谐振功率放大器的工作原理

vB iE
- +
vC C
+ p
+
L
输 出
VBB iC、vC
VCC
高频功率放大器的基本电路
T/2 π
O
ωt
θc 2 θc 本页完 继续
一、获得高效率所需的条件
3、通角θc的计算 转移特 性曲线 iC
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
iC
-VBB
O
VBZ
Vbm
vB vb
O 2 θc
ωt
截止电压
输入信号为 一交流正弦波vb。 2θc是在一周期内的集 电极电流的流通角， θc 通角θc对应的值为 为半流通角 (亦称为截止 V) cosθc=VBZ+VBB。 bm 角 ，本教材称为通角。
所以 Vbmcosθc=VBZ+VBB VBZ+VBB cosθc=———— Vbm VBZ+VBB θc=arccos(————) Vbm
-VBB
O 2 θc
VBZ
Vbm
vB vb
O 2 θc
ωt 转移特 性曲线
iC、vC
T/2 π
O
ωt
θc 2 θc 本页完 继续
由此可解释为什么 iC是脉冲电流而vC却 4、脉冲iC产生正弦波vC的物 是正弦波电压。 理过程 iC通过傅里叶级数展开得：
2 θc
iC、vC
T/2 πc。 这是 2倍通角θ 只在这个区域
里产生iC O
θc
ωt
2 θc 本页完 继续
一、获得高效率所需的条件
3、通角θc的计算 iC
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
iC
因为 vb=Vbmcosωt 在通角处有 ωt =θc 由图得，在ωt=θc处的vb 值为VBZ+VBB。
vC C
+
L
输 出
二、各种功率关系
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
本内容主要讨论电路中三 个功率P=、Po和Pc的表达式。 + L iB iC v 1、直流电压VCC提供的直流 C 功率P= + 输 C vB - 出 vb+ P==VCCIC0 电源 -VCC在一个工作周期内 iE - + + p IC0。 2、输出功率Po（亦即LC回 提供的直流电流为平均电流 路吸取的功率） VBB VCC Icm1 Vicm 高频功率放大器的基本电路 因为 LC 回路只对 C的基波成 Po=Ic1Vc1=——· —— √￣ 2 √￣ 分Icm1cosωt才产生电压 2 vc ，所 iC、vC 1I P 以输出功率 只需考虑此项。 =— cm1Vo cm T/2 2 π 谐振时LC回路的谐振电阻为 IC0 RP，RP=Vcm/Icm1。 ωt O iC的傅里叶级数展开式： V2cm 1 2 2 θc θc P = —— = — I R o cm1 P iC=IC0+2 Icm1 ωt+Icm2cos2ωt+ RPcos 2 本页完 继续 +……+ Icmncosnωt+……
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引言
晶体管的工作情况与频率有极密切的关系，通常可以把 它们的工作频率范围划分如下： 低频区 f<0.5fβ 中频区 0.5fβ < f< 0.2fT 高频区 其中有 0.2fT < f< fT f T ≈β f β
fβ——截止频率 fT——特征频率
晶体管在低频区工作时，可以不考虑它的等效电路中的 电抗分量与载流子渡越时间等影响。中频区的分析计算要考 虑晶体管各个结电容的作用。高频区则需进一步考虑电极引 线电感的作用。因此，中频区和高频区的严格分析与计算是 相当困难的。本书将从低频区来说明晶体管高频放大器的工 作原理。 本页完 返回
引言
本 节 学 习 要 点 和 要 求
1、高频功率放大器获得高效率的所需条件
2、掌握高频功率放大器的功率关系
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一、获得高效率所需的条件
1、高效大功率输出的讨论 由能量守恒： P== Po+ Pc 定义集电极效率： Po Po ηc=—— =—— P= Po+ Pc 将上式变形为 结论一：设法尽量降低集电 ηP 极的耗散功率 c c，则集电极效 Po=(—— ) Pc 1- ηc 率ηc自然会提高。这样，在给 定P 结论二：如果维持晶体管的 =时，晶体管的交流输出功 率 Po就会增大。 Pc不超过额定 集电极耗散功率 值，那么提高集电极效率ηc ， 将使交流输出功率Po大为增加。 iB iC vb+
+
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
vB iE
- +
vC C
+ p
+
L
输 出
VBB
VCC
P=—电源供给功率 P0—交 流输出 信号功 率 本页完 继续
高频功率放大器的基本电路 VCC
vb
Pi —输 入信号 功率
Pc—晶体 管集电极 耗散功率
一、获得高效率所需的条件
2、提高效率与功率的方法 集电极瞬时耗散功率Pc Pc=iC vC vb+ iB iC
1)直流电压VCC提供的直流功率： P==VCCIC0 2)输出功率Po（亦即LC回路吸 取的功率）: V2cm 1 2 1V I = — Po=——= —I cm1RP 2 cm cm1 2 RP 2
3)晶体管的耗散功率: Pc=P=-Po 4)放大器的集电极效率: 1 Vcm Icm1 Po ——· —— ηc = ——= —· V 2 CC IC0 P=
一、获得高效率所需的条件
iB iC
+
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
vB - vb+ 由此看出 i 的平均 C i E iC=IC0+Icm1cosωt+Icm2cos2ωt+ 值是很小的。 - + + p +……+ Icmncosnωt+…… VBB VCC 上式中的IC0是iC的直流成分， 高频功率放大器的基本电路 也是iC其平均值。 iC、vC 第二项Icm1cosωt是与输入信 T/2 π 号频率相同的基波成分，正是 我们需要的信号成分。放大电 IC0 路中的LC回路就谐振在这个频 ωt O 率上，形成一个以ω为中心的 2 θc θc 带通滤波器，选出频率为ω的 本页完 继续 电压。对谐波成分进行了衰减。
二、各种功率关系
1、直流电压VCC提供的直流 功率P= P==VCCIC0 iB iC vb+
+
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
2、输出功率Po（亦即LC回 路吸取的功率） V2cm 1 2 1V I = — Po=——= —I cm1RP 2 cm cm1 2 RP 2 3、晶体管的耗散功率Pc Pc=P=-Po 4、放大器的集电极效率ηc 1 Vcm Icm1 Po ——· —— ηc = ——= —· 2 VCC IC0 P=
+
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
vB - iE 如果使晶体管的 vC和iC的 p - + + 波形如图所示(注意，共射 VBB VCC 电路中vC与iC是反相的)。
高频功率放大器的基本电路
vC C
+
L
输 出
iC、vC
T/2 π
一个周期内晶体管只在此流 通角2θc内损耗功率，这是vC的 最小值区间，显然晶体管的耗 散功率是最小的，ηc较大。
vB iE
- +
vC C
+ p
+
L
输 出
VBBቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
VCC
高频功率放大器的基本电路 iC、vC VCC O Vcm ωt
本页完 继续
二、各种功率关系
4、放大器的集电极效率ηc 1 Vcm Icm1 Po ——· —— ηc = ——= —· 2 VCC IC0 P= Vcm ξ= — 集电极电压利用系数 VCC vb+
O
ωt
θc 2 θc 本页完 继续
一、获得高效率所需的条件
2、提高效率与功率的方法
集电极瞬时耗散功率Pc Pc=iC vC vb+
-
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
iB iC
+
晶体管处于丙类工作状态时， iC只在vC最低时才能通过，所 以在丙类工作状态下集电极的 耗散功率Pc是最小的，效率ηc 是最大的。
本页完 继续
求集电极效率ηc和电路效率η
作业
无
本页完 继续
再见
-
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
iB iC
+
vB iE
- +
vC C
+ p
+
L
输 出
VBB iC、vC VCC
VCC
ξ越大，即输出电压越大，效 率越高。 Icm1 ——波形系数 g1(θc)= —— IC0 g1(θc)越大，即iC的平均值IC0 越小，效率越高。要使IC0小， 必须使θc小。
高频功率放大器的基本电路
Vcm
IC0
O
θc 2 θc
ωt
本页完 继续
求集电极效率ηc和电路效率η
三、小结
2、各种功率关系
1、获得高效率所需的条件
集电极效率：
Po Po ηc=—— =—— P= Po+ Pc 1）降低集电极的耗散功率 Pc，则集电极效率ηc提高。 2）维持晶体管的集电极耗 散功率Pc不超过额定值，那 么增加交流输出功率Po，将 使集电极效率ηc大为提高。