通信電子線路第二章ppt課件

1、第第 2 2 章章 諧振功率放大器諧振功率放大器2.1 諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原理2.2 諧振功率放大器的性能特點(diǎn)諧振功率放大器的性能特點(diǎn)2.3 諧振功率放大器電路諧振功率放大器電路1.1 功率電子線路概述功率電子線路概述 作用：高效地實(shí)現(xiàn)能量變換和控制。作用：高效地實(shí)現(xiàn)能量變換和控制。 種類：根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和處理對象不同種類：根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和處理對象不同(1) 功率放大電路：放大器的一類。用于通信、功率放大電路：放大器的一類。用于通信、音像等電子設(shè)備。音像等電子設(shè)備。 (2) 電源變換電路：對電源能量進(jìn)行特定變換。電源變換電路：對電源能量進(jìn)行特定變換。用于電源設(shè)備、電子系統(tǒng)

2、、工業(yè)控制。用于電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制。 1.1.1 功率放大器功率放大器與其它放大器相比與其它放大器相比 相同點(diǎn)：均在輸入信號作用下，將直流電源的直相同點(diǎn)：均在輸入信號作用下，將直流電源的直流功率轉(zhuǎn)換為輸出信號功率。流功率轉(zhuǎn)換為輸出信號功率。 不同點(diǎn)：性能要求和運(yùn)用特性不同。不同點(diǎn)：性能要求和運(yùn)用特性不同。 一、功率放大器的性能要求一、功率放大器的性能要求1. 平安。輸出功率大，管子大信號極限條件下運(yùn)用。平安。輸出功率大，管子大信號極限條件下運(yùn)用。 2. 高效率。高效率。 用用c 集電極效率集電極效率 (Collector Efficiency) 衡量轉(zhuǎn)換衡量轉(zhuǎn)換效率：效率： CooD

3、ocPPPPP Po 輸出信號功率輸出信號功率 (Output Signal Power)；PD 電源提供的功率；電源提供的功率；PC 管耗管耗 (Power Dissipation)式中：式中：Po 一定，一定，c 高高PD 小小PC 小小 可選可選 PCM 小小的管子，以降低成本；同時(shí)減少能源消耗。的管子，以降低成本；同時(shí)減少能源消耗。 3. 失真小。輸出功率越大，相應(yīng)的動態(tài)電壓電流越大，失真小。輸出功率越大，相應(yīng)的動態(tài)電壓電流越大，器件特性非線性引起的非線性失真也越大。除采用反器件特性非線性引起的非線性失真也越大。除采用反饋技術(shù)外，還必須限制輸出功率。饋技術(shù)外，還必須限制輸出功率。 作為

4、放大器，功率增益是重要的性能指標(biāo)，但與上作為放大器，功率增益是重要的性能指標(biāo)，但與上述三個(gè)要求相比，平安、高效和小失真是第一位的。功述三個(gè)要求相比，平安、高效和小失真是第一位的。功率增益可用增加前置級的級數(shù)或提高相應(yīng)的增益來彌補(bǔ)。率增益可用增加前置級的級數(shù)或提高相應(yīng)的增益來彌補(bǔ)。 二、功率管的運(yùn)用特點(diǎn)二、功率管的運(yùn)用特點(diǎn)1. 功率管的運(yùn)用狀態(tài)功率管的運(yùn)用狀態(tài) 根據(jù)功率管在一個(gè)信號周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，功率管運(yùn)用狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。功率管運(yùn)用狀態(tài)通?？窟x擇靜態(tài)工作點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。功率管運(yùn)用狀態(tài)通?？窟x擇靜態(tài)工作點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。 甲類：功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通甲類：功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通

5、(如小信號放大如小信號放大)。 乙類：功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。乙類：功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 甲乙類：管子在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。甲乙類：管子在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。丙類：功率管小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。丙類：功率管小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 2. 不同運(yùn)用狀態(tài)下的不同運(yùn)用狀態(tài)下的C管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的Cmax 也不同。也不同。 CoocPPP 減小減小 PC 可提高可提高C。 假設(shè)集電極瞬時(shí)電流和電壓分別為 iC 和 vCE，那么 PC 為 2oCECCd21tviP 討論：若減少討論：若減少 PC，則要減少，則要減少 iC vCE 途徑 1：由甲

6、類甲乙類乙類丙類，減小管子在信號周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即增大 iC 0 的時(shí)間。 途徑途徑 2：使管子運(yùn)用在開關(guān)狀態(tài)：使管子運(yùn)用在開關(guān)狀態(tài) (又稱丁類又稱丁類)；管子；管子在半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通，另半個(gè)周期內(nèi)截止。飽和導(dǎo)通在半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通，另半個(gè)周期內(nèi)截止。飽和導(dǎo)通時(shí)，時(shí)，vCE vCE (sat) 很小，因此導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，很小，因此導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，瞬時(shí)管耗瞬時(shí)管耗 iC vCE 處在很小的值上。截止時(shí)，不論處在很小的值上。截止時(shí)，不論 vCE 為何值，為何值，iC 趨于趨于 0，iC vCE 也處在零值附近。也處在零值附近。結(jié)果結(jié)果 PC 很小，很小，C 顯著增大。顯著增大。 1. 電路

7、電路(1) 輸入端：輸入端： RB偏置電阻偏置電阻CB旁路電容旁路電容Tr1耦合變壓器耦合變壓器(2) 輸出端：輸出端： Tr2耦合變壓器，耦合變壓器，對交流，對交流，Tr2起阻抗變換作起阻抗變換作用，用，L2LRnR 1.2.2 甲類、乙類功放的電路組成及功率性能甲類、乙類功放的電路組成及功率性能 一、甲類變壓器耦合功放二、乙類推挽功率放大器二、乙類推挽功率放大器 乙類工作時(shí)，為了在負(fù)載上合成完整的正弦波，必須采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽 (Push-Pull) 電路?？捎卸喾N實(shí)現(xiàn)方案：(1) 變壓器耦合乙類推挽功放變壓器耦合乙類推挽功放(2) 互補(bǔ)推挽功放互補(bǔ)推挽功放第第 2 2 章章 諧振功率

8、放大器諧振功率放大器 諧振功放是一種用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大器，一般工作在丙類或丁類、乙類），主要用在無線電發(fā)射機(jī)中，用來對載波或已調(diào)波進(jìn)行功率放大。 用途：對載波或已調(diào)波進(jìn)行功率放大用途：對載波或已調(diào)波進(jìn)行功率放大 構(gòu)成：匹配網(wǎng)絡(luò)為諧振系統(tǒng)構(gòu)成：匹配網(wǎng)絡(luò)為諧振系統(tǒng)應(yīng)用狀態(tài)：丙類或丁類、乙類）應(yīng)用狀態(tài)：丙類或丁類、乙類） 2.1 諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原理 在諧振功率放大器中，它的管外電路由直流饋電電路和濾波匹配網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。 2.1.1 丙類諧振功率放大器丙類諧振功率放大器 1. 電路組成電路組成 ZL 外接負(fù)載，呈阻抗性，用外接負(fù)載，呈阻抗性，用 CL 與與

9、 RL 串聯(lián)串聯(lián)等效電路表示。等效電路表示。 Lr 和和 Cr 匹配網(wǎng)絡(luò)，匹配網(wǎng)絡(luò)，與與 ZL 組成并聯(lián)諧振回路。調(diào)組成并聯(lián)諧振回路。調(diào)理理 Cr 使回路諧振在輸入信號使回路諧振在輸入信號頻率。頻率。 VBB基極偏置電壓，基極偏置電壓，設(shè)置在功率管的截止區(qū)，以設(shè)置在功率管的截止區(qū)，以實(shí)現(xiàn)丙類工作。實(shí)現(xiàn)丙類工作。2. 集電極電流集電極電流 ic 若忽略基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)及管子結(jié)電容的影響，則在輸入信號電壓 tVtvsbmbcos)( 的作用下，根的作用下，根據(jù)據(jù) ，tVVtvVvsbmBBbBBBEcos)( 在靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性曲線在靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性曲線 (icvBE)上上畫出的集電極電流波形是一串周期畫

10、出的集電極電流波形是一串周期重復(fù)的脈沖序列，脈沖寬度小于半重復(fù)的脈沖序列，脈沖寬度小于半周周用付里葉級數(shù)可將電流脈沖序列用付里葉級數(shù)可將電流脈沖序列分解為平均分量、基波分量和各分解為平均分量、基波分量和各次諧波分量之和，即次諧波分量之和，即 tItIIiiIisc2msc1m0Cc2c1C0Ccos2cos 3. 輸出電壓輸出電壓 vo (1) 對基波分量對基波分量 由于集電極諧振回路調(diào)諧在輸入信號頻率上，因而它對 iC 中的基波分量呈現(xiàn)的阻抗最大，且為純電阻，稱為諧振電阻，在高 Q 回路中，其值 Re 近似為ttiItiI dcos1d21-Cc1m-C0C 其中：LtrL2r20eRCLR

11、LR 式中，式中，LrLrtCCCCC 回路總電容回路總電容 trs0/1CL 回路諧振角頻率回路諧振角頻率 Lr0e/ RLQ 回路有載品質(zhì)因數(shù)回路有載品質(zhì)因數(shù) (2) 對非基波分量對非基波分量 諧振回路對諧振回路對 iC 中的其它分量呈現(xiàn)的阻抗均很小，平中的其它分量呈現(xiàn)的阻抗均很小，平均分量和各次諧波分量產(chǎn)生的電壓均可忽略。均分量和各次諧波分量產(chǎn)生的電壓均可忽略。 結(jié)論：回路上僅有由基波分量產(chǎn)生的電壓vc，因而在負(fù)載上可得到所需的不失真信號功率。 小結(jié)：丙類諧振功率放大器的功能小結(jié)：丙類諧振功率放大器的功能 (1) 選頻：利用諧振回路的選頻作用，可將失真的集電極電流脈沖變換為不失真的輸出余

12、弦電壓。 (2) 阻抗匹配：諧振回路將含有電抗分量的外接負(fù)載變換為諧振電阻 Re，而且調(diào)節(jié) Lr 和 Cr 還能保持回路諧振時(shí)使 Re 等于放大管所需的集電極負(fù)載值，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 所以，諧振功率放大器中，諧振回路起到選頻和匹所以，諧振功率放大器中，諧振回路起到選頻和匹配負(fù)載的雙重作用。配負(fù)載的雙重作用。 4. 丙類功放的功率特性分析丙類功放的功率特性分析 (1) 丙類功放的問題丙類功放的問題 若提高集電極效率，管子若提高集電極效率，管子導(dǎo)通時(shí)間減?。坏饘?dǎo)通時(shí)間減?。坏?iC 中中基波分量幅度基波分量幅度 Icm 減小，從而減小，從而導(dǎo)致輸出功率減小。導(dǎo)致輸出功率減小。 (2) 解決方

13、法解決方法 將基極偏置電壓將基極偏置電壓 VBB 向負(fù)值方向增大，減少管向負(fù)值方向增大，減少管子導(dǎo)通時(shí)間。子導(dǎo)通時(shí)間。 增大集電極脈沖高度，即提高輸入激勵電壓幅度 Vbm，使減小導(dǎo)通時(shí)間的同時(shí)維持輸出功率不變。 后果：加到基極上的最大反向電壓(VBBVbm)可能使功率管發(fā)射結(jié)反向擊穿。 在維持輸出功率的條件下，一味地減管子導(dǎo)通時(shí)間來提高集電極效率的做法往往是不現(xiàn)實(shí)的。為進(jìn)一步提高效率，集電極效率的做法往往是不現(xiàn)實(shí)的。為進(jìn)一步提高效率，可采用開關(guān)工作的諧振功率放大器可采用開關(guān)工作的諧振功率放大器丁類。丁類。 2.1.2 丁類和戊類諧振功率放大器丁類和戊類諧振功率放大器 1. 丁類簡介丁類簡介 (

14、1) 電路電路 Tr 次級兩繞組相同，極性相反。 T1 和和 T2 特性配對，為同型管。特性配對，為同型管。(2) 原理原理 假設(shè)假設(shè) vi 足夠大，那么足夠大，那么vi 0時(shí)，時(shí)，T1 飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，T2 截止，截止， CE(sat)CCA1vVv vi 0，T2 飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，T1 截止，截止，CE(sat)A2vv A 點(diǎn)幅值：點(diǎn)幅值： vA = vA1 vA2 =CE(sat)CC2vV 該電壓加到 L、C、R 串聯(lián)諧振回路上，若諧振回路工作在輸入信號角頻率上， 且其 Q 值足夠高，則可近似認(rèn)為通過回路的電流 iL 是角頻率為 的余弦波，RL 上獲得不失真輸出功率。 (3)

15、 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) T1、T2 盡管導(dǎo)通電流很大，但相應(yīng)的管壓降盡管導(dǎo)通電流很大，但相應(yīng)的管壓降很小很小( )CE(sat)v ，管耗小，放大器的效率高。，管耗小，放大器的效率高。(90% 以上以上) 考慮結(jié)電容、分布電容等影響，實(shí)際波形如 vA 虛線所示，管子動態(tài)管耗增大，丁類功放效率受限。 2. 戊類放大器戊類放大器 為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在開關(guān)工作的基礎(chǔ)上采用一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的集電極，保證 vCE 為最小值的一段期間內(nèi)，才有集電極電流流通，這是正在發(fā)展的戊類放大器。 2. 實(shí)現(xiàn)原理實(shí)現(xiàn)原理 在丙類諧振放大器中，將輸出諧振回路調(diào)諧在輸入信號頻率的 n 次諧波上，則輸出諧振回路上僅有 iC 中的 n

16、次諧波分量產(chǎn)生的高頻電壓，而其它分量產(chǎn)生的電壓均可忽略，因此 RL 上得到了頻率為輸入信號頻率 n 倍的輸出信號功率。 2.1.3 倍頻器倍頻器 1. 概念概念 倍頻器倍頻器 (Frequency Multiplier)：將輸入信號的頻：將輸入信號的頻率倍增率倍增 n 倍的電路。倍的電路。 濾波。諧振回路需濾除高于 n 和低于n 的各次分量。低于 n 的分量幅度較大，濾除較難。倍頻次數(shù)越高，對諧振回路提出的濾波要求越苛刻，不易實(shí)現(xiàn)。 (2) 變?nèi)荻O管、階躍二極管構(gòu)成參量倍頻器，適用于倍頻次數(shù)較高時(shí)。 (1) 三極管倍頻器三極管倍頻器 倍頻次數(shù)不能太高，一般為二倍或三倍頻。緣由：倍頻次數(shù)不能太

17、高，一般為二倍或三倍頻。緣由： 效率。集電極電流脈沖中包含的諧波分量的幅度效率。集電極電流脈沖中包含的諧波分量的幅度隨著隨著 n 的增加而迅速減小。倍頻次數(shù)過高，倍頻器的輸?shù)脑黾佣杆贉p小。倍頻次數(shù)過高，倍頻器的輸出功率和效率就會過低。出功率和效率就會過低。 作業(yè)：作業(yè)：2.2 諧振功率放大器的性能特點(diǎn)諧振功率放大器的性能特點(diǎn)2.2.1 近似分析方法近似分析方法 1. 概述概述 非諧振功率放大器：集電極負(fù)載為純電阻，在特性非諧振功率放大器：集電極負(fù)載為純電阻，在特性曲線上作負(fù)載線，畫出激勵信號下的集電極電流和電壓曲線上作負(fù)載線，畫出激勵信號下的集電極電流和電壓求出功率性能求出功率性能 丙類諧振

18、功率放大器：集電極負(fù)載為包含電抗元件的諧振回路，使得集電極電壓，電流波形不同。但二者又互為確定(vCE 由 iC 產(chǎn)生，而 vCE 通過基極寬度調(diào)制效應(yīng)影響 iC)。要精確分析諧振功放，要解非線性方程，繁瑣。要精確分析諧振功放，要解非線性方程，繁瑣。 2. 諧振功放的近似分析方法諧振功放的近似分析方法準(zhǔn)靜態(tài)分析法準(zhǔn)靜態(tài)分析法 (1) 方法基于下面的兩個(gè)假設(shè)方法基于下面的兩個(gè)假設(shè) 假設(shè)一：諧振回路具有理想的濾波特性，只能產(chǎn)生基波電壓在倍頻器中，只能產(chǎn)生特定次數(shù)的諧波電壓），其它分量的電壓均可忽略。 所以，盡管集電所以，盡管集電極電流為脈沖波，但集電極電壓卻是余弦的。同理，極電流為脈沖波，但集電極

19、電壓卻是余弦的。同理，放大器輸入端也有諧振回路，盡管基極電流為脈沖波，放大器輸入端也有諧振回路，盡管基極電流為脈沖波，但基極電壓是余弦的，可表示為：但基極電壓是余弦的，可表示為：tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE (2-2-1) 假設(shè)二：功率管的特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線表示，其高頻效應(yīng)可忽略。分析時(shí)的輸出特性曲線，其參變量采用 vBE，而不是通常的 iB。 (2) 分析步驟分析步驟 由式 2-2-1 確定 vBE 和 vCE：先設(shè)定VBB、Vbm、VCC、Vcm 四個(gè)電量數(shù)值，并將t 按等間隔 (t = 0，15，30 ，) 給定不同的數(shù)值，那么 vBE 和 vCE 便

20、確定(圖 a)。 tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE (2-2-1) 由輸出特性畫 iC：根據(jù)不同間隔上的 vBE 和vCE 值，在輸出特性曲線上以 vBE 為參變量找到對應(yīng)的動態(tài)點(diǎn)，由此可以確定 iC 值的波形，其中動態(tài)點(diǎn)的連線稱為諧振功率放大器的動態(tài)線。 (a) (b)不到不到VCC，因，因?yàn)閷?dǎo)通角小于為導(dǎo)通角小于 .(3) 功率性能分析功率性能分析 諧振電阻諧振電阻 用付里葉變換對 iC 脈沖波進(jìn)行分解，求出其中的平均分量 IC0 和基波分量 Ic1m。由此可以確定所需的集電極諧振回路諧振電阻 Re。 c1mcme/ IVR 功率性能功率性能 DoCoDCm1Ccmo

21、0CCCD/2/PPPPPIVPIVP (4) 討論討論 四變量VBB、Vbm、VCC、Vcm 不同，iC 的波形和數(shù)值就不同，由此求得的 Re 及相應(yīng)的功率性能就不同。應(yīng)了解四變量的影響。 2.2.2 欠壓、臨界和過壓狀態(tài)欠壓、臨界和過壓狀態(tài) 1. VBB、Vbm、VCC 不變，不變，iC 隨隨 Vcm 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 (1) iC 的寬度：由圖所示，主要取決于 VBB、Vbm，VBB、Vbm 一定，iC 脈寬近似確定，與 Vcm 關(guān)系不大。 (2) iC 的值：的值： 由由 tVVvtVVvcoscoscmCCCEbmBBBE；當(dāng)當(dāng) t = 0 時(shí)，時(shí)， cmCCCEminCEbmB

22、BBEmaxBE,VVVvVVvv 當(dāng) VBB、Vbm 即 vBEmax 為定值時(shí)，VcmvCEmin 動態(tài)點(diǎn)A左移 情況 A：Vcm 的取值，使所對應(yīng)的動態(tài)點(diǎn)處在放大區(qū)。 情況 A：Vcm 增大，使 t = 0 所對應(yīng)的動態(tài)點(diǎn)處在臨界點(diǎn)，iCmax 略微減小。 情況 A：Vcm 繼續(xù)增大，使 t = 0 所對應(yīng)的動態(tài)點(diǎn)處在飽和區(qū)，iC 迅速減小，電流脈沖出現(xiàn)凹陷，且隨 Vcm 增大，凹陷加深。 結(jié)論：當(dāng)VBB、Vbm、VCC固定不變，Vcm由小增大時(shí)，CEv 由大變小，故動態(tài)線左移。由大變小，故動態(tài)線左移。 2. 欠壓、臨界、過壓欠壓、臨界、過壓 欠壓欠壓 (Undervoltage)：vC

23、Emin 對應(yīng)的動態(tài)點(diǎn)處對應(yīng)的動態(tài)點(diǎn)處于放大區(qū)。于放大區(qū)。 臨界 (Critical)：vCEmin 對應(yīng)的動態(tài)點(diǎn)處于放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點(diǎn)。 過壓(Overvoltage)：vCEmin 對應(yīng)的動態(tài)點(diǎn)處于飽和區(qū)。 3. iC平均分量平均分量IC0 與基波分量與基波分量Ic1m ttiItiI dcos1d21-Cc1m-C0C 由此可求功率性能。由此可求功率性能。 由于丙類工作，在管子導(dǎo)通期間，iC 和 cost 均為正值，因此，iC 脈沖越寬，高度越高，IC0 和 Ic1m 就越大。如果出現(xiàn)凹陷，則凹陷越深，IC0 和 Ic1m 就越小。作業(yè)作業(yè) 2-5，2-82.2.3 四個(gè)電量對性

24、能影響的定性討論四個(gè)電量對性能影響的定性討論 一、負(fù)載特性一、負(fù)載特性 1. 含義：諧振功放的負(fù)載特性是指含義：諧振功放的負(fù)載特性是指 VBB、Vbm 和和 VCC 一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨 Re 的變化特性。的變化特性。 2. 特性特性 Re 的增加勢必將引起的增加勢必將引起 Vcm 增大增大( )c1mecmIRV ReVcmvCEmin放大器欠壓過壓 iC 由接近余弦變化的電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g有凹陷的脈沖波。據(jù)此可以畫出據(jù)此可以畫出 Ic0 和和 Ic1m 隨隨 Re 變化的特性。變化的特性。 Vcm = ReIc1m Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 PC

25、 = PDPo C = Po/ PD由由 IC0 和和 Ic1m 的變化就可以畫出的變化就可以畫出 Vcm、Po、PD、PC、C 隨隨 Re 變化的曲線。變化的曲線。 3. 討論討論 (1) 欠壓區(qū)：由圖(a)，Re 由小增大時(shí)，iC 脈沖的高度略有減小，相應(yīng)的 IC0、Ic1m 也略有減小，因而由圖(b)，Vcm (ReIc1m)和 Po( e2c1mRI )近似線性增大，而近似線性增大，而PD(= VCCIC0) 略有減小，略有減小，C 增大，增大，PC 減小。減小。 (2) 過壓區(qū)：隨 Re 增大，電流脈沖高度減小，凹陷加深，相應(yīng)的 IC0、Ic1m 減小，結(jié)果使 Vcm 略有增加，Po

26、、PD 減小，且Po比PD減小的慢，從而 C 略有增加，PC 略有減小。 (3) 匹配負(fù)載：假設(shè) Re 的取值使管子工作在臨界狀態(tài)，那么 Po 最大，且 C 較大，PC 較小，放大器性能接近最佳性能。將此時(shí)的 Re 稱為諧振功放的匹配負(fù)載，用 Reopt 表示。 o2CE(sat)CCo2cmeopt)(2121PVVPVR 二、調(diào)制特性二、調(diào)制特性 包括集電極調(diào)制和基極調(diào)制兩種特性。包括集電極調(diào)制和基極調(diào)制兩種特性。 1. 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 (1) 含義：VBB、Vbm 和 Re一定，放大器性能隨 VCC變化的特性。 (2) 調(diào)制特性：VBB、Vbm一定，那么 VBEmax 和

27、iC脈寬一定。而對應(yīng)于 VCEmin 的動態(tài)點(diǎn)必定在 vBE = VBEmax 的那條輸出特性曲線上移動。 欠壓狀態(tài)：隨 VCC 減小，集電極電流脈沖高度略有減小，因此 IC0 和 Ic1m 也將略有減小，Vcm( = ReIc1m)也略有減小。 過壓狀態(tài)：隨 VCC減小，集電極電流脈沖的高度降低，凹深加深，因而IC0、Ic1m、Vcm 將迅速減小。 2. 基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性 (1) 含義：Vbm、VCC、Re 一定，放大器性能隨 VBB 變化的特性。 (2) 調(diào)制特性：當(dāng) Vbm 一定，VBB 由負(fù)向正增大時(shí)，iC不僅寬度增加，而且其高度增加因 VBEmax 增大），因此 IC0 和

28、Ic1m、Vcm 增大，結(jié)果使 VCEmin 減小，放大器由欠壓進(jìn)入過壓狀態(tài)。 進(jìn)入過壓狀態(tài)后，隨VBB 向正值方向增大，集電極電流的寬度和高度均增加，使凹陷加深，結(jié)果使 IC0 和 Ic1m、Vcm 均將增大，但增大得十分緩慢，可認(rèn)為近似不變。 3. 調(diào)幅電路調(diào)幅電路 調(diào)制特性是晶體三極管調(diào)幅電路的基本特性。調(diào)制特性是晶體三極管調(diào)幅電路的基本特性。 (1) 集電極調(diào)幅原理電路集電極調(diào)幅原理電路 圖中：圖中： tVtvcbmbcos)( 輸入高頻載波電壓，輸入高頻載波電壓，c 載波頻率載波頻率tVv cosm 調(diào)制信號電壓，調(diào)制信號電壓， 為調(diào)制頻率為調(diào)制頻率 它們與諧振功放電路的不同僅是集電

29、極回路接入了調(diào)制信號電壓。 ttVtvccmo)cos()( 為諧振回路上的輸出電壓。為諧振回路上的輸出電壓。 令令)()(CC0CCtvVtV 作為放大器的等效集電極電作為放大器的等效集電極電源電壓。若要求源電壓。若要求 Vcm 按調(diào)制信號規(guī)律變化，即按調(diào)制信號規(guī)律變化，即 Vcm(t) 按按VCC(t) 的規(guī)律變換，則根據(jù)集電極調(diào)制特性，放大器的規(guī)律變換，則根據(jù)集電極調(diào)制特性，放大器必須在必須在 VCC(t) 的變化范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。的變化范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。 (2) 基極調(diào)幅原理電路基極調(diào)幅原理電路 )()(BB0BBtvVtV 基極偏置電壓基極偏置電壓 使使 Vcm 按按 VBB

30、(t) 的規(guī)律變化，放大器工作在欠的規(guī)律變化，放大器工作在欠壓狀態(tài)。壓狀態(tài)。 三、放大特性三、放大特性 1. 含義：當(dāng) VBB、VCC 和 Re 一定，放大器性能隨Vbm 變化的特性。 2. 特性：固定特性：固定 VBB，增大增大 Vbm 與上述固定與上述固定 Vbm 增大增大 VBB 的情況類的情況類似，它們都使似，它們都使 iC 的寬度和的寬度和高度增大，放大器由欠壓高度增大，放大器由欠壓進(jìn)入過壓，圖進(jìn)入過壓，圖 (a)。(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) 為了使輸出信號振幅 Vcm 反映輸入信號 Vbm 的變化，放大器必須在 Vbm 變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)，圖 (b)

31、。 (2) 諧振功放作為振幅限幅器(Amplitude Limiter) 作用：將 Vbm 在較大范圍內(nèi)的變化轉(zhuǎn)換為振幅恒定的輸出信號。 特點(diǎn)：根據(jù)放大特性，放大器必須在 Vbm 的變化范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)，或 Vbm 的最小值應(yīng)大于臨界狀態(tài)對應(yīng)的 Vbm 限幅門限電壓。 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)，上述四個(gè)特性十分有用。 例如，一丙類諧振功放，設(shè)計(jì)在臨界狀態(tài)，若制作出后，Po 和 C 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，表明放大器沒在臨界。若增大 Re 能使 Po 增大，則根據(jù)負(fù)載特性，斷定放大器工作在欠壓狀態(tài)，此時(shí)分別增大 Re

32、、Vbm 和 VBB 或同時(shí)或兩兩增大均可使放大器由欠壓進(jìn)入臨界。 若增大 Re，Po 減小，放大器實(shí)際工作在過壓狀態(tài)，可增大 VCC同時(shí)，適當(dāng)增大 Re 或 Vbm 或 VBB），需注意管子安全。 實(shí)際上放大器的工作狀態(tài)除了改變 Re 外還可以根據(jù)實(shí)際情況通過改變 VCC、Vbm、VBB 來判斷，不過改變 Re 較普遍，但不論改變哪個(gè)量都必須保證回路諧振在工作頻率上。 2.3 諧振功率放大器電路諧振功率放大器電路 在諧振功率放大器中，它的管外電路由直流饋電電路和濾波匹配網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。2.3.1 直流饋電電路直流饋電電路1. 串饋與并饋串饋與并饋 考慮到濾波匹配網(wǎng)絡(luò)元件的安裝方便，饋電電路(

33、Power Supply Circuit) 對濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的影響。直流饋電電路分為直流饋電電路分為 并饋并饋串饋串饋 (1) 串饋：直流電源 VCC、濾波匹配網(wǎng)絡(luò)和功率管在電路形式上為串接的一種饋電方式。 LC高頻扼流圈，與高頻扼流圈，與 CC 構(gòu)構(gòu)成電源濾波電路。成電源濾波電路。 在信號頻率上 LC 的感抗很大，接近開路；CC 的容抗很小，接近短路，目的是避免信號電流通過直流電源而產(chǎn)生級間反饋，造成工作不穩(wěn)定。cCCCEvVv (2) 并饋：直流電源 VCC、濾波匹配網(wǎng)絡(luò)和功率管在電路形式上為并接的一種饋電方式。 LC 高頻扼流圈，高頻扼流圈，CC1 隔直電容，隔直電容，CC2 電源濾波電容

34、電源濾波電容 要求在信號頻率上，LC 的感抗很大，接近開路，CC1、CC2 的容抗很小，接近短路。 此時(shí)，雖然電源與濾波匹配網(wǎng)絡(luò)在形式上是并聯(lián)的，但濾波匹配網(wǎng)絡(luò)兩端電壓 vc (t) 直接反映在 LC 上，因而有cCCCEvVv 。與串饋電路相同。與串饋電路相同。(3) 串饋與并饋的比較：串饋與并饋的比較： 相同點(diǎn)：兩種饋電方式，VCC都能全部加到集電極上；不同點(diǎn)：濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的接入方式。不同點(diǎn)：濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的接入方式。 串饋：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。 并饋：由于 CC1 隔斷直流，匹配網(wǎng)絡(luò)處于直流地電位上，網(wǎng)絡(luò)元件可直接接地，安裝比串饋方便。但 LC 和 CC1

35、與匹配網(wǎng)絡(luò)相并聯(lián)，它們的分布參數(shù)影響網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧。2. 基極偏置電路基極偏置電路 (1) 作用：為放大電路提供合適的偏置電壓，使功率管工作在丙類。(2) 常用類型：三種常用的基極偏置電路。常用類型：三種常用的基極偏置電路。 圖(a)，基極偏置電壓由 VCC 經(jīng)過 RB1 和 RB2 分壓提供，為保證丙類工作，其值應(yīng)小于功率管的導(dǎo)通電壓。圖圖 (b)、（、（c），自給偏置電路。），自給偏置電路。 圖 (b) 偏置電路：LB、RB、CB1。RB 產(chǎn)生壓降，提供自偏電壓；LB 防止 RB、CB1 對輸入濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的旁路影響圖圖 (c) 偏置電路：偏置電路：LB 產(chǎn)生壓降，提供自偏電壓；產(chǎn)生壓降，提供自

36、偏電壓；3. 自給偏置電路自給偏置電路(1) 自給偏壓自給偏壓 IB0 的產(chǎn)生的產(chǎn)生 以圖(b) 為例，ib 為脈沖電流，可分解為 IB0、Ib1m、Ib2m由基爾霍夫定律得由基爾霍夫定律得21biii 電流 i2 通路有高頻扼流圈 LB，只有直流電流可以通過，而 ib 中的直流分量為 IB0，故 i2 為 IB0。ibi2i1 (2) 稱為自給偏置的原因：當(dāng)未加輸入信號時(shí)，偏置為零；當(dāng)輸入信號由小增大時(shí)，由于 IB0 相應(yīng)增大，加到 B-E 間的偏置電壓 VBE = IB0RB 均將向負(fù)值方向增大。這種偏置電壓隨輸入信號電壓振幅而變化的效應(yīng)稱為自給偏置效應(yīng)。(3) 自給偏置電路的作用：自給偏

37、置電路的作用： 用于放大等幅載波信號的功率放大器，可以在輸入信號振幅變化時(shí)起到自動穩(wěn)定輸出電壓振幅的作用。 用于正弦振蕩器，可以提高振蕩幅度的穩(wěn)定性。用于正弦振蕩器，可以提高振蕩幅度的穩(wěn)定性。 若用于線性功率放大器，會使放大器偏離乙類工作，造成輸出信號失真，應(yīng)當(dāng)避免。1. 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路P368）(1) 電路：電路：r 固有損耗電阻固有損耗電阻(2) 分析分析CLRVI 1jj)j ()(jS 式中，式中，rRRR LS。LC10 稱為諧振頻稱為諧振頻率。此時(shí)，回路電流達(dá)到最大，并且與電壓同相。率。此時(shí)，回路電流達(dá)到最大，并且與電壓同相。引入?yún)?shù)引入?yún)?shù)CRRLQ00e1 有載品質(zhì)因

38、數(shù)有載品質(zhì)因數(shù)Qe 越大，頻率選擇性越強(qiáng)，濾波效果越好。越大，頻率選擇性越強(qiáng)，濾波效果越好。.11LS0LS0LS0erRrRQrRrRrLRRrLQ rLQ00 固有品質(zhì)因數(shù)固有品質(zhì)因數(shù) 由于 RS、RL 使 Qe 小于 Q0，增加了通頻帶寬，要改善必須增大 Qe，除選用 Q0 大的電感外，還要電壓源 RS 小，并限制 RL。2. 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路(1) 電路電路(2) 分析分析LCRY 1jj1)j (e LSPe/RRRR )1(j1)j ()j (1)j ()j (eeLCRRIYIV 令回路總電導(dǎo)為令回路總電導(dǎo)為 0，求得諧振角頻率，求得諧振角頻率 LC10 ，此時(shí)，輸出電壓

39、 V 最大，并與 I 同相。令令CRLRQ0e0ee LPSP0e1RRRRQQ 有載品質(zhì)因數(shù)CRLRQ0P0P0 固有品質(zhì)因數(shù)固有品質(zhì)因數(shù)要增大要增大 eQ SR的電流源，的電流源， LR的負(fù)載。的負(fù)載。2.3.2 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)濾波匹配網(wǎng)絡(luò) 1. 位置：對交流通路而言，濾波匹配網(wǎng)絡(luò)(Filter-Matched Network)介于功率管 T 和外接負(fù)載 RL 之間。2. 對濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的要求對濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的要求3條）條） (1) 變換變換將外接負(fù)載將外接負(fù)載 RL 變換為放大管所要求的變換為放大管所要求的負(fù)載負(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。

40、 (2) 濾波充分濾除不需要的高次諧波分量，以保證在外接負(fù)載上輸出所需基波功率(在倍頻器中為所需的倍頻功率)。工程上用諧波抑制度工程上用諧波抑制度Hn表示濾波性能的好壞。表示濾波性能的好壞。 設(shè) IL1m 和 ILnm 分別為通過外接負(fù)載電流中基波和 n 次諧波分量的振幅，相應(yīng)的基波和 n 次諧波功率分別為 PL 和 PLn，則對 n 次諧波的諧波抑制度定義為L1mmLLLlg20lg10IIPPHnnn Hn 越小，網(wǎng)絡(luò)對 n 次諧波的抑制能力越強(qiáng)。通常n 選 2，即對二次諧波的抑制度。 (3) 高效將功率管給出的信號功率 Po 高效地傳送到外接負(fù)載上，即要求網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率oLK/ PP 接

41、近接近 1。 3. 討論討論 (1) 諧波抑制度諧波抑制度Hn和傳輸效率和傳輸效率K間的矛盾間的矛盾 在實(shí)際濾波匹配網(wǎng)絡(luò)中，提高諧波抑制度 Hn，就會犧牲傳輸效率K，反之亦然。 (2) 闡明闡明 經(jīng)過經(jīng)過 LC 并聯(lián)諧振回路來簡要說明。并聯(lián)諧振回路來簡要說明。 圖中圖中 L 和和 C 為濾波網(wǎng)絡(luò)為濾波網(wǎng)絡(luò)(在諧振功放中，簡稱在諧振功放中，簡稱 L 型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò))，rL 為為 L 中的固有損耗電阻，中的固有損耗電阻，RL 為外接負(fù)載為外接負(fù)載電阻。令電阻。令L00/ )(rLQ 為回路固有品質(zhì)因數(shù)，在高 Q 條件下，它的有載品質(zhì)因數(shù) Qe 近似為 )(LLL0LL0eRrrQRrLQ 顯然，當(dāng)

42、Q0 一定時(shí)，Qe 越小，即 RL 越大于rL，相應(yīng)的K就越大。但 Qe 越小，回路諧振曲線越平坦，對諧波的抑制能力就越差。 諧振功放匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的基本諧振功放匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的基本形式兩種串聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振）形式兩種串聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振）其作用：阻抗匹配、選頻濾波。其作用：阻抗匹配、選頻濾波。滿足上述要求的匹配濾波網(wǎng)絡(luò)滿足上述要求的匹配濾波網(wǎng)絡(luò)形式有多種。形式有多種。不論形式有何不同，均可由下不論形式有何不同，均可由下述串述串- -并聯(lián)阻抗變換公式將其等效并聯(lián)阻抗變換公式將其等效為上述兩種基本網(wǎng)絡(luò)的組合。為上述兩種基本網(wǎng)絡(luò)的組合。常用濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、組常用濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、組成元件的表達(dá)式參

43、閱教材表成元件的表達(dá)式參閱教材表2-3-12-3-1。 (P101)(P101)4. 串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式 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)等效原理，令兩者的端導(dǎo)納相等，即即 ssppj1j11XRXR (1) 串轉(zhuǎn)并公式串轉(zhuǎn)并公式由此得由此得 )1(2ess2s2spQRRXRR ssps2e2ss2s2sp)1(XRRXQRXXRX (2) 并轉(zhuǎn)串公式并轉(zhuǎn)串公式 2eps1QRR ppssXRRX (3) 闡明闡明 式中，式中，ppsseXRRXQ Xp 和和 Xs 為實(shí)數(shù)為實(shí)數(shù) 電容：電容： XC1 電感：電感： XLL 上述各式表明，Qe

44、 取定后，Rp 和 Rs，Xp 和 Xs 之間可以相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換前后的電抗性質(zhì)不變( Xs 和 Xp 有相同的正負(fù)號)。 5. 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 在諧振功率放大器中，為了提高傳輸效率，回路在諧振功率放大器中，為了提高傳輸效率，回路的有載品質(zhì)因數(shù)都較小，一般在的有載品質(zhì)因數(shù)都較小，一般在 10 以下?？紤]到諧波以下?？紤]到諧波抑制度，常用的濾波匹配網(wǎng)絡(luò)除了上述最簡單的抑制度，常用的濾波匹配網(wǎng)絡(luò)除了上述最簡單的 L 型型外，更多的是由三個(gè)電抗元件組成的外，更多的是由三個(gè)電抗元件組成的 、T 型以及由型以及由它們組成的多級混合網(wǎng)絡(luò)。下面就介紹濾波匹配網(wǎng)絡(luò)它們組成的多級混合網(wǎng)絡(luò)。下

45、面就介紹濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換特性。的阻抗變換特性。 假設(shè)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的固有損耗電阻為零，即回路傳輸效率趨近于 1，外接負(fù)載電阻為 RL，要求與 Re 和 C0 的串接或并接阻抗相匹配，C0 為功率管的分布電容。利用串并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式，就可以導(dǎo)出各分布電容。利用串并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式，就可以導(dǎo)出各種濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的元件表達(dá)式。種濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的元件表達(dá)式。 例例 1: 圖圖(a)為為 T 型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，要求與型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，要求與 Re 和和 C0 串接阻抗匹配，求各元件表達(dá)式。串接阻抗匹配，求各元件表達(dá)式。 )1(e22Lp2QRR e2p22Lp2p2QRXRRXC (留意留意 XC2 含負(fù)號含

46、負(fù)號) 111LCCX/XX 解：將解：將 T 型網(wǎng)絡(luò)分割成兩個(gè)串接的型網(wǎng)絡(luò)分割成兩個(gè)串接的 L 型網(wǎng)絡(luò)，圖型網(wǎng)絡(luò)，圖中中 。再對這兩個(gè)再對這兩個(gè) L 型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。在后一個(gè)在后一個(gè) L 型網(wǎng)絡(luò)中，將型網(wǎng)絡(luò)中，將 XC2 和和 RL 的串接阻抗的串接阻抗轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為 Xp2 和和 Rp2 的并接阻抗，分別取值為的并接阻抗，分別取值為 其中，其中，L2e2R/XQC0p21 XXL令，回路并聯(lián)諧振，那么令，回路并聯(lián)諧振，那么 L 型網(wǎng)絡(luò)呈型網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)的諧振電阻為現(xiàn)的諧振電阻為)1(e22Lp2eQRRR 且網(wǎng)絡(luò)元件的表達(dá)式為且網(wǎng)絡(luò)元件的表達(dá)式為 Le22RQXC ，e2p2p21/QRXXL 1e2es11QRR 再來分析前一個(gè)再來分析前一個(gè) L型網(wǎng)絡(luò)，它的負(fù)載電阻型網(wǎng)絡(luò)，它的負(fù)載電阻為為。將。將eR1CXeR和和的并接阻抗轉(zhuǎn)換為的并接阻抗轉(zhuǎn)換為 Xs1 和和 Rs1 的串接阻抗，的串接阻抗，分別為分別為 s1e11e1s1s1RQXRRXC 其中其中1ee1/CXRQ 。令。令0s110 XXXLC ，回路，回路串聯(lián)諧振，那么串聯(lián)諧振，那么 L 型網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)的諧振電阻型網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)的諧振電阻e12e22Le12es1e111QQRQRRR 或或1)1(1e2Lee2 QRRQ ，由于