(整理)丙类谐振功率放大器电路设计

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丙类谐振功率放大电路分析(负载特性调制特性)

丙类谐振功率放大电路分析(负载特性调制特性)

vBE
VBB
Vbm
VCC vCE Vcm
内部特性关
系(折线方程)
ic gc vBE VBZic+vb -
+ vCE C +-
vBE _
Rp
L vc
+
VBB
Vcc
动态特性方程
ic


gc

Vbm Vcm
vCE
VCC

Vcm
(VBZ VBB Vbm
临 界
当 RP , Ubm区不变Ic,1



PD
而改变
VCC VBB

IcPIoCD1,,PIoC 0
之间的关系PO。
PC
1过.压集区 电欠压极区调Vc制过c 压特区性欠压区 Vcc
ic
t
ic
•• • •
vbemax

Vcc Vcc Vcc
vce
•Q •Q •Q
当 RP ,Ubm ,UBB 不变,VCC增加功放由临界进入欠压区
VCC
减少功放由临界进入过压区
显然:在欠压区: IC0, IC1 几乎不变 PD , PO 不变
注意:只有工作在过压区才能有效地实现VCC 对 IC1 及 Po
的调制作用,故集电极调幅电路应工作在过压区。
3、 高频功率放大器的调制特性
2. 基极调制特性
vBE VBB Vbm cost
1MHz。试求它的能量关系。由晶体管手册已知其有关参
数为fT≥70MHz ,Ap(功率增益)≥13 dB,ICmax=750 mA,VCE(sat)(集电极饱和压降)≥1.5V,PCM=1W。

谐振功率放大器

谐振功率放大器
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在高 Q 回路中,其 Re 近似为
Re
2 0
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
Qe
0 Lr
RL
—— 回路有载品质因数
(2)对非基波分量
阻抗很小(谐振回路对 iC 中的其他分量呈现的),产生 的电压均可忽略。
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图 2–1–1 谐振功率放大器 原理电路
C=C/共10页
t
t e
2.集电极电流 iC
输入
vb(t) = Vbmcos st
据 vBE = VBB + vb(t) = VBB + vbmcos st
由静态转移特性(iC-vBE),得集电极电流 iC 波形:脉宽小于 半个周期的脉冲序列。傅里叶级数展开
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感谢您的观看!
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iC IC0 Ic1mcosst Ic2mcos2st
为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。
IC0
1 2
iCdt
Ic1m
1
iC costdt
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图 2–1–2
图 2–1–2
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3.输出电压 vo
(1)对基波分量 阻抗最大,为谐振电阻 Re(谐振回路调谐在输入信号 频率上,因而对 iC 中的基波分量呈现的电抗最大,且为纯 电阻)。
2.1.1 丙类谐振功率放大器
1.电路组成
ZL —— 外接负载,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。

结论:丙类谐振功率放大器

结论:丙类谐振功率放大器
余弦脉冲; ② 谐振回路做负载。其作用是:阻抗匹配,选
出余弦脉冲中的基波分量
5
二.工作原理(定性分析):
丙类谐振放大器的电路组成
(放大器工作原理动画)
6
丙类谐振功率放大器的电流、电压波形如图7.2.4所示。 结论:丙类谐振功率放
大器,流过晶体管的各极电 流均为余弦脉冲,但利用谐 振回路的选频作用,其输出 电压仍能反映输入电压的变 化规律,即输出信号基本上 是不失真的余弦信号,实现 线性放大的功能。
VBE U (on) cm Uim
VBBU cm
gd
vB1 vB 2 vB3
VicCgVdC(CVcUVcm0 )cost
vB 4
Vo
vC
3.2.1 谐振功率放大器的工作状态
iC
iC
vC VCC Ucm
VCC vC
t
t
欠压状态:
集电极电流为余弦脉冲
3.2.1 谐振功率放大器的工作状态

1 Vc1m 2 VCC
I c1m ICO

1 Vc1m 2 VCC
1( ) 0 ( )

1 2

g1
(
)
3.2 谐振功率放大器的特性分析
谐振功率放大器的工作状态 谐振功率放大器的负载特性 VCC对放大器工作状态的影响 Uim和UBB对放大器工作状态的影响
1
3.2.1 谐振功率放大器的工作状态
过压状态:ic脉冲的凹陷程度随Re的增加急剧
加深,Ico和Ic1m急剧下降。
IU I c1m
U cm
电压的变化
Ucm Ic1m Re
Ico
欠压 临界 过压 Re
3.2.1 谐振功率放大器的负载特性

丙类功率放大器电路组成和工作原理分析PPT课件

丙类功率放大器电路组成和工作原理分析PPT课件

ic
C Rp L vc +
Vc c
16
丙类谐振功率放大器
17
丙类谐振功率放大器
ic
+
C
Rp
L vc
vb
+
-
VBB
Vcc
电路正常工作(丙类、谐振)时,
外部电路关系式:
v BE
VBB
Vbm cost
vCE VCC Vcm cost
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos2t Icmn cosnt

呈现为纯电阻,即 谐振电阻RP。
+- VBB
-+ VCC
结论:回路上仅有基波分量产生电压vc,因而在负
载上可得到所需的不失真信号功率。 8
丙类谐振功率放大器
ic


ib V +
uce

ube - -
vc C -L
输出
vb=Vbmcoswt

+- VBB
-+ VCC
vBE VBB Vbmcost;
低频
推挽,回 低频、高


推挽
低频
选频回路 高频
3
丙类谐振功率放大器
电路特点:
ic
1、VCC:提供直流能源


2、激励信号大:电 路处于大信号非线 性状态

vb=Vbmcoswt
ib V +
uce
ube - -
vc C -L
输出
3、晶体管:承受高电压 - 大电流,截止频率高
4、负载回路:谐振回路
+- VBB
vCE VCC Vcm cost
V cm vCE
V CC

丙类谐振功率放大器电路设计

丙类谐振功率放大器电路设计

目录1前言 (1)2 丙类谐振功率放大器 (1)2.1 BJT使用注意事项 (1)2.1.1 集电极最大允许电流ICM (2)2.1.2 集电极最大允许耗散功率PCM (2)2.1.3 二极管击穿耐量PSB (2)2.1.4 发射极开路,集电极-基极间反向击穿电压U(BR)CEO (2)2.2 丙类谐振功率放大器电路 (2)2.3 丙类谐振功率放大器工作原理 (4)2.4 丙类谐振功率放大器电路分析 (4)2.4.1 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 (5)2.4.2 丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 (5)2.4.3 匹配网络 (6)2.4.4 VBB 、VCM、VBM、VCC对丙类谐振功率放大器性能影响分析.. 63 丙类谐振功率放大器电路的设计 (11)3.1 丙类谐振功率放大器设计 (11)3.1.1 晶体管的选择 (11)3.1.2 判别三极管类型和三个电极的方法 (12)3.1.3 电容的选择 (12)3.2 电路设计与分析 (13)3.2.1电路设计基本事项 (13)3.2.2 电路设计与分析 (14)3.3 电路仿真 (15)3.3.1 ELECTRONICS WORKBENCH EDA 简介 (15)3.3.2 基于EWB电路仿真用例 (15)4 对丙类谐振功率放大器的展望 (17)结论 (17)谢辞 (18)参考文献 (19)1前言电子技术迅猛发展。

由分立元件发展到集成电路,中小规模集成电路,大规模集成电路和超大规模集成电路。

基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。

弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。

放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。

高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一,通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗,要求发射机具有较大的输出功率,而且,通信距离越远,要求输出功率越大。

所以,为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。

实验七丙类功率放大器实验

实验七丙类功率放大器实验

实验七丙类功率放⼤器实验实验七丙类功率放⼤器实验⼀、实验⽬的:1. 了解谐振功率放⼤器的基本⼯作原理,初步掌握⾼频功率放⼤电路的计算和设计过程;2. 了解电源电压与集电极负载对功率放⼤器功率和效率的影响。

⼆、预习要求:1. 复习谐振功率放⼤器的原理及特点;2. 分析图7-7所⽰的实验电路,说明各元件的作⽤。

三、实验电路说明:本实验电路如图7-7所⽰。

图7-7本电路由两级组成:Q1等构成前级推动放⼤,Q2为负偏压丙类功率放⼤器,R4、R5提供基极偏压(⾃给偏压电路),L1为输⼊耦合电路,主要作⽤是使谐振功放的晶体三极管的输⼊阻抗与前级电路的输出阻抗相匹配。

L2为输出耦合回路,使晶体三极管集电极的最佳负载电阻与实际负载电阻相匹配。

R14为负载电阻。

四、实验仪器:1. 双踪⽰波器2. 万⽤表3. 实验箱及丙类功率放⼤模块4.⾼频信号发⽣器五、实验内容及步骤;1. 将开关拨到接通R14的位置,万⽤表选直流毫安的适当档位,红表笔接P2,⿊表笔接P3;2. 检查⽆误后打开电源开关,调整W使电流表的指⽰最⼩(时刻注意监控电流不要过⼤,否则损坏晶体三极管);3. 将⽰波器接在TP1和地之间,在输⼊端P1接⼊8MHz幅度约为500mV的⾼频正弦信号,缓慢增⼤⾼频信号的幅度,直到⽰波器出现波形。

这时调节L1、L2,同时通过⽰波器及万⽤表的指针来判断集电极回路是否谐振,即⽰波器的波形为最⼤值,电流表的指⽰I0为最⼩值时集电极回路处于谐振状态。

⽤⽰波器监测此时波形应不失真。

4. 根据实际情况选两个合适的输⼊信号幅值,分别测量各⼯作电压和峰值电压及电流,并根据测得的数据分别计算:1)电源给出的总功率;2)放⼤电路的输出功率;3)三极管的损耗功率;4)放⼤器的效率。

六、实验报告要求:1. 根据实验测量的数值,写出下列各项的计算结果:1)电源给出的总功率;2)放⼤电路的输出功率;3)三极管的损耗功率;4)放⼤器的效率。

2. 说明电源电压、输出电压、输出功率的关系。

实验七丙类谐振功率放大器

实验七丙类谐振功率放大器

实验七 丙类谐振功率放大器一、实验目的1. 进一步把握高频谐振功率放大器的工作原理。

2. 把握谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。

3. 把握鼓励电压、集电极电源电压及负载转变对放大器工作状态的阻碍。

二、实验利用仪器1.高频调谐功率放大器实验板2.高频信号源、100MHz 双踪示波器、万用表 三、实验大体原理与电路 1.高频谐振功率放大器原理电路高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件,它能够将电源供给的直流能量转换为高频交流能量输出,使之达到足够的功率输出,以知足天线发射和其它负载的要求。

高频谐振功率放大器研究的要紧问题是如何取得高效率、大功率的输出。

放大器电流导通角θ愈小,放大器的效率η愈高。

如甲类功放的θ=360o,效率η最高为50%,乙类功放的θ=180o,效率η最高为%,而丙类功放的θ<90°,效率η最高为100%。

谐振功率放大器采纳丙类功率放大器,采纳选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。

高频谐振功率放大器原理电路如图7-1。

图7-1 高频谐振功率放大器的工作原理图中b u 为输入交流信号,E B 是基极偏置电压,调整E B ,改变放大器的导通角,以改变放大器工作的类型。

E C 是集电极电源电压。

集电极外接LC 并联振荡回路的功用是作放大器负载。

放大器工作时,晶体管的电流、电压波形及其对应关系如图7-2所示。

晶体管转移特iR L性如图7-2中虚线所示。

由于输入信号较大,可用折线近似转移特性,如图中实线所示。

图中'B U 为管子导通电压,g m 为特点斜率。

设输入电压为一余弦电压,即 u b =U bm cos ωt 那么管子基极、发射极间电压u BE 为u BE =E B +u b =E B +U bm cos ωt在丙类工作时,E B <'B U ,在这种偏置条件下,集电极电流iC 为余弦脉冲,其最大值为i Cmax ,电流流通的相角为2θ,通常称θ为集电极电流的通角,丙类工作时,θ<π/2 。

毕业设计(论文)-丙类谐振功率放大器设计.doc

毕业设计(论文)-丙类谐振功率放大器设计.doc

摘要利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器,这是无线电发射机中的重要组成部分。

根据放大器电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。

电流导通角θ愈小,放大器的效率η愈高。

如甲类功放的θ=180,效率η最高也只能达到50%,而丙类功放的θ< 90º,效率η可达到80%,甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。

丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。

关键词:丙类谐振功率放大器;谐振功率放大器;高频放大器目录引言 (2)1 谐振功率放大器 (3)1.1定时系统 (3)1.1.1 举例 (3)1.1.2 定时器的结构 (5)1.1.3 TMOD (6)1.2 引脚工作原理 (7)1.2.1 P1端口的结构和工作原理 (7)1.2.3 P3端口的结构和工作原理 (9) (9)2 电路设计与制作电路板 (11)2.1 电路设计 (12)2.1.1电路原理图 (12)2.2.1 画PCB图 (12)2.2.2 制作电路板 (14)3 系统软件设计 (14)4 电路的调试 (27)4.1 显示日期和时间 (27)4.2 闹铃功能 (27)5 结论 (27)谢辞 (28)参考文献 (29)引言本论文是丙类谐振功率放大器的一个应用实例。

并简要的介绍了丙类谐振功率放大器的工作原理。

动态特性和电路组成。

在通信系统中,高频功率放大电路作为发射机的重要组成部分,用于对高频已调波信号进行功率放大,然后经天线将其辐射到空间,所以要求输出功率很大。

功率放大电路是一种能量转换电路,即将直流电源能量转换为输出信号能量,同时必然有一部分能量损耗。

从节省能量的角度考虑,效率显得更加重要。

因此,高频功放常采用效率较高的丙类工作状态。

同时,为了滤除丙类工作是产生的众多高次谐波分量,常采用LC谐振回路作为选频网络,故称为丙类谐振功率放大电路。

丙类谐振功率放大电路(精)

丙类谐振功率放大电路(精)

丙类谐振功率放大电路3.1 概述3.2 丙类谐振功率放大与低频功率放大电路一样, 输出功率,效率和非线性失真同样是高频功率放大电路的三个最主要的技术指标.不言而喻, 安全工作仍然是首先必须考虑的问题.在通信系统中, 高频功率放大电路作为发射机的重要组成部分, 用于对高频已调波信号进行功率放大, 然后经天线将其辐射到空间, 所以要求输出功率很大.输出功率大, 从节省能量的角度考虑, 效率更加显得重要.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.显然,谐振功放属于窄带功放电路.对于工作频带要求较宽, 或要求经常迅速更换选频网络中心频率的情况, 可采用宽带功率放大电路.宽带功放工作在甲类状态, 利用传输线变压器等作为匹配网络, 并且可以采用功率合成技术来增大输出功率.本章着重讨论丙类谐振功放的工作原理,动态特性和电路组成, 对于甲类和乙类谐振功放的性能指标也作了适当介绍, 接着再讨论高频宽带功率放大电路, 最后给出了集成高频功率放大电路的一些实例.3.2丙类谐振功率放大电路3.2.1 工作原理图3.2.1是谐振功率放大电路原理图.假定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. 根据基尔霍夫电压定律, 可得到以下表达式:uBE=VBB+ub=VBB+Ubmcosωt (3.2.1)uCE=VCC+uc=VCC-Ic1mR∑cosωt=VCC-Ucmcosωt (3.2.2)其中ub和uc分别是输入信号和输出信号,R∑是回路等效总 PD=VCCIC0 (3.2.3)Po= Ic1mUcm=η=PC=PD-Po从公式(3.2.1)~(3.2.5)可知, 如果要增大输出功率, 在回路等效总电阻不变的情况下, 需增大Ic1m, 当器件确定时, 就是要增大输入信号振幅Ubm;如果要提高效率, 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).所以, 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3.2.2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≤I C0, 又Ucm≤VCC(忽略晶体管饱和压降), 所以由公式(3.2.5)可知, 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+…=其中ICm是尖顶余弦脉冲的高度, 即集电极电流最大值.由此可求得在Ucm=VCC时的最高效率η=在图3.2.2中, 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.由刚才的分析可知, 乙类的效率确实高于甲类.功率放大电路是大信号工作, 而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性, 这样将使分析比较复杂.为简化分析, 可以将晶体管特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折线来代替, 称为折线近似分析法.图3.2.3是将晶体管转移特性折线化, 由此来分析丙类工作状态的有关参数.图 3.2.3 丙类状态转移特性分析由图3.2.3可以得到集电极电流iC的分段表达式:iC=g(uBE-Uon) uBE≥Uon0 uBE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, 将式(3.2.1)代入式(3.2.6), 可以得到:iC=g(VBB+Ubmcosωt-Uon)当ωt=θ时, iC=0, 由式(3.2.7)可求得:θ=arccos (3.2.8)当ωt=0时, iC=ICm, 由式(3.2.7)和(3.2.8)可求得:gUbm=ICm/(1-cosθ) (3.2.9)所以, 式(3.2.7)可写成:iC=gUbm从集电极电流iC的表达式可以看出, 这是一个周期性的尖顶余弦脉冲函数, 因此可以用傅里叶级数展开, 即iC=IC0+Ic1mcosωt+Ic2mcos 2ωt+…+Icnmcos nωt+….由于iC是ICm和θ的函数, 所以它的各次谐波的振幅也是ICm和θ的函数, 若ICm固定, 则只是θ的函数, 通常表示为:IC0=ICmα0(θ), Ic1m=ICmα1(θ), Ic2m=ICmα2(θ), … (3.2.11) 其中α0(θ), α1(θ), α2(θ), …被称为尖顶余弦脉冲的分解系数.图3.2.4给出了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ξ=UcmVCC, 可以得到集电极效率和输出功率的另一种表达式:由图3.2.4可以看出, α1(90°)=α1(180°)=0.5, 这两种情况分别对应于乙类和甲类工作状态, 均比丙类(θ分析式(3.2.12), (3.2.13)可知, 增大ξ和g1的值是提高效率的两个措施, 增大α1是增大输出功率的措施.然而图3.2.4告诉我们, 增大g1与增大α1是互相矛盾的.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.若取θ=70°, 此时的集电极效率可达到85.9%, 而θ=120°时的集电极效率仅为64%左右.因此, 一般以70°作为最佳导通角, 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=0.6 V, 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)解: 由图3.2.4可知:α0(60°)=0.22,α1(180°)=α1(90°)=0.5, α1(60°)=0.38因为 Ucm=VCC=12V所以, 当甲类工作时(θ=180°), 根据式(3.2.11), (3.2.4),Ic1m=0.5×20=10mA,Po= ×10×12=60 mWVBB=0.6+ =1.6 V当乙类工作时(θ=90°),Ic1m=0.5×20=10mA, Po= ×10×12=60mWVBB=0.6V当丙类工作时(θ=90°),Ic1m=0.38×20=7.6mA,Po= ×7.6×12=45.6mWIC0=0.22×20=4.4mA, η= ×由式(3.2.9)可知:Ubm=所以由式(3.2.8)可求得:VBB=Uon-Ubmcosθ=Uon-=0.6- =-1 4 V2.2性能分析若丙类谐振功放的输入是振幅为Ubm的单频余弦信号, 那么输出单频余弦信号的振幅Ucm与Ubm有什么关系 Ucm的大小受哪些参数影响式(3.2.1), (3.2.2)和(3.2.6)分别给出了谐振功放输入回路, 输出回路和晶体管转移特性的表达式.由这些公式可以看出, 当晶体管确定以后, Ucm的大小与VBB,VCC,R∑和Ubm四个参数有关.利用图3.2.5所示折线化转移特性和输出特性曲线, 借助以上三个表达式, 我们来分析以上两个问题.在分析之前, 让我们先确定动态线的情况.在输出特性图中, 表示输出电压uCE随集电极电流iC变化的轨迹线称为动态线, 又称为交流负载线.由于谐振功放的负载是选频网络, 故输出交流电压uc必然是一个完整的余弦信号.由图3.2.5可以看到, 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合(其中临界饱和线斜率为gcr), 而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. 放大区内动态线AB的表达式可用以下步骤求出.由式(3.2.1)和(3.2.2)可写出:代入式(3.2.6), 经过整理可得到动态线表达式:iC=-gd(uCE-V0)其中由图(3.2.5)可以写出斜率值gd的另一种形式:gd=因为Ic1m=ICmα1(θ), R∑=所以Rd= (3.2.14)1 负载特性若VBB,VCC和Ubm三个参数固定, R∑发生变化, 动态线,Ucm以及Po,η等性能指标会有什么变化呢这就是谐振功放的负载特性.由图3.2.6可知, VBB和VCC固定意味着Q点固定, Ubm固定进一步意味着θ也固定.根据式(3.2.14), 放大区动态线斜率将仅随R∑而变化.图中给出了三种不同斜率情况下的动态线.动态线A1B1的斜率最大,即对应的负载R∑最小, 相应的输出电压振幅Ucm1也最小, 晶体管工作在放大区和截止区.图 3.2.6 三种不同斜率情况下的动态线及波形分析动态线A2B2的斜率较小,与特性曲线相交于饱和区和放大区的交点处(此点称为临界点), 相应的输出电压振幅Ucm2增大, 晶体管工作在临界点,放大区和截止区.动态线A3B3的斜率最小, 即对应的负载R∑最大, 相应的输出电压振幅Ucm3比Ucm2略为增大, 晶体管工作在饱和区, 放大区和截止区.根据输出电压振幅大小的不同, 这三种工作状态分别称为欠压状态,临界状态和过压状态, 而放大区和饱和区又可分别称为欠压区和过压区.注意, 在过压状态时, iC波形的顶部发生凹陷, 这是由于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的.图3.2.7 给出了负载特性曲线.参照图3.2.6和式(3.2.3)~(3.2.5), 对于图3.2.7中各参数曲线随R∑变化的规律将很容易理解.由图3.2.7可以看到, 随着R∑的逐渐增大, 动态线的斜率逐渐减小, 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 放大特性若VBB,VCC,R∑三个参数固定, 输入Ubm变化, 此时输出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3.2.8是利用折线化转移特性分析丙类工作时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的变化将导致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, 所以利用输出特性分析放大特性不方便. 由图3.2.8可以看到, 在欠压状态时, Ucm随Ubm增大而增大, 但不成线性关系, 因为θ也会随之增大, 使iC脉冲的宽度和高度都随之增大.仅当处于甲类或乙类工作状态时, θ固定为180°或90°, 不会随Ubm的变化而变化, 此时Ucm与Ubm才成正比关系.在过压状态, 随着Ubm增加, Ucm几乎保持不变.3调制特性(1) 基极调制特性.参照图3.2.6和式(3.2.3)~(3.2.5), 对于图3.2.7中各参数曲线随R∑变化的规律将很容易理解.由图3.2.7可以看到, 随着R∑的逐渐增大, 动态线的斜率逐渐减小, 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 放大特性若VBB,VCC,R∑三个参数固定, 输入Ubm变化, 此时输出Ucm以及Po,η等性能指标随之变化的规律被称为放大特性.若VCC,R∑和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随基极偏压VBB变化的规律被称为基极调制特性. 由于VBB和ub是以串联迭加方式处于功放的输入回路, 所以VBB的变化与ub的振幅Ubm的变化对输出电流iC和输出电压振幅Ucm的影响是类似的, 可以将图3.2.9和图3.2.8(b)进行对照分析.基极调制的目的是使Ucm随VBB的变化规律而变化, 所以功放应工作在欠压状态, 才能使VBB对Ucm有 (2) 集电极调制特性.若VBB,R∑和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随集电极电压VCC变化的规律被称为集电极调制特性.图3.2.8是利用折线化转移特性分析丙类工作时iC波形随bm变化的关系, 并给出了Ucm,Ic1m和Ic0与Ubm的关系曲线. 由于Ubm的变化将导致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, 所以利用输出特性分析放大特性不方便.由图3.2.8可以看到, 在欠压状态时, Ucm随Ubm增大而增大, 但不成线性关系, 因为θ也会随之增大, 使iC脉冲的宽度和高度都随之增大. 仅当处于甲类或乙类工作状态时, θ固定为180°或90°, 不会随Ubm的变化而变化,此时Ucm与Ubm才成正比关系.在过压状态, 随着Ubm增加, Ucm几乎保持不变.3调制特性(1) 基极调制特性.若VCC,R∑和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随基极偏压VBB变化的规律被称为基极调制特性.由于VBB和ub是以串联迭加方式处于功放的输入回路, 所以VBB的变化与ub的振幅Ubm的变化对输出电流iC和输出电压振幅Ucm的影响是类似的, 可以将图3.2.9和图3.2.8(b)进行对照分析.基极调制的目的是使Ucm随VBB的变化规律而变化, 所以功放应工作在欠压状态, 才能使VBB对Ucm有控制作用.(2) 集电极调制特性.若VBB, R∑和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随集电极电压VCC变化的规律被称为集电极调制特性.由图3.2.10(a)可以看到, VCC的变化使得静态工作点左右平移, 从而使欠压区内的动态线左右平移, 动态线的斜率不变. 由图 3.2.10(b)可以看到, 在欠压状态时, 当VCC改变时, Ucm几乎不变. 在过压状态时, Ucm随VCC而单调变化.所以, 此时功放应工作在过压状态, 才能使VCC时对Ucm有控制作用, 即振幅调制作用.4 小结根据以上对丙类谐振功放的性能分析, 可得出以下几点结论:(1) 若对等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在临界状态, 此时输出功率最大, 效率也接近最大.比如对第7章将介绍的调频信号进行功率放大.(2) 若对非等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在欠压状态, 但线性较差.若采用甲类或乙类工作, 则线性较好.比如对第6章将介绍的调幅信号进行功率放大.(3) 丙类谐振功放在进行功率放大的同时, 也可进行振幅调制.若调制信号加在基极偏压上, 功放应工作在欠压状态; 若调制信号加在集电极电压上, 功放应工作在过压状态.(4) 回路等效总电阻R∑直接影响功放在欠压区内的动态线斜率, 对功放的各项性能指标关系很大, 在分析和设计功放时应重视负载特性.例3.2某高频功放工作在临界状态, 已知VCC=18V, gcr=0.6 A/V, θ=60°, R∑=100Ω, 求输出功率Po,直流功率PD和集电极效率η.解: 由式(3.2.14)可求得:Rd=α1(60°)(1-cos 60°)×100=19 Ω所以 gd=由图3.2.6可以写出以下关系式:ICm=gcr(VCC-Ucm)=gdUcm(1-cos θ)故 Ucm=gc所以ICm=3.2.3直流馈电线路与匹配网络1. 直流馈电线路在高频功放的输入回路和输出回路应分别加上合适的直流偏压, 有关的直流馈电线路可分为串联馈电和并联馈电两种基本电路形式.前者是指晶体管,直流电源和回路三部分串联, 后者是指这三部分并联.但无论哪种电路形式, 直流偏压与交流电压总是串联迭加的, 假定交流电压是单频信号, 即满足uBE=VBB+Ubmcosωt, uCE=VCC-Ucmcosωt的关系式.(1) 集电极馈电线路.图3.2.11给出了集电极馈电线路的两种基本形式.由于集电极电流是脉冲形状, 包括直流,基频及各次谐波分量, 所以集电极馈电线路除了应有效地将直流电压加在晶体管的集电极与发射极之间外, 还应使基频分量流过负载回路产生输出功率, 同时有效地滤除高次谐波分量. 图中的高频扼流圈Lc和高频短路串联馈电方式的优点是Lc和Cc处于高频地电位, 它们对地的分布电容不会影响回路的谐振频率, 缺点是电容器C的动片不能直接接地, 安装调整不方便.而并联馈电方式的优缺点正好相反.由于Lc和Cc1不处于高频地电位, 它们对地的分布电容直接影响回路的谐振频率, 但回路处于直流地电位, L,C元件可接地, 故安装调整方便.(2) 基极馈电线路.基极馈电也有串馈与并馈两种形式, 但对于丙类谐振功放, 通常采用自给偏压方式.图3.2.12给出了几种基极馈电线路, 均为自给偏压形式. 在无输入信号时, 自给偏压电路的偏置为零. 随着输入信号的逐渐增大, 加在晶体管be结之间的偏置电压向负值方向增大.由此可见, 乙类功放不能采用自给偏压方式.2 匹配网络为了使谐振功放的输入端能够从信号源或前级功放得到有效的功率, 输出端能够向负载输出不失真的最大功率或满足后级功放的要求,在谐振功放的输入和输出端必须加上匹配网络.2 匹配网络为了使谐振功放的输入端能够从信号源或前级功放得到有效的功率, 输出端能够向负载输出不失真的最大功率或满足后级功放的要求, 在谐振功放的输入和输出端必须加上匹配网络. 匹配网络的作用是在所要求的信号频带内进行有效的阻抗变换(根据实际需要使功放工作在临界点, 过压区或欠压区), 并充分滤除无用的杂散信号. 第1章已介绍了几种基本LC选频匹配网络, 具体应用时为了产生良好的选频匹配效果, 常采用多节匹配网络级联的方式.例3.3 分析图例3.3所示工作频率为175 MHz的两级谐振功率放大电路的组成及元器件参数.解: 两级功放的输入馈电方式均为自给负偏压, 输出馈电方式均为并馈.此电路输入功率Pi=1W, 输出功率Po=12W, 信号源阻抗Rs=50 Ω, 负载RL=50Ω.其中第一级输出功率Po1=4W, 电源电压VCC=135 V.两级功放管分别采用3DA21A和3DA22A, 均工作在临界状态, 饱和压降分别为1V和15V.各项指标满足安全工作条件. 可以计算出各级回路等效总阻抗分别应该为:由于3DA21A和3DA22A的输入阻抗分别为R2=7 Ω和R4=5Ω, 故Rs≠R2,R1≠R4, R2≠RL, 即不满足匹配条件, 所以在信号源与第一级放大器之间,第一级放大器与第二级放大器之间分别加入T型选频匹配网络(C1,C2,L1和C3,C4,L2), 在第二级放大器与负载之间加入倒L型选频匹配网络(C5,L3,C6). 三个选频匹配网络的输入阻抗分别是R1,R3和R5.匹配网络中各电感与电容的值可根据相应的公式计算得出. 由于晶体管参数的分散性和分布参数的影响, C1~C6均采用可变电容器, 其最大容量应为计算值的2~3倍.通过实验调整, 最后确定匹配网络元件的精确值.电路中四个高扼圈的电感量为0.1μH~0.2 μH, 其中两个作为基极直流偏置的组成元件, 另外两个在集电极并馈电路中对iC中的高次谐波分量起阻挡作用, 并为集电极直流电源提供通路.高频旁路电容C7和C9的值均为0.05μF, 穿心电容C8和C10为1500pF, 它们使高次谐波分量短路接地.一般来说, 在400MHz以下的甚高频(VHF)段, 匹配网络通常采用第1章介绍的集总参数LC元件组成, 而在400 MHz以上的超高频(UHF)段, 则需使用分布参数的微带线组成匹配网络, 或使用微带线和LC元件混合组成.一般来说, 在400MHz以下的甚高频(VHF)段, 匹配网络通常采用第1章介绍的集总参数LC元件组成, 而在400MHz以上的超高频(UHF)段, 则需使用分布参数的微带线组成匹配网络, 或使用微带线和LC元件混合组成.微带线又称微带传输线, 是用介质材料把单根带状导体与接地金属板隔离而构成, 图3.2.13给出了结构示意图.微带线的电性能, 如特性阻抗,带内波长,损耗和功率容量等, 与绝缘基板的介电系数,基板厚度H和带状导体宽度W有关.实际使用时, 微带线是采用双面敷铜板, 在上面作出各种图形, 构成电感,电容等各种微带元件, 从而组成谐振电路, 滤波器以及阻抗变换器等.3.3 宽带高频功率放大电路与功率合成电路宽带高频功率放大电路采用非调谐宽带网络作为匹配网络, 能在很宽的频带范围内获得线性放大.常用的宽带匹配网络是传输线变压器, 它可使功放的最高频率扩展到几百兆赫甚至上千兆赫, 并能同时覆盖几个倍频程的频带宽度. 由于无选频滤波性能, 故宽带高频功放只能工作在非线性失真较小的甲类或乙类状态, 效率较低.所以, 宽带高频功放是以牺牲效率来换取工作频带的加宽.3.3.1传输线变压器1宽频带特性普通变压器上,下限频率的扩展方法是相互制约的.为了扩展下限频率, 就需要增大初级线圈电感量, 使其在低频段也能取得较大的输入阻抗, 如采用高导磁率的高频磁芯和增加初级线圈的匝数, 但这样做将使变压器的漏感和分布电容增大, 降低了上限频率;为了扩展上限频率, 就需要减小漏感和分布电容, 减小高频功耗, 如采用低导磁率的高频磁芯和减少线圈的匝数, 但这样做又会使下限频率提高.传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件.它是将传输线(双绞线,带状线或同轴线等)绕在高导磁率的高频磁芯上构成的, 以传输线方式与变压器方式同时进行能量传输.利用图3.3.1所示一种简单的1:1传输线变压器, 可以说明这种特殊变压器能同时扩展上,下限频率的原理.在图3.3.1中, (a)图是结构示意图, (b)图和(c)图分别是传输线方式和变压器方式的工作原理图, (d)图是用分布电感和分布电容表示的传输线分布参数等效电路.在以传输线方式工作时, 信号从①, ③端输入, ②, ④端输出.如果信号的波长与传输线的长度可以相比拟, 两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路.若传输线是无损耗的, 则传输线的特性阻抗Z c=其中ΔL,ΔC分别是单位线长的分布电感和分布电容. 当Zc与负载电阻RL 相等, 则称为传输线终端匹配.在此无耗, 匹配情况下, 若传输线长度l与工作波长λ相比足够小(l在以变压器方式工作时, 信号从①,②端输入, ③,④端输出.由于输入,输出线圈长度相同, 从图(c)可见, 这是一个1:1的反相变压器.当工作在低频段时, 由于信号波长远大于传输线长度, 分布参数很小, 可以忽略, 故变压器方式起主要作用.由于磁芯的导磁率高, 所以虽传输线较短也能获得足够大的初级电感量, 保证了传输线变压器的低频特性较好.当工作在高频段时, 传输线方式起主要作用, 在无耗匹配的情况下, 上限频率将不受漏感, 分布电容, 高导磁率磁芯的限制. 而在实际情况下, 虽然要做到严格无耗和匹配是很困难的, 但上限频率仍可以达到很高.由以上分析可以看到, 传输线变压器具有良好的宽频带特性.2阻抗变换特性与普通变压器一样, 传输线变压器也可以实现阻抗变换, 但由于受结构的限制, 只能实现某些特定阻抗比的变换.图3.3.2给出了一种4:1传输线阻抗变换器的原理图.在无耗且传输线长度很短的情况下, 传输线变压器输入端与输出端电压相同, 均为 , 流过的电流均为 . 由此可得到特性阻抗Zc和输入端输入阻抗Zi分别为:Zc=Zi =所以,当负载RL为特性阻抗Zc的时, 此传输线变压器可以实现4:1的阻抗变换.故此时的终端匹配条件是RL= . 其中Zi是指①, ④端之间的等效阻抗.利用传输线变压器还可以实现其它一些特定阻抗比的阻抗变换. 注意不同阻抗比时的终端匹配条件不一样.图3.3.3给出了一个两级宽带高频功率放大电路, 其匹配网络采用了三个传输线变压器.由图可见, 两级功放都工作在甲类状态, 并采用本级直流负反馈方式展宽频带, 改善非线性失真. 三个传输线变压器均为4:1阻抗变换器. 前两个级联后作为第一级功放的输出匹配网络, 总阻抗比为16:1, 使第二级功放的低输入阻抗与第一级功放的高输出阻抗实现匹配.第三个使第二级功放的高输出阻抗与50Ω的负载电阻实现匹配.3.3.2功率合成利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大, 然后设法将各个功放的输出信号相加, 这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率,这就是功率合成技术.利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率.理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能, 还必须在其输入端使与其相接的前级各率放大器互相隔离, 即当其中某一个功率放大器损坏时, 相邻的其它功率放大器的工作状态不受影响, 仅仅是功率合成器输出总功率减小一些.图3.3.4给出了一个功率合成器原理方框图.由图可见, 采用7个功率增益为2, 最大输出功率为10 W的高频功放, 利用功率合成技术, 可以获得40W的功率输出. 其中采用了三个一分为二的功率分配器和三个二合一的功率合成器. 功率分配器的作用在于将前级功放的输出功率平分为若干份, 然后分别提供给后级若干个功放电路.利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器, 且具有频带宽, 结构简单,插入损耗小等优点, 然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路.3.4 集成高频功率放大电路及应用简在VHF和UHF频段, 已经出现了一些集成高频功率放大器件.这些功放器件体积小, 可靠性高, 外接元件少, 输出功率一般在几瓦至十几瓦之间.日本三菱公司的M57704系列,美国Motorola公司的MHW系列便是其中的代表产品.表3.4.1列出了Motorola公司集成高频功率放大器MHW系列中部分型号的电特性参数.图3.4.1给出了其中一种型号的外形图.MHW系列中有些型号是专为便携式三菱公司的M57704系列高频功放是一种厚膜混合集成电路, 同样也包括多个型号, 频率范围为335 MHz~512 MHz(其中M57704H为450 MHz~470 MHz), 可用于频率调制移动通信系统.它的电特性参数为:当VCC=12.5V, Pin=0.2 W, Zo=ZL=50Ω时, 输出功率Po=13 W, 功率增益Gp=18.1dB, 效率35%~40%.图3.4.2是M57704系列功放的等效图3.4.3是TW-42超短波 1. 高频谐振功率放大电路可以工作在甲类,乙类或丙类状态.相比之下, 丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类大, 但效率高, 节约 2. 丙类谐振功放效率高的原因在于导通角θ小, 也就是晶体管导通时间短, 集电极功耗减小.但导通角θ越小, 将导致输出功率越小. 所以选择合适的θ角, 是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标时的一个重要考虑.。

丙类谐振功率放大器仿真实验报告

丙类谐振功率放大器仿真实验报告

丙类谐振功率放大器仿真实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是通过仿真实验,掌握丙类谐振功率放大器的基本原理、特性及其设计方法,并能够分析其电路结构以及各部分参数对电路性能的影响。

二、实验原理1. 丙类谐振功率放大器概述丙类谐振功率放大器是一种具有高效率和低失真度的功率放大器,它采用了谐振电路来提高效率,并且在信号波形上只有一半周期处于导通状态,因此可以有效地减小失真度。

2. 丙类谐振功率放大器电路结构丙类谐振功率放大器的电路结构主要由晶体管、变压器和谐振电路组成。

其中,晶体管作为信号放大元件,变压器起到匹配阻抗和提高输出功率的作用,而谐振电路则用于提高效率并减小失真度。

3. 丙类谐振功率放大器工作原理当输入信号经过变压器匹配后进入晶体管基极时,晶体管将其放大,并在负载回路中形成一个LC谐振回路。

当晶体管的基极电流为零时,回路中的能量被释放并形成一个正弦波输出信号。

由于谐振电路的存在,输出功率可以得到有效提升。

三、实验步骤1. 打开仿真软件,并新建一个丙类谐振功率放大器电路。

2. 设计晶体管的工作点,并给出其参数。

3. 设计变压器的匹配阻抗,并计算其参数。

4. 设计谐振电路,确定其参数。

5. 测试电路性能,包括输出功率、效率和失真度等指标。

四、实验结果与分析在本次实验中,我们采用了ADS软件进行仿真设计,并得到了以下结果:1. 工作点设计:选择了2SC1946A型晶体管,其工作点为Vce=12V、Ic=1A。

2. 变压器设计:采用两段变比为1:4和1:2的变压器,其匹配阻抗为50Ω。

3. 谐振电路设计:选择了LC谐振回路,其中电感L=10μH、电容C=100pF。

4. 性能测试:输出功率为10W,效率为70%,失真度小于5%。

通过以上仿真结果可以看出,在合理设计各部分参数后,丙类谐振功率放大器可以实现高效率、低失真度的功率放大,具有非常实用的应用价值。

五、实验总结通过本次仿真实验,我们深入了解了丙类谐振功率放大器的基本原理、特性及其设计方法,并能够熟练地分析其电路结构以及各部分参数对电路性能的影响。

丙类谐振功率放大器实验报告

丙类谐振功率放大器实验报告

丙类谐振功率放大器实验报告实验名称:丙类谐振功率放大器实验实验目的:掌握丙类谐振功率放大器的原理和工作方式,了解其特性和优缺点。

实验器材:- 电源- 音频信号源- 信号发生器- 示波器- 50欧姆传输线- 电容、电感、二极管、晶体管、散热片等元件实验原理:丙类谐振功率放大器是一种将小信号放大成大功率信号的电路,由一个谐振电路和一个功率放大器组成。

当谐振电路中的电容和电感共振时,可以得到一个较高的电压,然后被送入功率放大器中进行放大,最终得到一个输出信号。

丙类谐振功率放大器的特点是输出功率高,效率较高,并且对信号失真较小。

但是它也存在一些缺点,例如存在一定的交叉失真,产生的高频谐波也较多。

实验步骤:1.根据电路原理图连接电路,将信号源连接到输入端,将示波器连接到输出端。

2.调节输入信号源的幅度和频率,观察谐振电路的谐振情况和输出信号的放大程度。

3.根据实际情况调整谐振电路和功率放大器的参数,比如改变电容和电感的数值,改变晶体管的偏置电压等。

4.记录每次调整时示波器上显示的输出信号波形和参数,分析并比较不同调整情况下的谐振效果和输出信号特点。

实验结果及分析:在实验中,我们通过调整电容、电感和晶体管的参数,成功实现了丙类谐振功率放大器的实验。

我们发现,当谐振电路中的电容和电感共振时,输出信号会有一个较高的幅度和较高的功率,但是也会出现一定的失真和高频谐波。

通过不断调整参数,我们可以得到较好的谐振效果和输出信号特性。

总结:通过本次实验,我们了解到了丙类谐振功率放大器的原理和工作方式,学习了一些改变谐振电路和功率放大器参数的方法,掌握了实验技能。

同时我们也认识到该电路存在一定的缺陷,需要根据实际应用情况进行考虑选择。

丙类谐振功率放大器电路设计

丙类谐振功率放大器电路设计

丙类谐振功率放大器电路设计目录1前言 (1)2 丙类谐振功率放大器 (1)2.1 BJT使用注意事项 (1)2.1.1 集电极最大允许电流I CM (2)2.1.2 集电极最大允许耗散功率P CM (2)2.1.3 二极管击穿耐量P SB (2)2.1.4 发射极开路,集电极-基极间反向击穿电压U(BR)CEO (2)2.2 丙类谐振功率放大器电路 (2)2.3 丙类谐振功率放大器工作原理 (4)2.4 丙类谐振功率放大器电路分析 (5)2.4.1 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 (5)2.4.2 丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 (6)2.4.3 匹配网络 (6)2.4.4 V BB、V CM、V BM、V CC对丙类谐振功率放大器性能影响分析 (7)3 丙类谐振功率放大器电路的设计 (11)3.1 丙类谐振功率放大器设计 (11)3.1.1 晶体管的选择 (11)3.1.2 判别三极管类型和三个电极的方法 (13)3.1.3 电容的选择 (13)3.2 电路设计与分析 (15)3.2.1电路设计基本事项 (15)3.2.2 电路设计与分析 (16)3.3 电路仿真 (17)3.3.1 ELECTRONICS WORKBENCH EDA 简介 (17)3.3.2 基于EWB电路仿真用例 (17)4 对丙类谐振功率放大器的展望 (19)结论 (20)谢辞 (20)参考文献 (21)1前言电子技术迅猛发展。

由分立元件发展到集成电路,中小规模集成电路,大规模集成电路和超大规模集成电路。

基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。

弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。

放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。

高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一,通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗,要求发射机具有较大的输出功率,而且,通信距离越远,要求输出功率越大。

所以,为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。

丙类谐振功放电路

丙类谐振功放电路

丙类谐振功放电路我对这丙类谐振功放电路啊,那可是有一肚子的话。

咱先说说这电路的模样吧。

那一堆的电子元件啊,就像一群性格各异的小伙伴凑在了一块儿。

电阻呢,就像是个老老实实的小胖子,规规矩矩地站在那儿,阻碍着电流的流动,你看它那模样,黑不溜秋的一小段,安安静静的。

电容呢,像是个多变的小精灵,有时候把电荷存起来,有时候又放出去,它那小身板,扁扁的,两个小脚丫子接在电路里,可别小瞧它。

电感呢,一圈一圈的,就像个小漩涡,电流在它这儿就像水流进了漩涡,被它摆弄着。

这丙类谐振功放电路工作的时候啊,那可真是热闹。

电流就像一群调皮的小老鼠,在电路这个大迷宫里跑来跑去。

当它正常工作起来,我就盯着那些元件看,感觉它们像是在开一场盛大的音乐会。

那些元件啊,它们各自发出自己的声音,有的是嗡嗡的,有的是轻微的滋滋声,组合在一起,就是这电路独特的音乐。

我曾经跟我那同样对电路着迷的朋友聊起这丙类谐振功放电路。

我朋友那眼睛瞪得大大的,跟铜铃似的,他说:“你说这电路咋就这么神奇呢?”我就跟他比划着说:“你看啊,这就好比一群人在拔河,每个元件都有自己的力量方向,只有配合好了,这电路才能把功率放大喽。

”我一边说一边手舞足蹈的,我朋友在旁边一个劲儿点头,还时不时提出自己的疑问,我们俩就这么你一言我一语地讨论着。

这电路要是出点小毛病啊,那可真是能把我急得像热锅上的蚂蚁。

我就拿着工具,眼睛死死地盯着电路板,就像盯着一个调皮捣蛋的小孩儿。

我这儿测测,那儿看看,嘴里还嘟囔着:“你这小电路,到底是哪儿不舒服了呢?”有时候啊,是一个小焊点松了,就像一个小关节脱臼了一样,我就得小心翼翼地把它弄好,就跟给人接骨似的,那可真是要细心再细心。

这丙类谐振功放电路,它不仅仅是一堆元件拼凑起来的东西,在我眼里啊,它就像一个小世界,有自己的规则,有自己的热闹,我就这么沉浸在这个小世界里,乐此不疲。

1.3 丙类谐振功率放大器

1.3 丙类谐振功率放大器
1 、电路的构成及其电流、电压波形 (1)原理电路 1、偏置电压 VBB<UBE(on) ,晶体管工作在丙类,; 2、LC回路做负载,通过选频保证输出电压不失真;
(2) 电流、电压波形
设:ui U im cost 大信号
uBE EB ui EB Uim cost
晶体管特性曲线折线化分析:
2 Po 25 I C1 0.463A U C1 0.9 24
据 的数值查表或曲线图求出各分解系数的值。
ic P30:图1.3.5;
ic icmax
cost cos 1 cos

Icm

2、输出功率与效率ຫໍສະໝຸດ (1)集电极输出功率· Po:
1 1 2 Po U C1 I C1 I C 1 RC 2 2 1 EC1 I cm 2
功率放 大器
uo
3、功率放大器的分类
(1)、甲类功放: 特点:正偏置,晶体管导通角2 θ=360°; 功放管静态功耗大,η<50%
iC/mA VCC/Rc IBQ
B
ICQ
A
Q
静态 功耗
O D E C
uCE/V
UCEQ VCC UCEQ+ICQRL'
(2) 乙类功放:
小偏置,晶体管导通角2 θ=180°, 静态时功耗很小ICQ≈0,
iC I C 0 iC1 iC 2 I C 0 I C1 cost I C 2 cos2t
ui t
(Ic0,ic1,ic2…)
iB
t LC端电压:uc iC1R
iC
I C1 cost R
t
uCE
U C1 cost 晶体管输出端电压:

实验 丙类高频谐振功率放大器

实验   丙类高频谐振功率放大器

实验 丙类高频谐振功率放大器利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器,它是无线电发射机中的重要单元电路。

根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管集电极电流导通角θ的范围可分为甲类、甲乙类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。

电流导通角θ越小,放大器的效率η越高。

如甲类功放的θ=1800,效率η最高也只能达到50%,而丙类功放的θ<900,其效率η可达85%。

甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器,丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。

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。

一、实验目的1、熟悉丙类高频功率放大器的工作原理,初步了解工程估算的方法。

2、学习丙类高频谐振功率放大器的电路调谐及测试技术。

3、研究丙类高频谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。

4、理解基极偏置电压、集电极电源电压、激励电压对放大器工作状态的影响。

5、了解丙类高频谐振功率放大器的设计方法。

二、实验仪器1、高频实验箱 1台2、高频信号发生器 1台3、双踪高频示波器 1台4、扫频仪 1台5、万用表 1块6、高频功率放大器实验板 1块 三、预习要求1、复习高频谐振功率的工作原理及四种特性。

2、分析实验电路,理解各元件的作用及各组成部分的工作原理。

四、实验内容1、电路调谐及调整(调谐技术)。

2、静态测试(测试静态工作点)。

3、动态测试(研究负载特性)。

五、实验原理实验电路如图2-1所示,它是由两级小信号谐振放大器组成的推动级和末级丙类谐振功率放大器构成,其中VT1和VT2组成甲类功率放大器,晶体管VT3组成丙类谐振功率放大器,这两类功率放大器的应用十分广泛,下面简要介绍它们的工作原理及基本计算方法。

(一)、甲类功率放大器 1、静态工作点如图2-1所示,晶体管VT1组成甲类功率放大器,工作在线性放大状态。

其中R 1和R 2为基极偏置电阻;R 5为直流负反馈电阻;它们共同组成分压式偏置电路以稳定放大器的静态工作点。

项目单元1:丙类谐振功率放大器

项目单元1:丙类谐振功率放大器

项目单元1 项目单元1:丙类谐振功率放大器
2.电路性能分析 1)折线法 所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化, ①所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化,用一组折 线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法 。 由上节功率关系可知, 由上节功率关系可知,为了对谐振功率放大器进行分析计 关键在于求出电流的直流分量Icm0和基频分量Icm1 Icm0和基频分量Icm1, 算,关键在于求出电流的直流分量Icm0和基频分量Icm1, 只要求出这两个量,其它问题就可迎刃而解。通常, 只要求出这两个量,其它问题就可迎刃而解。通常,工程 近似估算和 上都采用近似估算 实验调整相结合的方法对高频功率放 上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放 大器进行分析和计算。 大器进行分析和计算。
I c0 + I c1m cos ω t + I c2m cos 2 ω t + L + I cnm cos n ω t
项目单元1 项目单元1:丙类谐振功率放大器
考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得: 考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得: LC谐振回路对各次谐波的作用不同得
uc
因而:
Байду номын сангаас=I
CC
1 π 1 sin θ − θ cos θ I co = iC d (ω t ) = iC max ( ) 2π ∫−π π 1 − cosθ = a0 (θ )iC max I c1 = 1
= a1 (θ )iC max I cn = 1
π
∫π

π
iC cos ω td (ω t ) =
iC max θ − sin θ − cosθ π 1 − cosθ 2iC max sin θ cosθ − n sin θ cosθ π n (n 2 − 1)(1 − cosθ )

丙类功率放大器的设计

丙类功率放大器的设计

前言高频谐振放大器广泛应用于通信系统和其他电子系统中,如在接受设备中,从天线上感应的信号是非常微弱的,要靠高频小信号放大器来完成;在发射设备中,为了有效地使信号通过信道传送到接收端,需要根据传送距离等因素来确定发射设备地发射功率,这就要用高频谐振功率放大器将信号放大到所需地发射功率。

高频功率放大器的主要功用使发射高频信号,并且一高效输出大功率为目的。

发射机中的振荡器产生的信号功率很小,需要经过多级高频放大器才能获得足够的功率,送到天线辐射出去。

已知能量是不能放大的,高频信号的功率放大,实质是在输入高频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率,因此除要求高频功率放大器产生符合要求的高频功率外,还应要求具有尽可能的转换效率。

低频功率放大器可以工作在甲类状态,也可以工作在乙类状态,或甲乙类状态乙类状态要比甲类状态效率高。

为了提高效率,高频功率放大器多工作在丙类状态。

为了进一步提高高频功率放大器的效率,近年来又出现了D类、E类、S类高频功率放大器;还有利用特殊电路技术来提高效率的F类、G类、H类高频功率放大器。

本次课程设计主要是针对一些已知数据设计一个丙类高频功率放大器。

1.丙类功率放大器的原理利用选频网络作为负载回路的功率放大器为谐振功率放大器。

如图1所示。

它是无线电发射机中的重要组成不见。

根据放大器的导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的放大器。

导通角θ越小放大器的效率η越高。

如甲类功放的θ= 180,效率最高也只能达到50%,而丙类功放的θ< 90,效率可达到80%。

甲类功率放大器适合作为中间级多输出功率较小的初级功率放大器。

丙类功率放大器常作为墨迹功放以获得较大的输出功率和较高的效率。

本实验所使用的电路为谐振功率放大器,实验所研究的是丙类功率放大器的工作原理机基本特征,具体原理图如图1所示:1.1 丙类谐振功率放大器的功率与效率1.1.1 功率关系:功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流电源所供给的直流功率P 0,实质一部分转换为交流信号功率P 1输出去,一部分功率以热能的形式损耗在集电极上,成为集电极耗散功率P c 。

3-1丙类谐振功放的工作原理及特性分析汇总

3-1丙类谐振功放的工作原理及特性分析汇总

Ic1m
1 2
iC
costdt

iCmax1( )
n()
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
Icnm
1 2
iC
cosntdt
iCmaxn ( )
n ( )称为余弦电流分解系数, 是的函数
1 ()
g1 ()
波形系数
0 () 2()
g1 ( )
Ic1m Ic0m
ic max1 ( ) ic max0 ( )
0.5 2.0
0.4
0.3 1.0
0.2
g1 ()
1 () 0 () 2()
0.1
3()
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 °
甲类工作状态: 180
乙类工作状态: 90
丙类工作状态:设 60
C / 4 78.5%
C 90%
25
n()
0.6
1 ()
<
优点:静态IC=0,管耗小,效率高。效率η>78.5%。 缺点:输出电流波形严重失真。
10
功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方 式,为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。
工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类
表 2-1 不同工作状态时放大器的特点
半导通角
c=180 c=90 90<c<180 c<90 开关状态
非谐振功率放大器。
5
1、使用高频功率放大器的目的
放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 2、放大的实质: 实质是一种能量转换。将电源提供的直流功率转变成 交流信号功率输出。
3、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题
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目录1前言 12 丙类谐振功率放大器 (1)2.1 BJT使用注意事项 (1)2.1.1 集电极最大允许电流I CM (2)2.1.2 集电极最大允许耗散功率P CM (2)2.1.3 二极管击穿耐量P SB (2)2.1.4 发射极开路,集电极-基极间反向击穿电压U(BR)CEO (2)2.2 丙类谐振功率放大器电路 (2)2.3 丙类谐振功率放大器工作原理 (4)2.4 丙类谐振功率放大器电路分析 (4)2.4.1 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 (5)2.4.2 丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 (5)2.4.3 匹配网络 (6)2.4.4 V BB、V CM、V BM、V CC对丙类谐振功率放大器性能影响分析 (6)3 丙类谐振功率放大器电路的设计 (11)3.1 丙类谐振功率放大器设计 (11)3.1.1 晶体管的选择 (11)3.1.2 判别三极管类型和三个电极的方法 (12)3.1.3 电容的选择 (12)3.2 电路设计与分析 (13)3.2.1电路设计基本事项 (13)3.2.2 电路设计与分析 (14)3.3 电路仿真 (15)3.3.1 ELECTRONICS WORKBENCH EDA 简介 (15)3.3.2 基于EWB电路仿真用例 (15)4 对丙类谐振功率放大器的展望 (17)结论 (17)谢辞 (18)参考文献 (19).................1前言电子技术迅猛发展。

由分立元件发展到集成电路,中小规模集成电路,大规模集成电路和超大规模集成电路。

基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。

弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。

放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。

高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一,通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗,要求发射机具有较大的输出功率,而且,通信距离越远,要求输出功率越大。

所以,为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。

高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。

丙类谐振功率放大器在人类生活中得到了广泛的应用,而且能高效率的将电源供给的直流能量转换为高频交流输出,研究它具有很高的社会价值。

这里主要介绍放大器核心部件BJT,丙类谐振功率放大器的电路组成及其原理,设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真,以及对丙类谐振功率放大器发展的展望。

2 丙类谐振功率放大器2.1 BJT使用注意事项晶体管作为放大器的核心部件,为使电路发挥其更高价值,一定要注意,在使用晶体管时,让其工作在安全工作区内,安全工作区如图2-1-1所示。

图2-1-1 晶体管安全工作区2.1.1 集电极最大允许电流I CM当IC 超过ICM后,放大器性能降低,若IC过大也可能烧坏晶体管。

2.1.2 集电极最大允许耗散功率P CM晶体管在集电极上产生的功耗使集电结发热,超过集电结的最大耗散功率后,晶体管可能会被烧坏,大功率管中为提高PCM,一般外装散热器。

2.1.3 二极管击穿耐量P SB由于二次击穿是不可逆的,在使用时必须要求不发生二次击穿。

2.1.4 发射极开路,集电极-基极间反向击穿电压U(BR)CEO使用时,集电结电压超过U(BR)CEO后,会使晶体管造成永久性损坏或功能下降。

2.2 丙类谐振功率放大器电路在放大器原理上,功率放大器与其他放大器一样,都是能量转换器件,最主要是安全、高效和不失真(失真在允许范围内)地输出所需信号功率,为高效率输出信号且不失真(或失真在允许的范围内),通常采用丙类谐振功率放大器。

本章主要介绍丙类谐振功率放大器的电路组成和工作原理并对各种状态进行分析。

在丙类谐振功率放大器中,管外电路由直流馈电电路和自给偏自电路两部分组成。

如图2-2-1所示为集电极直流馈电电路(串馈),图中,LC 为高频扼流圈,它与CC构成电源滤波电路,需要在信号频率上,LC 的感抗很大,接近于开路,CC容抗很小,接近于短路,目的是避免信号通过直流电源而发生极间反馈,造成工作不稳定。

由于自给偏置效应可以使输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅,因此,在基极通常采用自给偏置电路,如图2-1-2所示,提高的偏置电压是由基极电流脉冲iB中的平均分量IBO 在高频扼流圈LB中固有直流电阻上产生的压降,电路中LB为功率管基极电路提供直流通路。

滤波匹配网络介于晶体管和外接负载之间,充分滤除不需要的高次谐波,以保证负载上的输出基波功率。

图2-2-1集电极直流馈电电路(串馈)图2-2-2 自给偏置电路图2-2-3为丙类谐振功率放大器的简单基本电路,输入端采用自给偏置电路,输出端为集电极直流馈电电路(串馈)。

图2-2-3 丙类谐振功率放大器的简单基本电路2.3 丙类谐振功率放大器工作原理图2-3-1为丙类谐振功率放大器原理图,为实现丙类工作,基极偏置电压VBB应设置在功率的截止区。

输入回路由于功率管处于截止状态,基极偏置电压VBB作为结外电场,无法克服结内电场,没有达到晶体管门坎电压,从而,导致输入电流脉冲严重失真,脉冲宽度小于90o。

由iC ≈βiB知,iC也严重失真,且脉宽小于90o。

输出回路若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响,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。

图2-3-1 丙类谐振功率放大器原理图由Dirichlet收敛定理可知,可将电流脉冲序列iC分解成平均分量、基波分量和各次谐波分量之和,即iC =ICO+ Ic1mcosωSt+ Ic2mcos2ωSt+…由于集电极谐振回路调制在输入信号频率上因而它对iC中的基波分量呈现的阻抗很大,且为纯电阻。

而对其他谐波分量和平均分量阻抗均很小,可以忽略,这样,在负载上得到了所需的不失真的信号功率。

2.4 丙类谐振功率放大器电路分析本节主要在丙类谐振功率放大器管外电路进行分析,谈论VBB 、Vbm、VCC和Vcm对放大器的影响。

2.4.1 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路我们知道,丙类谐振功率放大器输入端通常采用自给偏置电路提供偏置电压,采用这种方式可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出的作用。

但要注意,存在自给偏置电路的丙类谐振功率放大器只能适宜等幅信号(载波、调频信号)而不适宜放大调幅信号,否则调幅信号包络将会失真。

常用的基极偏置电路见图2-4-1(输出回路均以略去)所示。

图2-4-1 基极偏置电路现分析基极偏置电压是怎样产生的,如图2-4-1(b )所示,当电源V 1电压处在正半周期且电压振幅大于PN 结门坎电压时,基极导通,此时,记流经C 2的电流为i 1 ,一个周期内的其他时间处于截止状态,此时,记流经C 1的电流为i 2 。

显而易见,基极导通时流经C 2的电流i 1大于截止时的电流i 2,即 i 1>i 2 。

C 2两端的电压关系为 U i1>U i2.由于基极相对于地的电压波形为正半周期幅度小于负半周期幅度,由傅里叶级数可知,它的平均分量为负,使功率管发射结正偏,处于截止状态。

2.4.2 丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路集电极直流馈电电路有两种连接方式:串馈和并馈。

所谓串馈是指,将直流电源、匹配网络和放大管串接起来的一种方式。

如图2-4-2(a)所示,图中L C 为高频扼流圈,C C 为电源滤波器,Z L 为电抗。

要求L C 对信号频率的感抗很大,接近开路, C C 的容抗很小,接近短路,是为了避免信号电流通过直流电源造成工作不稳定。

图2-4-2(a) 串馈电路、图2-4-2(b )并馈电路并馈电路是把直流电源、匹配网络和放大器并接起来的一种馈电方式,如图2-4-2(b )所示,图中L C 为高频扼流圈,C C1为隔值电容,C C2为电源滤波电容,要求L C 对信号频率的感抗很大,接近开路, C C1和C C2的电容很小,接近短路。

2.4.3 匹配网络匹配网络介于晶体管和负载之间,在丙类谐振功率放大器电路中的作用非常重要,具有阻抗转换、滤除高次谐波和高频率传送能量的作用。

2.4.4 V BB 、V cm 、V bm 、V CC 对丙类谐振功率放大器性能影响分析1 负载特性所谓谐振功率放大器的负载特性是指V BB 、V bm 和V CC 一定,放大器性能随Re 变化的特性。

利用准静态分析法对负载特性进行分析,画出电路的特性曲线,如图2-4-3所示。

由图2-4-3看以看出,当A ′沿U BE0曲线由右向左移动(即A ′→ A ″→A ,,,方向移动)时,电路状态将发生变化,曲线①较陡,近似直线斜率绝对值较大,从而,Re 较小;曲线②较缓,近似直线斜率绝对值较小,因此,Re 较大.所以,在A ′→ A ″→A ,,,移动的过程中Re 由小增大,放大器将由欠压状态进入过压状态,相应的i C 由余弦变化脉冲变为中间凹陷的脉冲波,用傅里叶级数将电流脉冲i C 分解,即i C =I CO + I c1m cos ωSt+ I c2m cos2ωSt+…, 可画出I CO 和I c1m 随Re 变化特性,如图2-4-4所示。

由V cm =I c1m Re,P o =I 2c1m Re/2,P D =V CC I CO ,P C = P D - P o ,ηC = P o /(P D + P o ),可画出V cm 、P o 、P D 、P C 、ηC随Re变化曲线,如图2-4-5所示。

图2-4-3 谐振功率放大器电路特性曲线图2-4-4 I CO和I c1m随Re变化特性图2-4-5 V cm 、P o 、P D 、P C 、ηC 随Re 变化曲线2 调制特性集电极调制特性是指V BB 、V bm 和Re 一定,放大器性能随V CC 变化的特性,当V CC 由大减小时,放大器性能由欠压状态进入过压状态,i C 波形也将由接近余弦变化的脉冲波变为中间凹陷的脉冲波,如图2-4-6所示。

基极调制特性是指V CC 、V bm 和Re 一定,放大器性能随V BB 变化的特性。

当V bm 一定, V BB自负值向正值方向增大时,集电极电流脉冲不仅宽度增大,而且高度增加,放大器由欠压状态进入过压状态,如图2-4-7所示。

图2-4-6 放大器性能随V CC 变化的特性图2-4-7 放大器性能随V BB变化的特性放大器随Vbm 变化特性曲线,与放大器性能随VBB变化的特性曲线类似,如图2-4-8所示。

图2-4-8 放大器性能随V bm变化的特性谐振功率放大器过压状态下集电极电流凹陷分析。

当谐振功率放大器处于过压状态时,晶体管集电极的周期性脉冲电流的顶部会凹陷,晶体管进入饱和区内,各物理量之间有着复杂的非线性关系,在此用微变量之间的线性关系进行分析。

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