電子線性電路

電子線性電路第1頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月諧振功放：一種用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大器。特點(diǎn)：負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)為諧振系統(tǒng)。應(yīng)用狀態(tài)：丙類（或丁類、乙類）用途：對(duì)載波或已調(diào)波進(jìn)行功率放大

本章內(nèi)容：工作原理、性能分析、電路

種類：丙類諧振功放丁類、戊類諧振功放倍頻器

第2頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1

諧振功率放大器的工作原理2.1.1

丙類諧振功率放大器1.電路組成

ZL——

外接負(fù)載，呈阻抗性，用CL

與RL

串聯(lián)等效電路表示。

Lr

和Cr

——匹配網(wǎng)絡(luò)，與ZL

組成并聯(lián)諧振回路。調(diào)節(jié)Cr

使回路諧振在輸入信號(hào)頻率。

VBB——基極偏置電壓，使功率管Q點(diǎn)設(shè)在截止區(qū)，以實(shí)現(xiàn)丙類工作。第3頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.集電極電流iC

輸入據(jù)由靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性(iC-vBE)，得集電極電流iC波形：脈寬小于半個(gè)周期的脈沖序列。付里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)：為平均分量、基波分量和各次諧波分量之和。第4頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.

輸出電壓

vo

(1)

對(duì)基波分量：阻抗最大，為諧振電阻Re

(諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率上，因而對(duì)iC中的基波分量呈現(xiàn)的阻抗最大，且為純電阻)；在高Q回路中，其值Re

近似為式中，

——回路總電容

——回路諧振角頻率

——回路有載品質(zhì)因數(shù)第5頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(2)

對(duì)非基波分量，阻抗很?。ㄖC振回路對(duì)

iC

中的其它分量呈現(xiàn)的），產(chǎn)生的電壓均可忽略。

既然僅有由基波分量產(chǎn)生的電壓vc輸出，負(fù)載獲得的信號(hào)功率不失真?？梢?jiàn)：丙類諧振功率放大器諧振回路的功能：

(1)

選頻：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。

(2)

阻抗匹配：調(diào)節(jié)

Lr

和Cr，諧振回路將含有電抗分量的外接負(fù)載變換為諧振電阻Re，并阻抗匹配。第6頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月所以，諧振功率放大器中，諧振回路起到選頻和匹配負(fù)載的雙重作用。

4.

功率特性分析

(1)

丙類功放的問(wèn)題

若提高

C，管子導(dǎo)通角

c應(yīng)繼續(xù)減??；但引起iC

中基波分量Icm1

減小，導(dǎo)致輸出功率減小。第7頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)

解決方法

VBB

負(fù)向增大(

c減小)同時(shí)，提高輸入激勵(lì)電壓Vbm，以維持輸出功率不變。但需警惕管射結(jié)反向擊穿。為進(jìn)一步提高效率，可采用開(kāi)關(guān)工作的丁類、戊類諧振功率放大器。第8頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

丁類和戊類諧振功率放大器1.

丁類諧振功放

(1)

電路

Tr

次級(jí)兩繞組相同，極性相反。

T1

和T2

特性配對(duì)，為同型管。(2)

原理

若vi足夠大，則vi<

0時(shí)，T1

飽和導(dǎo)通，T2截止，

vi>0，T2

飽和導(dǎo)通，T1

截止，A點(diǎn)最大振幅值：

vA=vA1

vA2=VCC

2vCE(sat)第9頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

加到串諧回路，若諧振回路工作在輸入信號(hào)角頻率上，可近似認(rèn)為輸出得電流iL

是角頻率為

的余弦波，RL

上獲得不失真輸出功率。(3)

討論

①

vCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高(90%以上)

；②因結(jié)電容、分布電容等影響，實(shí)際波形不理想，使管耗增大，丁類功放效率受限。2.戊類放大器

為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在開(kāi)關(guān)工作的基礎(chǔ)上采用一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的集電極，保證vCE

為最小值的一段期間內(nèi)，才有集電極電流流通——戊類放大器。

第10頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3

倍頻器1.

概念

倍頻器(FrequencyMultiplier)：將輸入信號(hào)的頻率倍增n

倍的電路。2.

原理

在丙類諧振放大器中，將輸出諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率的n

次諧波上，則輸出諧振回路上僅有iC

中的n次諧波分量產(chǎn)生的高頻電壓，而其它分量產(chǎn)生的電壓均可忽略，因而RL

上得到了頻率為輸入信號(hào)頻率n

倍的輸出信號(hào)功率。第11頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.

實(shí)現(xiàn)辦法

(1)

三極管倍頻器倍頻次數(shù)不能太高，一般為二倍或三倍頻。原因：

①效率。集電極電流脈沖中包含的諧波分量的幅度隨著n

的增加而迅速減小。倍頻次數(shù)過(guò)高，倍頻器的輸出功率和效率就會(huì)過(guò)低。

②濾波。諧振回路需濾除高于n

和低于n

的各次分量。低于n

的分量幅度較大，濾除較難。倍頻次數(shù)越高，對(duì)諧振回路提出的濾波要求越苛刻，不易實(shí)現(xiàn)。

(2)

變?nèi)荻O管、階躍二極管構(gòu)成參量倍頻器，適用于倍頻次數(shù)較高時(shí)。第12頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2

諧振功率放大器的性能特點(diǎn)2.2.1

近似分析方法非諧振功放丙類諧振功放集電極負(fù)載純電阻諧振回路，含電抗元件求功率性能圖解法準(zhǔn)靜態(tài)分析法要點(diǎn)求負(fù)載線求動(dòng)態(tài)線

1.

使用條件——兩假設(shè)

(1)諧振回路濾波特性理想，即盡管集電極、基極電流為脈沖波，但兩回路只產(chǎn)生基波（余弦）電壓，其它分量的電壓均可忽略。有：第13頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2-2-1)

(2)功率管特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線表示，其參變量采用

vBE（而不是通常的

iB）。2.

分析步驟

(1)求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)波形

(2)連動(dòng)態(tài)線，畫(huà)iC波形

(3)圖解積分求分量

(4)計(jì)算功率性能第14頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(1)求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)波形

設(shè)定VBB、Vbm、VCC、Vcm，將

t

按等間隔(

t=

0o，

15o，

30o，……)給定數(shù)值，由式2-2-1便可確定

vBE

和vCE

(圖a)。第15頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(2)連動(dòng)態(tài)線，畫(huà)iC波形：

根據(jù)vBE

和vCE值，在輸出特性曲線上（以vBE為參變量）找對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫(huà)動(dòng)態(tài)線（動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連線），由此可確定

iC的波形。

.第16頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)圖解積分求得分量

IC0和Ic1m

諧振電阻(4)計(jì)算功率性能

四變量VBB、Vbm、VCC、Vcm

不同，iC

的波形和數(shù)值就不同，由此求得的Re

及相應(yīng)的功率性能就不同。應(yīng)了解四變量的影響。第17頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2

欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)

1.

當(dāng)VBB、Vbm、VCC

不變，Vcm由小變大，動(dòng)態(tài)點(diǎn)左移。

①欠壓狀態(tài)：Vcm

的取值，使所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)均處在放大區(qū)。

②臨界狀態(tài)：Vcm

增大，使

t=

0

所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)A

處在臨界點(diǎn)，iCmax

略微減小。

③過(guò)壓狀態(tài)：Vcm繼續(xù)增大，使A

(

t=

0)動(dòng)態(tài)點(diǎn)處在飽和區(qū)，iC

迅速減小，電流脈沖出現(xiàn)凹陷，Vcm

增大，凹陷加深