谐振功放.pptx
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1、谐振功放:用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。谐振功放:用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。特点:负载特点:负载匹配网络匹配网络为谐振系统为谐振系统应用状态:丙类应用状态:丙类(或丁类、乙类或丁类、乙类)用途:对载波或已调波进行功率放大用途:对载波或已调波进行功率放大 种类:丙类谐振功放种类:丙类谐振功放 丁类、戊类谐振功放丁类、戊类谐振功放 倍频器倍频器 了解高频功率放大器的特点,理解谐振功率放大器了解高频功率放大器的特点,理解谐振功率放大器的工作原理以及实际谐振功放电路的组成,掌握谐振功的工作原理以及实际谐振功放电路的组成,掌握谐振功率放大器的负载特性。率放大器的负载特性。本章的基本要求与
2、基本知识点:本章的基本要求与基本知识点:预备知识预备知识选频网络选频网络 选频网络(滤波器)的功能:从众多频率中选频网络(滤波器)的功能:从众多频率中选出选出有用有用信号,信号,滤除滤除或或抑制抑制无用信号;无用信号;常用滤波器:常用滤波器:LCLC串、并联谐振回路;集中参数滤波器。串、并联谐振回路;集中参数滤波器。1 1、性能指标、性能指标:v中心频率中心频率 0 0:此点传输系数最大此点传输系数最大v通频带通频带BWBW3 3dBdBv选择性与矩形系数:描述滤波器对带外信号的衰减程度;选择性与矩形系数:描述滤波器对带外信号的衰减程度;v相频特性:要求接近线性。相频特性:要求接近线性。v选频
3、特性选频特性品质因数品质因数Q Q:2 2、谐振回路的基本特性、谐振回路的基本特性v谐振频率谐振频率0 0:v阻抗特性阻抗特性v选择性:选择性:最大,最大,偏离偏离0 0越大,越大,V Vo o下降越多;下降越多;Q Q 值越大选择性越好值越大选择性越好通频带:通频带:预备知识预备知识选频网络选频网络 选频网络(滤波器)的功能:从众多频率中选频网络(滤波器)的功能:从众多频率中选出选出有用有用信号,信号,滤除滤除或或抑制抑制无用信号;无用信号;常用滤波器:常用滤波器:LCLC串、并联谐振回路;集中参数滤波器。串、并联谐振回路;集中参数滤波器。性能指标性能指标:v中心频率中心频率 0 0:此点传
4、输系数最大此点传输系数最大v选择性:选择性:最大,最大,偏离偏离0 0越大,越大,V Vo o下降越多;下降越多;Q 值越大选择性越好。值越大选择性越好。2.12.1谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理v谐振频率谐振频率0 0:2.1.1丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器1电路组成电路组成 ZL 外外接接负负载载,呈呈阻阻抗性抗性;Lr 和和 Cr 匹匹配配网网络络,与与 ZL 组组成成并并联联谐谐振振回回路路。调调节节 Cr 使使回回路路谐谐振在输入信号频率。振在输入信号频率。VBB 基基极极偏偏置置电电压压,使使功功率率管管 Q 点点设设在在截截止止区区,以实现丙类工作。以实
5、现丙类工作。图图 211谐振功率放大器原理电路谐振功率放大器原理电路2集电极电流集电极电流 iC 图图 212输入:输入:vb(t)=Vbmcos st vBE=VBB+vb(t)=VBB+vbmcos st集电极电流集电极电流 iC 傅里叶级数展开:傅里叶级数展开:为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。3输出电压输出电压 vo(1)对基波分量对基波分量阻抗最大,为谐振电阻阻抗最大,为谐振电阻 Re在高在高 Q 回路中,回路中,Re 近似为近似为式中,式中,回路总电容回路总电容 回路谐振角频率回路谐振角频率 回路有载品质因数回路有载品质因数(2)对非基
6、波分量对非基波分量阻抗很小,产生的电压均可忽略。阻抗很小,产生的电压均可忽略。丙类谐振功率放大器谐振回路的功能:丙类谐振功率放大器谐振回路的功能:选选频频:利利用用谐谐振振回回路路的的选选频频作作用用,可可将将失失真真的的集集电电极电流脉冲变换为不失真的输出电压。极电流脉冲变换为不失真的输出电压。阻阻抗抗匹匹配配:调调节节 Lr 和和 Cr,谐谐振振回回路路将将含含有有电电抗抗分分量的外接负载变换为谐振电阻量的外接负载变换为谐振电阻 Re,并阻抗匹配。,并阻抗匹配。4功率特性分析功率特性分析(1)丙类功放的问题丙类功放的问题 图图 213脉冲宽度变化的示意图脉冲宽度变化的示意图(2)解决方法解
7、决方法 2.1.2丁类和戊类谐振功率放大器丁类和戊类谐振功率放大器1丁类谐振功率放大器丁类谐振功率放大器(1)电路电路 Tr 二次侧两绕组相同,极性相反。二次侧两绕组相同,极性相反。T1 和和 T2 特性配对,为特性配对,为同型管同型管。(2)原理原理 若若 vi 足够大,则足够大,则vi 0 时时,T2 饱和导通,饱和导通,T1 截止,截止,vA2=VCE(sat)A 点最大振幅值:点最大振幅值:vA=vA1 vA2=VCC 2VCE(sat)(3)讨论讨论 VCE(sat)小,小,管耗小,放大器的效率高管耗小,放大器的效率高(90%以上以上);因因结结电电容容、分分布布电电容容等等影影响响
8、,实实际际波波形形不不理理想想,使使管耗增大,丁类功放效率受限。管耗增大,丁类功放效率受限。2戊类放大器戊类放大器 2.22.2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 1使用条件使用条件两假设两假设 谐振回路滤波特性理想,即谐振回路滤波特性理想,即: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态特特性性曲曲线线表表示示,其其参参变量采用变量采用 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
9、 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
10、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2.2.2欠压、临界和过压状态欠压、临界和过压状态1VBB、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,使所对应的的取值,使所对应的动态点均处在放大区。动态点均处在放大区。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
11、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。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。临界状态临界状态:动态点:动态点A A处于放大区和饱和区临界点的状态;处于放大区和饱和区临界点的状态;欠压状态欠压状态:动态点:动态点A A处于放大区的状态;处于放大区的状态;为高度和为高度和宽度基本不变的余弦冲波宽度基本不变的余弦冲波 过压状态过压状态:动态点:动态点A A处于饱和区的状态;处于饱和区的状态;的高度减小,凹陷加深。的高度减小,凹陷加深。2 iC 的平均分量
12、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)功功放欠压放欠压 临界临界 过压过压iC 波形出
13、现凹陷。波形出现凹陷。Re Vcm 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 PD =VCCIC0,PC =PDPo C=Po/PD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:集电极调制和基极调制特性。两种调制特性:集电极调制和基极调制特性。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 欠欠压压状状态态:随随 VCC 减减小小,集集电电
14、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2基极调制特性基极调制
15、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(
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