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 乙類推挽功率放大電路乙類推挽功率放大電路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)換為輸出信號(hào)功率，一般用效直流電

2、源的直流功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率，一般用效率來評(píng)價(jià)這種轉(zhuǎn)換能力。率來評(píng)價(jià)這種轉(zhuǎn)換能力。與其它放大電路本質(zhì)上沒有與其它放大電路本質(zhì)上沒有區(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：種類： ( (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特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)。工作在大

3、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 oo oD Do oC CPPPPP 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 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，

4、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，前者可以通過增加前置級(jí)禰補(bǔ)。更重要，前者可以通過增加前置級(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、乙類、甲乙類、丙類甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。等多種。 甲類：功率管在甲類：功率管在一個(gè)一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通周期內(nèi)導(dǎo)通 ， c = 2 。 乙類：功率管僅在乙類：功率管僅在半個(gè)半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，

5、周期內(nèi)導(dǎo)通， c = 。 甲乙類：管子在甲乙類：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：功率管在丙類：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)通常靠選擇通?？窟x擇靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。功率管的運(yùn)用狀態(tài)功率管的運(yùn)用狀態(tài)根據(jù)下列曲線說出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：根據(jù)下列曲線說出功率管的應(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 Cmax 也不同。也不同。 CooCPPP 減

6、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 20CECCd21tviP 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：由由甲類甲類 甲乙類甲乙類 乙類乙類 丙類丙類，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)用于開關(guān)狀態(tài)管子運(yùn)用于開關(guān)狀態(tài)( (又稱丁類又稱丁類) )，即一周期內(nèi)即一周期內(nèi)半飽和半截止半飽和半截止。飽和時(shí)，飽和時(shí)，vCE VCE (sat) 很小很小 PC 很小；很小；

7、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、丙類乙類、丙類或或丁類丁類。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( (見見 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（交流電交流電- -直流電）直流電）。( (2) )直流直流- -直流變換器直流變換器

8、( (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-

9、-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：功率管的種類：( (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 PCM。與散熱條件密切相關(guān)。與散熱條件密切相關(guān)。 基極開路集基極開路集 - 射反向擊穿電壓射反向擊穿電壓

10、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)到周圍空氣中去，則集電結(jié)就會(huì)在某一較低溫度上達(dá)到發(fā)到周圍空氣中去，則集電結(jié)就會(huì)在某一較低溫度上達(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。

11、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）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

12、( (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( (Secondary Breakdown) )：當(dāng)集當(dāng)集 - - 射反向電壓超過射反向電壓超過 V(BR)CEO 時(shí)，會(huì)引起擊穿，但時(shí)，會(huì)引起擊穿，但

13、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：過熱點(diǎn)的晶體熔化，集過熱點(diǎn)的晶體熔化，集 - - 射間形成低阻通道，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

14、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)功率管的安全工作區(qū)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、乙類和甲乙類工作狀態(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

15、甲類、乙類功率放大器的電路組成甲類、乙類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

16、功率最大，需把 Q 選在負(fù)載線的中點(diǎn)，即 ，LCCLCEQCCCQCCCEQ22RVRVVIVV 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)tVVvVvtIIiIisinsincmCEQceCEQCEcmCQcCQC其中，CQLCEQLcmcmCCCEQcm,2IRVRVIVVV3PD (直流功率)、PL (負(fù)載功率) 、 PC (管耗)CQCCCCC20Dd21IVtiVP cmcmCQCEQL2C20L21d21IVIVtRiP cmcmCQCEQCCE20C21d21IVIVtivP PL 和 P

17、C 均由直流和交流兩部分合成。例如： PL 中：)(CCCEQDCQCEQVVPIV212，直流功率交流功率 4221DCQCEQcmcmoPIVIVP所以 %25Domax PP 4討論：(1) 電路組成上甲類功放 Cmax = 25%PD 中，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)(乙類或甲乙類)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

18、 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??； 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、乙類功率放大器的電路組成甲類、

19、乙類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 畫直流通路畫直流通路 畫直流負(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 畫交流通路畫交流通路 畫交流

20、負(fù)載線交流負(fù)載線方程：過 Q 點(diǎn)作交流負(fù)載線 MN，LR1斜率斜率LcceRiv212WWnRnR，LLCCQc i =I+iCECEQcevVvCCQ (iI)CECEQLvVR (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 sincmCQC tVVv sincmCEQCE 其中：Vcm = VCEQ = VCCLCCLcmCQcm/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

21、大 4 倍。功率參數(shù)計(jì)算：50%/2/2/2/2/2DocmaxDcmcmCQCCLDCDCQCEQcmcmoLCQCCD PPPIVIVPPPPIVIVPPIVP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。LR (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，通過集電極的最大電流 iCmax = ICQ + Icm 2ICQ 。 當(dāng) Po = 0 時(shí)，P

22、D 全部消耗在管子中，因而消耗在集電極上的最大功率 PCmax = PD 。 安全工作條件：CMDCmaxCMCQCMCQCmax(BR)CEOCC(BR)CEOCCCEmax2/22/2PPPIIIIiVVVVV 即即即即又，2/2/2/DCQCCcmcmomaxPIVIVP 用 Pomax 表示，上述安全工作條件變?yōu)椋?/CQCCmaxoIVP 2/2/2/CM(BR)CEO）（）（IV V(BR)CEOICM/8 PCM/2 maxomaxoPP圖 115Pomax 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、乙類推挽功率放大器乙類工作時(shí)，為在負(fù)載上合成完整

23、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)電類型的 NPN 功率管。圖 125(a)變壓器耦合(2) 工作原理vi1(t) 0 時(shí)，

24、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) )，T2 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 Q 點(diǎn)，斜率為 1/RL ；Vi 0，T2 導(dǎo)通，負(fù)載線 AQ 過 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 iC2 Icmsin t集 - 射極間電壓：

25、VCE1 = VCC Vcmsin t，VCE2 = VCC Vcmsin t通過 RL 的電流：tIiiiiisincmC2C1EE1L2相應(yīng)產(chǎn)生的電壓：tVvsincmLRL 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 PD 達(dá)到最大，即L2CCcmcmomax2 2RVIVP omax

26、L2CCL2CCcmCCDmax4)2(422PRVRVIVP 乙類功放的最大集電極效率%5 .784Cmax 比甲類功放高 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/VCComax2LCC22Lcm2o2121PRVRVP omaxL2CCLCCCCcmCCD4222PRVRVVIVP 4DoC PP集電極管耗：omax2omax2oDC2C1)212()4(212/ )(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. 02 omaxomax2max

27、2Cmax1C2 . 02PPPP 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，與甲類增大，與甲類( (不變不變) )不同。不同。(3) 管安全由2L2CCo2 RVP 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)CEOCCCEmax2VVv CMLCCcmCmaxIRVIi PC1max

28、PC2max 0.2Pomax PCM CMmaxoCM(BR)CEOCMCCmaxo54121PPIVIVP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10V，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、乙類等）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)

29、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)點(diǎn)：沒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功率放大器的輸出電路，如圖所示

30、為三種甲類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，變壓器是理想無耗的，試在同一輸出特性曲線上作出各電路壓器是理想無耗的，試在同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乙類推挽功率放大器實(shí)際電路乙類推挽功率放大器實(shí)際電路從原理電路到實(shí)用電路，還需解決如下等問題：從原理電路到實(shí)用電路，還需解決如下等問題： 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

31、 準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路；準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路； 安全安全 過載保護(hù)；過載保護(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 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推挽電路時(shí)，兩管的合成傳輸特性乙類推挽電路時(shí)，兩管的合成傳輸特性交越失真交越失真( (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

32、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，使其工作在甲乙類甲乙類。 由傳輸特性可見：只要由傳輸特性可見：只要 VBB 取值合適，上下兩路傳輸特取值合適，上下兩路傳輸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

33、極管通常由晶體管取代，如圖 1- -3- -4( (b) )所示?；蛘哂没パa(bǔ)所示?；蛘哂没パa(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(21BE3BBRRVV ( (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

34、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(21BE3BB212BBBE3RRVVRRRVV 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(21BE3BBRRVV 二

35、、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 1361電路特點(diǎn)電路特點(diǎn) 單電源供電單電源供電 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。

36、三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路 1問題的提出問題的提出互補(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)，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)?/p>

37、小功率管，它們之間是之間是互補(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，電流迅速增大等異常現(xiàn)象，異?，F(xiàn)象，造成功率管損壞。為了造成功率管損壞。為了安全安全起見起見，應(yīng)有應(yīng)有過流、過壓、過熱過流、過壓、過熱保護(hù)。保護(hù)。2過流保護(hù)電路過流保護(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：

38、保護(hù)管；：保護(hù)管；R1、R2 ：過流取樣電阻。過流取樣電阻。( (2) )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過流保護(hù)電路過流保護(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

39、上。 五、輸入激勵(lì)電路五、輸入激勵(lì)電路1必要性必要性 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

40、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)，

41、即 vC vO。 工作原理：工作原理：Av 1，故，故 vB vO vC，通過，通過 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，趨于無窮趨于無窮，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，工作于乙類，試指出試指出T T4 4、R R2 2、R R3

42、 3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，工作于乙類，試指出試指出T T4 4、R R2 2、R R3 3的作用。當(dāng)輸人端加上激勵(lì)信號(hào)

43、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)）W1621L2cmLRIP，W47.25)(cmCCDIVPW74. 42LDCPPP%83.62)4/(8 . 02/CCCcm，VV(1) (2) (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

44、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)同類型的功率放大器，它們的輸出振幅相等，通過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很多，一般都由無源元件組成，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，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

45、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)線長度 l 有關(guān)，l 越小，上限頻率 fH 越高。當(dāng)信號(hào)波長遠(yuǎn)大于導(dǎo)線長度時(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)的波長為 min ,取min10181 l*可以認(rèn)為： 在上限頻率范圍內(nèi)，線上電壓和電流出處相等。（條件：傳輸線是無損耗的，即Rs=RL=Zc）v1 v2 v，i1 i2 i 二、傳輸線變壓器的工作原理

46、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)了倒相作用。能量通過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

47、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 ivivR22oL Li4242RivivR ivivR22oL Li4242RivivR 實(shí)現(xiàn) 4 : 1 的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為 Lc222RivivZ 1 : 4 阻抗變換器如圖 147(b)所示

48、，圖中阻抗關(guān)系為 ivivR2oL Li41422RivivR 實(shí)現(xiàn) 1 : 4 的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為Lc21221RivivZ 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 )(21badiii )(21baiii 而ic 2i ia ib i ia id，i id ib )(21badiii )(21baiii ic 2i ia ib 1輸入為等值反相信號(hào) ia ib Imsin t，va vb Vmsin

49、 t 因?yàn)?ic 0，所以 C 端無功率輸出。 vd va vb 2Vmsin t，tIiii sin)(21mbad ia ib Imsin t，va vb Vmsin t 因?yàn)?ic 0，所以 C 端無功率輸出。 vd va vb 2Vmsin t，tIiii sin)(21mbad D 端的輸出功率bammd22PPIVP 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22/dddbbaaLRivivivR 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 端無功率輸出。 vc va vb Vmsin t

50、， ic ia ib 2Imsin tC 端的輸出功率bammc22PPIVP 輸出功率為 A 端輸入功率和 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 端無功率輸出。 vc va vb Vmsin t， ic ia ib 2Imsin tC 端的輸出功率bammc22PPIVP 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cccbbaaL22/RivivivR 3異常輸入情況 ia ib，va vb 根據(jù)電路的約束條件acddc122vvvi RiRcbdcb221iRRivv

51、v 將)(21badiii )(21baiii 代入并整理，求解出cdcdbcdcdaa44RRRRvRRRRvi cdcdacdcdbb44RRRRvRRRRvi cdcdbcdcdaa44RRRRvRRRRvi cdcdacdcdbb44RRRRvRRRRvi 若取dc41RR 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)所示。 ic = 2i ，ia = i id ，ib = i + id ，vd = idRd = iaRa ibRb整理得到badba

52、cbadbad21RRRRRiRRRRRii 圖 149功率分配電路(a) 同相ic = 2i ，ia = i id ，ib = i + id ， vd = idRd = iaRa ibRbbadbacbadbad21RRRRRiRRRRRii 取 Ra Rb R 則id 0D 端無功率輸出。 ia ib ic /2A 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 0C 端無功率輸出。 A 端和 B 端獲得

53、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)放大器使用中需要解決的兩個(gè)問題： 高效率輸出高功率輸出 諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(hào),其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(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

54、放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無調(diào)諧負(fù)載，工作在甲類或乙類工作狀態(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)：丙類丙類( (或丁類、乙類或丁類、乙類) )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：種類：丙類諧振功放丙類諧振功放

55、 丁類、戊類諧振功放丁類、戊類諧振功放 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丙類諧振功率放大器丙類諧振功率放大器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。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)

56、丙類工作。以實(shí)現(xiàn)丙類工作。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)周期的脈沖序列沖序列。傅里葉級(jí)數(shù)展開。傅里葉級(jí)數(shù)展開 tItIIisc2msc1m0CCcos2cos 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

57、 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LtrL2r20eRCLRLR 式中，式中，LrLrtCCCCC 回路總電容回路總電容 trs01CL 回路諧振角頻率回路諧振角頻率Lr0eRLQ 回路有載品質(zhì)因數(shù)回路有載品質(zhì)因數(shù)( (2) )對(duì)非基波分量對(duì)非基波分量阻抗很小阻抗很小( (諧振回路對(duì)諧振回路對(duì) iC 中的其他分量呈現(xiàn)的中的其他分量呈現(xiàn)的) )，產(chǎn)生，產(chǎn)生的電壓均可忽略。的電壓均可忽略。既然僅有由既然僅

58、有由基波分量產(chǎn)生的電壓基波分量產(chǎn)生的電壓 vc 輸出，負(fù)載獲得的輸出，負(fù)載獲得的信號(hào)功率信號(hào)功率不失真不失真。 因此，因此，丙類諧振功率放大器丙類諧振功率放大器諧振回路諧振回路的功能：的功能： 選頻：選頻：利用諧振回路的選頻作用，可將失真的集電利用諧振回路的選頻作用，可將失真的集電極電流脈沖變換為不失真的輸出電壓。極電流脈沖變換為不失真的輸出電壓。 阻抗匹配：阻抗匹配：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) Lr 和和 Cr ，諧振回路將含有電抗分，諧振回路將含有電抗分量的外接負(fù)載變換為諧振電阻量的外接負(fù)載變換為諧振電阻 Re，并阻抗匹配。，并阻抗匹配。 所以，諧振功率所以，諧振功率放大器中，諧振回路放大器中，諧振回路起到

59、起到選頻選頻和和匹配負(fù)載匹配負(fù)載的雙重作用。的雙重作用。 4功率特性分析功率特性分析 ( (1) )丙類功放的問題丙類功放的問題 圖圖 213脈沖寬度變化的示意圖脈沖寬度變化的示意圖若提高若提高 C，管子導(dǎo)通角，管子導(dǎo)通角 c 應(yīng)應(yīng)繼續(xù)減小；但引起繼續(xù)減??；但引起 iC 中基波分量中基波分量 Icm1 減小，導(dǎo)致輸出功率減小。減小，導(dǎo)致輸出功率減小。 ( (2) )解決方法解決方法 VBB 負(fù)向增大負(fù)向增大( ( c 減小減小) )同時(shí)，提高輸入激勵(lì)電壓同時(shí)，提高輸入激勵(lì)電壓 Vbm，以維持輸出功率不變。以維持輸出功率不變。但需警惕管發(fā)射結(jié)反向擊但需警惕管發(fā)射結(jié)反向擊穿。穿。為進(jìn)一步提高效率，

60、可采用開關(guān)工作的為進(jìn)一步提高效率，可采用開關(guān)工作的丁類、戊類丁類、戊類諧諧振功率放大器。振功率放大器。2.1.2丁類和戊類諧振功率放大器丁類和戊類諧振功率放大器1丁類諧振功率放大器丁類諧振功率放大器 ( (1) )電路電路 Tr 二次側(cè)兩繞組相同，極性相反。二次側(cè)兩繞組相同，極性相反。T1 和和 T2 特性配對(duì)，為特性配對(duì)，為同型管同型管。( (2) )原理原理 若若 vi 足夠大，則足夠大，則vi 0 時(shí)時(shí)，T2 飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，T1 截止，截止，vA2 = VCE(sat)A 點(diǎn)最大振幅值：點(diǎn)最大振幅值： vA = vA1 vA2 = VCC 2VCE(sat)加到串聯(lián)諧振回路，若諧振