，0.9， VCC=30V ，導(dǎo)通角，導(dǎo)通角900，求：，求： Vom 、 R 、 Po 、 PD)(279 . 0309 . 0VVVCCom解)(32730VVVVomCCCES)(23. 1341. 0maxAVgiCEScrC21)90(900101)90(00)(615. 0)(1max1AiICmc)(23. 1)(0max0AiICC)(9 .431mcomIVR)( 1 . 8

32、21WIVPmcomO)(23. 1300WIVPcCCD 已知某一由場(chǎng)效應(yīng)管組成的丙類(lèi)功放，其輸入回路已知某一由場(chǎng)效應(yīng)管組成的丙類(lèi)功放，其輸入回路如圖如圖3-2-9（a）所示。其中場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性如圖）所示。其中場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性如圖3-2-11所示。所示。當(dāng)當(dāng)VGG= VGSQ = 2V，Vim=2V時(shí)放大器處于臨界工作狀態(tài)，其效時(shí)放大器處于臨界工作狀態(tài)，其效率為率為70%。試問(wèn)：在其它條件不變情況下，。試問(wèn)：在其它條件不變情況下，Vim由由2伏變成伏變成1伏后，伏后，功放效率如何？功放效率如何？v解：由于解：由于VGG=2V，所以無(wú)論，所以無(wú)論Vim為何為何值，管子的導(dǎo)通角均為值，管子

33、的導(dǎo)通角均為90 o。又由已。又由已知的轉(zhuǎn)移特性可知：知的轉(zhuǎn)移特性可知：Vim減半后，減半后， iD的的最大值也應(yīng)減半。由式（最大值也應(yīng)減半。由式（3-2-3）和式）和式（3-2-5），）， Id1m和和Id0也會(huì)減半。這樣，也會(huì)減半。這樣，利用式（利用式（3-2-9）可得到）可得到Vim減半后，減半后， 值也應(yīng)減半。值也應(yīng)減半。2.4.1 2.4.1 電路的組成及其要求電路的組成及其要求 功放管的集電極經(jīng)外電路到發(fā)射極功放管的集電極經(jīng)外電路到發(fā)射極這條路叫這條路叫集電極電路；集電極電路； 功放管的基極經(jīng)外電路到發(fā)射極功放管的基極經(jīng)外電路到發(fā)射極這條路叫這條路叫基極電路基極電路； 丙類(lèi)諧振功放

34、由丙類(lèi)諧振功放由5部分構(gòu)部分構(gòu)成：信號(hào)源、有源器件成：信號(hào)源、有源器件T、負(fù)載負(fù)載RL、匹配網(wǎng)絡(luò)、直流、匹配網(wǎng)絡(luò)、直流饋電電路（饋電電路（VCC、VB) 集電極電流、基極電流中都含有集電極電流、基極電流中都含有平均分量、基波分量及高次諧波分量，平均分量、基波分量及高次諧波分量，外電路必須對(duì)這些分量有正確的通路，外電路必須對(duì)這些分量有正確的通路，放大器才能正常工作。放大器才能正常工作。集電極電路各集電極電路各電流分量的通電流分量的通路應(yīng)滿足下面路應(yīng)滿足下面三點(diǎn)要求：三點(diǎn)要求：對(duì)對(duì)：EC應(yīng)全應(yīng)全部加到部加到C、E兩端兩端對(duì)對(duì)：應(yīng)全部通過(guò)負(fù)：應(yīng)全部通過(guò)負(fù)載，外電路對(duì)基波電流載，外電路對(duì)基波電流呈一等

35、效諧振電阻呈一等效諧振電阻Re對(duì)對(duì)：外：外電路應(yīng)近似短路電路應(yīng)近似短路基極電路各電流基極電路各電流分量的通路應(yīng)滿分量的通路應(yīng)滿足下面兩點(diǎn)要求：足下面兩點(diǎn)要求：外電路對(duì)直外電路對(duì)直流應(yīng)短路流應(yīng)短路外電路對(duì)信號(hào)頻外電路對(duì)信號(hào)頻率分量能通過(guò)，率分量能通過(guò)，其諧波應(yīng)短路其諧波應(yīng)短路(Power Supply Circuit)諧振功放管外電路由：諧振功放管外電路由：直流饋電電路直流饋電電路和和匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)組成。組成。通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)將交流輸出功通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)將交流輸出功率有效地傳輸?shù)截?fù)載。率有效地傳輸?shù)截?fù)載。保證晶體管各電極獲得相保證晶體管各電極獲得相應(yīng)的饋電電源應(yīng)的饋電電源; ;直流饋電電路直流饋電電路

36、包括包括集電極饋電電路集電極饋電電路和和基極饋電電路；基極饋電電路；它們分別又有它們分別又有串饋串饋和和并饋并饋兩種。兩種。直流饋電直流饋電電路分為電路分為并饋串饋 直流電源直流電源 、濾波匹配網(wǎng)絡(luò)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)和和功率管功率管在電路形在電路形式上為式上為串接串接的一種饋電方式。的一種饋電方式。直流電源直流電源 、濾波匹配網(wǎng)絡(luò)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)和和功率管功率管在電路形在電路形式上為式上為并接并接的一種饋電方式。的一種饋電方式。 考慮因素：考慮因素：濾波匹配網(wǎng)絡(luò)安裝方便及對(duì)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的影響。濾波匹配網(wǎng)絡(luò)安裝方便及對(duì)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的影響。LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流

37、通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC頻譜頻譜 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT串饋串饋并饋并饋 串饋：串饋：濾波匹配網(wǎng)絡(luò)處于直流濾波匹配網(wǎng)絡(luò)處于直流高電位上，網(wǎng)絡(luò)元件不能直接接地。高電位上，網(wǎng)絡(luò)元件不能直接接地。安裝不方便。安裝不方便。由于由于 CC1 隔斷直流，匹配隔斷直流，匹配網(wǎng)絡(luò)處于直流地電位上，網(wǎng)絡(luò)元件可網(wǎng)絡(luò)處于直流地電位上，網(wǎng)絡(luò)元件可直接接地，安裝比串饋方便。但直

38、接接地，安裝比串饋方便。但 LC 和和 CC1 與與匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)相并聯(lián)，它們的分相并聯(lián)，它們的分布參數(shù)影響網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧。布參數(shù)影響網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧。2 2、基極饋電電路：、基極饋電電路：CBCBCB1LBLLCCVTVTEBEBCBLBLBLBCERBReVTVTVTIBOVBIBOIeo +VB -串串饋饋并并饋饋為放大電路提供合適的偏置電壓，使功率管工作在丙類(lèi)。為放大電路提供合適的偏置電壓，使功率管工作在丙類(lèi)。 匹配網(wǎng)絡(luò)是為解決電信號(hào)能否有效地進(jìn)行傳輸提出來(lái)的。諧振功放電路的匹配網(wǎng)絡(luò)是為解決電信號(hào)能否有效地進(jìn)行傳輸提出來(lái)的。諧振功放電路的匹配電路分輸入、輸出和級(jí)間匹配三種。用在不同的地方其要求不一

39、樣。匹配電路分輸入、輸出和級(jí)間匹配三種。用在不同的地方其要求不一樣。 (1) (1) 實(shí)現(xiàn)阻抗變換實(shí)現(xiàn)阻抗變換將外接負(fù)載將外接負(fù)載 RL 變換為放大管所要求的最變換為放大管所要求的最佳負(fù)載佳負(fù)載Re，以保證放大器高效率地輸出所需功率，以保證放大器高效率地輸出所需功率。 (2) (2) 選頻濾波選頻濾波（用諧波抑制度（用諧波抑制度H Hn n來(lái)來(lái)衡量）衡量）充分濾除不需要的高次充分濾除不需要的高次諧波分量，以保證在外接負(fù)載上輸諧波分量，以保證在外接負(fù)載上輸出所需基波功率出所需基波功率( (在倍頻器中為所在倍頻器中為所需的倍頻功率需的倍頻功率) )。 (3) (3) 高效高效將功率管給出的信號(hào)功率

40、將功率管給出的信號(hào)功率 Po 高效地傳送到外接高效地傳送到外接負(fù)載上，即要求網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載上，即要求網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率傳輸效率oLK/ PP 接近接近 1 1。 在幾個(gè)電子器件同時(shí)輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到在幾個(gè)電子器件同時(shí)輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到公共負(fù)載，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響。公共負(fù)載，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響。 諧振功放的諧振功放的濾波濾波匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)的基本的基本形式有兩種：形式有兩種：LC串聯(lián)和串聯(lián)和LC并并聯(lián)諧振電路。聯(lián)諧振電路。作作用用是是實(shí)現(xiàn)阻抗匹實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、選頻濾波配、選頻濾波，滿足此要求

41、的匹滿足此要求的匹配網(wǎng)絡(luò)的形式很配網(wǎng)絡(luò)的形式很多（常見(jiàn)的匹配多（常見(jiàn)的匹配網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)）不論形式不論形式有何不同，均可有何不同，均可由下述由下述串串- -并聯(lián)并聯(lián)阻抗變換公式阻抗變換公式將將其等效為上述兩其等效為上述兩種基本網(wǎng)絡(luò)的組種基本網(wǎng)絡(luò)的組合。合。 若將一個(gè)由電抗和電阻相串接的電路與若將一個(gè)由電抗和電阻相串接的電路與相并接的電路等效轉(zhuǎn)換，根據(jù)相并接的電路等效轉(zhuǎn)換，根據(jù)等效原理等效原理，令兩者的令兩者的端導(dǎo)納相等端導(dǎo)納相等，即即 ssppj1j11XRXR 串串并并由此得由此得: : )1(2ess2s2spQRRXRR ssps2e2ss2s2sp)1(XRRXQRXXRX 并并串串 2e

42、ps1QRR ppssXRRX ppsseXRRXQ 電容電容： XC1 電感電感： XL L 上述各式表明上述各式表明，Qe 取定后取定后，Rp 和和 Rs，Xp 和和 Xs 之間可以相之間可以相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換前后的電抗性質(zhì)不變互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換前后的電抗性質(zhì)不變( ( Xs 和和 Xp 有相同的正負(fù)號(hào)有相同的正負(fù)號(hào)) )。 設(shè)計(jì)的一般步驟： 1、選擇工作狀態(tài)并計(jì)算效率和滿足輸出功率要求所需的最佳負(fù)載電阻值。2、選擇功率晶體管3、選擇匹配網(wǎng)絡(luò)4、偏置電路的考慮5、調(diào)整與調(diào)諧1、選擇工作狀態(tài)并計(jì)算效率和滿足輸出功率要求所、選擇工作狀態(tài)并計(jì)算效率和滿足輸出功率要求所需的最佳負(fù)載電阻值。需的最佳負(fù)載電阻值

43、。a、放大器所需的最佳負(fù)載電阻、放大器所需的最佳負(fù)載電阻Re:oCESCCoomePVVPVR2)(222b、電源提供的功率、電源提供的功率PD:)(0max0cCCcCCDiVIVPc、集電極耗散功率、集電極耗散功率PC:oDCPPPd、集電極效率、集電極效率C:)()(2101DoCPP為了兼顧為了兼顧Po和和C的要求，諧振功放的通角的要求，諧振功放的通角為：為：oo70602 2、選擇功放管、選擇功放管 根據(jù)工作頻率及電源電壓、管耗等要求選擇合適的功率晶體管根據(jù)工作頻率及電源電壓、管耗等要求選擇合適的功率晶體管 a、為了減小工作頻率的變化對(duì)管子放大倍數(shù)的影響（當(dāng)為了減小工作頻率的變化對(duì)管

44、子放大倍數(shù)的影響（當(dāng)ff時(shí)，時(shí)，UCES 等要等要增加）也為了使管子的引線電感，結(jié)電容等電抗分量的影響最小，應(yīng)使所選增加）也為了使管子的引線電感，結(jié)電容等電抗分量的影響最小，應(yīng)使所選管子的管子的fT越大越好。但限于成本和實(shí)際管子的制造水平，越大越好。但限于成本和實(shí)際管子的制造水平，管子的管子的fT與工作與工作中心頻率中心頻率fs應(yīng)滿足下式：應(yīng)滿足下式：sffT2b、管耗為管耗為Pcmax=Po/Po 且且PCM 應(yīng)滿足下式：應(yīng)滿足下式： PCM 2.5PcmaxC、對(duì)三極管對(duì)三極管V(BR)CEO的要求。在考慮到管子的二次擊穿，諧波電壓，以及的要求。在考慮到管子的二次擊穿，諧波電壓，以及在調(diào)試中出現(xiàn)的失諧情況，應(yīng)有右式的限制：在調(diào)試中出現(xiàn)的失諧情況，應(yīng)有右式的限制： V(BR)CEO 3EC d、 對(duì)三極管