第讲高频丙类功率放大器原理和工作状态

uc2
+
ic频谱
IC1
LC谐振特性
IC2
ICO
IC3
IC4
- Ec +
0 2 3 4 注 意 点 ：
1． 其 中 在 ： 有 u ic c e 流 E 通 C 的 U 时 C 间 2 c 内 ， 2 o 倍 t频 s, 器 的 集 而 电 U 极 C瞬 2 时 I电 C2压 RP上 升 速 度 比
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管子的运用状态不同，相应的最大集电极效率 也就不同。假定管子集电极电流为iC，电压为vCE
则
PC
1 2
iCvCE dt
1 2
iCvCE dt
为晶体管集电极电流导通角，iC导通时间越小，
PC就越低。
演示：功率放大器A、B、C类示意图
在 作 倍 频 器 应 用 时 ， 为 使 输 出 最 大 ， 一 般 应 选 择 使 n c 为 最 大
值 的 导 通 角 ， 而 此 最 佳 导 通 角 为 ：
1n 200, n n 3 2,,c c
600 400
3 . 如 果 设 倍 频 器 的 导 通 角 为 c ， 则 倍 频 器 的 输 出 功 率 和 效 率 为
射频功率放大器 (Power Amplifier)
高频功率放大器的特点 丙类谐振功率放大器 丁类谐振功率放大器 谐振功率放大器的电路组成 宽带高频功率放大器
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-UBB
EC
(b) 等效电路
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2 工作原理分析
(1) 集 电 极 电 流 ic
设 输 入 信 号 电 压 :
ubUbm cost
则 加 到 晶 体 管 基 极 ,发 射 级 的 有 效 电 压 为 :
u B E u b U B B U B B U bc mo t s
I cm 2 1 n c c i c cn o t( d t s ) i c m 2 a s x n ic n c n n 2 c 1 o 1 c c c s n c o o c ss c i s ) n I cm nc ax
式 中 ： ( 1 )0 c ， 1 c ， … ， n c 称 为 尖 顶 余 弦 脉 冲 的 分 解 系 数 。 一 般 可 以 根 据 的 数 值 查 表 求 出 各 分 解 系 数 的 值 。
• • -UBB
C
UBZ
uBE C C
icgcU B BU bm cots U BZ C
ub
Ubm
+ L uc1
-
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ic
输 入 端 ： u B E U B B U bc mo t s +
Icmax
ic
ic1
ic2 ic3
Ico
ωt
θc
θc
其 中 各 系 数 分 别 为 ：
I c o2 1 ic d (t) I cm sa 1 ic x n cc c o c o c ) s I s cm 0a cx
I c1 m 2 1 c c i c co t( d t s ) I cm ( 1 a c 1 x s c i c c c o n c o ) s I s cm 1c ax
晶体管高频功率放大器，电源 V 24V, CC
Ic030m 0A ,电压利用系数 0 .95 ,V D0 .5V
输出功率 Po 6 W 。求电源提供的功率 Pdc ，
峰值I cm 和导通角 。若偏压 VBB0.5V，
求输入信号所需的振幅 Vbm。
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2 工作原理分析
(1) 集 电 极 电 流 i c
i c g c U B U B b c m t o U B sZ
由 于 当 t c时 ， ic 0
cosc
UBBUBZ Ubm
c
cos1
UBBUBZ Ubm
ic
+
+ ub
+
uCE C
uBE
-
_
Rp
ic1 ic2 ic3
Ico ωt
u CE E CU cm cots
ic
+
+ ub
+
uCE C
uBE
-
_
Rp
+ L uc1
-
-
LC回 0
路阻 抗
2 3
Rp
-UBB
EC
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3. 高频功放的功率关系
( 讨 1 (2 ) )论 集 集 ： 电 ( 1 电 极 ) 电 极 U 源 E 输 C C 提 出 m I 供 C E 交 1 C R 的 P m 流 ， 直 功 流 R 率 功 P 率 （ ： 负 P 载 D 上 E 得 C c I 到 C 0 的 功 率 ）
P 0 (2)1 2U C Icm C1m IICC1 2 mO1I2 ，C1 一m R 般P 有U 2R ：2C Pmc （ 注 意 c R P 为 c回 路 谐 振 阻 抗 ）
(3 )集 ( 电 3 ) 极 c 耗 P o 散 P o P 功 c 率 P o P C 1 ， c c P P C c P D P o
ω R 较 得 P 为 快 多 ， ， L 故 即 C 倍 集 回 频 电 器 路 极 的 效 谐 集 率 振 电 c极 在 较 耗 2 低 散 ， 功 时 且 率 P 倍 的 C频 比 并 次 正 联 数 常 谐 n 工 值 振 作 较 于 电 高 基 阻 ， 波 损 。 状 耗 态 较 时 大 大 ，
-
-UBB
EC
+ L uc1
-
ic gc Ubm cost(UBBUBZ)
gc Ubm costUbm cosc
ic
gcUbm costcosc
又 当 t 0 时 ， I c m g c a U b x 1 m cc os
•
gC
ic
Icmax
gcUbm1Iccmoasxc 代入ic 有：
1
1
P on 2 U cI n cn 2E CIcm an xc
而 其 中 ： U c电 n压 利 用 系 数
c P PoDn1 2E UccIncIo cnE 1 2c gnc
而 gn
c
Icn Ico
n o
c c
可 见 ， n 次 谐 波 倍 频 器 的 输 出 功 率 正 比 于 n 次 谐 波 的 分 解 系 数 n c。
参 量 倍 频 器 ： 利 用 结 电 容 电 压 变 化 的 非 线 性 来 获 得 倍 频 。
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工 作 于 二 次 谐 波 倍 频 器 的 电 流 和 电 压 关 系 如 下 图 所 示 ：
ic
iC2
iC1
+ iC
uce
-
15
Icm0 I(co)03 .2030 9125m5A
Ic 1 1 ()Icm 0 .4 1 19 2 55 .9 2 m 5 5A
V bm V D co V BsB 0.0 5 .4 0.0 5 72.46 V
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丙类倍频器
功 用 ： 输 出 信 号 的 频 率 是 输 入 信 号 频 率 的 整 数 倍 。
在 无 线 电 发 射 机 中 常 采 用 倍 频 器 ， 其 目 的 是 降 低 振 荡 器 频 率 ， 提 高 振 荡 器 的 频 率 稳 定 度 。
常 用 的 倍 频 器 ： 丙 类 倍 频 器 ： 利 用 丙 类 放 大 器 脉 冲 电 流 的 谐 波 获 得 倍 频 。
2.0 1.0
θc
可查表求出。
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开放实验：高频功率放大器
本次实验主要研究以甲类谐振功率放大器为推动级， 以丙类谐振功率放大器为末级的混合功率放大器。
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例题
14
解 P d cIc0 V cc 0 .32 4 7 .2 W
P cP d cP o7 .2 6 1 .2 W
Po 6 83.3%
Pdc 7.2
1 1 2 0
1 21.75 0
查表得知： 66
cos0.407
1()0.419 0()0.239
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(4 )集 c 电 极 PPDo能 量 P转 o P换 o P效 C 率 c：
α1 αo
1 2
U
Cm
I
Cm
1
1
E C I CO
2
c
其 中 c： IIU CE CmC OC 1m 为 集 10电 ((极 cc ))电 称压 为利 用 波系 形数 系； 数，是导通角
α2 α3
c 的函数，通常
• • -UBB
C
-UBZ
ic Icmacx o1stcocsocsc
C
尖 顶 余 弦 脉 冲 的 数 学 表 达 式Vbm
vBE C C vb
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(1) 集电极电流
ic icmacx o1 stcoco scsc 若 对 ic分 解 为 付 里 叶 级 数 为 ： i c I c o I cc m t o I 1 cc m s2 t o 1 s I cc m n o n t s
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高频功率放大器的工作状态
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1、 放大区动态特性
当 放 大 器 工 作 在 谐 振 状 态 时 ， 其 外 部 电 路 电 压 方 程 为 ：
若 设 ： u bU bm cots
选 出 i基 c 波 电 压 uc1， 而 滤 除 t 各 次 谐 波 电 压 Ubm。
故 回 路 输 出 的 基 波 电 Icm压 ax ：
ic
u c 1 uCE i c 1 R up c
t Icmax
ห้องสมุดไป่ตู้
EC I cm 1 R p cos t Ucm
θc θc
而 晶 体 U c管 m c集 os电 t极 的 输 出 电 t压 ： iC频谱
c
( 2 )I c， oI cm ， I c 1m ， … ， 2 I cm 为 直 n 流 及 基 波 和 各 次 谐 波 的 振 幅 。
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UBZ UBB
R P (2ic )ui集biB（ Ec电经 最 大 极L u值 bC 输） 并 出， 联 而 电谐 对 压振 其 U回 它 bmt路 谐 后 波 ， 失 此 谐 回 阻 路 抗 对 很 CC-U•基 低 BB 波 ， ic •产 呈 UBZ 生 电 gC谐 容 ub 性 振 uB。 ， E 因 呈 而 纯 回 电 路 阻
效 率 较 低 ， 故 丙 类 倍 频 器 一 般 只 限 于 二 倍 频 和 三 倍 频 的 应 用 。
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2 . 由 于 倍 频 器 主 要 是 利 用 了 余 弦 尖 顶 脉 冲 的 谐 波 分 量 ，
即 ：Icnnc icmax
丙类效率最高。
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高频功率放大器的工作原理 1 基 本 电 路 结 构
+
+
C
L
+
uS
ub
-
-
ub -
ic
+
uCE C -
Rp
+ L uc1
-
-UBB
EC
(a) 原理电路
主要由五个部分组成： 1）集电极直流电源 2）基极偏置电路 3）大功率晶体管 4）输入激励电路 5）输出谐振回路
+ ic
++
uCE C Rp -
ub uBE _
-
-UBB
EC
由 当 晶 u 体 B管 E 的 U 转 B移 ， Z特 ic 性 曲 0 线 可 以 看 出 ： ic •
ic
当 u B EU B， Zicgcu B E U BZ
gC
式中gc为：
折 线 的 斜 率gc
有
ic uBE
uce 常 数