基于丙類諧振功放負(fù)載特性分析與調(diào)試的探討

1、第7卷 第2期漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)V o. l 7N o 2 2008年3月Journa l o f Luohe V ocationa lT echno l ogy Co ll egeM ar 2008收稿日期:2007-11-25(, 男, , 基于丙類諧振功放負(fù)載特性分析與調(diào)試的探討萬(wàn) 琰(漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系, 河南漯河462002摘要:基于丙類諧振功放電路負(fù)載特性特點(diǎn), 分析并探討了負(fù)載特性對(duì)功放電路輸出功率和效率的影響。提出了丙類諧振功放電路調(diào)試方法, 為電路設(shè)計(jì)組裝提供參考。關(guān)鍵詞:丙類功放; 負(fù)載特性; 調(diào)試中圖分類號(hào):TN751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-786

2、4(2008 02-0029-02在現(xiàn)代社會(huì)通訊技術(shù)得到廣泛的發(fā)展, 無(wú)論是廣播通信, 還是其他通信, 為了傳送信號(hào), 特別是為了遠(yuǎn)距離傳送信號(hào), 要求發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)具有足夠的功率; 同時(shí)另一方面, 發(fā)射機(jī)輸出的功率是由電源功率供給轉(zhuǎn)換而來(lái)。為節(jié)能降耗, 在滿足功率輸出要求的同時(shí), 必須提高輸出效率。傳統(tǒng)的甲類( max =50% 及乙類( m ax =78% 功率放大器效率較低, 為進(jìn)一步提高功率, 高頻功率放大器多選擇在丙類工作狀態(tài)。也就是丙類諧振功率放大器。1 丙類諧振功放基本原理所謂丙類工作狀態(tài)是指一個(gè)信號(hào)周期內(nèi), 晶體管集電極在小于半個(gè)周期(通角 <90 才有電流流過。電路設(shè)置

3、丙類狀態(tài)的目的是降低晶體管基極工作點(diǎn), 減少管耗, 提高輸出功率和效率。圖1為丙類諧振功放原理。為保證丙類工作狀態(tài), 圖中V BB 為負(fù)壓, u b =U b m cos t u BE =u b +V BB 晶體管工作在截止和線性放大兩種狀態(tài)下。因此, 晶體管各極電流i b , i c , i e 均為周期余弦脈沖, 可用傅里葉級(jí)數(shù)展開, 其中i c 傅里葉級(jí)數(shù)展開為:i c (t =I c0+I c1m cos t +I c2m cos2 t +I cnm cos n t + 式中I c0, I c1m , I c2m , , I cnm 分別為集電極電流的直流分量, 基波分量及各次諧波分量

4、的振幅。利用集電極LC 選頻回路作用, 選頻出基波分量, 保證了集電極輸出與輸入之間線性放大關(guān)系。同時(shí)通過LC 電路的諧振阻抗的調(diào)節(jié), 使電路呈現(xiàn)最佳負(fù)載阻抗值, 即所謂的調(diào)匹配。從而實(shí)現(xiàn)丙類諧振功放高效大功率輸出要求。圖1 丙類諧振功放基本原理圖2 丙類諧振功放負(fù)載特性分析由圖1可知, V BB , u b , V CC 以及負(fù)載電阻R ! 的大小均會(huì)對(duì)電路的輸出功率和效率產(chǎn)生影響。由于晶體管集電極為諧振負(fù)載, 為追求高效率和大功率, 在電路設(shè)計(jì)調(diào)試中需要改變, 同時(shí)R ! 的大小也對(duì)晶體管的安全有著直接的影響。下面對(duì)丙類諧振功放負(fù)載特性進(jìn)行分析。利用折線方法畫出電路的特性曲線, 如圖2所示

5、。其中Q 點(diǎn)由V BB 、V on 、V CC 確定不變, 線AQ 1、線AQ 2、線AQ 3的倒數(shù)為R ! 的大小。由圖中可以看出, 當(dāng)線AQ 由右向左移動(dòng)時(shí), 電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。在線AQ 1區(qū):R ! 較小, V c m 較小, P 0較小, 較低; 在線AQ 2區(qū):R ! 較大, V cm 較大, P 0較大, 較大; 在AQ 3區(qū):R ! 較大, V cm 略增大, P 0較大 也較大; 但i c 出現(xiàn)凹陷。把線AQ 1區(qū)、線AQ 2區(qū)、AQ 3區(qū)分別稱之為欠壓、臨界和過壓狀態(tài)。因此, 在臨近臨界的過壓狀態(tài)集電極效率最高, 輸出功率最大, 為最佳工作狀態(tài)。這為我們進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試

6、提供依據(jù)。30 漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)2008年 圖2 丙類諧振功放特性曲線示意圖3 丙類諧振功放調(diào)試方法 高頻功放電路是無(wú)線發(fā)射機(jī)最關(guān)鍵也是最難調(diào)試的單元電路之一。一方面實(shí)際負(fù)載常是天線, 而天線易受周圍環(huán)境的影響, 有時(shí)在安裝過程中無(wú)法知道其阻抗大小; 另一方面實(shí)際負(fù)載往往是通過復(fù)雜的阻抗變換和濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成諧振負(fù)載R ! 。因此, 丙類諧振功放基本調(diào)試包括調(diào)諧振狀態(tài)、調(diào)功率匹配以及電路統(tǒng)調(diào)等。由圖1可知, 當(dāng)電路發(fā)生諧振時(shí), 輸出電壓u c與激勵(lì)電壓u b 相位差為180 , 集電極電流電流最大值與電壓最小值在同一時(shí)刻出現(xiàn), 功耗最小, 效率和功率最大。相對(duì)應(yīng)地, 失諧時(shí), 功耗增大, 效率

7、和功率降低。在諧振狀態(tài)調(diào)好后調(diào)整負(fù)載, 使諧振電阻等于電路最佳負(fù)載電阻, 使效率和功率最大。這是因?yàn)? 若R L 過小, 其值等效L C 電路后使R ! 過小, 此時(shí)輸出電壓下降, 集電極功耗增加。反之, 當(dāng)R L 過大, 使R ! 過大, 如負(fù)載開路時(shí), 放大管的反向峰值電壓過大, 可能使功放管擊穿。如圖3所示, 為丙類諧振功放調(diào)試電路, 圖中兩塊電流表分別監(jiān)測(cè)電路的諧振狀態(tài)和負(fù)載調(diào)配情況, 具體調(diào)試方法如下。在未調(diào)試之前, 首先將電源V CC 和輸入電壓u b減小, 目的是為保證功放管安全。接通電源, 迅速調(diào)節(jié)C 1, 同時(shí)觀察接在L C 下方電流表的量值, 使電流值為最小。此時(shí), 電路已

8、調(diào)到諧振狀態(tài)。由前面分析可知, LC 電路的總電阻R ! 增大, 電路進(jìn)入過壓狀態(tài)集電極電流將減小, 電流表的量值實(shí)質(zhì)為其直流分量I C0, I C0值最小, 表明電路處諧振狀態(tài)。調(diào)諧完成之后, 再逐漸恢復(fù)電源V CC 和輸入電壓u b 。接下來(lái)進(jìn)行負(fù)載調(diào)節(jié)。圖3中C 2和天線構(gòu)成串聯(lián)諧振電路, 調(diào)節(jié)C 2可以改變串聯(lián)諧振電阻大, ,即電流表表的量值最大。此時(shí)串聯(lián)諧振電阻折合到LC 電路的電阻也最大, 將導(dǎo)致LC 電路的總電阻R ! 減小, 電路將退出原過壓狀態(tài), L C 下方電流表的量值I C0增大。最后要進(jìn)行電路統(tǒng)調(diào)工作。從上面調(diào)節(jié)過程可以看出, C 1的調(diào)節(jié), 使LC 電路的總電阻R !

9、 增大; 而負(fù)載C 2的調(diào)節(jié), 又使LC 電路的總電阻R ! 減小; 為使電路效率最高, 輸出功率最大, 只有在臨近臨界的過壓狀態(tài)時(shí), 才是最佳工作狀態(tài)。因此, 需要對(duì)C 1、C 2進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。具體方法可用示波器觀測(cè)集電極電流波形, 在第一步調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)C 1 后, 電路進(jìn)入過壓狀態(tài), 集電極電流為凹陷波形; 在第二步調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)C 2 時(shí), 集電極電流將退出凹陷, 慢慢轉(zhuǎn)入尖頂脈沖波形, 當(dāng)集電極電流凹陷波形退出到尖頂脈沖波形時(shí), 電路處在最佳的臨界的過壓狀態(tài)。在調(diào)試過程中必須注意, 影響管耗增大的原因很多, 如集電極失諧、元器件參數(shù)偏差、晶體管最大反向擊穿電壓、前后級(jí)失配等因素, 其少許變化, 將會(huì)引起管耗成倍增加, 甚至因過熱而損壞功放管。圖3 丙類諧振功放調(diào)試電路在調(diào)試過程中必須注意, 影響管耗增大的原因很多, 如集電極失諧、元器件參數(shù)偏差、晶體管最大反向擊穿電壓、前后級(jí)失配等因素, 其少許變化, 將會(huì)引起管耗成倍增加, 甚至因過熱而損壞功放管。4 結(jié)束語(yǔ)影響丙類諧振功率放大器的因素是多方面的。上述只是就負(fù)載特性進(jìn)行了分析和探討, 提出