-諧振功率放大器的性能特點

第

2章諧振功率放大器2.2

諧振功率放大器的性能特點2.2.1近似分析方法2.2.2欠壓、臨界和過壓狀態(tài)2.2.3四個電壓量對性能影響的定性討論2.2.1近似分析方法非諧振功放丙類諧振功放集電極負載純電阻諧振回路，含電抗元件求功率性能圖解法準靜態(tài)分析法要

點求負載線求動態(tài)線

1．使用條件——兩假設(shè)

①

諧振回路濾波特性理想，即盡管集電極、基極電流為脈沖波，但兩回路只產(chǎn)生基波(余弦)電壓，其他分量的電壓均可忽略。有

②

（忽略管子高頻效應(yīng)）功率管特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線表示，其參變量采用

vBE(而不是通常的

iB)

。2．分析步驟

圖2–2–1諧振功率放大器的近似分析方法(b)①求動態(tài)點，畫波形；②連動態(tài)線，畫iC

波形；③圖解積分求分量；④計算功率性能。

(1)求動態(tài)點，畫波形圖2–2–1諧振功率放大器的近似分析方法(a)

設(shè)定VBB、Vbm、VCC、Vcm，將t

按等間隔(t=

0o，15o，

30o，)

給定數(shù)值，由便可確定vBE

和vCE

(圖a)。(2)連動態(tài)線，畫iC

波形：圖2–2–1諧振功率放大器的近似分析方法(b)

根據(jù)vBE

和vCE

值，在輸出特性曲線上(以vBE

為參變量)找對應(yīng)的動態(tài)點，畫動態(tài)線(動態(tài)點的連線)，由此可確定

iC

的波形。不到VCC，因為導(dǎo)通角小于(3)

圖解積分求得分量

IC0和Ic1m

諧振電阻(4)

計算功率性能

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)1．當(dāng)VBB、Vbm、VCC

不變，Vcm

由小變大，動態(tài)點左移

①欠壓狀態(tài)

Vcm

的取值，使所對應(yīng)的動態(tài)點均處在放大區(qū)。

②臨界狀態(tài)

Vcm

增大，使

t=

0

所對應(yīng)的動態(tài)點A處在臨界點，iCmax

略微減小。

③過壓狀態(tài)

Vcm繼續(xù)增大，使A(t=

0)動態(tài)點處在飽和區(qū)，iC

迅速減小，電流脈沖出現(xiàn)凹陷，Vcm

增大，凹陷加深。諧振功放的工作狀態(tài)2．iC

的平均分量IC0與基波分量Ic1m

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。由此可求功率性能2.2.3四個電壓量對性能影響的定性討論一、負載特性

1．定義

指VBB、Vbm

和

VCC

一定，放大器性能隨Re

的變化特性。2．特性Re的增加勢必將引起

Vcm

增大(Vcm=ReIcm)

Re

Vcm

vCEmin

功放欠壓過壓

iC

波形出現(xiàn)凹陷。據(jù)此可以畫出

Ic0

和Ic1m

隨Re

變化的特性。

諧振功放的負載特性

3．

Vcm、Po、PD、PC、C

隨Re

變化的曲線圖2-2-4負載特性

Vcm=ReIc1m，Po=VcmIc1m/2=I2c1mRe/2

PD=VCCIC0，PC=PD－Po

C=Po/PD3．討論

(1)

欠壓區(qū)

Re，iC

脈沖高度略有減小，相應(yīng)的IC0、Ic1m也略有減小，因而Vcm(=ReIc1m)和Po(

)近似線性增大，而PD(=VCCIC0)略有減小，C增大，PC

減小。

(2)過壓區(qū)

Re

，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、PD

減小，且

Po比

PD減小的慢，從而C

略有增加，PC

略有減小。

(3)匹配負載

Reopt

Re

=

Reopt

時，管子工作在臨界狀態(tài)，Po

最大，C

較大，PC

較小，放大器性能接近最佳。此時的Re

稱為諧振功放的匹配負載。3．討論

(3)匹配負載

Reopt

Re

=

Reopt

時，管子工作在臨界狀態(tài)，Po

最大，C

較大，PC

較小，放大器性能接近最佳。此時的Re

稱為諧振功放的匹配負載。二、調(diào)制特性圖2–2–5集電極調(diào)制特性兩種調(diào)制特性：集電極調(diào)制和基極調(diào)制特性。

1．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)制特性集電極調(diào)制特性與調(diào)幅電路

①欠壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖高度略有減小，因而IC0和Ic1m

也將略有減小，Vcm(=ReIc1m)也略有減小。

②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。

(3)

集電極調(diào)幅原理電路

圖中：

——載波——調(diào)制信號為諧振回路上的輸出電壓。

與諧振功放區(qū)別：集電極回路接入調(diào)制信號電壓。圖2–2–7集電極調(diào)幅電路令VCC(t)=VCC0+v(t)

作為放大器的等效集電極電源電壓。若要求Vcm(t)

按VCC(t)

的規(guī)律變換，根據(jù)集電極調(diào)制特性，放大器必須在VCC(t)

的變化范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。

2．基極調(diào)制特性

圖2–2–6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)制特性基極調(diào)制特性與調(diào)制電路當(dāng)

Vbm

一定，VBB

，iC寬度、高度

，IC0

Ic1m

、Vcm

，VCEmin

，放大器欠壓過壓。過壓后，隨VBB，iC

寬度、高度

，凹陷加深，IC0和Ic1m、Vcm

均增加緩慢，可認為近似不變。(3)基極調(diào)幅原理電路

圖2–2–8基極調(diào)幅電路——基極偏置電壓

使

Vcm

按VBB(t)

的規(guī)律變化，放大器工作在欠壓狀態(tài)。三、放大特性圖2–2–9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VBB，增大Vbm

與上述固定Vbm

增大VBB

的情況類似，它們都使iC

的寬度和高度增大，放大器由欠壓進入過壓，圖2–2–9(a)。諧振功放的放大特性(1)諧振功放作為線性功放圖2–2–10(a)

線性功率放大器的作用

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)。(2)

諧振功放作為振幅限幅器(AmplitudeLimiter)圖2–2–10(b)

振幅限幅器的作用

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：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、四個特性在調(diào)試中的應(yīng)用

在調(diào)試諧振功放時，上述四個特性十分有用。

例如，設(shè)一個丙類諧振功率放大器，設(shè)計在臨界狀態(tài)，若制作出后，Po

和C

均不能達到要求，則應(yīng)如何進行調(diào)整。

Po

達不到要求，表明放大器沒在臨界。若增大Re

能使Po

增大，則根據(jù)負載特性，斷定放大器工作在欠壓狀態(tài)，此時分別增大Re、Vbm

和VBB

或同時或兩兩增大均可使放大器由欠壓進入臨界。

若增大Re，Po

減小，放大器實際工作在過壓狀態(tài)，可增大VCC(同時，適當(dāng)增大

Re

或Vbm

或VBB)，需注意管子安全。

實際上放大器的工作狀態(tài)除了改變

Re

外還可以根據(jù)實際情況通過改變VCC、Vbm、VBB

來判斷，不過改變Re

較普遍，但不論改變哪個量都必須保證回路諧振在工作頻率上。圖2–2–5集電極調(diào)制特性圖2–2–6基極調(diào)制特性圖2–2–9放大特性例：諧振功率放大器原工作在欠壓狀態(tài)?，F(xiàn)為了提高輸出功率，將放大器調(diào)整到臨界工作狀態(tài)。試問，可分別改變哪些量來實現(xiàn)？例

諧振功率放大器輸出功率Po已測出，在電路參數(shù)不變時，為提高Po采用提高Vbm的辦法。但效果不明顯，試分析原因，并指出為了達到Po明顯提高的目的，可采用什么措施?例

諧振功率放大器輸出功率Po已測出，在電路參數(shù)不變時，為提高Po采用提高Vbm的辦法。但效果不明顯，試分析原因，并指出為了達到Po明顯提高的目的，可采用什么措施?負載特性曲線采用提高Vbm提高Po效果不明顯說明放大器工作在過壓工作狀態(tài)，為了達到Po明顯提高的目的可以減小Rp或增加Vcc。諧振功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。以臨界狀態(tài)為例：1)首先要求得集電極電流脈沖的兩個主要參量icmax和c導(dǎo)通角c集電極電流脈沖幅值Icm諧振功率放大器的計算2)電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù)0(c)、1(c)、…、n(c)可查表求得，并求得各分量的實際值。3)諧振功率放大器的功率和效率直流功率：PD=Ic0VCC交流輸出功率：集電極效率：4)

根據(jù)可求得最佳負載電阻：在臨界工作時，接近于1，作為工作估算，可設(shè)定=1?！白罴选钡暮x在于采用這一負載值時，調(diào)諧功率放大器的效率較高，輸出功率最大。在實際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過匹配網(wǎng)絡(luò)和終端負載(如天線等)相匹配。例:某諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。已知該放大器采用晶體管的參數(shù)為：fT≥150MHz，功率增益Ap≥13dB，管子允許通過的最大電流IcM=3A，最大集電極功耗為Pcmax=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的負偏置VBB=1.4V，c=70，VCC=24V，=0.9，試計算放大器的各參數(shù)。例:某諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。已知該放大器采用晶體管的參數(shù)為：fT≥150MHz，功率增益Ap≥13dB，管子允許通過的最大電流IcM=3A，最大集電極功耗為Pcmax=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的負偏置VBB