第1章 功率電子線路

1、第第 1 章功率電子線路章功率電子線路 1.1功率電子線路概述功率電子線路概述 1.2功率放大器的電路組成和工作特性功率放大器的電路組成和工作特性 乙類(lèi)推挽功率放大電路乙類(lèi)推挽功率放大電路 1.3功率合成技術(shù)功率合成技術(shù) 1.4諧振功率放大器諧振功率放大器 第第 1 章章 功率電子線路功率電子線路 1.1功率電子線路概述功率電子線路概述 1.1.1功率放大器功率放大器 1.1.2電源變換電路電源變換電路 1.1.3功率器件功率器件 1.1功率電子線路概述功率電子線路概述 本質(zhì)：本質(zhì)：是一種放大電路，能夠在輸入信號(hào)作用下，將是一種放大電路，能夠在輸入信號(hào)作用下，將 直流電源的直流功率轉(zhuǎn)換為輸出信

2、號(hào)功率，一般用效直流電源的直流功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率，一般用效 率來(lái)評(píng)價(jià)這種轉(zhuǎn)換能力。率來(lái)評(píng)價(jià)這種轉(zhuǎn)換能力。與其它放大電路本質(zhì)上沒(méi)有與其它放大電路本質(zhì)上沒(méi)有 區(qū)別，追求的是在電源電壓確定的情況下，輸出盡可區(qū)別，追求的是在電源電壓確定的情況下，輸出盡可 能大的功率。能大的功率。 種類(lèi)：種類(lèi)： ( (1) )功率放大電路功率放大電路 特點(diǎn)：放大；特點(diǎn)：放大； 用途：通信、音像等電子設(shè)備。用途：通信、音像等電子設(shè)備。 ( (2) )電源變換電路電源變換電路 特點(diǎn)：能量變換；特點(diǎn)：能量變換； 用途：電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、用途：電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、 工業(yè)控制等。工業(yè)控制等。 1.1.1功率放大器功率放大器

3、 特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)。工作在大信號(hào)狀態(tài)。 一、功率放大器的性能要求一、功率放大器的性能要求 安全安全。輸出功率大，管子在極限條件下運(yùn)用。輸出功率大，管子在極限條件下運(yùn)用。 高效率高效率。 C 集電極效率集電極效率( (Collector Efficiency) ) C Co o o o D D o o C C PP P P P Po 輸出信號(hào)功率輸出信號(hào)功率 ；PD 電源提供的功率；電源提供的功率； PC 管耗管耗 ( (Power Dissipation) )/集電極耗散功率；集電極耗散功率； Po 一定，一定， C 越高，越高，PD 越小越小 PC 小，小， 既可選既可選 PCM

4、 小的管子，以降低費(fèi)用，也節(jié)省能源。小的管子，以降低費(fèi)用，也節(jié)省能源。 失真小失真小。 盡管盡管功率增益功率增益也是重要的性能指標(biāo)，但也是重要的性能指標(biāo)，但安全、高效安全、高效和和 小失真小失真更重要，前者可以通過(guò)增加前置級(jí)禰補(bǔ)。更重要，前者可以通過(guò)增加前置級(jí)禰補(bǔ)。 二、功率管的運(yùn)用特點(diǎn)二、功率管的運(yùn)用特點(diǎn) 1功率管的運(yùn)用狀態(tài)功率管的運(yùn)用狀態(tài) 根據(jù)根據(jù)功率管功率管在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，功率功率 管運(yùn)用狀態(tài)管運(yùn)用狀態(tài)可分為可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)、丙類(lèi)甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)、丙類(lèi)等多種。等多種。 甲類(lèi)：功率管在甲類(lèi)：功率管在一個(gè)一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通周期內(nèi)導(dǎo)通 ，

5、c = 2 。 乙類(lèi)：功率管僅在乙類(lèi)：功率管僅在半個(gè)半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，周期內(nèi)導(dǎo)通， c = 。 甲乙類(lèi)：管子在甲乙類(lèi)：管子在大于半個(gè)大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通， c 2 。 丙類(lèi)：功率管在丙類(lèi)：功率管在小于半個(gè)小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，周期內(nèi)導(dǎo)通， c 。 功率管運(yùn)用狀態(tài)功率管運(yùn)用狀態(tài)通?？窟x擇通?？窟x擇靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)下列曲線說(shuō)出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：根據(jù)下列曲線說(shuō)出功率管的應(yīng)用狀態(tài)： 圖圖 111各種運(yùn)用狀態(tài)下的輸出電流波形各種運(yùn)用狀態(tài)下的輸出電流波形 2不同運(yùn)用狀態(tài)下的不同運(yùn)用狀態(tài)下的 C 管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的 C

6、max 也不同。也不同。 Co o C PP P 減小減小 PC 可提高可提高 C。 假設(shè)假設(shè)集電極瞬時(shí)電流和電壓集電極瞬時(shí)電流和電壓分別為分別為 iC 和和 vCE，則，則 PC 為為 2 0 CECC d 2 1 tviP 討論：討論：若減少若減少 PC，則要減少，則要減少 iC vCE 方法方法 1：由由甲類(lèi)甲類(lèi) 甲乙類(lèi)甲乙類(lèi) 乙類(lèi)乙類(lèi) 丙類(lèi)丙類(lèi)，即減小管子，即減小管子 在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通( (增大增大 iC = 0) )的時(shí)間。的時(shí)間。 方法方法 2：管子運(yùn)用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)管子運(yùn)用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)( (又稱丁類(lèi)又稱丁類(lèi)) )，即一周期內(nèi)即一周期內(nèi) 半飽和半截止半飽和半截止。 飽

7、和時(shí)，飽和時(shí)，vCE VCE (sat) 很小很小 PC 很?。缓苄?； 截止時(shí)，截止時(shí)，iC 很小，很小，iC vCE 也很小也很小 PC 很小。很小。 總之：總之：為提高為提高 C，管應(yīng)用狀態(tài)可取管應(yīng)用狀態(tài)可取乙類(lèi)、丙類(lèi)乙類(lèi)、丙類(lèi)或或丁類(lèi)丁類(lèi)。 但集電極電流波形失真嚴(yán)重，電路需采取特定措施但集電極電流波形失真嚴(yán)重，電路需采取特定措施( (見(jiàn)見(jiàn) 1.2 節(jié)節(jié)) )。 1.1.2電源變換電路電源變換電路 按變換方式不同：按變換方式不同： ( (1) )整流器整流器( (Rectifier) )：將電網(wǎng)提供的：將電網(wǎng)提供的50Hz50Hz的交流電能的交流電能 變換成直流電能（變換成直流電能（交流電

8、交流電- -直流電）直流電）。 ( (2) )直流直流- -直流變換器直流變換器( (DC-DC Converter) )：將一種電壓：將一種電壓 數(shù)值的直流電能變換成另一種電壓值或極性的直流電能（數(shù)值的直流電能變換成另一種電壓值或極性的直流電能（直直 流電流電- -直流電）直流電）。 ( (3) )逆變器逆變器( (Inverter) )：將直流電能變換成不同幅值和頻：將直流電能變換成不同幅值和頻 率的交流電能（率的交流電能（直流電直流電- -交流電）交流電）。 ( (4) ) 交流交流- -交流變換器交流變換器( (AC- -AC Converter) )：將一：將一50Hz50Hz 交流

9、電能變換成不同幅值或頻率的交流電能（交流電能變換成不同幅值或頻率的交流電能（交流電交流電- -交流交流 電）電）。 1.1.3功率器件功率器件 功率管是功率放大電路的關(guān)鍵器件，為保證安全功率管是功率放大電路的關(guān)鍵器件，為保證安全 工作，需了解其工作，需了解其極限參數(shù)極限參數(shù)及及安全工作區(qū)安全工作區(qū)。 功率管的種類(lèi)：功率管的種類(lèi)： ( (1) )雙極型功率晶體管雙極型功率晶體管 ( (2) )功率功率 MOS 管管 ( (3) )絕緣柵雙極型功率管絕緣柵雙極型功率管 以以雙極型雙極型功率管為例，安全工作區(qū)受如下功率管為例，安全工作區(qū)受如下極限參數(shù)極限參數(shù)限制：限制： 最大允許管耗最大允許管耗 P

10、CM。與散熱條件密切相關(guān)。與散熱條件密切相關(guān)。 基極開(kāi)路集基極開(kāi)路集 - 射反向擊穿電壓射反向擊穿電壓 V(BR)CEO 。 集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM 。 以上參數(shù)與功率管的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、封裝形式有關(guān)。以上參數(shù)與功率管的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、封裝形式有關(guān)。 一、功率管散熱和相應(yīng)的一、功率管散熱和相應(yīng)的 PCM 管耗管耗 PC 主要消耗在集電結(jié)上，使結(jié)溫升高。主要消耗在集電結(jié)上，使結(jié)溫升高。 若集電極的散熱條件良好，若集電極的散熱條件良好，集電結(jié)上的熱量很容易散集電結(jié)上的熱量很容易散 發(fā)到周?chē)諝庵腥?，則集電結(jié)就會(huì)在某一較低溫度上達(dá)到發(fā)到周?chē)諝庵腥?，則集電結(jié)就會(huì)在某一較低溫度上

11、達(dá)到 熱平衡，此時(shí)集電結(jié)上產(chǎn)生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱熱平衡，此時(shí)集電結(jié)上產(chǎn)生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱 量。量。反之，散熱條件不好，反之，散熱條件不好，集電結(jié)就會(huì)在更高的溫度上達(dá)集電結(jié)就會(huì)在更高的溫度上達(dá) 到熱平衡，甚至產(chǎn)生到熱平衡，甚至產(chǎn)生熱崩熱崩而燒壞管子。而燒壞管子。 熱崩熱崩( (Thermal Runaway) )： 集電結(jié)結(jié)溫集電結(jié)結(jié)溫( (Tj) ) iC PC Tj 如此反復(fù)，直如此反復(fù)，直 至至 Tj TjM( (集電結(jié)最高允許溫度集電結(jié)最高允許溫度) )而導(dǎo)致管子被燒壞的一種而導(dǎo)致管子被燒壞的一種 惡性循環(huán)現(xiàn)象。（例如硅管惡性循環(huán)現(xiàn)象。（例如硅管Tj=150175C）

12、提高提高 PCM 的辦法：的辦法： 圖圖 114( (a) )、( (b) ) 功率管底座上加裝散熱器功率管底座上加裝散熱器 ( (c) ) 相應(yīng)的熱等效電路相應(yīng)的熱等效電路 管子集電極直接固定在金屬底座上。管子集電極直接固定在金屬底座上。 金屬底座與管殼相連。金屬底座與管殼相連。 金屬底座還加裝金屬散熱器。金屬底座還加裝金屬散熱器。 各種散熱片 各種功率晶體管 二、二次擊穿二、二次擊穿 除除 PCM、ICM 和和V(BR)CEO 滿足安全工作條件外，要保證滿足安全工作條件外，要保證 功率管安全工作，還要求不發(fā)生功率管安全工作，還要求不發(fā)生二次擊穿二次擊穿。 二次擊穿二次擊穿( (Second

13、ary Breakdown) )： 當(dāng)集當(dāng)集 - - 射反向電壓超過(guò)射反向電壓超過(guò) V(BR)CEO 時(shí)，會(huì)引起擊穿，但時(shí)，會(huì)引起擊穿，但 只要外電路限制擊穿后的電流，管子就不會(huì)損壞，待集電只要外電路限制擊穿后的電流，管子就不會(huì)損壞，待集電 極電壓小于極電壓小于 V(BR)CEO 后，管子可恢復(fù)正常工作。后，管子可恢復(fù)正常工作。 如果發(fā)生上述擊穿，電流不加限制，就會(huì)出現(xiàn)集電極如果發(fā)生上述擊穿，電流不加限制，就會(huì)出現(xiàn)集電極 電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現(xiàn)象，即為電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現(xiàn)象，即為二次擊二次擊 穿穿。 后果：后果：過(guò)熱點(diǎn)的晶體熔化，集過(guò)熱點(diǎn)的晶體熔化，集 - - 射

14、間形成低阻通道，射間形成低阻通道， 引起引起vCE下降，下降，iC 劇增劇增，損壞功率管，且不可逆。，損壞功率管，且不可逆。 發(fā)生條件：發(fā)生條件：它在高壓低電流時(shí)發(fā)生，相應(yīng)的功率稱為它在高壓低電流時(shí)發(fā)生，相應(yīng)的功率稱為 二次擊穿耐量二次擊穿耐量 PSB。 圖圖 115圖計(jì)及二次擊穿時(shí)功率管的安全工作區(qū)圖計(jì)及二次擊穿時(shí)功率管的安全工作區(qū) 思考思考 l 所謂功率放大是放大功率嗎？ l 電壓放大電路和功率放大電路有什么區(qū)別？ l 什么是晶體管的甲類(lèi)、乙類(lèi)和甲乙類(lèi)工作狀態(tài)？ l 晶體管的最大耗散功率是否是電路的最大輸出功率？ 晶體管的耗散功率最大時(shí)，電路的輸出功率是最大嗎？ 第第 1 章章 功率電子線

15、路功率電子線路 1.2 功率放大器的電路組成功率放大器的電路組成 和工作特性和工作特性 1.2.1從一個(gè)例子講起從一個(gè)例子講起 1.2.2甲類(lèi)、乙類(lèi)功率放大器的電路組成甲類(lèi)、乙類(lèi)功率放大器的電路組成 及其功率性能及其功率性能 1.2.1從一個(gè)例子講起從一個(gè)例子講起 圖 121圖解分析(a) 圖 1-2-1 示為放大器的基本電路，現(xiàn)將其作為功率放 大器來(lái)分析它的功率性能。由此揭示功率放大電路組成及 其工作性能上的特點(diǎn)。 分析法分析法 應(yīng)應(yīng) 用用 等效電路法等效電路法 小信號(hào)小信號(hào) 圖解法圖解法 大信號(hào)大信號(hào) 冪級(jí)數(shù)法冪級(jí)數(shù)法 頻率變換頻率變換 時(shí)變參量法時(shí)變參量法 混頻混頻 電子線路分析方法電子

16、線路分析方法 功率放大器為大信號(hào)放大器，工程分析時(shí)，多采用特 性曲線上作負(fù)載線的圖解分析法。 1Q 點(diǎn)的選擇 為了使電路在管子不出現(xiàn)飽和與截止失真的條件下輸 出功率最大，需把 Q 選在負(fù)載線的中點(diǎn)，即 ， L CC L CEQCC CQ CC CEQ 22R V R VV I V V VCE(sat) 0 圖 121圖解分析 2集電極輸出電壓和電流(假設(shè) VCE(sat) 和 ICEO 為 0) 圖 121圖解分析(b) tVVvVv tIIiIi sin sin cmCEQceCEQCE cmCQcCQC 其中， CQ L CEQ L cm cm CC CEQcm , 2 I R V R V

17、 I V VV 3PD (直流功率)、PL (負(fù)載功率) 、 PC (管耗) CQCCCCC 2 0 D d 2 1 IVtiVP cmcmCQCEQL 2 C 2 0 L 2 1 d 2 1 IVIVtRiP cmcmCQCEQCCE 2 0 C 2 1 d 2 1 IVIVtivP PL 和 PC 均由直流和交流兩部分合成。例如： PL 中： )( CCCEQ D CQCEQ VV P IV 2 1 2 ，直流功率 交流功率 422 1 D CQCEQ cmcmo P IV IVP 所以 %25 D o max P P 4討論： (1) 電路組成上 甲類(lèi)功放 Cmax = 25% PD 中

18、，輸出的信號(hào)功率 Po 僅占 1/4，PD/2 消耗在 RL 上。 提高 Cmax 的辦法： 降低 Q 合理選擇管子的運(yùn)用狀態(tài)(乙類(lèi)或甲乙類(lèi)) 減小管子的靜態(tài)損耗。 消除 RL 上的直流功率改進(jìn)管外電路，使之不消 耗直流功率。 (2) 工作特性上 VCC 一定且 Q 在負(fù)載線中點(diǎn)時(shí)，欲提高輸出信號(hào)功率， 需增大 Icm(減小 RL)，但必須同時(shí)增大激勵(lì)電流。 圖圖 122RL 變化對(duì)功率性能的影響變化對(duì)功率性能的影響 RL 減小，負(fù)載線斜率改變，減小了集電極電壓振幅， 使 Po 減小； ICQ 增大，使 PD 增大，C 降低。 將與RL相匹配的 輸入激勵(lì)稱為充分激 勵(lì)（不出現(xiàn)飽和失真的最 大激

19、勵(lì)），相應(yīng)的負(fù)載 稱為匹配負(fù)載。 小信號(hào)放大器的功率匹 配負(fù)載是指數(shù)值上等于放大 器輸出電阻rce的負(fù)載，且與 輸入激勵(lì)大小無(wú)關(guān)；這種匹 配負(fù)載不適合功率放大器。 5結(jié)論 (1)在電路組成上，必須采用避免管外電路無(wú)謂消耗 直流功率的結(jié)構(gòu)。 (2)在工作特性上，輸出負(fù)載、輸入激勵(lì)和靜態(tài)工作點(diǎn) 相互牽制，要高效率輸出所需信號(hào)功率，三者必須有一個(gè) 最佳配置。 1.2.2甲類(lèi)、乙類(lèi)功率放大器的電路組成甲類(lèi)、乙類(lèi)功率放大器的電路組成 及其功率性能及其功率性能 一、甲類(lèi)變壓器耦合功率放大器 圖 123(a)原理電路 1電路 (1)輸入端 RB 偏置電阻； CB 旁路電容； Tr1 耦合變壓器。 (2)輸出

20、端 Tr2 耦合變壓器，對(duì) 交流，Tr2 起阻抗變換作用。 2電路分析 (靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析、功率性能、管安全) ( (1) )靜態(tài)分析靜態(tài)分析 畫(huà)直流通路畫(huà)直流通路 畫(huà)直流負(fù)載線 直流負(fù)載線方程： vCE = VCC 直流負(fù)載線：EF 圖 124甲類(lèi)變壓器耦合功率放大器的圖解分析 求求 Q 點(diǎn)點(diǎn) iB = IBQ， iC = ICQ， vCE = VCEQ = VCC ( (2) )動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 畫(huà)交流通路畫(huà)交流通路 畫(huà)交流負(fù)載線 交流負(fù)載線方程： 過(guò) Q 點(diǎn)作交流負(fù)載 線 MN， L R 1 斜率斜率 Lcce Riv 2 12 W W nRnR， LL CCQc i =I+i CEC

21、EQce vVv CCQ (iI) CECEQL vVR (3)功率性能 當(dāng)輸入充分激勵(lì)，Q 處在負(fù)載線中點(diǎn)時(shí)，忽略非線性 失真，且設(shè) VCE(sat) = 0，ICEO = 0，則相應(yīng)的集電極電壓和電 流分別為： ，tIIi sin cmCQC tVVv sin cmCEQCE 其中：Vcm = VCEQ = VCC LCCLcmCQcm /RVRVII 比較： 基本放大器電路， Vcm = VCC/2； 變壓器耦合電路， Vcm = VCC，若呈現(xiàn)在集電極上的負(fù) 載相等，則輸出信號(hào)功率增大 4 倍。 功率參數(shù)計(jì)算： 50%/ /2/2 /2/2/2 D o cmax DcmcmCQCCLD

22、C DCQCEQcmcmoL CQCCD PP PIVIVPPP PIVIVPP IVP 采用變壓器耦合，Cmax 將由 0.25 增大到 0.5，即 PD 的一半轉(zhuǎn)換為 Po。 若 Q 處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)，且充分激勵(lì)的條件下， 增大 VCC，或減小 ，Po 均將增大，但最后受安全工作 條件的限制。 L R (4)管安全 圖 124圖解分析 如圖 1-2-4 所示，加在集電極上的最大電壓 vCEmax = VCC + vcm 2VCC，通過(guò)集電極的最大電流 iCmax = ICQ + Icm 2ICQ 。 當(dāng) Po = 0 時(shí)，PD 全部消耗在管子中，因而消耗在集電 極上的最大功率 PCma

23、x = PD 。 安全工作條件： CMDCmax CMCQ CMCQCmax (BR)CEOCC (BR)CEOCCCEmax 2/ 2 2/ 2 PPP II IIi VV VVV 即即 即即 又， 2/2/2/ DCQCCcmcmomax PIVIVP 用 Pomax 表示，上述安全工作條件變?yōu)椋?2/ CQCCmaxo IVP 2/2/2/ CM(BR)CEO ）（）（IV V(BR)CEOICM/8 PCM/2 maxo maxo P P 圖 115 Pomax 取二者較小的值。 此外，還需檢查動(dòng)態(tài)點(diǎn)是 否落在二次擊穿限定的安全區(qū) 內(nèi)。 二、乙類(lèi)推挽功率放大器 乙類(lèi)工作時(shí)，為在負(fù)載上合

24、成完整的正弦波，必須采 用兩管輪流導(dǎo)通的推挽(Push-Pull)電路。 實(shí)現(xiàn)方案： 變壓器耦合推挽功放； 乙類(lèi)互補(bǔ)推挽功放。 1變壓器耦合功放 (1) 電路結(jié)構(gòu) Tr1：輸入變壓器，利用二次繞組的中心抽頭將 vi (t) 分 成兩個(gè)幅值相等，極性相反的激勵(lì)電壓 vi1 = vi2 ，分別加 在兩管的基 - 射極之間，實(shí)現(xiàn)兩管輪流導(dǎo)通。 Tr2：輸出變壓器，隔斷 iC1 和 iC2 到負(fù)載的平均分量， 并利用一次繞組的中心抽頭將 iC1 和 iC2 中的基波分量在 RL 中疊加，輸出正弦波。 T1 和 T2：特性配對(duì)、相同導(dǎo)電類(lèi)型的 NPN 功率管。 圖 125(a)變壓器耦合 (2) 工作原

25、理 vi1(t) 0 時(shí)， T1 導(dǎo)通(忽略射結(jié)壓降)； vi2(t) 0 時(shí)，時(shí)， T2 導(dǎo)導(dǎo)通；通； vi1(t) 0 時(shí)，時(shí)，T1 管管( (NPN 型型) ) 導(dǎo)通導(dǎo)通( (忽略射結(jié)壓降忽略射結(jié)壓降) )，T 2 管 管 ( (PNP型型) )截止，截止，iC1( ( iE1) )為正弦為正弦 波的正半周；波的正半周； vi(t) 0，T1 導(dǎo)通，負(fù)載線 AQ 過(guò) Q 點(diǎn)，斜率為 1/RL ； Vi 0，T2 導(dǎo)通，負(fù)載線 AQ 過(guò) Q 點(diǎn)，斜率為 1/RL 。 (2) 性能分析(忽略失真) 一般性能分析 在 0 t 時(shí)，iC2 0 iC1 Icmsin t t 2 時(shí)，iC1 0 i

26、C2 Icmsin t 集 - 射極間電壓： VCE1 = VCC Vcmsin t，VCE2 = VCC Vcmsin t 通過(guò) RL 的電流：tIiiiiisin cmC2C1EE1L 2 相應(yīng)產(chǎn)生的電壓： tVvsin cmL RL 上的輸出功率： PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2 正負(fù)電源總的直流功率： PD = PD1 + PD2 = 2VCCIC0 = 2VCCIcm/ 若充分激勵(lì)：與 RL 相匹配的輸入激勵(lì)(不出現(xiàn)飽和 失真的最大激勵(lì))。 令 VCE(sat) = 0，ICEO = 0，則 Vcm = VCC，Icm = VCC/RL 相應(yīng) Po 和 P

27、D 達(dá)到最大，即 L 2 CCcmcm omax 2 2R VIV P omax L 2 CC L 2 CCcmCC Dmax 4 ) 2 ( 4 22 P R V R VIV P 乙類(lèi)功放的最大集電極效率 %5 .78 4 Cmax 比甲類(lèi)功放高 若激勵(lì)不足 Vcm 減小，引入電源電壓利用系數(shù) 表示 Vcm的減小程 度。 定義 = Vcm/VCC omax 2 L CC 2 2 L cm 2 o 2 1 2 1 P R V R V P omax L 2 CC L CCCCcmCC D 42 2 2P R V R VVIV P 4 D o C P P 集電極管耗： omax 2 omax 2

28、oDC2C1 ) 2 12 () 4 ( 2 1 2/ )(PPPPPP 分析：當(dāng)輸入激勵(lì)由大減小，即 減小時(shí)，Po、PD、C 均單調(diào)減小，而 PC1 和 PC2 的變化非單調(diào)， 時(shí)最大，其值為 636. 0 2 omaxomax 2 max2Cmax1C 2 . 0 2 PPPP PD, C Cmax(0.785) C 圖 127 功放性能隨 變化的特性： 小時(shí)，小時(shí)，PD 、Po 、 、 C ?。??。?接近接近 1 時(shí)，時(shí)，PD 、Po 、 C 大。大。 結(jié)論：結(jié)論： PC 非單調(diào)變化，非單調(diào)變化，兩兩 頭小，中間大。頭小，中間大。 PD 隨隨 ( (激勵(lì)激勵(lì)) )線性線性 增大，與甲類(lèi)

29、增大，與甲類(lèi)( (不變不變) )不同。不同。 (3) 管安全 由 2 L 2 CC o 2 R V P 增大 VCC，減小 RL，且輸入充分激勵(lì)，輸出功率將增大， 但最后受到下列安全工作條件的限制： (BR)CEOCCCEmax 2VVv CM L CC cmCmax I R V Ii PC1max PC2max 0.2Pomax PCM CM max o CM(BR)CEOCMCC max o 5 4 1 2 1 PP IVIVP 取其中的小值 檢查二次擊穿。 思考 l 互補(bǔ)式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的兩倍？ l 擴(kuò)音機(jī)的輸出功率是交流功率還是直流功率？若輸出電 壓的最大幅值為1

30、0V，負(fù)載電阻為4歐，則輸出功率是 25W嗎？ l 在電源電壓相同且負(fù)載電阻也相同的情況下，對(duì)于不同 電路形式的功放，最大輸出功率都相同嗎？它們與電路 中晶體管的工作狀態(tài)（甲類(lèi)、乙類(lèi)等）有關(guān)嗎？什么樣 的電路轉(zhuǎn)換效率高？ 變壓器耦合功放電路 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)阻抗變換 缺點(diǎn)：體積龐大、笨重、消 耗有色金屬，且效率低，低頻和 高頻特性均較差。 OTL電路：由于負(fù)載電流較大，電容容 量常選為幾千微法，且為電解電容， （電容量愈大，電路低頻特性愈好）， 但當(dāng)電容容量增大到一定程度時(shí)，由于 兩個(gè)極板面積很大，且卷制而成，電解 電容不再是純電容，而存在漏阻和電感 效應(yīng)，使低頻特性不會(huì)明顯改善。 OCL電路： 優(yōu)

31、點(diǎn)：沒(méi)有采用變壓器和大電容 缺點(diǎn)：在制作負(fù)電源時(shí)仍需采用變 壓器或帶鐵芯的電感、大電容，因此就 整個(gè)電路系統(tǒng)而言未必是最佳方案。 BTL電路（橋式推挽功率放大電路）： 所用管子數(shù)量最多，難于做到四只管子 特性理想對(duì)稱；且管子的總損耗大，必 然使得轉(zhuǎn)換效率降低；電路的輸入和輸 出均無(wú)接地點(diǎn)，因此有些場(chǎng)合不適用。 （1-10）例）例1. 如圖所示為三種甲類(lèi)功率放大器的輸出電路，如圖所示為三種甲類(lèi)功率放大器的輸出電路， 采用相同的功率管及采用相同的功率管及VCC值。設(shè)值。設(shè)VCE(sat) = 0，I CEO = 0，變，變 壓器是理想無(wú)耗的，試在同一輸出特性曲線上作出各電路壓器是理想無(wú)耗的，試在同

32、一輸出特性曲線上作出各電路 的交、直流負(fù)載線，并求這三種放大器的最大輸出功率之的交、直流負(fù)載線，并求這三種放大器的最大輸出功率之 比。比。 1.2.3乙類(lèi)推挽功率放大器實(shí)際電路乙類(lèi)推挽功率放大器實(shí)際電路 從原理電路到實(shí)用電路，還需解決如下等問(wèn)題：從原理電路到實(shí)用電路，還需解決如下等問(wèn)題： 交越失真交越失真 加偏置電路；加偏置電路； 雙電源雙電源 單電源供電；單電源供電； 互補(bǔ)管難配互補(bǔ)管難配 準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路；準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路； 安全安全 過(guò)載保護(hù)；過(guò)載保護(hù)； 充分激勵(lì)充分激勵(lì) 輸入激勵(lì)電路。輸入激勵(lì)電路。 一、交越失真和偏置電路一、交越失真和偏置電路 1交越失真交越失真( (Crossover

33、Distortion) ) ( (1) )定義定義 在零偏置條件下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓在零偏置條件下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓 波形在銜接處出現(xiàn)的失真，稱波形在銜接處出現(xiàn)的失真，稱交越失真交越失真。 圖圖 132圖解分析圖解分析乙類(lèi)推挽電路時(shí)，兩管的合成傳輸特性乙類(lèi)推挽電路時(shí)，兩管的合成傳輸特性 ( (2) ) 解決途徑解決途徑 圖圖 133加偏置的互補(bǔ)加偏置的互補(bǔ)推挽電路及其傳輸特性推挽電路及其傳輸特性 輸入端兩管適當(dāng)正偏，使其工作在輸入端兩管適當(dāng)正偏，使其工作在甲乙類(lèi)甲乙類(lèi)。 由傳輸特性可見(jiàn)：只要由傳輸特性可見(jiàn)：只要 VBB 取值合適，上下兩路傳輸特取值合適，上下兩路傳輸

34、特 性起始段的彎曲部分就可相互補(bǔ)償，性起始段的彎曲部分就可相互補(bǔ)償，合成傳輸特性趨近于合成傳輸特性趨近于 直線直線，在輸入正弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓。，在輸入正弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓。 ( (3) )常用電路常用電路 二極管偏置電路二極管偏置電路 VBE 倍增電路倍增電路 2二極管偏置電路二極管偏置電路 在集成電路中，在集成電路中，偏置二極管通常由晶體管取代，如圖偏置二極管通常由晶體管取代，如圖 1- -3- -4( (b) )所示。或者用互補(bǔ)所示。或者用互補(bǔ)管管 T3、T4 取代取代，如圖，如圖 1- -3- -4( (c) ) 所示所示。 圖圖 1- -3- -4二極

35、管偏置電路二極管偏置電路 3VBE 倍增電路倍增電路 圖圖 135VBE 倍增偏置電路倍增偏置電路 )1( 2 1 BE3BB R R VV ( (1) )偏置電路偏置電路 由由 T3、R1、R2 組成，且由電組成，且由電 流源流源 IR 激勵(lì)，為互補(bǔ)功率管激勵(lì)，為互補(bǔ)功率管 T1、 T2 提供提供偏置電壓偏置電壓 VBB。 對(duì)于交流通路，對(duì)于交流通路，T3、R1 構(gòu)成構(gòu)成電壓電壓負(fù)反饋電路，反饋電負(fù)反饋電路，反饋電 路的輸出電阻很小，幾乎不影響輸入信號(hào)的傳輸。路的輸出電阻很小，幾乎不影響輸入信號(hào)的傳輸。 ( (2) )倍增原理倍增原理 )1( 2 1 BE3BB 21 2 BBBE3 R R

36、 VV RR R VV 式中，式中，VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS)； 圖圖 135VBE 倍增偏置電路倍增偏置電路 上式表明：偏置電路提供的偏上式表明：偏置電路提供的偏 置電壓置電壓 VBB 是是 VBE3 的倍增值，且的倍增值，且 其值受其值受 R1 和和 R2 控制，故稱為控制，故稱為 VBE 倍增電路倍增電路。 ( (3) )熱補(bǔ)償熱補(bǔ)償 T ICQ VBE3 VBB ICQ )1( 2 1 BE3BB R R VV 二、單電源供電的互補(bǔ)推挽電路二、單電源供電的互補(bǔ)推挽電路( (OTL) ) 圖圖 136 1電路特點(diǎn)電路特點(diǎn) 單電源供電單電源供

37、電 負(fù)載串接大容量隔直電容負(fù)載串接大容量隔直電容 CL。VCC 與兩管串接，若兩管特與兩管串接，若兩管特 性配對(duì)，則性配對(duì)，則 VO = VCC/2，CL 等效等效 為為電壓等于電壓等于 VCC/2 的直流電源的直流電源。 2工作原理工作原理 T1 管的直流供電電壓：管的直流供電電壓：VCC VO = VCC/2， T2 的供電電的供電電 壓：壓：0 VO = VCC/2。 單單電源供電電路等效為電源供電電路等效為 VCC/2 和和 VCC/2 的的雙雙電源供電電源供電 電路。電路。 三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路 1問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 互補(bǔ)互補(bǔ)要求兩功率管特性要求兩功率管特性配對(duì)配對(duì)

38、，難實(shí)現(xiàn)。，難實(shí)現(xiàn)。 2解決辦法解決辦法 采用復(fù)合管取代互補(bǔ)管，構(gòu)成采用復(fù)合管取代互補(bǔ)管，構(gòu)成準(zhǔn)準(zhǔn) 互補(bǔ)推挽電路互補(bǔ)推挽電路。 3電路電路 圖圖 137準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路 復(fù)合管復(fù)合管 T1、T2 等效為等效為 NPN 型管；型管； T3與與 T4 等效為等效為 PNP 型管。型管。 三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路 3電路電路 復(fù)合管復(fù)合管 T1、T2 等效為等效為 NPN 型管；型管； T3與與 T4 等效為等效為 PNP 型管。型管。 其中，其中，T1、T3 為小功率管，它們?yōu)樾」β使埽鼈?之間是之間是互補(bǔ)的互補(bǔ)的，T2、T4 為大功率管，為大功率管， 它們是它們是同型同

39、型，便于特性配對(duì)，故稱為，便于特性配對(duì)，故稱為 準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。 R1，R2( (幾百歐姆幾百歐姆) 減小復(fù)合管的反向飽和電流。減小復(fù)合管的反向飽和電流。 四、保護(hù)電路四、保護(hù)電路 1必要性必要性 實(shí)際可能發(fā)生負(fù)載短路，電流迅速增大等實(shí)際可能發(fā)生負(fù)載短路，電流迅速增大等異?，F(xiàn)象，異?，F(xiàn)象， 造成功率管損壞。為了造成功率管損壞。為了安全安全起見(jiàn)起見(jiàn)，應(yīng)有應(yīng)有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱 保護(hù)。保護(hù)。 2過(guò)流保護(hù)電路過(guò)流保護(hù)電路 ( (1) )電路電路 圖圖 138限流保護(hù)電路限流保護(hù)電路 T1、T2：保護(hù)管；：保護(hù)管；R1、R2 ： 過(guò)流取樣電阻。過(guò)流取樣電阻。 ( (2) )

40、原理原理 以保護(hù)管以保護(hù)管 T1 為例。為例。 四、保護(hù)電路四、保護(hù)電路 2過(guò)流保護(hù)電路過(guò)流保護(hù)電路 ( (1) )電路電路 T1、T2 ：保護(hù)管；：保護(hù)管；R1、R2 ： 取樣電阻。取樣電阻。 ( (2) )原理原理 以保護(hù)管以保護(hù)管 T1 為例。為例。 正常時(shí)正常時(shí)，VR1 不足以使不足以使 T1 導(dǎo)通導(dǎo)通，不起保護(hù)作用。，不起保護(hù)作用。 異常時(shí)異常時(shí)，VR1 使使 T1導(dǎo)通，分流導(dǎo)通，分流 i1，限制限制 T3 管的輸出電管的輸出電 流，起到了限流保護(hù)作用。流，起到了限流保護(hù)作用。 T2 對(duì)對(duì) T4 的限流保護(hù)作用同上。的限流保護(hù)作用同上。 五、輸入激勵(lì)電路五、輸入激勵(lì)電路 1必要性必要

41、性 互補(bǔ)功放互補(bǔ)功放, 功率管為射隨器，功率管為射隨器，Av 1。若要求輸出最大。若要求輸出最大 信號(hào)功率，則要求激勵(lì)信號(hào)功率，則要求激勵(lì) 級(jí)提供振幅接近電源電級(jí)提供振幅接近電源電 壓的推動(dòng)電壓壓的推動(dòng)電壓( (單電源單電源 為為 VCC /2 ) )。 2電路電路 圖圖 139( (a) )未加未加自舉電容的電路自舉電容的電路 ( (b) )輸入激勵(lì)級(jí)圖解分析輸入激勵(lì)級(jí)圖解分析 T3：輸入激勵(lì)級(jí)，輸入激勵(lì)級(jí)， T3 的直流負(fù)載的直流負(fù)載 R( (忽略忽略 T1 和和 T2基基 極電流極電流) )，直流負(fù)，直流負(fù) 載線為載線為。 圖圖 139( (a) )未加未加自舉電容的電路自舉電容的電路

42、( (b) )輸入激勵(lì)級(jí)圖解分析輸入激勵(lì)級(jí)圖解分析 3輸出振幅輸出振幅 交流負(fù)載交流負(fù)載 r R/ri R，則，則 交流負(fù)載線如交流負(fù)載線如 曲線曲線 所示所示，輸出信號(hào)，輸出信號(hào) 電 壓 振 幅 可 接 近電 壓 振 幅 可 接 近 VCC/2。 4改進(jìn)電路改進(jìn)電路 電流源電流源構(gòu)成有源負(fù)載放大器，直流電阻小，交流電構(gòu)成有源負(fù)載放大器，直流電阻小，交流電 阻大。阻大。 采用采用自舉電路自舉電路 圖圖 139 ( (c) )加自舉電容的電路加自舉電容的電路 R1 ，R2 ， C2，取代，取代 R 。特。特 點(diǎn)：交流電位由點(diǎn)：交流電位由 O 經(jīng)經(jīng) C2 自舉自舉到到 C 點(diǎn)，即點(diǎn)，即 vC vO

43、。 工作原理：工作原理：Av 1，故，故 vB vO vC，通過(guò)，通過(guò) R2 的交流電流的交流電流 i 0， 因而從因而從 B 點(diǎn)向虛線框看進(jìn)去的點(diǎn)向虛線框看進(jìn)去的交交 流電阻流電阻( (vB/i) )很大，很大，趨于無(wú)窮趨于無(wú)窮，T3 的 交 流 負(fù) 載 電 阻 便 近 似 等 于的 交 流 負(fù) 載 電 阻 便 近 似 等 于 T1( (或或 T2) )電路的輸入電阻電路的輸入電阻(一般此一般此 值值 R1 + R2)。 例：例：如圖所示為兩級(jí)功放電路，其中，如圖所示為兩級(jí)功放電路，其中，T Tl l、T T2 2工作于乙類(lèi)，工作于乙類(lèi)， 試指出試指出T T4 4、R R2 2、R R3 3

44、的作用。當(dāng)輸人端加上激勵(lì)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的作用。當(dāng)輸人端加上激勵(lì)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生 的負(fù)載電流為的負(fù)載電流為i iL L = 2sin = 2sin t t（A A），），試試計(jì)算：計(jì)算： （1 1）當(dāng)）當(dāng)R RL L = 8 = 8 時(shí)的輸出功率時(shí)的輸出功率P PL L； （2 2）每管的管耗）每管的管耗P PC C； （3 3）輸出級(jí)的效率）輸出級(jí)的效率 C C。 （設(shè)設(shè)R R5 5、R R6 6電阻不計(jì)電阻不計(jì)） 例：例：如圖所示為兩級(jí)功放電路，其中，如圖所示為兩級(jí)功放電路，其中，T Tl l、T T2 2工作于乙類(lèi)，工作于乙類(lèi)， 試指出試指出T T4 4、R R2 2、R R3 3的作用。當(dāng)輸人端加

45、上激勵(lì)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的作用。當(dāng)輸人端加上激勵(lì)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生 的負(fù)載電流為的負(fù)載電流為i iL L = 2sin = 2sin t t（A A），），試試計(jì)算：計(jì)算： （1 1）當(dāng)）當(dāng)R RL L = 8 = 8 時(shí)的輸出功率時(shí)的輸出功率P PL L； （2 2）每管的管耗）每管的管耗P PC C； （3 3）輸出級(jí)的效率）輸出級(jí)的效率 C C。 （設(shè)設(shè)R R5 5、R R6 6電阻不計(jì)電阻不計(jì)） W16 2 1 L 2 cmL RIP ，W47.25 )( cmCC D IV P W74. 4 2 LD C PP P %83.62)4/(8 . 0 2/ C CC cm ， V V (1) (2) (

46、3) 第 1 章 功率電子線路 1.4功率合成技術(shù)功率合成技術(shù) 1.4.1功率合成電路的作用 1.4.2傳輸線變壓器 1.4.3用傳輸線變壓器構(gòu)成的魔 T 混合網(wǎng)絡(luò) 1.4.1功率合成電路的作用功率合成電路的作用 一個(gè)理想的功率合成電路應(yīng)該具有以下特點(diǎn)： N 個(gè)同類(lèi)型的功率放大器，它們的輸出振幅相 等，通過(guò)功率合成器輸出給負(fù)載的功率應(yīng)等于各功率放 大器輸出功率的和。 與功率合成器連接的各功率放大器彼此隔離， 任何一個(gè)功率放大器發(fā)生故障時(shí)，不影響其他放大器的 功率輸出。 實(shí)現(xiàn)功率合成的電路種類(lèi)很多，一般都由無(wú)源元件 組成，統(tǒng)稱為魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需 要功率合成電路具有寬帶特性，

47、這種功率合成電路由傳 輸線變壓器構(gòu)成。 1.4.2傳輸線變壓器傳輸線變壓器 一、變壓器和傳輸線的工作頻帶一、變壓器和傳輸線的工作頻帶 高頻變壓器：由于線圈的漏感和匝間分布電容的 作用，其上限頻率只能工作在幾十兆赫，下限頻率受 有限激磁電感量的限制。 傳輸線：傳輸線就是連接信號(hào)源和負(fù)載的兩根導(dǎo) 線，它的上限頻率與導(dǎo)線長(zhǎng)度 l 有關(guān)，l 越小，上限頻 率 fH 越高。當(dāng)信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線長(zhǎng)度時(shí)，傳輸線就 是兩根普通的連接線，它的下限頻率為零。 傳輸線如圖 143 所示。 圖 1-4-3傳輸線 設(shè)上限頻率 fH 對(duì)應(yīng) 的波長(zhǎng)為 min ,取 min 10 1 8 1 l *可以認(rèn)為： 在上限 頻率范

48、圍內(nèi)，線上電壓 和電流出處相等。（條件： 傳輸線是無(wú)損耗的，即Rs=RL=Zc） v1 v2 v， i1 i2 i 二、傳輸線變壓器的工作原理二、傳輸線變壓器的工作原理 傳輸線變壓 器原理圖如圖 1 44(a)所示。 將傳輸線繞 于磁環(huán)上便構(gòu)成 傳輸線變壓器。 傳輸線可以是同 軸電纜、雙絞線、 或帶狀線，磁環(huán) 一般是鎳鋅高磁 導(dǎo)率的鐵氧體。 參見(jiàn)圖 144(b)，在高頻時(shí)，傳輸線變壓器以電 磁能交替變換的傳輸方式傳送能量。 如圖 144(c) 所示，在低頻時(shí)，由 于傳輸線繞在磁環(huán)上， 1 端和 2 端與 3 端 和 4 端的短導(dǎo)線成 為較大的電感線圈， 避免了信號(hào)源和負(fù)載 被短接，實(shí)現(xiàn)了倒相

49、作用。能量通過(guò)傳輸 線方式和磁耦合方式 傳送。 三、傳輸線變壓器功能三、傳輸線變壓器功能 1對(duì)稱與不對(duì)稱變換 對(duì)稱 不對(duì)稱變換，將對(duì)地對(duì)稱的雙端輸入信號(hào) 轉(zhuǎn)換為對(duì)地不對(duì)稱的單端輸出信號(hào)，如圖 146(a)所 示。 圖 1-4-6對(duì)稱與不對(duì)稱變壓器 (a) 對(duì)稱-不對(duì)稱(b) 不對(duì)稱-對(duì)稱 不對(duì)稱 對(duì)稱變換，將對(duì)地不對(duì)稱的單端輸入信 號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地對(duì)稱的雙端輸出信號(hào)，如圖 146(b)所 示。 (a) 對(duì)稱 不對(duì)稱(b) 不對(duì)稱 對(duì)稱 2阻抗變換器 傳輸線變壓器可以構(gòu)成阻抗變換器，由于結(jié)構(gòu)的限 制，通常只能實(shí)現(xiàn)特定的阻抗比的變換。 4 : 1 阻抗變換器如圖 147(a)所示，圖中阻抗關(guān) 系為 i

50、 v i v R 22 o L Li 4 2 4 2 R i v i v R i v i v R 22 o L Li 4 2 4 2 R i v i v R 實(shí)現(xiàn) 4 : 1 的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗 為 Lc 2 2 2R i v i v Z 1 : 4 阻抗變換器如圖 147(b)所示，圖中阻抗關(guān) 系為 i v i v R 2 o L Li 4 1 4 2 2 R i v i v R 實(shí)現(xiàn) 1 : 4 的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗 為 Lc 2 12 2 1 R i v i v Z 1.4.3用傳輸線變壓器構(gòu)成的用傳輸線變壓器構(gòu)成的 魔魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)混合網(wǎng)絡(luò) 一、功率合成

51、一、功率合成 輸入信號(hào)接在 A 端和 B 端，根據(jù)節(jié) 點(diǎn)方程 i ia id，i id ib i ia id，i id ib 求出 )( 2 1 bad iii )( 2 1 ba iii 而 ic 2i ia ib i ia id，i id ib )( 2 1 bad iii )( 2 1 ba iii ic 2i ia ib 1輸入為等值反相信 號(hào) ia ib Imsin t， va vb Vmsin t 因?yàn)?ic 0，所以 C 端無(wú)功率輸出。 vd va vb 2Vmsin t， tIiii sin)( 2 1 mbad ia ib Imsin t， va vb Vmsin t 因?yàn)?

52、ic 0，所以 C 端無(wú) 功率輸出。 vd va vb 2Vmsin t， tIiii sin)( 2 1 mbad D 端的輸出功率 ba mm d 2 2 PP IV P 輸出功率為 A 端輸入功率和 B 端輸入功率的和。 每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載 2 2/ d d d b b a a L R i v i v i v R 2輸入為等值同相信號(hào) ia ib Imsin t， va vb Vmsin t 因?yàn)?id 0 所以 D 端無(wú)功率輸出。 vc va vb Vmsin t， ic ia ib 2Imsin t C 端的輸出功率 ba mm c 2 2 PP IV P 輸出功率為 A 端輸

53、入功率和 B 端輸入功率的和。 2輸入為等值同相信號(hào) ia ib Imsin t， va vb Vmsin t 因?yàn)?id 0， 所以 D 端無(wú)功率輸出。 vc va vb Vmsin t， ic ia ib 2Imsin t C 端的輸出功率 ba mm c 2 2 PP IV P 輸出功率為 A 端輸入功率和 B 端輸入功率的和。 每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載 c c c b b a a L 2 2/ R i v i v i v R 3異常輸入情況 ia ib，va vb 根據(jù)電路的約束條件 acddc 1 2 2 vvvi RiR cbdcb 2 2 1 iRRivvv 將)( 2 1 ba

54、d iii )( 2 1 ba iii 代入并整理，求解出 cd c d b cd c d aa 44 RR R R v RR R R vi cd c d a cd c d bb 44 RR R R v RR R R vi cd c d b cd c d aa 44 RR R R v RR R R vi cd c d a cd c d bb 44 RR R R v RR R R vi 若取 dc 4 1 RR ia 僅與 va 有關(guān)，ib 僅與 vb 有關(guān)。實(shí)現(xiàn)了 A 端和 B 端 的隔離，稱為 A、B 間的隔離條件。 二、功率分配二、功率分配 1同相功率分配 同相功率分配電路如圖 149(a

55、)所示。 ic = 2i ，ia = i id ，ib = i + id ，vd = idRd = iaRa ibRb 整理得到 bad ba c bad ba d 2 1 RRR RR i RRR RR ii 圖 149功率分配電路 (a) 同相 ic = 2i ，ia = i id ，ib = i + id ， vd = idRd = iaRa ibRb bad ba c bad ba d 2 1 RRR RR i RRR RR ii 取 Ra Rb R 則id 0 D 端無(wú)功率輸出。 ia ib ic /2 A 端和 B 端獲得等值同相 功率。 C 端的等效負(fù)載為 R/2。 圖 149功

56、率分配電路 (b) 反相 2反相功率分配 反相功率分配電路如圖 14 9(b)所示。 同理可以證明：當(dāng) Ra Rb R 時(shí) ic 2i 0 ia ib id 則 ic 0 C 端無(wú)功率輸出。 A 端和 B 端獲得等值 反相功率。 D 端的等效負(fù)載為 2R。 三、另一種混合網(wǎng)絡(luò) 第第 2 章章諧振功率放大器諧振功率放大器 2.1諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原理 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) 2.3諧振功率放大器電路諧振功率放大器電路 2.4高頻功率放大器高頻功率放大器 使用諧振功率放大器的目的：放大高頻大信號(hào)使發(fā) 射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。 功率信號(hào)

57、放大器使用中需要解決的兩個(gè)問(wèn)題： 高效率輸出高功率輸出 諧振功率放大器通常用來(lái)放大窄帶高頻信號(hào),其工作 狀態(tài)通常選為丙類(lèi)工作狀態(tài)，為了不失真的放大信 號(hào)，它的負(fù)載必須是諧振回路。 非諧振功率放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高 頻功率放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無(wú)調(diào)諧負(fù) 載，工作在甲類(lèi)或乙類(lèi)工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放 大器以寬帶傳輸線為負(fù)載。 諧振功率放大器的分析方法：圖解法，解析法 第第 2 章章 諧振功率放大器諧振功率放大器 諧振功放：諧振功放：一種用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大一種用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大 器。器。 圖圖 2- -2- -1( (a) )諧振功率放大器諧振功率放大

58、器 原理電路原理電路 特點(diǎn)：特點(diǎn)：負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)為諧振系統(tǒng)負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)為諧振系統(tǒng) 應(yīng)用狀態(tài)：應(yīng)用狀態(tài)：丙類(lèi)丙類(lèi)( (或丁類(lèi)、乙類(lèi)或丁類(lèi)、乙類(lèi)) ) 用途：用途：對(duì)載波或已調(diào)波進(jìn)行功率放大對(duì)載波或已調(diào)波進(jìn)行功率放大 種類(lèi)：種類(lèi)：丙類(lèi)諧振功放丙類(lèi)諧振功放 丁類(lèi)、戊類(lèi)諧振功放丁類(lèi)、戊類(lèi)諧振功放 倍頻器倍頻器 本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：工作原理、性能分析、工作原理、性能分析、 電路。電路。 2.1丙類(lèi)諧振功率放大器丙類(lèi)諧振功率放大器 1電路組成電路組成 圖圖 211諧振功率放大器原理電路諧振功率放大器原理電路 ZL 外接負(fù)載外接負(fù)載，呈阻，呈阻 抗性，用抗性，用 CL 與與 RL 串聯(lián)等效串聯(lián)等效 電路表示。

59、電路表示。 Lr 和和 Cr 匹配網(wǎng)匹配網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)，與，與 ZL 組成并聯(lián)諧振組成并聯(lián)諧振 回路。調(diào)節(jié)回路。調(diào)節(jié) Cr 使回路諧使回路諧 振在輸入信號(hào)頻率。振在輸入信號(hào)頻率。 VBB 基極偏置電壓基極偏置電壓，使功率管，使功率管 Q 點(diǎn)設(shè)在截止區(qū)，點(diǎn)設(shè)在截止區(qū)， 以實(shí)現(xiàn)丙類(lèi)工作。以實(shí)現(xiàn)丙類(lèi)工作。 2集電極電流集電極電流 iC 圖圖 212 輸入輸入vb(t) = Vbmcos st 據(jù)據(jù)vBE = VBB + vb(t) = VBB + vbmcos st 由靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性由靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性( (iC-vBE) )，得集電極，得集電極 電流電流 iC 波形：波形：脈寬小于半個(gè)周期的脈脈寬小于半個(gè)周期的

60、脈 沖序列沖序列。傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)。傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi) tItIIi sc2msc1m0CC cos2cos 為為平均分量、基波分量平均分量、基波分量和和各次諧波分量各次諧波分量之和之和。 3輸出電壓輸出電壓 vo ( (1) )對(duì)基波分量對(duì)基波分量 阻抗最大，為諧振電阻阻抗最大，為諧振電阻 Re( (諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻 率上，因而對(duì)率上，因而對(duì) iC 中的基波分量呈現(xiàn)的阻抗最大，且為純電中的基波分量呈現(xiàn)的阻抗最大，且為純電 阻阻) )。 在高在高 Q 回路中，其回路中，其 Re 近似為近似為 Lt r L 2 r 2 0 e RC L R L R 式中，式中， Lr