第4章 高频功率放大电路要点

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高频功率放大器的电路组成要点

高频功率放大器的电路组成要点

高频功率放大 器 的 电 路 P69 组成 输出匹配网络的参数主要 此式可参考教材
(3)输出匹配网络的参数
反射阻抗r’
Ln CA RA
r1
r’
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高频功率放大器的电路组成
谐振阻抗
二、输出匹配网络
1、输出匹配网络的作用 2、输出匹配网络工作原理 (3)输出匹配网络的参数 ω2M2 r’= —— RA L1 2 2 R’P=p RP=p ———— C1(r1+r’) L1 2 R’P=p —————— ω 2 M2 C1(r1+——) RA 上式说明,改变M就可以 在不影响回路谐振频率的情 况下调节R’P,以达到阻抗 匹配的目的。
IC0
Icm1 C
VCC L
Icmn
(2) (1) IC0 Icm1、Icmn
vC Vcm
(3) C” C
L
L’
+
-
C’
VCC
Vcm
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高频功率放大器的电路组成
3、实际基极馈电电路
一、馈电线路
1、高频功率放大器的馈电 原则: 2、实际的集电极馈电电路 3、实际基极馈电电路 同理可得高频功率放大器的 基极馈电电路。
串馈式 基极馈 电电路
VBB
+
C’
工作原理与集电极馈电电路 相似,同学们自行阅读教材。
C”
并馈式 基极馈 电电路
L’
-
VBB
+
C’
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高频功率放大器的电路组成
二、输出匹配网络 1、输出匹配网络的作用
二、输出匹配网络
放大器
1、输出匹配网络的三个作用 Z0 四端 Rs Zi (1)使负载阻抗与放大器所 RL 网络 需的最佳阻抗匹配,以保证 放大器传输到负载的功率最 大,它起着匹配网络的作用。 (2)抑制工作频率范围以外 例如:同一天线发射几套 的不需要频率,即它有良好 电视节目等。 的滤波作用。 (3)在有几个电子器件同进 输出功率的情况下,保证它 们都能有效地传送功率到负 载,但同时又应尽可能使这 几个电子器件彼此隔离互不 本页完 继续 影响。

高频放大电路原理详解及应用电路

高频放大电路原理详解及应用电路

高频放大电路原理详解及应用电路在无线电通信、雷达探测、卫星通信等领域,高频放大电路的应用非常普遍。

它能够对信号进行放大、调制和解调,实现信号的传输和处理。

本文将从原理入手,详细介绍高频放大电路的运作原理以及常见的应用电路。

高频放大电路原理高频放大电路是基于晶体管等半导体器件实现的。

晶体管有电流控制特性,即控制其输入端电流可以控制输出端电压的大小。

因此,通过对晶体管输入信号进行调制,可以实现对输出信号的放大。

单管放大电路单管放大电路是最简单的高频放大电路,包括一个晶体管和少量的附加电路元件。

它的工作原理如下:•输入信号通过耦合电容进入到放大电路,被晶体管的基极载入;•电压通过电流流入晶体管中,改变晶体管的电学性质;•这种改变将信号放大到输出端。

单管放大电路常用于中频放大电路,其中输入信号频率范围为100kHz至30MHz。

它的主要优点是简单,可靠,成本低,但输出功率较低,增益范围有限。

双管放大电路双管放大电路包括两个晶体管和多种附加电路元件,能够提供更高的增益和输出功率。

它的工作原理如下:•输入信号被耦合电容器从信号源引入第一个晶体管的基极;•第一个晶体管将输入信号放大并发送给第二个晶体管的基极;•第二个晶体管放大第一个晶体管已经放大过的信号;•放大的信号被输入到输出级驱动器,输出级驱动器接驳输出端的负载。

双管放大电路常用于VHF(30MHz至300MHz)和UHF(300MHz至3GHz)频段的放大电路,因为它提供了更高的增益和输出功率。

多管放大电路多管放大电路包括多个晶体管和各种附加电路元件,能够提供最高的增益和输出功率。

它的工作原理如下:•输入信号通过耦合电容器从信号源引入到第一个晶体管的基极;•第一个晶体管将输入信号放大并发送给紧接着的晶体管的基极;•后续每个晶体管都将输入信号放大并发送给下一个晶体管;•最后一个晶体管将信号放大并输入到输出级驱动器,输出级驱动器接驳输出端的负载。

多管放大电路常用于HF(3MHz至30MHz)和低于10kHz`的频段放大电路,因为它提供了最高的增益和输出功率。

高频功率放大器的电路组成要点

高频功率放大器的电路组成要点

IC0
Icm1 C
VCC (1) (2) L
Icmn
(3) C”
vC Vcm
L’
+
-
C
L
C’
VCC
Vcm
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高频功率放大器的电路组成
高频扼流圈L’的分析
一、馈电线路
1、高频功率放大器的馈电 原则: 2、实际的集电极馈电电路 (2)并馈式集电极馈电电路 电路分析: L’是高频扼流圈,它对直 流IC0是短路的,但对高频呈 现很大的阻抗,以阻止高频 电流通过公用电源内阻产生 高频能量的损耗和在各级之 间的寄生耦合。
IC0
Icm1 C
VCC L
Icmn
(2) (1) IC0 Icm1、Icmn
vC Vcm
(3) C” C
L
L’
+
-
C’
VCC
Vcm
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高频功率放大器的电路组成
3、实际基极馈电电路
一、馈电线路
1、高频功率放大器的馈电 原则: 2、实际的集电极馈电电路 3、实际基极馈电电路 同理可得高频功率放大器的 基极馈电电路。
5.5高频功率放 大器的电路组成
Icm1 C
VCC (1) (2) IC0 VBB VCC L
Icmn
(1)VCC经管外电路输至集电 极并产生直流电流IC0,该回路 中除了晶体管的内阻外,应没 有其他电阻消耗能量。
(2)高频基波分量Icm1应通过负 载回路,以产生所需的高频输出 功率。因此,只应有Icm1在负载 回路上产生电压降产生Vcm1。 (3)高频谐波分量Icmn在回路中 应是接近短路的,不应消耗功率。
放大器 Rs Zi 四端 网络 M L1 C1 r1 Cn L2 Ln CA Z0 RL

高频功率放大电路(精)

高频功率放大电路(精)

第4章 高频功率放大电路
10

余弦脉冲的分解:
1 I co 2 I c1m
sin cos ic dt ic max ic max 0 ( ) (1 cos )


(3 19a) (─ 4-3 ) (3 19b) (─ 4-4 )
1 sin cos ic cos td t ic max ic max1 ( ) (1 cos )
ubemax =ucemin
A点在临界饱和线上;临界状态。
ic最大,Ic0 、Ic1m最大, P0最大 临界电阻:临界状态时的负载电阻 记为:ROPT。 ubemax > ucemin 集电结正偏 ,A点在饱和区; uce使ic迅速减少, Ic0 、Ic1m减小, Pd、 P0减小
Ucm大,ξ= Ucm/Ec ,电压利用率高,过压状态。
uce C
(4-11)
ic gc ( ube Vth )
(4-12)
二、 高频功放管集电极的动态特性 动态特性:当基极加上输入信号并且集电极接上负载阻抗时, 晶体管集电极电流ic与集电极电压uce 之间的关系。 动态特性曲线:功率放大器工作点变化的轨迹,也称动态交流负 载线, 由集电极电流ic与集电极电压uce曲线构成。由于晶体管 的静态特性曲线是非线性的,所以实际动态特线性曲线也是非 线性的,但可以证明:当静态特性曲线折线化后,且放大器负 载处于谐振状态,即负载为纯电阻,则动态特性曲线也为一条 直线。 当负载回路处于谐振状态时,有:
余弦电流脉冲的分解:
(4-2)
ic I m (cos t cos ), ic 0,
t 2k
t 2k

第4章 高频功率放大电路

第4章     高频功率放大电路

第4章高频功率放大电路讲授内容:4.1 概述4.2 丙类谐振功率放大电路4.3 宽带高频功率放大电路与功率合成电路4.4 集成高频功率放大电路及应用简介4.1概述电路:将直流电源能量转换成输出信号能量装置1、分类:按频率高低分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。

按其工作频带宽窄分为宽带功率放大电路和窄带功率放大电路,其共同点为输出功率大、效率高和非线性失真小。

2、高频窄带功率放大电路特点:(1)工作频率高,但相对频带窄;(2)放大器工作于丙类状态,其电流的流通角小于1800;(3)负载采用具有滤波能力的调谐回路;(4)电路分析,由于是非线性电路,常用图解法和解析近似分析法,其中最常用的是解析近似分析法中的折线法。

3、丙类谐振功率放大电路:具有输出功率大、效率高和非线性失真小,且具上述4个特点功率放大电路称为丙类谐振功率放大电路,属于谐振功放之一。

4、宽带功率放大电路:功放工作在甲类状态,利用传输线变压器等作为匹配网络,采用功率合成技术增大输出功率。

本章着重讨论丙类谐振功率放大电路的工作原理、动态特性和电路组成。

同时简要介绍高频宽带功率放大电路和集成高频功率放大电路的一些实例。

4.2丙类谐振功率放大电路4.2.1 工作原理电路如图示:设输入信号是单频正弦波,输出回路调谐在输入信号的相同频率上。

则:U BE=V BB+Ub=V BB+U bm cosωtU CE =V CC +Uc=V CC -I c1m R Σcos ωt=V CC -Ucmcos ωt设集电极电源提供的直流功率P D ,谐振功放输出交流功率Po 、集电极效率η和集电极功耗P C 则: P D =V CC I C0P C =P D -Po说明:1、要增大P0,在 不变的情况下,需增大Ic1m ;当器件确定时,就是要增大输入信号振幅Ubm2、要提高效率,需增大Ic1m 或减小IC0(减小IC0即减小集电极功耗,通过降低静态工作点可以实现)。

高频功率放大电路结构和工作原理

高频功率放大电路结构和工作原理

1.1 高频功率放大电路的分类 2、按功放电路的负载分类 (2)宽带功率放大电路 以宽带传输线变压器为负载的,称为宽带功率放大电路
1、传输线变压器既是功放电路的负载,同时又起着将高频 信号传输到下一级的作用。
2、传输线变压器没有选频的作用,同时又有很好的频率特 性,其上限频率可以扩展到几百兆赫乃至几千兆赫。
ui U im Cost
基极静态偏置电压为UBQ,加入信号电压后,加在发射结之 间的总电压是交流信号ui和直流偏置电压之和,因此基极发射极间电压为
uBE U BQ U im Cost
式中UBQ是基极静态电压,Uim是余弦波的峰值
1、纯电阻为负载的C类功率放大电路
工作原理:
讨论工作原理的做法是:求出输入信号ui为余弦波时集电极
也可以根据功率电平值求出电路的绝对功率值,以dBm为例,
设一功放电路的功率电平等于Px(单位dBm),则其绝对功
率P等于
P 100.1PX mW
例如,电路功率电平Px=20dBm,代入上式,可求得其绝对 功率为100mW。
1.2 高频功率放大电路的主要技术指标
4、效率η
功率放大电路的效率定义为输出信号功率与电源供 给功率之比。
1.2 高频功率放大电路的主要技术指标
2、输出功率Po 设 一 个 射 频 功 放 电 路 的 输 出 功 率 为 P , 定 义 P 与 1mW( 或 1W)比值的对数乘10为该电路以dBm(或dBW)为单位的 功率值,该输出功率的功率电平为
功率电平(dBm) 10lg( p /1mW )
功率电平(dBW) 10lg( p /1W )
高频功率放大电路结构和工作原理
1.1 高频功率放大电路的分类
2、按功放电路的负载分类 (1)窄带功率放大电路 以选频网络为负载的功放电路,称为窄带功率放大电路。

第4章_高频功率放大器1

第4章_高频功率放大器1
第 4 章 高频功率放大器
概述
丙类高频功率放大器的工作原理 丙类高频功率放大器的折线分析法 丙类高频功率放大器电路
1
4.1 概 述
一、高频功率放大器的功能
用小功率的高频信号去控制高频功率放大器,将直流电 源供给的能量转换为大功率的高频能量输出,并保证输 出与输入的频谱相同。
ω
高频功率 ω 放大器
2
uCE + ub _ -VBB+
_
uc
+
L
t
-VCC+
9
高频电子电路
高频功率放大电路与高频小信 号谐振放大电路有何区别?
(1)作用与要求不同。小信号谐振放大器主要用于高频小信号 的选频放大,要求有较高的选择性和电压增益;谐振功放主要 用于高频信号的功率放大,要求效率高,输出功率大。
(2)工作状态不同。小信号谐振放大器输入信号很小,要求失 真小,工作在甲类状态;谐振功放为大信号放大器,为了提高 效率和功率,工作在丙类状态。
uBE U BZ
实际 理想
iC gc -称为跨导 uBE
11
2. 输出特性曲线-是以基极电压(或基极电流)为参量的集电极电流 与集电极电压的关系曲线。
临界饱和线
临界线方程: iC gcr uCE
饱和区 放大区
g cr 为临界线的斜率
12
二、 集电极余弦电流脉冲的分解
uBE VBB Ubm cos t
U bm U BZ VBB gc ) U uCE VCC U cm ( U bm cm
U bm gc U uCE VCC U cm cos c gd uCE U0 cm

第四章 高频功率放大器要点

第四章 高频功率放大器要点

Po、P~、Pc、η ~ Rp关系
Rp 小→大 状态: 欠压 → 临界 → 过压 P~ 小→大→小 Po 大 → 小 → 更小 Pc 大 → 小 → 更小 η 小→大→大→略 降
P~在临界有最大值、选放大器在临界状态
三种工作状态比较
欠压状态 过压状态 临界状态

三、各极电压对工作状态的影响
a)串联馈电:
组件作用 输出回路: 直流通路: Vcc⊕ → L′ → L → BG C极→ e→ 交流通路: uce → ic → C′ → LC → uc
b) 并联馈电:
组件作用 直流通路: Vcc⊕ → L′ → BG C极→ e →Vcc 交流通路: BG C → ic → C′′ → LC → e 馈电组件的选择,C′和L′的确定
2、Ubm变化对放大器工作状态的影响
动态线斜率不变 静态特性曲线UBEmax向上平移

3、Vbb变化对放大器工作状态的影响

Rp、Vcc恒定,Vbb变化对放大器的性能的影响 称基极调制特性 (基极电压对输出的影响)
四、谐振功率放大器工作状态的计算
步骤: 1、首先求出集电极电流脉冲的两个主要参量: icmax、cosθ 2、求出电流余弦脉冲的各谐波分量 3、求出相应的功率与效率 举例:
第四章、高频功率 放大器与功率 合成技术
主要内容:

丙类谐振功放的特点 丙类谐振功放的工作原理 丙类谐振功放的性能分析——折线近似方法 丙类谐振功放的动态特性和负载特性。 丙类谐振功放的直流馈电线路。 丙类谐振功放的级间匹配问题(匹配网络) 丁类高频功率放大电路简介 宽带高频功率放大器简介


1、Vcc变化对放大器工作状态的影响—集电 极调制特性 当Vbb、Ubm和Rp—定,放大器的性能随Vcc变 化的特性称为集电极调制特性。

高频功率放大器(C类)要点课件

高频功率放大器(C类)要点课件
输出匹配网络
将放大器输出阻抗匹配至负载,提高 信号传输效率,降低功率损耗。
偏置电路设计
确定合适的偏置电压和电流
根据放大器的工作状态和性能要求,选择合适的直流偏置电压和电流,以保证 放大器正常工作。
偏置电路稳定性
确保偏置电路的稳定性,防止因温度、时间等因素引起的偏置电压或电流漂移 。
稳定性与反馈技术
效率与功率特性
效率
C类放大器的效率较高,通常可以达到 70%以上,这是由于其工作方式可以减 少能量损失。
VS
功率特性
C类放大器通常用于高功率应用,能够提 供较大的输出功率,满足各种需求。
频率响应与稳定性
频率响应
C类放大器的频率响应较窄,因此适用于特定频率的应用。
稳定性
C类放大器的稳定性较好,不易受温度、电源电压等外部因素的影响。
雷达系统
C类放大器在雷达系统中 用于产生高功率的射频信 号,用于探测和跟踪目标 。
电子战系统
C类放大器在电子战系统 中用于干扰敌方通信和雷 达信号,保护己方安全。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
C类放大器的电路设计
输入与输出匹配网络
输入匹配网络
将信号源阻抗匹配至放大器输入端, 降低信号源内阻对放大器性能的影响 。
广播电视系统中的应用
广播电视系统需要将信号传输到各个 角落,因此需要大功率的信号源。C 类放大器的高效率和输出功率特性使 得它在广播电视系统中得到广泛应用 。
C类放大器在广播电视系统中的应用, 可以提高信号的覆盖范围和传输质量 ,同时减少能源的消耗和散热问题。
其他应用案例分析
C类放大器因其高效率、大输出功率的特性,还被广泛应用于其他领域,如科学研究、工业生产、医 疗设备等。

高频功率放大器原理详解

高频功率放大器原理详解

(9)
式(9)即为尖顶余弦脉冲旳解析式,
它完全取决于脉冲高度ic max与通角c。
若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数
ic =Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+…+Icmncosnt+…
由傅里叶级数旳求系数法得
IC0 iC max 0 C
Icm1 iC max (C )
Icmn iC max n (C )
ic
ic
o
vBE o
t
E
2c
VBZ
谐振功率放大器 波形图
t
4、高频功率放大器与低频功率放大器旳异同之处 共同之处:都要求输出功率大和效率高。 功率放大器实质上是一种能量转换器,把电源供给 旳直流能量转化为交流能量,能量转换旳能力即为功率 放大器旳效率。 功率放大器旳主要技术指标是输出功率与效率 不同之处:工作频率与相对频宽不同;
其中: 0
(c
)
sinc c cosc (1 cosc )
n
1 0
1
0.5
0
0.4 2.0
0.3 0.2 1.0
1 0 2
0.1 0
3100 140
20 40 60 80 120 160180 c
1
(c
)
c cosc sinc (1 cosc )
尖顶脉冲旳分解系数
n
(c
)
2
ห้องสมุดไป่ตู้
sin
nc cosc n cos nc sin n(n2 1)(1 cosc )
放大器旳负载不同;
放大器旳工作状态不同。
5、工作状态:
功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作 方式,为了进一步提升工作效率还提出了丁类与戊类放大器。

第4章 高频功率放大电路

第4章     高频功率放大电路

第4章高频功率放大电路讲授内容:4.1 概述4.2 丙类谐振功率放大电路4.3 宽带高频功率放大电路与功率合成电路4.4 集成高频功率放大电路及应用简介4.1概述电路:将直流电源能量转换成输出信号能量装置1、分类:按频率高低分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。

按其工作频带宽窄分为宽带功率放大电路和窄带功率放大电路,其共同点为输出功率大、效率高和非线性失真小。

2、高频窄带功率放大电路特点:(1)工作频率高,但相对频带窄;(2)放大器工作于丙类状态,其电流的流通角小于1800;(3)负载采用具有滤波能力的调谐回路;(4)电路分析,由于是非线性电路,常用图解法和解析近似分析法,其中最常用的是解析近似分析法中的折线法。

3、丙类谐振功率放大电路:具有输出功率大、效率高和非线性失真小,且具上述4个特点功率放大电路称为丙类谐振功率放大电路,属于谐振功放之一。

4、宽带功率放大电路:功放工作在甲类状态,利用传输线变压器等作为匹配网络,采用功率合成技术增大输出功率。

本章着重讨论丙类谐振功率放大电路的工作原理、动态特性和电路组成。

同时简要介绍高频宽带功率放大电路和集成高频功率放大电路的一些实例。

4.2丙类谐振功率放大电路4.2.1 工作原理电路如图示:设输入信号是单频正弦波,输出回路调谐在输入信号的相同频率上。

则:U BE=V BB+Ub=V BB+U bm cosωtU CE =V CC +Uc=V CC -I c1m R Σcos ωt=V CC -Ucmcos ωt设集电极电源提供的直流功率P D ,谐振功放输出交流功率Po 、集电极效率η和集电极功耗P C 则: P D =V CC I C0P C =P D -Po说明:1、要增大P0,在 不变的情况下,需增大Ic1m ;当器件确定时,就是要增大输入信号振幅Ubm2、要提高效率,需增大Ic1m 或减小IC0(减小IC0即减小集电极功耗,通过降低静态工作点可以实现)。

超高频功率放大电路

超高频功率放大电路

超高频功率放大电路超高频功率放大电路是一种用于放大高频信号的电路。

在无线通信、雷达、卫星通信等领域,超高频功率放大电路起着至关重要的作用。

本文将介绍超高频功率放大电路的基本原理、设计要点以及应用场景。

超高频功率放大电路的基本原理是将输入的高频信号经过放大电路放大后输出,以增强信号的功率。

在超高频范围内,电路的频率响应、稳定性和线性度等方面的要求都非常高。

因此,设计超高频功率放大电路需要考虑以下几个关键要点。

超高频功率放大电路的频率响应要满足要求。

频率响应是指电路在不同频率下的增益特性。

在超高频范围内,电路的频率响应应尽可能平坦,以保证信号在不同频率下得到相同的放大倍数。

为了实现平坦的频率响应,可以采用带通滤波器、补偿电路等技术手段。

超高频功率放大电路的稳定性要得到保证。

稳定性是指电路在不同工作条件下输出功率的稳定性。

超高频功率放大电路容易受到温度、供电电压等因素的影响,因此需要采取一些稳定性增强的措施。

例如,可以在电路中加入负反馈电路、稳压电路等。

超高频功率放大电路的线性度要达到要求。

线性度是指电路在输入信号较大时输出信号与输入信号之间的线性关系。

在超高频范围内,线性度对于信号的准确传输至关重要。

为了提高线性度,可以采用线性化技术,如预失真技术、反馈技术等。

超高频功率放大电路在实际应用中具有广泛的应用场景。

例如,在无线通信系统中,超高频功率放大电路用于增强发射信号的功率,以扩大通信距离和提高通信质量。

在雷达系统中,超高频功率放大电路用于放大雷达回波信号,以便更好地探测目标。

在卫星通信系统中,超高频功率放大电路用于放大卫星上行信号,以增强信号的传输能力。

超高频功率放大电路是一种用于放大高频信号的电路,具有重要的应用价值。

设计超高频功率放大电路需要考虑频率响应、稳定性、线性度等要点,并在实际应用中能够发挥其优势。

通过不断的研究和创新,超高频功率放大电路将在无线通信、雷达、卫星通信等领域继续发挥重要的作用。

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第4章高频功率放大电路讲授内容:4.1 概述4.2 丙类谐振功率放大电路4.3 宽带高频功率放大电路与功率合成电路4.4 集成高频功率放大电路及应用简介4.1概述电路:将直流电源能量转换成输出信号能量装置1、分类:按频率高低分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。

按其工作频带宽窄分为宽带功率放大电路和窄带功率放大电路,其共同点为输出功率大、效率高和非线性失真小。

2、高频窄带功率放大电路特点:(1)工作频率高,但相对频带窄;(2)放大器工作于丙类状态,其电流的流通角小于1800;(3)负载采用具有滤波能力的调谐回路;(4)电路分析,由于是非线性电路,常用图解法和解析近似分析法,其中最常用的是解析近似分析法中的折线法。

3、丙类谐振功率放大电路:具有输出功率大、效率高和非线性失真小,且具上述4个特点功率放大电路称为丙类谐振功率放大电路,属于谐振功放之一。

4、宽带功率放大电路:功放工作在甲类状态,利用传输线变压器等作为匹配网络,采用功率合成技术增大输出功率。

本章着重讨论丙类谐振功率放大电路的工作原理、动态特性和电路组成。

同时简要介绍高频宽带功率放大电路和集成高频功率放大电路的一些实例。

4.2丙类谐振功率放大电路4.2.1 工作原理电路如图示:设输入信号是单频正弦波,输出回路调谐在输入信号的相同频率上。

则:U BE=V BB+Ub=V BB+U bm cosωtU CE =V CC +Uc=V CC -I c1m R Σcos ωt=V CC -Ucmcos ωt设集电极电源提供的直流功率P D ,谐振功放输出交流功率Po 、集电极效率η和集电极功耗P C : P D =V CC I C0P C =P D -Po说明:1、要增大P0,在 不变的情况下,需增大Ic1m ;当器件确定时,就是要增大输入信号振幅Ubm2、要提高效率,需增大Ic1m 或减小IC0(减小IC0即减小集电极功耗,通过降低静态工作点可以实现)。

由上知,增大输入信号振幅和降低静态工作点是实现大功率高效率的两条重要途径。

图示是三种不同静态工作点情况时晶体管转移特性分析。

其中QA 、QB和QC 分别是甲类、乙类和丙类工作时的静态工作点。

在甲类工作状态时,为保证不失真,必须满足Ic1m ≤IC0,又Ucm ≤VCC(忽略晶体管饱和压降),所以可计算出,最高效率为50%。

在乙类工作状态时, 集电极电流是在半个周期内导通的尖顶余弦脉冲,可以用傅氏级数展开为:iC=IC0+Ic1mcos 2ω0t+Ic2mcos2ω0t+…由此 可求得在Ucm=VCC 时的最高效率%5.78412121≈=⋅=ππηcm cm I I ...2cos 32cos 21100+++t I t I I cm cm cm ωπωπ∑==R I U I P m C cm Cm 21012121CC co cm m c D V I U I P P 1021⋅==η∑R随着基极偏置电压VBB 逐渐左移,静态工作点逐渐降低,晶体管的工作状态由甲类、乙类而进入丙类。

此时将晶体管特性曲线理想化,用折线来代替,称为折线近似分析法。

图示是将晶体管转移特性折线化,以此分析丙类工作状态。

由图可以得到iC 的分段表达式:i C= g(uBE-Uon) uBE ≥Uon0 uBE <Uon如果将输入信号在一个周期内的导通情况用对应的导通角度2θ来表示,则称θ为导通角。

可见,0°≤θ≤180°在放大区,可得: iC=g(V BB +Ubmcosωt-Uon)当ωt=θ时,有 iC=0,此时可得:θ=arccos当ωt=0时,有 iC=Icm ,则此时可求得:从i C 的表达式可以看出,这是一个周期性的尖顶余弦脉冲函数,)cos (on bm BB c U t U V g i -+=∴ω⎪⎪⎭⎫⎝⎛-bm BB on U V U θcos 1-=cm bm I gU θθωωcos 1cos cos cos --=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=t I U V U t gU cm bm BB on bm因此可以用傅里叶级数展开,即iC=I C0+Ic1mcos ωt+Ic2mcos 2ωt+…+Icnmcos n ωt+…。

若I Cm 固定, 则分解系数只是θ的函数, 通常表示为:I C0=I Cm α0(θ)、 Ic1m=I Cm α1(θ)、 Ic2m=I Cm α2(θ)、 …其中α0(θ)、α1(θ)、α2(θ), …被称为尖顶余弦脉冲的分解系数。

图示为θ在0°~180°范围内的分解系数曲线和波形系数曲线。

波形系数:g1(θ)=若定义集电极电压利用系数 ,可以得到集电极效率和输出功率的另一种表达式:说明:1、由图可以看出,在回路等效总电阻R Σ和脉冲高度ICm 相同时,丙类的输出功率比甲类、甲乙类和乙类要小,但是丙类的集电极效率比它们都要高。

2、从上分析和图示情况知,导通角θ越小, g1越大,效率越高,但α1却越小,输出功率也就越小。

所以要兼顾效率和输出功率两个方面,选取合适的导通角θ。

一般以70°作为最佳导通角,此时的集电极效率可达到85.9%, 可以兼顾效率和输出功率两个重要指标。

例3.1在图3.2.3中, 若Uon=0.6V ,g=10mA /V ,ICm=20mA ,又VCC=12V ,求当θ分别为180°,90°和60°时的输出功率和相应的基极偏压VBB ,以及θ为60°时的集电极效率。

(忽略集电极饱和压降) )()(01θθa a ():10)(为θθθθ)cos 1(cos sin )(0θπθθθθα--=)cos 1(cos sin )(1θπθθθθα--=CC cm V U =ξ)(2121101θξηg V I U I CC c cm m c ==∑=R a I p cm )(212120θ解: 由α(θ)曲线可查得:α0(60°)=0.22,α1(180°)=α1(90°)=0.5,α1(60°)=0.38因为: U cm =V CC =12V所以:当甲类工作时(θ=180°): Ic1m=0.5×20=10mA ,Po= ×10×12=60mW当乙类工作时(θ=90°): Ic1m=0.5×20=10mA , Po= ×10×12=60mW V BB =0.6V 当丙类工作时(θ=60°):Ic1m=0.38×20=7.6mA ,Po= ×7.6×12=45.6mWIC0=0.22×20=4.4mA , η= ×4.2.2设输入是振幅为Ubm 的单频余弦信号,输出单频余弦信号的振幅为UcmuBE=VBB+ub=VBB+Ubmcos ωtuCE=VCC+uc=VCC-Ic1mR Σcos ωt=VCC-Ucmcos ωt又:iC= g(uBE-Uon) uBE ≥Uon0 uBE <Uon由上述公式知,当晶体管参数确定以后, Ucm 的大小与V BB 、V CC 、R Σ和Ubm 四个参数有关。

在输出特性图中,截止区和饱和区内的动态线分别和输出特性中截止线和临界饱和线重6.1210206.02=⨯+=+=g I U U cm on BB 2121%8686.0124.4126.7==⨯⨯)cos 1(cos θθ-=g I U cm bm )cos 1(cos cos θθθ--=-=∴g I U U U U cm on bm on BB V 4.1)60cos 1(1060cos 206.0-=--= 2121合(其中临界饱和线斜率为gcr),放大区内的动态线是一条其延长线经过Q 点的负斜率线段AB 。

其表达式可用以下步骤求出:代入iC= g(uBE-Uo n)式,经整理可得:iC= -gd(uCE-V0)因为:Ic1m=ICm α1(θ),1 负载特性V BB 、V CC 和U bm 三个参数固定,R Σ发生变化,动态线、Ucm 以及Po 、η等性能指标随之变化规律称为谐振功放的负载特性。

由图示知, VBB 和VCC固定意味着Q 点固定, Ubm 固定则θ也固定。

此时放大区动态线斜率1/Rd 将随R Σ而变化。

图中给出了三种不同斜率情况下的动态线。

说明:1、动态线A1B1:斜率较大, R Σ较小,与特性曲线相交于放大区,此时输出电压振幅Ucm 较小,晶体管工作在放大区和截止区,其工作状态称为欠压状态。

此时输出功率和效率都比较低。

2、动态线A2B2:斜率较小, R Σ较大,与特性曲线相交于饱和Cm CE CC bm BB BE U u V U V u -+= bm cm on cm BB bm cc cm bm d U U U U V U V V U U g g -+==0,其中cm bm d U gU g = θcos 1-=cm bm I gU )cos 1(θ-=∴Cm cmd U I g m c cmI U R 1=∑∑-=-==∴R a I I I U g R cmm c m c cm d d )cos 1)(()cos 1(1111θθθ区和放大区的交点处,此时输出电压振幅Ucm比Ucm1增大,晶体管工作在临界点、放大区和截止区,其工作状态称为临界状态。

此时输出功率最大,效率也较高,称为最佳工作壮态。

3、动态线A3B3:斜率最小, RΣ最大,此时的输出电压振幅Ucm 比Ucm2略为增大, 晶体管工作在饱和区、放大区和截止区,其工作状态称过压状态。

此时负载变化时,输出电压比较平稳,在弱过压时,效率可达最高,但输出功率有所减小。

另iC波形的顶部发生凹陷, 是由于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的。

5、随着RΣ的逐渐增大, 动态线的斜率逐渐减小,晶体管工作状态由欠压状态进入临界状态, 再进入过压状态。

在临界状态时, 输出功率Po最大, 集电极效率η接近最大, 所以是最佳工作状态。

2 放大特性V BB、V CC、RΣ三个参数固定,输入Ubm变化,Ucm以及Po、η等性能指标随之变化的规律被称为放大特性。

图示利用折线化转移特性给出了丙类工作时iC波形随Ubm变化的关系并给出了Ucm、Ic1m和Ic0与Ubm的关系曲线。

由于Ubm的变化导致θ的变化, 从而使输出特性欠压区内动态线的斜率发生变化,说明:1、在欠压状态时,Ucm随Ubm增大而增大,同时θ也随之增大,使iC脉冲的宽度和高度都随之增大,其变化规律为非线性关系.2、当处于甲类或乙类工作状态时, θ固定为180°或90°,Ucm 不会随Ubm的变化而变化,此时Ucm与Ubm才成正比关系。

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