第二章 諧振功率放大器

第二章諧振功率放大器第1頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.1概述定義

：是一種用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大器工作狀態(tài)：丙類應(yīng)用：無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸入信號(hào)：載波信號(hào)、或高頻已調(diào)波信號(hào)

第2頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.2諧振功率放大器的工作原理一、丙類諧振功率放大器

+vo(t)_+vc_原理電路第3頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——導(dǎo)通角，流通角輸入則（根據(jù)晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線，可得到集電極電流波形）導(dǎo)通時(shí)刻A點(diǎn)：電流波形導(dǎo)通角計(jì)算（余弦）如圖第4頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

返回ub0AuBE返回Uj=VBE(on)第5頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——N次諧波的分解系數(shù)設(shè)諧振電阻為Re，則ic為周期性脈沖電流諧振回路調(diào)諧在上，諧振電阻最大。各次諧波分量產(chǎn)生的電壓可以忽略。

為余弦只有分量

第6頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能量關(guān)系輸出功率直流功率集電極耗散功率效率（兼顧功率、效率，選左右）

（習(xí)題）第7頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、倍頻器原理電路輸入fsfo=nfs第8頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二倍頻的主要波形uCE第9頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際并聯(lián)諧振回路第10頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月諧振頻率

諧振阻抗

固有（空載）品質(zhì)因數(shù)

LC串聯(lián)諧振回路：諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)——同上諧振電阻為r第11頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.3諧振功率放大器的性能特點(diǎn)一、近似分析方法1.準(zhǔn)靜態(tài)分析法(P86)分析性能：

①設(shè)定，，，

確定，②據(jù)，值→找對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)點(diǎn)，確定

動(dòng)態(tài)線——?jiǎng)討B(tài)點(diǎn)的連線

畫出波形

第12頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③對(duì)分解，求出確定諧振電阻功率性能可見：不同的、、、集電極電流波形、數(shù)值不同，Re值不同，功率性能不同（作業(yè)：2－5）第13頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶體管特性的折線化2.折線近似分析法（只限于共發(fā)射極狀態(tài)）轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線uBEuCEuBE

斜率gcr第14頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

臨界線是一條斜率為gcr的通過原點(diǎn)的直線。臨界線方程理想靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性（這里，AB斜率為g，導(dǎo)通電壓Uj=VBE(on)）激勵(lì)信號(hào)uBE足夠大，放大器工作在放大區(qū)和截止區(qū)，集電極電流是周期性的余弦脈沖（波形如下）第15頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uBEuCEminuCE第16頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月時(shí)，ic=0，即

在Uj-VBB一定時(shí)，激勵(lì)越強(qiáng)（即Ubm大），則導(dǎo)通角愈大。通過調(diào)整VBB就可控制導(dǎo)通角到所需值。集電極電流余弦脈沖電流的幅度（當(dāng)時(shí)）導(dǎo)通角將uBE表達(dá)式代入得：第17頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例】已知某晶體管的轉(zhuǎn)移特性如圖。已知Uj=0.6V，轉(zhuǎn)移特性曲線斜率g=10mA/V，Eb=－1V，激勵(lì)信號(hào)電壓幅值Ubm=3.2V，求：電流ic的Ico、Ic1m、Ic2m分量的值?！窘狻壳驣cmax

:=16mA余弦脈沖分解系數(shù)曲線如下圖0.63.2uBE(v)ub第18頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月查曲線得：則：基波電流ic1為第20頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.3諧振功率放大器的性能特點(diǎn)一、近似分析方法1.準(zhǔn)靜態(tài)分析法

據(jù)，值→找對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)點(diǎn)，確定

動(dòng)態(tài)線——?jiǎng)討B(tài)點(diǎn)的連線

畫出波形

折線近似分析法轉(zhuǎn)移特性折線化、輸出特性折線化第21頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uBEuCEmin第22頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工作狀態(tài)

欠壓狀態(tài)

晶體管在任何時(shí)刻都工作在放大狀態(tài)

（集電極最大點(diǎn)電流在放大區(qū)，交流輸出電壓較低）

過壓狀態(tài)

晶體管工作時(shí)有部分時(shí)間進(jìn)入飽和區(qū)

（集電極最大點(diǎn)電流在飽和區(qū)，交流輸出電壓較高）

臨界狀態(tài)

剛剛進(jìn)入飽和區(qū)的邊緣

（集電極最大點(diǎn)電流落在臨界線上）根據(jù)功放在工作時(shí)是否進(jìn)入飽和區(qū)，可將放大器的工作狀態(tài)分為三種——欠壓、過壓、臨界工作狀態(tài)這三種工作狀態(tài)取決于：電源電壓Vcc（或Ec）、偏置電壓VBB（或EB）、激勵(lì)電壓Ubm、負(fù)載阻抗RC（或RL）第23頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、動(dòng)態(tài)特性和外部特性（一）、動(dòng)態(tài)特性是實(shí)際放大器的工作特性（晶體管內(nèi)部、外部特性結(jié)合起來(lái)）內(nèi)部特性是無(wú)載情況下，晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性外部特性是在有載情況下，晶體管輸入、輸出電壓同時(shí)變化時(shí)，集電極電流隨電壓變化的特性放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性方程：內(nèi)部特性方程外部特性方程第24頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將uBE代入得即表明

放大器的動(dòng)態(tài)特性

是一條直線（只需定兩個(gè)點(diǎn)，如：靜態(tài)工作點(diǎn)Q和起始導(dǎo)通點(diǎn)B，繪動(dòng)態(tài)線）靜態(tài)工作點(diǎn)Q，特征是：代入得：Q點(diǎn)坐標(biāo)為：Q[]（電流為負(fù)，不可能，是假想點(diǎn)）第25頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月起始導(dǎo)通點(diǎn)B，特征是：代入得：解方程得（連接Q、B點(diǎn)的延長(zhǎng)線與ubemax相交于C點(diǎn)，BC段就是晶體管處于放大區(qū)的動(dòng)態(tài)線。AB段是晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的動(dòng)態(tài)線。）

動(dòng)態(tài)線是由AB、BC組成的折線（負(fù)載、導(dǎo)通角的函數(shù)）沿著動(dòng)態(tài)線即可畫出相應(yīng)的集電極電流ic的波形另：動(dòng)態(tài)電阻（動(dòng)態(tài)線的斜率的倒數(shù)）此時(shí)，晶體管剛好處于截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，B點(diǎn)坐標(biāo)為：B[]第26頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月QuCEuCEuBEmax第27頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）、外部特性1.負(fù)載特性

一定，放大器的集電極電流、電壓、輸出功率、效率等性能隨晶體管等效負(fù)載電阻Re（或Rc）變化的特性。不同負(fù)載電阻時(shí)，做出不同動(dòng)態(tài)特性負(fù)載特性指放大器的性能隨放大器的外部參數(shù)變化的規(guī)律第28頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同負(fù)載電阻時(shí)的動(dòng)態(tài)特性u(píng)CEuBEuCEA1－欠壓A2－臨界A3－過壓第29頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月臨界狀態(tài)——最佳工作狀態(tài)：Pomax，且效率較高；匹配負(fù)載Reopt欠壓狀態(tài)：視為恒流源（負(fù)載不要太小，使Pc<PCM）過壓狀態(tài)：視為恒壓源（但集電極電流波形下凹，諧波多，應(yīng)用較少）負(fù)載特性ReRe第30頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.調(diào)制特性（1）集電極調(diào)制特性指當(dāng)Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能隨集電極電源電壓Ec變化的特性。

uBEmax=Eb+Ubm

不變（因Eb、Ubm不變）動(dòng)態(tài)負(fù)載特性曲線斜率不變（因Rc不變）但uCEmin

=Ec-Ucm

變化集電極電流脈沖寬度一定放大器工作狀態(tài)變化如圖第31頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uCEuBEmaxuCEmin

Ec改變對(duì)工作狀態(tài)的影響返回第32頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集電極調(diào)制特性由圖可見，只有在過壓狀態(tài)，Ec對(duì)Ucm才能有較大的控制作用，所以，集電極調(diào)幅應(yīng)工作在過壓狀態(tài)第33頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）基極調(diào)制特性指當(dāng)Ec、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能隨基極偏置電壓Eb變化的特性。UBEmax=Eb+UbmEb從負(fù)值向正值方向增大時(shí)UBEmax隨之增大集電極電流脈沖寬度增大、高度增加放大器工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過壓UBEmax增大A’AicUCE第34頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基極調(diào)制特性由圖可見，改變基極偏置電壓Eb，即可控制輸出電壓振幅Ucm的大小。只有工作在欠壓狀態(tài)，Eb才對(duì)Ucm有較強(qiáng)的控制作用。所以，基極調(diào)幅應(yīng)工作于欠壓狀態(tài)第35頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.放大特性（振幅特性）指當(dāng)Eb、Ec、Rc保持恒定，放大器的性能隨激勵(lì)振幅Ubm變化的特性。uBEmax=Eb+Ubm改變Ubm的情況和改變Eb的情況類似集電極電流脈沖寬度增大、高度增加放大器工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過壓Ubm增加第36頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由圖可見，在欠壓區(qū)，高頻振幅Ucm基本隨Ubm成線性變化，放大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。而當(dāng)諧振功放用作限幅器，將振幅Ubm在較大范圍內(nèi)變化的輸入信號(hào)變化為振幅恒定的輸出信號(hào)時(shí)，由圖可以看出，放大器波形在Ubm變化范圍內(nèi)，工作在過壓狀態(tài)放大特性第37頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.4諧振功率放大器電路一、直流饋電電路保證集電極回路電壓uCE=Ec－uc基極回路電壓uBE=Eb+ub要求直流有直流通路、交流有交流通路，且：高頻信號(hào)不要流過直流電源（有內(nèi)阻，損耗功率）需要

正確使用扼流圈、旁路電容包括直流饋電電路，偏置電路，輸入、輸出匹配電路第38頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月并饋串饋（集電極）第39頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Re=Eb/Ieo二、自給偏壓環(huán)節(jié)

1.射極電流自給偏壓環(huán)節(jié)第40頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.基極電流自給偏壓環(huán)節(jié)第41頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)1.并聯(lián)諧振回路匹配電路ub第42頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.濾波器型匹配網(wǎng)絡(luò)廣泛利用L、C變換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧和阻抗匹配第43頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第44頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、高頻功率放大器實(shí)用電路實(shí)例1工作頻率：140180MHz，輸出功率：30WL4、L5、C4、C5、L6——T型網(wǎng)絡(luò)，C6、L7、