諧振功率放大器的工作原理

封面5.2諧振功率放大器的工作原理返回引言本頁完引言

晶體管的工作情況與頻率有極密切的關(guān)系，通常可以把它們的工作頻率范圍劃分如下：

低頻區(qū)f<0.5fβ

中頻區(qū)0.5fβ<

f<0.2fT

高頻區(qū)0.2fT<

f<fT

其中有fT≈β

fβ

晶體管在低頻區(qū)工作時，可以不考慮它的等效電路中的電抗分量與載流子渡越時間等影響。中頻區(qū)的分析計算要考慮晶體管各個結(jié)電容的作用。高頻區(qū)則需進(jìn)一步考慮電極引線電感的作用。因此，中頻區(qū)和高頻區(qū)的嚴(yán)格分析與計算是相當(dāng)困難的。本書將從低頻區(qū)來說明晶體管高頻放大器的工作原理。返回fβ——截止頻率fT——特征頻率學(xué)習(xí)要點本節(jié)學(xué)習(xí)要點和要求5.2諧振功率放大器的工作原理1、高頻功率放大器獲得高效率的所需條件2、掌握高頻功率放大器的功率關(guān)系返回5.2諧振功率放大器的工作原理一、獲得高效率所需的條件由能量守恒：P==Po+Pc定義集電極效率：1、高效大功率輸出的討論高頻功率放大器的基本電路繼續(xù)本頁完+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-vbP=—電源供給功率P0—交流輸出信號功率Pc—晶體管集電極耗散功率ηc=——

PoP==——

PoPo+PcVCC將上式變形為Po=(——)Pcηc1-ηc

結(jié)論二：如果維持晶體管的集電極耗散功率Pc不超過額定值，那么提高集電極效率ηc

，將使交流輸出功率Po大為增加。

結(jié)論一：設(shè)法盡量降低集電極的耗散功率Pc，則集電極效率ηc自然會提高。這樣，在給定P=時，晶體管的交流輸出功率Po就會增大。Pi—輸入信號功率2、提高效率與功率的方法高頻功率放大器的基本電路繼續(xù)本頁完+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-

集電極瞬時耗散功率PcPc=iCvCOωtiC、vCθc

一個周期內(nèi)晶體管只在此流通角2θc內(nèi)損耗功率，這是vC的最小值區(qū)間，顯然晶體管的耗散功率是最小的，ηc較大。2θc5.2諧振功率放大器的工作原理一、獲得高效率所需的條件T/2π

如果使晶體管的vC和iC的波形如圖所示(注意，共射電路中vC與iC是反相的)。2、提高效率與功率的方法高頻功率放大器的基本電路繼續(xù)本頁完+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-

集電極瞬時耗散功率PcOωtiC、vCθc2θcT/2πPc=iCvC

晶體管處于丙類工作狀態(tài)時，iC只在vC最低時才能通過，所以在丙類工作狀態(tài)下集電極的耗散功率Pc是最小的，效率ηc是最大的。5.2諧振功率放大器的工作原理一、獲得高效率所需的條件2θc是在一周期內(nèi)的集電極電流的流通角，θc為半流通角(亦稱為截止角)，本教材稱為通角。繼續(xù)本頁完OωtiC、vCθc2θcT/2π3、通角θc的計算OvBiCvb-VBB截止電壓2θc

通角θc對應(yīng)的值為Vbmcosθc=VBZ+VBB。VBZVbm轉(zhuǎn)移特性曲線

輸入信號為一交流正弦波vb。2θciCωtO只在這個區(qū)域里產(chǎn)生iC這是2倍通角θc。5.2諧振功率放大器的工作原理一、獲得高效率所需的條件繼續(xù)本頁完OωtiC、vCθc2θcT/2π3、通角θc的計算OvBiCvb-VBB2θcVBZVbm轉(zhuǎn)移特性曲線2θciCωtO因為vb=Vbmcosωtcosθc=————VBZ+VBBVbm所以Vbmcosθc=VBZ+VBB在通角處有ωt=θc

由圖得，在ωt=θc處的vb值為VBZ+VBB。5.2諧振功率放大器的工作原理一、獲得高效率所需的條件θc=arccos(————)VBZ+VBBVbm一、獲得高效率所需的條件4、脈沖iC產(chǎn)生正弦波vC的物理過程

iC通過傅里葉級數(shù)展開得：高頻功率放大器的基本電路+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-OωtiC、vCθc2θcT/2π

iC=IC0+Icm1cosωt+Icm2cos2ωt+

+……+Icmncosnωt+……

上式中的IC0是iC的直流成分，也是iC其平均值。IC0

第二項Icm1cosωt是與輸入信號頻率相同的基波成分，正是我們需要的信號成分。放大電路中的LC回路就諧振在這個頻率上，形成一個以ω為中心的帶通濾波器，選出頻率為ω的電壓。對諧波成分進(jìn)行了衰減。繼續(xù)本頁完

由此看出iC的平均值是很小的。

由此可解釋為什么iC是脈沖電流而vC卻是正弦波電壓。5.2諧振功率放大器的工作原理Po=Ic1Vc1=——·——√￣2√￣2Icm1Vcm21=—Icm1Vcm5.2諧振功率放大器的工作原理二、各種功率關(guān)系1、直流電壓VCC提供的直流功率P=高頻功率放大器的基本電路+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-OωtiC、vCθc2θcT/2πiC的傅里葉級數(shù)展開式：

iC=IC0+Icm1cosωt+Icm2cos2ωt+

+……+Icmncosnωt+……

P==VCCIC0IC0

本內(nèi)容主要討論電路中三個功率P=、Po和Pc的表達(dá)式。繼續(xù)本頁完

電源VCC在一個工作周期內(nèi)提供的直流電流為平均電流IC0。2、輸出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）

因為LC回路只對iC的基波成分Icm1cosωt才產(chǎn)生電壓vc

，所以輸出功率Po只需考慮此項。

諧振時LC回路的諧振電阻為RP，RP=Vcm/Icm1。Po=——=—I2cm1RP2RPV2cm211、直流電壓VCC提供的直流功率P=高頻功率放大器的基本電路+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-OωtiC、vC

P==VCCIC0繼續(xù)本頁完2、輸出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）VCCVcmPo=——=—I2cm1RP2RPV2cm213、晶體管的耗散功率PcPc=P=-Po4、放大器的集電極效率ηcηc=——=PoP=12

—·——·——VcmIcm1VCCIC021=—VcmIcm15.2諧振功率放大器的工作原理二、各種功率關(guān)系高頻功率放大器的基本電路+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-OωtiC、vC繼續(xù)本頁完VCCVcm4、放大器的集電極效率ηcηc=——=PoP=12

—·——·——VcmIcm1VCCIC0ξ=

—VcmVCC集電極電壓利用系數(shù)g1(θc)=

——Icm1IC0——波形系數(shù)IC0θc2θcξ越大，即輸出電壓越大，效率越高。g1(θc)越大，即iC的平均值IC0越小，效率越高。要使IC0小，必須使θc小。5.2諧振功率放大器的工作原理二、各種功率關(guān)系

求集電極效率ηc和電路效率η

繼續(xù)本頁完1、獲得高效率所需的條件2、各種功率關(guān)系三、小結(jié)集電極效率：1）降低集電極的耗散功率Pc，則集電極效率ηc提高。ηc=——PoP==——PoPo+Pc2）維持晶體管的集電極耗散功率Pc不超過額定值，那么增加交流輸出功率Po，將使集電極效率ηc大為提高。1)直流電壓VCC提供的直流功率：

P==VCCIC02)輸