22谐振功率放大器的性能特点解析.pptx

第第 2 章章谐振功率放大器谐振功率放大器2.2谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点2.2.1近似分析方法近似分析方法2.2.2欠压、临界和过压状态欠压、临界和过压状态2.2.3四个电压量对性能影响的定性讨论四个电压量对性能影响的定性讨论2.2.1近似分析方法近似分析方法非谐振功放非谐振功放丙类丙类谐振功放谐振功放集电极负载集电极负载纯电阻纯电阻谐振回路，含电抗元件谐振回路，含电抗元件求求功率性能功率性能图解法图解法准静态分析法准静态分析法要要 点点求负载线求负载线求动态线求动态线 1使用条件使用条件两假设两假设 谐谐振振回回路路滤滤波波特特性性理理想想，即即尽尽管管集集电电极极、基基极极电电流流为为脉脉冲冲波波，但但两两回回路路只只产产生生基基波波(余余弦弦)电电压压，其其他他分分量量的的电压均可忽略。电压均可忽略。有有（忽忽略略管管子子高高频频效效应应）功功率率管管特特性性用用输输入入和和输输出出静静态特性曲线态特性曲线表示，其参变量采用表示，其参变量采用 vBE(而不是通常的而不是通常的 iB)。2分析步骤分析步骤 图图 221谐振功率放大器的近似分析方法谐振功率放大器的近似分析方法(b)求动态点，画波形；求动态点，画波形；连动态线，画连动态线，画 iC 波形；波形；图解积分求分量；图解积分求分量；计算功率性能。计算功率性能。(1)求动态点，画波形求动态点，画波形图图 221谐振功率放大器的近似分析方法谐振功率放大器的近似分析方法(a)设设定定 VBB、Vbm、VCC、Vcm，将将 t 按按等等间间隔隔(t=0，15，30，)给定数值，给定数值，由由便可确定便可确定 vBE 和和 vCE(图图 a)。(2)连动态线，连动态线，画画 iC 波形波形：图图 221谐振功率放大器的近似分析方法谐振功率放大器的近似分析方法(b)根根据据 vBE 和和vCE 值值，在在输输出出特特性性曲曲线线上上(以以 vBE 为为参参变变量量)找找对对应应的的动动态态点点，画画动动态态线线(动动态态点点的的连连线线)，由由此此可可确确定定 iC 的波形。的波形。不不到到 VCC，因因为为导通角小于导通角小于 (3)图解积分求得分量图解积分求得分量 IC0 和和 Ic1m谐振电阻谐振电阻(4)计算功率性能计算功率性能四四变变量量 VBB、Vbm、VCC、Vcm 不不同同，iC 的的波波形形和和数数值值就就不不同同，由由此此求求得得的的 Re 及及相相应应的的功功率率性性能能就就不不同同。应应了了解解四四变量的影响。变量的影响。2.2.2欠压、临界和过压状态欠压、临界和过压状态1当当 VBB、Vbm、VCC 不变，不变，Vcm 由小变大，由小变大，动态动态点点左移左移 欠压欠压状态状态Vcm 的取值，使所对应的动态点均处在放大区。的取值，使所对应的动态点均处在放大区。临界临界状态状态Vcm 增增大大，使使 t=0 所所对对应应的的动动态态点点 A 处处在在临临界界点点，iCmax 略微减小。略微减小。过压过压状态状态Vcm 继继续续增增大大，使使 A(t=0)动动态态点点处处在在饱饱和和区区，iC 迅迅速速减减小小，电电流流脉脉冲冲出出现现凹凹陷陷，Vcm 增大，凹陷加深。增大，凹陷加深。谐振功放的工作状态谐振功放的工作状态2 iC 的平均分量的平均分量 IC0 与基波分量与基波分量 Ic1m iC 脉脉冲冲越越宽宽，高高度度越越高高，IC0 和和 Ic1m 就就越越大大。如如果果出出现现凹陷，则凹陷越深，凹陷，则凹陷越深，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2.2.3四个电压量对性能影响的定性讨论四个电压量对性能影响的定性讨论一、负载特性一、负载特性 1定义定义指指 VBB、Vbm 和和 VCC 一一定定，放放大大器器性性能能随随 Re 的的变变化化特特性。性。2特性特性 Re 的增加势必将引起的增加势必将引起 Vcm 增大增大(Vcm=ReIcm)Re Vcm vCEmin 功功放放欠欠压压 过过压压 iC 波波形出现形出现凹陷凹陷。据此可以画出据此可以画出 Ic0 和和 Ic1m 随随 Re 变化的特性。变化的特性。谐振功放的负载特性谐振功放的负载特性3 Vcm、Po、PD、PC、C 随随 Re 变化的曲线变化的曲线图图 2-2-4负载特性负载特性 Vcm =ReIc1m，Po=VcmIc1m/2=I2c1mRe/2 PD =VCCIC0，PC =PDPo C=Po/PD3讨论讨论(1)欠压区欠压区Re ，iC 脉脉冲冲高高度度略略有有减减小小，相相应应的的 IC0、Ic1m 也也略略有有减减小小，因因而而 Vcm(=ReIc1m)和和 Po()近近似似线线性性增增大大，而而 PD(=VCCIC0)略有减小，略有减小，C 增大，增大，PC 减小。减小。(2)过压区过压区Re ，电电流流脉脉冲冲高高度度减减小小，凹凹陷陷加加深深，相相应应的的 IC0、Ic1m 减减小小，结结果果使使 Vcm 略略有有增增加加，Po、PD 减减小小，且且 Po 比比 PD 减减小小的慢，从而的慢，从而 C 略有增加，略有增加，PC 略有减小。略有减小。(3)匹配负载匹配负载 ReoptRe=Reopt 时时，管管子子工工作作在在临临界界状状态态，Po 最最大大，C 较较大大，PC 较较小小，放放大大器器性性能能接接近近最最佳佳。此此时时的的 Re 称称为为谐谐振振功功放放的的匹配负载。匹配负载。3讨论讨论(3)匹配负载匹配负载 ReoptRe=Reopt 时时，管管子子工工作作在在临临界界状状态态，Po 最最大大，C 较较大大，PC 较较小小，放放大大器器性性能能接接近近最最佳佳。此此时时的的 Re 称称为为谐谐振振功功放放的的匹配负载。匹配负载。二、调制特性二、调制特性 图图 225集电极调制特性集电极调制特性两种调制特性：两种调制特性：集电极调制集电极调制和和基极调制特性基极调制特性。1集电极调制特性集电极调制特性(1)含义含义VBB、Vbm 和和 Re一定，放大器性能随一定，放大器性能随 VCC 变化的特性。变化的特性。(2)调制特性调制特性集电极调制特性与调幅电路集电极调制特性与调幅电路 欠欠压压状状态态：随随 VCC 减减小小，集集电电极极电电流流脉脉冲冲高高度度略略有有减减小小，因因而而 IC0 和和 Ic1m 也也将将略略有有减减小小，Vcm(=ReIc1m)也也略略有有减小减小。过过压压状状态态：随随 VCC 减减小小，集集电电极极电电流流脉脉冲冲的的高高度度降降低，凹深加深，因而低，凹深加深，因而 IC0、Ic1m、Vcm 将将迅速减小迅速减小。(3)集电极调幅原理电路集电极调幅原理电路 图中：图中：载波载波 调制信号调制信号为为谐振回路上的输出电压谐振回路上的输出电压。与谐振功放区别：与谐振功放区别：集电极回路接入调制信号电压集电极回路接入调制信号电压。图图 227集电极调幅电路集电极调幅电路令令 VCC(t)=VCC0+v(t)作作为为放放大大器器的的等等效效集集电电极极电电源源电电压压。若若要要求求 Vcm(t)按按 VCC(t)的的规规律律变变换换，根根据据集集电电极极调调制制特特性性，放放大大器器必必须须在在 VCC(t)的的变变化化范范围围内内工工作作在在过过压压状状态态。2基极调制特性基极调制特性 图图 226基极调制特性基极调制特性(1)含义含义Vbm、VCC、Re 一定，放大器性能随一定，放大器性能随 VBB 变化的特性。变化的特性。(2)调制特性调制特性基极调制特性与调制电路基极调制特性与调制电路当当 Vbm 一一定定，VBB ，iC宽宽度度、高高度度 ，IC0 Ic1m 、Vcm ，VCEmin ，放放大大器器欠欠压压 过过压压。过过压压后后，随随 VBB，iC 宽宽度度、高高度度 ，凹凹陷陷加加深深，IC0 和和 Ic1m、Vcm 均均增增加加缓缓慢慢，可可认认为为近近似不变。似不变。(3)基极调幅原理电路基极调幅原理电路 图图 228基极调幅电路基极调幅电路 基极偏置电压基极偏置电压 使使 Vcm 按按 VBB(t)的规律变化，放大器工作在的规律变化，放大器工作在欠压状态欠压状态。三、放大特性三、放大特性图图 229放大特性放大特性1含义含义当当 VBB、VCC 和和 Re 一一定定，放大器性能随放大器性能随 Vbm 变化的特性。变化的特性。2特性特性固固定定 VBB，增增大大 Vbm 与与上上述述固固定定 Vbm 增增大大 VBB 的的情情况况类类似似，它它们们都都使使 iC 的的宽宽度度和和高高度度增增大大，放放大大器器由由欠欠压压进进入入过过压压，图图 229(a)。谐振功放的放大特性谐振功放的放大特性(1)谐振功放作为线性功放谐振功放作为线性功放图图 2210(a)线性线性功率放大器的功率放大器的作用作用为为了了使使输输出出信信号号振振幅幅 Vcm 反反映映输输入入信信号号 Vbm 的的变变化化，放放大大器器必必须须在在 Vbm 变变化化范范围围内内工工作作在在欠欠压状态压状态。(2)谐振功放作为振幅限幅器谐振功放作为振幅限幅器(Amplitude Limiter)图图 2210(b)振幅限幅器的振幅限幅器的作用作用作作用用：将将 Vbm 在在较较大大范范围围内内的的变变化化转转换换为为振振幅幅恒恒定定的的输出信号输出信号。特特点点：根根据据放放大大特特性性，放放大大器器必必须须在在 Vbm 的的变变化化范范围围内内工工作作在在过过压压状状态态，或或 Vbm 的的最最小小值值应应大大于于临临界界状状态态对对应应的的 Vbm 限幅门限电压。限幅门限电压。图图 225集电极调制特性集电极调制特性图图 226基极调制特性基极调制特性图图 229放大特性放大特性例：谐振功率放大器原工作在欠压状态。现为了提高例：谐振功率放大器原工作在欠压状态。现为了提高输出功率，将放大器调整到临界工作状态。试问，可输出功率，将放大器调整到临界工作状态。试问，可分别改变哪些量来实现？分别改变哪些量来实现？例例 谐振功率放大器输出功率谐振功率放大器输出功率Po已测出，在电路参数不已测出，在电路参数不变时，为提高变时，为提高Po采用提高采用提高Vbm的办法。但效果不明显，的办法。但效果不明显，试分析原因，并指出为了达到试分析原因，并指出为了达到Po明显提高的目的，可明显提高的目的，可采用什么措施采用什么措施?例例 谐振功率放大器输出功率谐振功率放大器输出功率Po已测出，在电路参数不变已测出，在电路参数不变时，为提高时，为提高Po采用提高采用提高Vbm的办法。但效果不明显，试分的办法。但效果不明显，试分析原因，并指出为了达到析原因，并指出为了达到Po明显提高的目的，可采用什明显提高的目的，可采用什么措施么措施?负载特性曲线负载特性曲线采用提高采用提高Vbm提高提高Po效果效果不明显说明放大器工作在不明显说明放大器工作在过压工作状态，为了达到过压工作状态，为了达到Po明显提高的目的可以减明显提高的目的可以减小小Rp或增加或增加Vcc。谐振功率放大器的主要指标是功率和效率。谐振功率放大器的主要指标是功率和效率。以临界状态为例：以临界状态为例：1)首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量ic max和和 c导通角导通角 c集电极电流脉冲幅值集电极电流脉冲幅值Icm谐振功率放大器的计算谐振功率放大器的计算2)电流余弦脉冲的各谐波分量系数电流余弦脉冲的各谐波分量系数 0(c)、1(c)、n(c)可查表求得，并求得各分量的实际值。可查表求得，并求得各分量的实际值。3)谐振功率放大器的功率和效率谐振功率放大器的功率和效率直流功率：直流功率：PD=Ic0 VCC交流输出功率：交流输出功率：集电极效率：集电极效率：4)根据根据可求得最佳负载电阻：可求得最佳负载电阻：在临界工作时，在临界工作时，接近于接近于1，作为工作估算，可设定，作为工作估算，可设定=1。“最佳最佳”的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放大的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放大器的效率较高，输出功率最大。器的效率较高，输出功率最大。在实际电路中，放大器所要求的最佳电阻需要通过匹配在实际电路中，放大器所要求的最佳电阻需要通过匹配网络和终端负载网络和终端负载(如天线等如天线等)相匹配。相匹配。例例:某谐振功率放大器的转移特性如图所示。已知该放大器采用晶某谐振功率放大器的转移特性如图所示。已知该放大器采用晶体管的参数为：体管的参数为：fT150MHz，功率增益，功率增益Ap13dB，管子允许通过，管子允许通过的最大电流的最大电流IcM=3A，最大集电极功耗为，最大集电极功耗为Pcmax=5W。管子的。管子的VBZ=0.6V，放大器的负偏置，放大器的负偏置 VBB=1.4V，c=70，VCC=24V，=0.9，试计算放大器的各参数。，试计算放大器的各参数。例例:某某谐谐振振功功率率放放大大器器的的转转移移特特性性如如图图所所示示。已已知知该该放放大大器器采采用用晶晶体体管管的的参参数数为为：fT150MHz，功功率率增增益益Ap13dB，管管子子允允许许通通过过的的最最大大电电流流IcM=3A，最最大大集集电电极极功功耗耗为为Pcmax=5W。管管子子的的VBZ=0.6V，放放大大器器的的负负偏偏置置 VBB=1.4V，c=70，VCC=24V，=0.9，试试计计算算放放大大器器的的各各参参数。数。2)根据求得Vbm 3)根据ic max=gcVbm(1cosc)求得ic max、Ic1、Ic0 c=70，cos70=0.342，Ic1=ic max1(70)=20.436=0.872A Ic0=i c max0(70)=20.253=0.506A 1)根据图可求得转移特性的斜率gc4)求交流电压振幅：Vcm=VCC=240.9=21.6V 对应功率、效率。PD=VCC IC0=240.506=12W Po=Pc=PD-Po=2.6WPc max (安全工作)则 5)激励功率 因为Ap=13dB，即