第二章 谐振功率放大器案例

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第二章谐振功率放大器案例

第二章谐振功率放大器案例
C
Ubm
t
-UBB •

C
ub
U u c 1 ,而滤除各次谐波电压。 t 选出基波电压 ic
bm
Icmax 故回路输出的基波电压:
EC
uc 1 i c 1 R u pc I cm 1 R p cos t U cm cos t
uCE E C U cm ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱost
+ uCE C Ucm
C CES c1 c2 1
C
c1
C
1
L
b1
i
2
c2
L
b2
2. 输出功率及效率计算 u uA为矩形方波,用傅里叶级数展开后可求得其基波 E 分量的振幅为 :
A C
VT1管电流ic1 (或VT2管 电流ic2)的直流电流为:
I co
2 EC 1 U1 EC sin tdt 0 π
功率放大器的效率与什么有关?
功率放大器的效率与其放大器件的工作状态有直接关系,为了提高
效率,高频功率放大器多选择在丙类或丁类,甚至戊类工作状态。
晶体管放大电路有哪些工作状态?
功率放大器按工作状态分类:
o 180 A(甲)类:半导通角为
o AB(甲乙)类:半导通角为 90 B (乙) 类: 半导通角为 90o C(丙)类:半导通角为θ <900
U BB U BZ cos c U bm
U BB U BZ c cos U bm
+ ub -
+ uBE
_
+ uCE C -
ic
Rp
+ L u c1 -
-UBB
EC
ic gc U bm cost (U BB U BZ ) gc U bm cost U bm cos c gcU bm cost cos c

第二章 谐振功率放大器-0921

第二章 谐振功率放大器-0921

令C10与L8谐振 简化电路
前提条件
RL=Re1
网络Ⅱ:表格中第五个结构
➢ 取 Qe2 = 2、C10 = 10 pF,C10与L8谐振,L8 = 0.1 μH ➢ 要求 Re2<Re1,设 Re2 = 35 ➢ C0=0,XC11=XC1=-Qe2Re2=-70,C11=14.2pF ➢ XC12=Xc2=-82.75,C12=12pF,XL9=XL=133.4,L9=0.133 μH
C7、8
RL=Re2
X s 39.55 Rs 20.1
➢ C7、8→XC1,L7→XL,C9→XC2,Qe3=3,C0→Xs,Re=Rs ➢ Re (20.1 Ω) < RL (35 Ω),满足前提条件 ➢ XC7、8=-20.75 Ω,C7、8=47.9pF ➢ XC9=-40.65 Ω,C9=24.5pF ➢ XL7=77.58 Ω,L7=0.077μH
利用串、并联阻抗转换公式,可以导出各种滤 波匹配网络的元件表达式。
例 1:图 2-3-7(a)为 T 型滤波匹配网络,要求与 Re 和 C0 串接阻抗匹配,求各元件表达式。
解:将 T 型网络分割成两个串接的 L 型网络,图 中 XC1 XC 1 // X L1 。再对这两个 L 型网络进行分析
XC 2 Q2 RL
XC1
XC 1
//
X L1
Re Qe1 Qe2
C2与RL串-并转换 并联谐振
C1与Re’ 并-串转换 串联谐振
例1 是否有第二种计算方法?
例 2:图 2-3-8 示 型滤波匹配网络,要求与 Re、 C0 的并接阻抗匹配,求各元件表达式。
图 2–3–8 形滤波匹配电路
1、将 XC2 和 RL 的串接阻抗转换为 Xp2 和 Rp2 的并接阻抗:

电子线路(非线性部分)第五版第二章

电子线路(非线性部分)第五版第二章

Qe
Xs Rs

Rp Xp
T 型网络分析
2.3.3 谐振功率放大器电路
双极型管谐振功率放大电路
50MHz
场效应管谐振功率放大器
400MHz
2.4 高频功率放大器
在通信等应用领域中,谐振功率放大器的工作频 率往往在几十MHz以上,高到几百MHz,通常将 这种谐振功率放大器统称为介于功率管T和外接负载RL之间:
交流通路:
主要要求 阻抗转换;滤波;高效率地功率传输。 要求网络的传输效率=PL/Po尽可能接近于1。
串并联阻抗转换
Rs2 X s2 2 Rp Rs (1 Qe ) Rs 2 2 R R Rs X s p s Xp Xs Xs
基于静态特性曲线的近似分析法虽然有助于了解 谐振功率放大器的性能变化特性,并指导功率放 大器的调试,但这种方法不适合分析和设计高频 功率放大器。工程上一般借助功率管的大信号输 入和输出阻抗来分析和设计高频功率放大器。
2.4.1 高频功率管及其大信号输入和输出阻抗
一、高频功率管结构
高频功率管的内部结构
称为倍频器 (Frequency Multiplier) 。
由于输出功率和滤波特性的限制,这种倍频
器的倍频次数不能太高,一般为2或3。
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
丁类(Class D)谐振功率放大器: 功率管开关工作,导通时 管子电流很大,管压降很 小;截止时管压降较大, 但几乎没电流。因此管耗 很小,籍此放大器的效率 得以提高 。 提高效率的措施是减小管 子导通期间的瞬时管耗。
实例: 设计一高频功率放大器,用于调频发射机, 输入和输出负载均为50Ω,输入信号频率为 80MHz,输出信号频率为160MHz,要求输 入功率为4mW时,输出负载上的功率 PL≥700mW,二次谐波抑制度小于-30dB,放 大器总效率大于50%,电源电压为15V。

第二章 谐振功率放大器

第二章 谐振功率放大器
2 2 2 2 2 2
2、并/串转换:
Rp Rs Rp Rs = ---------- ; Xs = -------1 + Qe 2 Xp
P99
T 型滤波匹配网络
P100
Π 型滤波匹配网络
丙类谐振功放直流供电
一、集电极供电 1、串馈(电源电路、谐振负载、功放管串联)
+ Vcc ICQ↓ ICQ + ic = Ic↓
PD V C C I C 0 1 2V 3 2 m A 3 8 4 m W PO Re 1 2 V cm I c1m PO PD V cm I c 1 m 1 1V 54m A 297 m W 384m W 7 7 .3 4 % 1 2 204 1 1V 5 4 m A 2 9 7 m W
负偏压↓(VBB↑)→ Ic↑→ 进入饱和区↑→ 电流凹陷
图2–2-6
基极调制特性
输入幅度增加时 Ic 的情况
IC IC IC IC
0
t
0
t
0
t
0
t
Vbm 增 大
Vbm↑→ Vcm↑→ 进入饱和区↑→ 电流凹陷
图 2 – 2 - 9 放大特性
滤波匹配网络
作用: 选频滤波:负载仅获得基频功率(或所需要的某次谐波功率),滤除其它成份; 阻抗匹配:外接负载 RL 经网络变换为功放管所需负载 Re。
2 2
须通过匹配滤波电路将实际负载 RL 转换成丙类谐振功放的最隹负载 Re。 功率性能:
电源出力:PD = Vcc Ico ( Ico 是 Ic 中的直流成分 ) 1 输出功率:Po = --- Vcm Ic1m 2 管耗:Pc = PD – Po Po 功放效率: = ---PD

谐振功率放大器(2)

谐振功率放大器(2)

由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率 s上,所以它对 iC中
的基波分量呈现最大阻抗,且为纯电阻,称之为谐振电阻,在高Q值回
路中,
Re
L 2 2 0r
RL
Lr Cr RL
Cr CCt tCCL为L 回路总电容,
0 s
1
为回路谐振角频率,
LrCr
Qe
0Lr
RL
1 为回路有载品质因数。
0Cr RL
第 2 章 谐振功率放大器
§ 2.1 谐振功率放大器的工作原理 § 2.2 谐振功率放大器的性能特点 § 2.3 谐振功率放大器电路
三个最主要的技术指标。
输出功率(大) 效率(高)
非线性失真(小)
因此,高频功放常采用效率较高的丙类工作状态,即晶 体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状 态。 同时,为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量, 采用LC谐振回路作为选频网络,故称为丙类谐振功率放大 电路。
Rs
1
RL Qe2
Re
Qe
RL xp
xs Rs
xs Rs
RL 1 0 Re
xs Re Qe xp RL Qe
ii π形匹配网络设计 定义:用两个同性抗和一个异性抗连接成π形网络。 结构:
设计实现的条件 (a) 变换原则
π型变成二个L形 第二个 L 形把 RL 变换为假想电阻 Rs 第一个 L 形把 RS 变换为匹配电阻 Re
基极馈电电路
一、集电极馈电(串馈、并馈)
若功率管 C-E 结、 VCC 、 LC回路三者是串联(或并联),则称为 集电极串馈(或并馈)电路。
集电极串、并馈电路形式
串并馈电电路的异同点:
i 共同点: 供电效果相同,即具有相同的直流通路。 ii 不同点: 并馈:LC 回路两端均是直流低电位端,且有一端接地; 串馈:LC 回路两端均是直流高电位端,且没有一端接地; 馈电附加元件( LC 、 CC ) 并馈: LC 、 CC 加在LC 回路高电位端,造成分布参数并 到LC 回路上,影响频率稳定。 串馈: LC 、 CC 加在LC 回路低电位端,不影响频率稳定。

谐振功率放大器 (2)

谐振功率放大器 (2)

vBE VB(E o)n vBE VB(E o)n
可编辑ppt
7
2. 图解分析法
vvCBEEVVCBCBVVbcm mccoosstt
设定VBB、Vbm、VCC、Vcm四个值→画动态 线(交流负载线)→画集电极电流波形
可编辑ppt
8
作图过程:(描点法)取点 t0o,1o5 ,3o0 确定
vBE, vCE 的值→在输出特性曲线上确定动态点→画动态线→
负载特性 性能特点 调制特性
放大特性
直流馈电
电路组成
实用电路
匹配滤波网路
功率放大 调幅 线性放大 限幅
可编辑ppt
3
2.1 谐振功率放大器的工作原理 一、原理电路
C
+
vb
-+ -
VBB
L
ZL
-+
VCC
结构特点:(1)功率管丙类
工作 (调 VBB在截止区)
+
(2)负载:谐振回路,其
vc
中L、C为匹配网络,ZL 为外接负载。调C使回
问题:1 过压状态下,i C 为什么出现凹陷? 2 为什么讨论 i C 的波形变化?
可编辑ppt
11
三、性能分析
1、负载特性
VBB、Vbm、VCC一定,放大器性能随Re变化的特性。
VBB、VCC一定→Q点一定,Vbm一定→ 一定→iC宽度一定
VBB、Vbm一定→vBEmax一定
欠压 Re↑→Vcm↑→从欠压→临界→过压→ i↓→C Ic1m↓IC0↓
载波信号:vb(t) Vbmcos ct
等效集电极电源电压
LC调谐在 c 上,则 vo(t)Vcm (t)cocst
调幅波

第2章 谐振功率放大器

第2章 谐振功率放大器

2、 基极的调制特性 、

定义: 定义:若
不变, 不变,放大器随
的变化特性。 的变化特性。
画出调制特性曲线

结论: 结论:
改变 VBB欲想有效控制 Vbm实现 基极调制, 基极调制,则放大器应工作在欠压 状态; 状态; 基极调制特性是实现基极调幅 基极调制特性是实现基极调幅 的原理依据。( 。(因基极调幅非线性 的原理依据。(因基极调幅非线性 失真大;需激励信号功率大; 失真大;需激励信号功率大;所以 一般不采用) 一般不采用)
Rs = Rp (1+Qe2 ) Xp Xs = < Xp 1 (1+ 2 ) Qe Xs Rs < Rp
Rp = Rs (1+Qe2 ) > Rs 1 X p = X s (1+ 2 ) > X s Qe Rp Qe = Xp
Qe =
2.3.3 谐振功率放大器电路 . . • 采用不同的馈电电路和滤波匹配网络 , 采用不同的馈电电路和滤波匹配网络, 可以构成谐振功放应用实例 • 图2-3-9 • 图2-3-10 • 图2-3-11
匹配网络: 匹配网络:对输出匹配网络的要求

将外接R 转化成功率管集电极要求的匹配负载R 将外接 L 转化成功率管集电极要求的匹配负载 e 选出基波分量,滤除谐波分量 选出基波分量, 将功率管给出的信号功率高效率的传送到外接负载上


设计LC匹配网络的基本依据 设计 匹配网络的基本依据——串并支路阻抗变换公式 匹配网络的基本依据 串并支路阻抗变换公式
3、 集电极调幅与基极调幅 、
() a) 集电极调幅电路:VCC t 集电极调幅电路: ( )=VCC +vΩ t ;丙类谐振功放的 集电极调制特性是实现集电极调幅的原理依据

第二章谐振功率放大器PPT学习教案

第二章谐振功率放大器PPT学习教案

A//
B wt
Vce
VBB
Vcc↑→Vcemin=(Vcc-Vc1m)↑→(过压→欠压)
Vc1m
ic
ic
ic
Ic1m
ic
Ico
wt
过压 → 临界→ 欠压
过压 欠压 Vcc
Vc1m
Vcc↑ Ic1m ↑ Vc1m ↑ Ico ↑
Ic1m ↑慢 Vcc↑ Ico ↑慢
Vc1m ↑慢
Vc1m Vcc
结论:要使输出信号幅度Vc1m↑↓,放大器应工作在 过压状态,通过控制Vcc↑ ↓→ Vc1m↑↓,实现集电 极调幅电路。
XC1/
XL1/ RL
Xc2 RLQe2 RL RR(Le 1 Qe21)1
X c1
X/ c1
//
X
/
L1
X X /
RP 2
R(L 1Qe22)
L1
P 2 Qe 2
Qe 2
X /
Re/
c1
Qe1
RP2 Qe1
R(L 1Qe22)
Qe1
当Re≈RL时,Xc1→∝ → C1→0 难实现, Re不宜接近RL。 已知Re、Co、Rl、Qe1就可求得 各元件表达式。
X Re(1Qe21)
c1
Qe1 RRL(e 1Qe21)1
Co
XL1
Re
XC1/
Re/= RP2
XL1/ XP2
并联谐振 Re/
Co
XL1
RP2
Re/
Re
XC1/
XC1/
Re/
Co
XL1
XS1
串接 RS1
XS1
RS1
Co
XL1

第二章-谐振功率放大器案例

第二章-谐振功率放大器案例
(2) 对非基波分量
谐振回路对 iC 中的其它分量呈现的阻抗均很小,平 均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略。
结论:回路上仅有由基波分量产生的电压vc,因而 在负载上可得到所需的基本不失真的信号功率。
Re
02 Lr 2
RL
Lr Ct RL
式中, Ct
CrCL Cr CL
—— 回路总电容
0 s 1 / LrCt —— 回路谐振角频率
VCC 一定,放大器性能随 Re 的变化特性。 2. 特性
Re 的增加势必将引起 Vcm 增大( Vcm Re Ic1m)
Re↑→Vcm↑→vCEmin↓→放大器欠压→过压→ iC 由接近 余弦变化的电流脉冲转变为中间有凹陷的脉冲波。
据此可以画出 Ic0 和 Ic1m 随 Re 变化的特性。
Vcm = ReIc1m Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 PC = PD-Po
② 过压状态:随 VCC 减小,集电极电流脉冲的高 度降低,凹深加深,因而 IC0、Ic1m、Vcm 将迅速减小。
2. 基极调制特性 (1) 含义:Vbm、VCC、Re 一定,放大器性能随 VBB 变化的特性。
(2) 调制特性:当 Vbm 一定,VBB 由负向正增大时, iC不仅宽度增加,而且其高 度增加(因 VBEmax 增大), 因而 IC0 和 Ic1m、Vcm 增大, 结果使 VCEmin 减小,放大 器由欠压进入过压状态。
2.1 谐振功率放大器的工作原理
在谐振功率放大器中,它的管外电路由直流馈电电 路和滤波匹配网络两部分组成。
2.1.1 丙类谐振功率放大器
1. 电路组成
ZL —— 外接负载,呈阻抗性,用 CL 与 RL 串联等 效电路表示。

第2章 谐振功率放大器-3

第2章 谐振功率放大器-3

5.滤波匹配网络的设计
在谐振功率放大器中,常用的滤波匹配网络除了上述 最简单的 L 型外,更多的是由三个电抗元件组成的 、T 型以及由它们组成的多级混合网络。下面就介绍滤波匹配 网络的阻抗变换特性。 假设滤波匹配网络的固有损耗 电阻为零,即回路传输效率趋近于 1,外接负载电阻为 RL,要求与 Re 和 C0 的串接或并接阻抗相匹配, C0 为功率管的分布电容。
图 2–3–1
(a) 集电极直流馈电电路
(2)并馈
三者(直流电源 VCC、滤波匹配网络和功率管 )在电路
形式上为并接的馈电方式。
图 2–3–1
(b) 集电极直流馈电电路
LC —— 高频扼流圈; CC1 —— 隔直电容; CC2 ——电源滤波电容。 在信号频率上, LC 感抗 很 大 , 接近 开路 , CC1 、 CC2 的容抗很小,接近短路。 虽然电源与滤波匹配网络 (b) 图 2–3–1 集电极直流馈电电路 在形式上是并联的,但滤波匹 配网络两端电压 vc (t) 直接反映在 LC 上,因而 vCE = VCC + vc。与串馈电路相同。 (3)串馈与并馈的比较 相同点:两种馈电方式,VCC 都能全部加到集电极上。 不同点:滤波匹配网络的接入方式。
(பைடு நூலகம்)高效
将功率管给出的信号功率 Po 高效地传送到外接负载上, 即要求网络的传输效率 K = PL/ Po 接近 1。
(4)谐振功放匹配滤波网络的基本形式
LC 并联谐振回路
LC 串联谐振回路
具体电路形式有多种。 作用:阻抗匹配、选频滤波。 不论形式有何不同,均可由串 -并联阻抗变换公式将 其等效为上述两种基本网络的组合。
直流馈电电路分为
串馈 并馈
图 2–3–1 (a) 集电极直流馈电电路

第二章谐振功率放大器

第二章谐振功率放大器
2 ( 60 o ) 0.28
则:
I co o I c max 3.36 mA
I c1m 1 I c max 6.28mA
I c 2m 2 I c max 4.48mA
基波电流 ic1 为
ic1 I c1m cos t 6.28 cos t
§2.3 谐振功率放大器的性能特点
2
直流功率
集电极耗散功率 效率
PD VCC ICO
PC PD PO
P0 1 I c1m Vcm 1 PD 2 I co Vcc 2
(兼顾功率、效率,选 650 ~ 750 左右)
(习题)
二、 倍频器
原理电路
输入 fs
fo = nfs
uCE
二倍频的主要波形
c Po PD
集电极电流波形、数 值不同,Re值不同, 功率性能不同
(作业:2-5)
2. 折线近似分析法(只限于共发射极状态) • 转移特性曲线 晶体管特性的折线化 输出特性曲线
斜率 gcr
uBE
uBE
uCE
• 临界线
是一条斜率为gcr的通过原点的直线。
临界线方程
iC gcr uCE
uBE U j uBE U j
t 时,ic = 0 ,即 ic g( VBB U bm cos U j ) 0
导通角

Uj VBB cos U bm
在Uj-VBB一定时,激励越强(即Ubm大),则导通角愈大。
• 通过调整VBB就可控制导通角到所需值。
集电极电流
ic gUbm (cost cos )
理想静态转移特性
g( uBE U j ) iC 0

第二章 谐振功率放大器(101)

第二章 谐振功率放大器(101)

各极电压电流波形
将iB、iC用傅氏级数展开: iB=Ib0+Ib1mcost+Ib2mcos2t +…+Ibnmcosnt+… iC=Ic0+Ic1mcost+Ic2mcos2t +…+Icnmcosnt+…
当集电极回路调谐在输入信号频率上时,调谐 问题:输出电压形状? 回路对基波而言可等效为一纯电阻; 负载两端电压 为: uc=ReIc1mcost=Ucmcost
2.1.1
1、工作原理
并联谐振 等效开路
丙类谐振功率放大器
实际电感 Cr Lr RL CL
理想电感 Cr Lr CL RL
电感损耗电阻
ic
晶体管转移特性
VBB
0
Uon
uBE uBE
设输入信号:
Ubm ωt
ub U bm cost
uBE VBB Ubm cos t
结论:为实现丙类工作,VBB 应该设置在功率管的截止区。
3、 谐振功率放大器的功率和效率 放大器的输出功率Po:
2 cm
1 1 2 1U Po I c1mU cm I c1m R e 2 2 2 Re
集电极电源供给功率PD:
PD I coVcc
集电极耗散功率PC:
PC= PD - Po
放大器集电极效率:
集电极电压利用系数
Po 1 U cm I c1m 1 1 ( ) 1 c g1 ( ) PD 2 Vcc I co 2 0 ( ) 2
二极管的导通与否取决于u1,二极管 相当于受u1控制的开关,其跨导为:
g(t)=gS(t)=1/r S(t)
S(t)为开关函数

射频电路基础(第二章

射频电路基础(第二章

当UBB=UBE(on)时,θ=90°;当UBB<UBE(on)时,θ<π/2; 当 UBB>UBE(on)时, θ>π/2。
当ωt=0时, 有 iC=iCmax=gm(UBB+Ubm-UBE(on))=gm ·Ubm(1-cosθ) 由此可得, 集电极余弦脉冲电流的解析表示式为
iC
iCmax
cost cos 1 cos
丙类工作状态下放大器效率高还可从集电极损耗功率 来分析。 由
可知, 当Po一定时, 减小PC可提高ηC。 PC可表示为
因此, 减小iC ·uCE及通角θ可减小PC。
第二章 谐振功率放大器
在高频功率放大器中, 提高集电极效率的同时, 还应 尽量提高输出功率。 根据式(2.1.3)和式(2.1.4), 可得
第二章 谐振功率放大器
图 2.2.3 三种状态下的动态特性及集电极电流波形
第二章 谐振功率放大器
2.2.4 负载特性
负载特性是指当保持UCC、UBB、 Ubm不变而改变Re时, 谐振功率放大器的电流IC0和Ic1m、 电压Ucm、 输出功率Po、 集电极损耗功率PC、 电源功率PE及集电极效率ηC随之变化的 曲线。
从上面动态特性曲线随Re变化的分析可以看出, Re由小 到大, 工作状态由欠压变到临界再进入过压, 相应的集电极电 流由余弦脉冲变成凹陷脉冲, 如图2.2.4(a)所示。
第二章 谐振功率放大器
图 2.2.4 负载特性 (a) iC波形的变化; (b) IC0、 Ic1m和Ucm的变化;
(c) Po、 PE、 PC和ηC的变化
第二章 谐振功率放大器
当Re比较小时,Ucm=Ic1m ·Re也比较小,C点处在输出特性 的放大区, 谐振功率放大器在欠压状态下工作, 集电极电流 为余弦脉冲, 相应的动态特性、 集电极电流iC波形如图2.2.3 中曲线①所示。 当Re增大时, Ucm增大, uCEmin减小, C点沿 uBEmax的输出特性左移。 若放大器仍处于欠压状态, 则集电极 电流波形不变。 Re继续增大, 当C点正好移在特性的临界点C′ 时, 放大器处于临界状态, 集电极电流仍为余弦脉冲, 相应 的动态特性、 集电极电流iC波形如图2.2.3 中曲线②所示。

谐振功率放大器实例实验报告

谐振功率放大器实例实验报告

谐振功率放大器实例实验报告一、实验目的1.了解谐振功率放大器的工作原理;2.掌握谐振功率放大器的基本参数测量方法;3.通过实验验证理论计算结果与实际测量结果的吻合程度。

二、实验原理谐振功率放大器是一种利用谐振电路频率选择特性进行功率放大的放大器。

其工作原理基于放大元件(如晶体管)共振频率与谐振电路的谐振频率相吻合,以获得最大功率转换效率的目标。

三、实验装置1.功率放大器电路;2.频率发生器;3.直流稳压电源;4.示波器;5.电压表;6.电流表。

四、实验步骤1.按照给定的电路图搭建谐振功率放大器电路;2.将频率发生器接入电路,设置合适的频率和幅度;3.使用示波器观察输出波形,调整频率和幅度使得放大器工作在谐振频率点;4.使用电压表和电流表分别测量输入端和负载端的电压、电流,记录数据;5.根据测量数据计算功率放大器的功率增益、效率等参数;6.将测量结果与理论计算结果进行比较和分析;7.结束实验。

五、实验结果与分析根据实验数据和理论计算结果,得到功率放大器的功率增益为XdB,效率为X%。

通过比较发现,实验结果与理论计算结果吻合较好,验证了谐振功率放大器的工作原理和参数测量方法的准确性。

六、实验总结本实验通过搭建谐振功率放大器电路,使用示波器观察输出波形并测量电压、电流等参数,验证了谐振功率放大器的工作原理和性能参数的测量方法。

实验结果表明,谐振功率放大器具有较高的功率增益和效率,并且实验数据与理论计算结果吻合较好。

通过这次实验,我们对谐振功率放大器的原理有了更深入的理解,并掌握了相关的实际操作技巧,为今后的学习和研究打下了基础。

暂无。

以上是关于谐振功率放大器实例实验的报告,通过该实验我们能够更好地了解谐振功率放大器的工作原理和参数测量方法,并通过实验结果验证理论计算的准确性。

这对于我们深入理解功率放大器的工作原理和应用具有重要意义。

实验二 高频谐振功率放大器.

实验二  高频谐振功率放大器.

实验二 高频谐振功率放大器在通信系统中, 高频谐振功率放大电路,是无线电发射机的重要组成部分,它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大, 然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间,以实现用无线信道的方式完成信息的远距离传送。

所以研究高频功率放大器的主要任务是怎样以高效率输出最大的高频功率。

因此, 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态, 即晶体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态,导通角090≤θ。

虽然功率增益比甲类和乙类小,但效率η却比甲类和乙类高。

一般可达到80%。

同时, 为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量, 采用LC 谐振回路作为选频网络, 故称为高频谐振功率放大器,显然,谐振功放属于窄带功放电路。

一、实验目的1.掌握高频谐振功率放大器的电路结构特点、基本功能与工作原理。

2.掌握高频谐振功率放大器的调谐方法和掌握高频谐振功率放大器的调谐特性,负载特性以及激励电压、偏置电压、电源电压变化时对其工作状态的影响。

3.了解高频谐振功率放大器的主要性能指标意义,掌握测试方法。

学会电路设计方法。

二、实验设备与仪器高频实验箱 WYGP-3或GP-4 一台 双踪示波器 TDS-1002 一台 高频信号发生器 WY-1052 一台 频率特性测试仪 BT-3C 一台 万用表 一块三、实验任务与要求1、高频谐振功放的基本电路结构高频谐振功率放大器的电路构成,除电源电路外,主要由晶体管、输入激励电路、输出谐振回路三个部分组成,谐振功率放大器原理电路如图2-1所示。

图中b u 为输入交流信号,B E 是基极偏置电压,调整B E ,可改变放大器的导通角,以使放大 图2-1 谐振功率放大器的工作原理 器工作在导通角090≤θ丙类状态。

C E 是集电极电源电压。

集电极外接LC 并联谐振回路的功用是作放大器负载,实现滤波选频和阻抗匹配。

2、高频谐振功率放大器的工作原理与主要性能指标放大器工作时,设输入信号电压:t U u bm b ωcos =则加到晶体管基极,发射级的有效电压为: t U U U u u bm BB BB b BE ωcos +-=-= 由晶体管的转移特性曲线可知,如图2-2所示:当BZ BE U <u 时,管子截止,0=c i 。

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用途:对载波或已调波进行功率放大
2.1 谐振功率放大器的工作原理
在谐振功率放大器中,它的管外电路由直流馈电电 路和滤波匹配网络两部分组成。
2.1.1 丙类谐振功率放大器
1. 电路组成
ZL —— 外接负载,呈阻抗性,用 CL 与 RL 串联等 效电路表示。 Lr 和 Cr ——匹配网络,与 ZL 组成并联谐振回路。 调节 Cr 使回路谐振在输入信号频率。 VBB——基极偏置电压,设置在功率管的截止区, 以实现丙类工作。
(1) 三极管倍频器 倍频次数不能太高,一般为二倍或三倍频。原因: ① 效率。集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度 随着 n 的增加而迅速减小。倍频次数过高,倍频器的输 出功率和效率就会过低。
② 滤波。谐振回路需滤除高于 n 和低于n 的各次分 量。低于 n 的分量幅度较大,滤除较难。倍频次数越高, 对谐振回路提出的滤波要求越苛刻,不易实现。 (2) 变容二极管等构成参量倍频器,适用于倍频次数 较高时。
③ 后果:加到基极 上的最大反向电压(VBB -Vbm)可能使功率管发 射结反向击穿。
在维持输出功率 的条件下,一味地减 管子导通时间来提高 可采用开关工作的谐振功率放大器——丁类。
集电极效率的做法往往是不现实的。为进一步提高效率,
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
1. 丁类简介 (1) 电路 Tr 次级两绕组相同,极性相反。 T1 和 T2 特性配对,为同型管。
2.2 谐振功率放大器的性能特点
2.2.1 近似分析方法
1. 概述 非谐振功率放大器:集电极负载为纯电阻,在特性 曲线上作负载线,画出激励信号下的集电极电流和电压 求出功率性能 丙类谐振功率放大器:集电极负载为包含电抗元件 的谐振回路,使得集电极电压,电流波形不同。但二者 又互为确定。
要精确分析谐振功放,要解非线性方程,繁琐。
用付里叶级数可将电流脉冲序列分解为平均分量、
基波分量和各次谐波分量之和,即
iC I C0 ic1 ic2 I C 0 I c1mcos s t I c2mcos2 s t
3. 输出电压 vc (1) 对基波分量 由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上,因而 它对 iC 中的基波分量呈现的阻抗最大,且为纯电阻,基 波电流分量产生的相应基波电压的幅度将很大 (2) 对非基波分量 谐振回路对 iC 中的其它分量呈现的阻抗均很小,平 均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略。
(2) 原理
若 vi 足够大,则 vi > 0时,T1 饱和导通,T2 截止,
v A1 VCC vCE(sat)
vi < 0,T2 饱和导通,T1 截止,
v A2 v CE(sat)
A 点幅值: vA = vA1 vA2 = VCC 2vCE(sat) 该电压加到 L、C、R 串联谐振 回路上,若谐振回路工作在输入信 号角频率上, 且其 Q 值足够高,则 可近似认为通过回路的电流 iL 是
第2章
谐振功率放大器
2.1 谐振功率放大器的工作原理
2.2 谐振功率放大器的性能特点 2.3 谐振功率放大器电路
第2章
谐振功率放大器
谐振功放是一种用谐振系统作为匹配网络的功率
放大器,一般工作在丙类(或丁类),主要用在无线
电发射机中,用来对载波或已调波进行功率放大。
构成:匹配网络为谐振系统 应用状态:丙类(或丁类)
角频率为 的余弦波,RL 上获得
基本不失真输出功率。
(3) 性能特点 ① T1、T2 尽管导通电流很大,但相应的管压降很 小( v CE(sat)) ,管耗小,放大器的效率高。 ② 考虑结电容、分布电容等影响,实际波形如 vA 虚线所示,管子动态管耗增大,丁类功放效率受限。 2. 戊类放大器 为了克服这个缺点,在开关 工作的基础上采用一个特殊设计 的集电极,保证 vCE 为最小值的 一段期间内,才有集电极电流流 通。
小结:丙类谐振功率放大器的功能 (1) 选频:利用谐振回路的选频作用,可将失真的 集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。
(2) 阻抗匹配:谐振回路将含有电抗分量的外接负 载变换为谐振电阻 Re,而且调节 Lr 和 Cr 还能保持回 路谐振时使 Re 等于放大管所需的集电极负载值,实现 阻抗匹配。
结论:回路上仅有由基波分量产生的电压vc,因而 在负载上可得到所需的基本不失真的信号功率。
Re
0 Lr
2
2
RL
Lr C t RL
CrCL 式中, C t —— 回路总电容 Cr CL
0 s 1 / Lr C t —— 回路谐振角频率
Qe 0 Lr / RL —— 回路有载品质因数
2.1.3 倍频器
1. 概念 倍频器 (Frequency Multiplier):将输入信号的频 率倍增 n 倍的电路。 2. 实现原理 在丙类谐振放大器中,将输出谐振回路调谐在输入 信号频率的 n 次谐波上,则输出谐振回路上仅有 iC 中 的 n次谐波分量产生的高频电压,而其它分量产生的 电压均可忽略,因而 RL 上得到了频率为输入信号频率 n 倍的输出信号功率。 3. 倍频电路
2. 谐振功放的近似分析方法——准静态分析法 (1) 方法基于下面的两个假设 假设一:谐振回路具有理想的滤波特性,只能产 生基波电压(在倍频器中,只能产生特定次数的谐波 电压),其它分量的电压均可忽略。所以,尽管集电 极电流为脉冲波,但集电极电压却是余弦的。同理, 放大器输入端也有谐振回路,尽管基极电流为脉冲波, 但基极电压是余弦的,可表示为:
所以,谐振功率放大器中,谐振回路起到选频和匹 配负载的双重作用。
4. 丙类功放的功率特性分析 (1) 丙类功放效率提升问题 若提高集电极效率,可使 管子导通时间减小;但引起 iC 中基波分量幅度 Icm 减小,从 而导致输出功率减小。 (2) 解决方法 ① 将基极偏置电压 VBB 向负值方向增大,减少管 子导通时间。 ② 增大集电极脉冲高度,即提高输入激励电压幅 度 Vbm,使减小导通时间的同时维持输出功率不变。
2. 集电极电流 ic
若忽略基区宽度调制效应及管子结电 容的影响,则 vb ( t ) Vbm cos s t
v BE VBபைடு நூலகம் vb ( t ) VBB Vbm cos s t
在静态转移特性曲线 (ic~vBE)上画出的 集电极电流波形是一串周期重复的脉冲 序列,脉冲宽度小于半个周期。
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