_諧振功率放大器的性能特點(diǎn)

1、第第 2 章章諧振功率放大器諧振功率放大器2.2諧振功率放大器的性能特點(diǎn)諧振功率放大器的性能特點(diǎn)2.2.1近似分析方法近似分析方法2.2.2欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)2.2.3四個(gè)電四個(gè)電壓壓量對(duì)性能影響的定性討論量對(duì)性能影響的定性討論2.2.1近似分析方法近似分析方法非諧振功放非諧振功放丙類丙類諧振功放諧振功放集電極負(fù)載集電極負(fù)載純電阻純電阻諧振回路，含電抗元件諧振回路，含電抗元件求求功率性能功率性能圖解法圖解法準(zhǔn)靜態(tài)分析法準(zhǔn)靜態(tài)分析法要要 點(diǎn)點(diǎn)求負(fù)載線求負(fù)載線求動(dòng)態(tài)線求動(dòng)態(tài)線 1使用條件使用條件兩假設(shè)兩假設(shè) 諧振回路濾波特性理想諧振回路濾波特性理想，即盡管集電極、基極電流，即

2、盡管集電極、基極電流為脈沖波，但兩回路只產(chǎn)生基波為脈沖波，但兩回路只產(chǎn)生基波( (余弦余弦) )電壓電壓，其他分量的，其他分量的電壓均可忽略。電壓均可忽略。有有tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE （忽略管子高頻效應(yīng)）（忽略管子高頻效應(yīng)）功率管特性用功率管特性用輸入輸入和和輸出輸出靜態(tài)特性曲線靜態(tài)特性曲線表示，其參變量采用表示，其參變量采用 vBE( (而不是通常的而不是通常的 iB) ) 。 2分析步驟分析步驟 圖圖 221諧振功率放大器的近似分析方法諧振功率放大器的近似分析方法( (b) ) 求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)波形；求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)波形； 連動(dòng)態(tài)線，畫(huà)連動(dòng)態(tài)線，畫(huà) iC 波形；波形

3、； 圖解積分求分量；圖解積分求分量； 計(jì)算功率性能。計(jì)算功率性能。 ( (1) )求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)波形求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)波形圖圖 221諧振功率放大器的近似分析方法諧振功率放大器的近似分析方法( (a) )設(shè)定設(shè)定 VBB、Vbm、VCC、Vcm ，將將 t 按等間隔按等間隔( ( t = 0， 15， 30， ) ) 給定數(shù)值，給定數(shù)值，由由便可確定便可確定 vBE 和和 vCE ( (圖圖 a) )。tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE ( (2) )連動(dòng)態(tài)線，連動(dòng)態(tài)線，畫(huà)畫(huà) iC 波形波形：圖圖 221諧振功率放大器的近似分析方法諧振功率放大器的近似分析方法( (b) )根據(jù)根據(jù)

4、 vB E 和和vCE 值，在輸出特值，在輸出特性曲線上性曲線上( (以以 vBE 為參變量為參變量) )找對(duì)應(yīng)找對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)動(dòng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)動(dòng)態(tài)線態(tài)線( (動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連線線) )，由此可確定，由此可確定 iC 的波形。的波形。 不到不到 VCC，因?yàn)椋驗(yàn)閷?dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于 ( (3) ) 圖解積分求得分量圖解積分求得分量 IC0 和和 Ic1m諧振電阻諧振電阻c1mcme/ IVR ( (4) ) 計(jì)算功率性能計(jì)算功率性能DoCoDCm1Ccmo0CCCD/2/PPPPPIVPIVP 四變量四變量 VBB、Vbm、VCC、Vcm 不同，不同，iC 的波形和數(shù)值就的波形和數(shù)值就不

5、同，由此求得的不同，由此求得的 Re 及相應(yīng)的功率性能就不同。應(yīng)了解四及相應(yīng)的功率性能就不同。應(yīng)了解四變量的影響。變量的影響。2.2.2欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)1當(dāng)當(dāng) VBB、Vbm、VCC 不變，不變， Vcm 由小變大，由小變大，動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)點(diǎn)點(diǎn)左移左移 欠壓欠壓狀態(tài)狀態(tài)Vcm 的取值，使所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)均處在放大區(qū)。的取值，使所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)均處在放大區(qū)。 臨界臨界狀態(tài)狀態(tài)Vcm 增大，使增大，使 t = 0 所對(duì)應(yīng)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)點(diǎn) A 處在臨界點(diǎn)，處在臨界點(diǎn)，iCmax 略微減小。略微減小。 過(guò)壓過(guò)壓狀態(tài)狀態(tài)Vcm 繼續(xù)增大，使繼續(xù)增大，使 A ( ( t = 0) )動(dòng)

6、態(tài)點(diǎn)處在飽和區(qū)，動(dòng)態(tài)點(diǎn)處在飽和區(qū)，iC 迅速減小，迅速減小，電流脈沖出現(xiàn)凹陷，電流脈沖出現(xiàn)凹陷，Vcm 增大，增大，凹陷加深。凹陷加深。諧振功放的工作狀態(tài)諧振功放的工作狀態(tài)2 iC 的平均分量的平均分量 IC0 與基波分量與基波分量 Ic1m tiI d21C0C ttiI dcos1Cc1m iC 脈沖越寬，高度越高，脈沖越寬，高度越高，IC0 和和 Ic1m 就越大就越大。如果出現(xiàn)。如果出現(xiàn)凹陷，則凹陷越深，凹陷，則凹陷越深，IC0 和和 Ic1m 就越小就越小。由此可求功率性能由此可求功率性能DoCoDCm1Ccmo0CCCD/ 2/ PPPPPIVPIVP 2.2.3四個(gè)電壓量對(duì)性能影

7、響的定性討論四個(gè)電壓量對(duì)性能影響的定性討論一、負(fù)載特性一、負(fù)載特性 1定義定義指指 VBB、Vbm 和和 VCC 一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨 Re 的變化特的變化特性。性。 2特性特性 Re 的增加勢(shì)必將引起的增加勢(shì)必將引起 Vcm 增大增大( (Vcm = ReIcm)Re Vcm vCEmin 功功放放欠壓欠壓 過(guò)壓過(guò)壓 iC 波波形出現(xiàn)形出現(xiàn)凹陷凹陷。據(jù)此可以畫(huà)出據(jù)此可以畫(huà)出 Ic0 和和 Ic1m 隨隨 Re 變化的特性。變化的特性。 諧振功放的負(fù)載特性諧振功放的負(fù)載特性3 Vcm、Po、PD、PC、 C 隨隨 Re 變化的曲線變化的曲線圖圖 2- -2- -4負(fù)載特性負(fù)載特

8、性 Vcm = ReIc1m ， Po = VcmIc1m/2=I2c1mRe/2 PD = VCCIC0 ， PC = PDPo C = Po/ PD3討論討論( (1) ) 欠壓區(qū)欠壓區(qū)e2c1mRI Re ，iC 脈沖高度略有減小，相應(yīng)的脈沖高度略有減小，相應(yīng)的 IC0、Ic1m 也略有減也略有減小，因而小，因而 Vcm( (= ReIc1m) )和和 Po( ( ) )近似線性增大，而近似線性增大，而 PD( (= VCCIC0) )略有減小，略有減小， C 增大，增大，PC 減小。減小。( (2) )過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)Re ，電流脈沖高度減小，凹陷加深，相應(yīng)的，電流脈沖高度減小，凹陷加深，

9、相應(yīng)的 IC0、Ic1m 減小，結(jié)果使減小，結(jié)果使 Vcm 略有增加，略有增加，Po、PD 減小，且減小，且 Po 比比 PD 減減小的慢，從而小的慢，從而 C 略有增加，略有增加，PC 略有減小。略有減小。( (3) )匹配負(fù)載匹配負(fù)載 ReoptRe = Reopt 時(shí)，管子工作在臨界狀態(tài)，時(shí)，管子工作在臨界狀態(tài)， Po 最大，最大， C 較大，較大，PC 較小，放大器性能接近最佳。此時(shí)的較小，放大器性能接近最佳。此時(shí)的 Re 稱為諧振功放的稱為諧振功放的匹配負(fù)載。匹配負(fù)載。 3討論討論( (3) )匹配負(fù)載匹配負(fù)載 ReoptRe = Reopt 時(shí)，管子工作在臨界狀態(tài)，時(shí)，管子工作在臨

10、界狀態(tài)， Po 最大，最大， C 較大，較大，PC 較小，放大器性能接近最佳。此時(shí)的較小，放大器性能接近最佳。此時(shí)的 Re 稱為諧振功放的稱為諧振功放的匹配負(fù)載。匹配負(fù)載。 o2CE(sat)CCo2cmeopt)(2121PVVPVR 二、調(diào)制特性二、調(diào)制特性 圖圖 225集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性兩種調(diào)制特性：兩種調(diào)制特性：集電極調(diào)制集電極調(diào)制和和基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性。 1集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 ( (1) )含義含義VBB、Vbm 和和 Re一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨 VCC 變化的特性。變化的特性。( (2) )調(diào)制特性調(diào)制特性集電極調(diào)制特性與調(diào)幅電路集電極調(diào)制特

11、性與調(diào)幅電路 欠壓狀態(tài)：欠壓狀態(tài)：隨隨 VCC 減減小小，集電極電流脈沖高度略，集電極電流脈沖高度略有減小，因而有減小，因而 IC0 和和 Ic1m 也將也將略有減小，略有減小，Vcm( (= ReIc1m) )也也略略有減小有減小。 過(guò)壓狀態(tài)：過(guò)壓狀態(tài)：隨隨 VCC 減小減小，集電極電流脈沖的高度降，集電極電流脈沖的高度降低，凹深加深，因而低，凹深加深，因而 IC0、Ic1m、Vcm 將將迅速減小迅速減小。 ( (3) ) 集電極調(diào)幅原理電路集電極調(diào)幅原理電路 圖中：圖中： tVtvcbmbcos)( 載波載波tVv cosm 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)ttVtvccmo)cos()( 為為諧振回路上

12、的輸出電壓諧振回路上的輸出電壓。 與諧振功放區(qū)別：與諧振功放區(qū)別：集電極回路接入調(diào)制信號(hào)電壓集電極回路接入調(diào)制信號(hào)電壓。圖圖 227集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路令令 VCC(t) = VCC0 + v (t) 作為放大器的作為放大器的等效集電極電源等效集電極電源電壓電壓。若要求。若要求 Vcm(t) 按按 VCC(t) 的規(guī)律變換，根據(jù)集電極調(diào)的規(guī)律變換，根據(jù)集電極調(diào)制特性，放大器必須在制特性，放大器必須在 VCC(t) 的變化范圍內(nèi)工作在的變化范圍內(nèi)工作在過(guò)壓狀過(guò)壓狀態(tài)態(tài)。 2基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性 圖圖 226基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性( (1) )含義含義Vbm、VCC、Re 一定，放大

13、器性能隨一定，放大器性能隨 VBB 變化的特性。變化的特性。 ( (2) )調(diào)制特性調(diào)制特性基極調(diào)制特性與調(diào)制電路基極調(diào)制特性與調(diào)制電路當(dāng)當(dāng) Vbm 一定，一定，VBB ，iC寬寬度、高度度、高度 ， IC0 Ic1m 、Vcm ，VCEmin ，放大器欠壓，放大器欠壓 過(guò)過(guò)壓壓。過(guò)壓后，隨過(guò)壓后，隨 VBB ，iC 寬度、寬度、高度高度 ，凹陷加深，凹陷加深，IC0 和和 Ic1m、Vcm 均增加緩慢，可認(rèn)為近似均增加緩慢，可認(rèn)為近似不變。不變。( (3) )基極調(diào)幅原理電路基極調(diào)幅原理電路 圖圖 228基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路)()(BB0BBtvVtV 基極偏置電壓基極偏置電壓 使使 V

14、cm 按按 VBB(t) 的規(guī)律變化，放大器工作在的規(guī)律變化，放大器工作在欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)。三、放大特性三、放大特性圖圖 229放大特性放大特性1含義含義當(dāng)當(dāng) VBB、VCC 和和 Re 一定一定，放大器性能隨放大器性能隨 Vbm 變化的特性。變化的特性。2特性特性固定固定 VBB，增大，增大 Vbm 與上與上述固定述固定 Vbm 增大增大 VBB 的情況類的情況類似，它們都使似，它們都使 iC 的寬度和高的寬度和高度增大，放大器由欠壓進(jìn)入過(guò)度增大，放大器由欠壓進(jìn)入過(guò)壓，壓，圖圖 229( (a) )。諧振功放的放大特性諧振功放的放大特性( (1) )諧振功放作為線性功放諧振功放作為線性功放圖

15、圖 2210 ( (a) ) 線性線性功率放大器的功率放大器的作用作用為了使輸出信號(hào)振幅為了使輸出信號(hào)振幅 Vcm 反反映輸入信號(hào)映輸入信號(hào) Vbm 的變化，放大器的變化，放大器必須在必須在 Vbm 變化范圍內(nèi)變化范圍內(nèi)工作在欠工作在欠壓狀態(tài)壓狀態(tài)。( (2) ) 諧振功放作為振幅限幅器諧振功放作為振幅限幅器( (Amplitude Limiter) )圖圖 2210 ( (b) ) 振幅限幅器的振幅限幅器的作用作用作用：作用：將將 Vbm 在較大范圍內(nèi)的變化轉(zhuǎn)換為在較大范圍內(nèi)的變化轉(zhuǎn)換為振幅恒定的振幅恒定的輸出信號(hào)輸出信號(hào)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：根據(jù)放大特性，放大器必須在根據(jù)放大特性，放大器必須在

16、Vbm 的變化范圍的變化范圍內(nèi)內(nèi)工作在過(guò)壓狀態(tài)工作在過(guò)壓狀態(tài)，或，或 Vbm 的最小值應(yīng)大于臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的最小值應(yīng)大于臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的的 Vbm 限幅門(mén)限電壓。限幅門(mén)限電壓。 四、四個(gè)特性在調(diào)試中的應(yīng)用四、四個(gè)特性在調(diào)試中的應(yīng)用 在調(diào)試諧振功放時(shí)，上述在調(diào)試諧振功放時(shí)，上述四個(gè)特性四個(gè)特性十分有用。十分有用。 例如，例如，設(shè)一個(gè)丙類諧振功率放大器，設(shè)計(jì)在臨界狀態(tài)，設(shè)一個(gè)丙類諧振功率放大器，設(shè)計(jì)在臨界狀態(tài)，若制作出后，若制作出后，Po 和和 C 均不能達(dá)到要求，則應(yīng)如何進(jìn)行調(diào)均不能達(dá)到要求，則應(yīng)如何進(jìn)行調(diào)整。整。 Po 達(dá)不到要求，表明放大器達(dá)不到要求，表明放大器沒(méi)在臨界沒(méi)在臨界。若增大。若增大

17、Re 能使能使 Po 增大，增大，則根據(jù)負(fù)載特性，斷定放大器工作則根據(jù)負(fù)載特性，斷定放大器工作在在欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)，此時(shí)分別增大，此時(shí)分別增大 Re、Vbm 和和 VBB 或同時(shí)或兩兩增大均可或同時(shí)或兩兩增大均可使放大器使放大器由欠壓由欠壓進(jìn)入進(jìn)入臨界臨界。 若若增大增大 Re，Po 減小減小，放大器實(shí)際工作在，放大器實(shí)際工作在過(guò)壓狀態(tài)過(guò)壓狀態(tài)，可可增大增大 VCC( (同時(shí)，適當(dāng)同時(shí)，適當(dāng)增大增大 Re 或或 Vbm 或或 VBB) )，需，需注意管注意管子安全子安全。 實(shí)際上放大器的工作狀態(tài)除了改變實(shí)際上放大器的工作狀態(tài)除了改變 Re 外還可以根據(jù)外還可以根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)改變實(shí)際情況通過(guò)改

18、變 VCC、Vbm、VBB 來(lái)判斷，不過(guò)改變來(lái)判斷，不過(guò)改變 Re 較普遍，但不論改變哪個(gè)量都必須保證回路諧振在工作頻較普遍，但不論改變哪個(gè)量都必須保證回路諧振在工作頻率上。率上。 圖圖 225集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性圖圖 226基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性圖圖 229放大特性放大特性 例：諧振功率放大器原工作在欠壓狀態(tài)?，F(xiàn)為了提高例：諧振功率放大器原工作在欠壓狀態(tài)?，F(xiàn)為了提高輸出功率，將放大器調(diào)整到臨界工作狀態(tài)。試問(wèn)，可輸出功率，將放大器調(diào)整到臨界工作狀態(tài)。試問(wèn)，可分別改變哪些量來(lái)實(shí)現(xiàn)？分別改變哪些量來(lái)實(shí)現(xiàn)？例例 諧振功率放大器輸出功率諧振功率放大器輸出功率Po已測(cè)出，在電路參數(shù)不已測(cè)出，在

19、電路參數(shù)不變時(shí)，為提高變時(shí)，為提高Po采用提高采用提高Vbm的辦法。但效果不明顯，的辦法。但效果不明顯，試分析原因，并指出為了達(dá)到試分析原因，并指出為了達(dá)到Po明顯提高的目的，可明顯提高的目的，可采用什么措施采用什么措施?例例 諧振功率放大器輸出功率諧振功率放大器輸出功率Po已測(cè)出，在電路參數(shù)不變已測(cè)出，在電路參數(shù)不變時(shí)，為提高時(shí)，為提高Po采用提高采用提高Vbm的辦法。但效果不明顯，試分的辦法。但效果不明顯，試分析原因，并指出為了達(dá)到析原因，并指出為了達(dá)到Po明顯提高的目的，可采用什明顯提高的目的，可采用什么措施么措施?(a)過(guò)壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)VbmIC0OIcm1(b)過(guò)壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)Vbm

20、PoOP=Pcip00( a )( b )欠 壓 狀 態(tài)過(guò) 壓 狀 態(tài)VC C欠 壓 狀 態(tài)過(guò) 壓 狀 態(tài)VC CIc 0Ic m 1PoP=Pc欠 壓過(guò) 壓0臨界Ic 1Ic 0VCRp0cP=PoPc欠 壓過(guò) 壓臨界Rp負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線采用提高采用提高Vbm提高提高Po效果效果不明顯說(shuō)明放大器工作在不明顯說(shuō)明放大器工作在過(guò)壓工作狀態(tài)，為了達(dá)到過(guò)壓工作狀態(tài)，為了達(dá)到Po明顯提高的目的可以減明顯提高的目的可以減小小Rp或增加或增加Vcc。諧振功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。諧振功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。以臨界狀態(tài)為例：以臨界狀態(tài)為例：1) 首先要求得集電極電流脈沖的兩個(gè)主要參

21、量首先要求得集電極電流脈沖的兩個(gè)主要參量ic max和和 cbBZBB1cVVVcos導(dǎo)通角導(dǎo)通角 c集電極電流脈沖幅值集電極電流脈沖幅值Icm諧振功率放大器的計(jì)算諧振功率放大器的計(jì)算2) 電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù)電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù) 0( c)、 1( c)、 n( c)可查表求得，并求得各分量的實(shí)際值?？刹楸砬蟮?，并求得各分量的實(shí)際值。3) 諧振功率放大器的功率和效率諧振功率放大器的功率和效率直流功率：直流功率： PD=Ic0 VCC交流輸出功率：交流輸出功率：maxcc1CC1cmcmo)(V21IV21Pi集電極效率：集電極效率：D1()2occcPgP4) 根據(jù)根據(jù)p2C

22、Cp2cmoR)V(21RV21P可求得最佳負(fù)載電阻：可求得最佳負(fù)載電阻：o2CCpP2)V(R在臨界工作時(shí)，在臨界工作時(shí)， 接近于接近于1，作為工作估算，可設(shè)定，作為工作估算，可設(shè)定 =1?！白罴炎罴选钡暮x在于采用這一負(fù)載值時(shí)，調(diào)諧功率放大的含義在于采用這一負(fù)載值時(shí)，調(diào)諧功率放大器的效率較高，輸出功率最大。器的效率較高，輸出功率最大。在實(shí)際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過(guò)匹配在實(shí)際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)和終端負(fù)載網(wǎng)絡(luò)和終端負(fù)載(如天線等如天線等)相匹配。相匹配。例例:某諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。已知該放大器采用晶某諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。已知該放大器采用晶體管的參數(shù)為：體管的參數(shù)為：fT150MHz，功率增益，功率增益Ap13dB，管子允許通過(guò)，管子允許通過(guò)的最大電流的最大電流IcM=3A，最大集電極功耗為，最大集電極功耗為Pcmax=5W。管子的。管子的VBZ=0.6V，放大器的負(fù)偏置，放大器的負(fù)偏置 VBB =1.4V， c=70 ，VCC=2