谐振功率放大器的工作原理.ppt

,谐振功率放大器的工作原理,西藏玛旁雍错湖畔玛尼堆,返回,引言,本页完,引言,晶体管的工作情况与频率有极密切的关系，通常可以把它们的工作频率范围划分如下：低频区f0.5f中频区0.5ff0.2fT高频区0.2fTffT其中有fTf,晶体管在低频区工作时，可以不考虑它的等效电路中的电抗分量与载流子渡越时间等影响。中频区的分析计算要考虑晶体管各个结电容的作用。高频区则需进一步考虑电极引线电感的作用。因此，中频区和高频区的严格分析与计算是相当困难的。本书将从低频区来说明晶体管高频放大器的工作原理。,返回,学习要点,本节学习要点和要求,谐振功率放大器的工作原理,掌握高频功率放大器获得高效率的所需条件,掌握高频功率放大器的功率关系,返回,主页,谐振功率放大器的工作原理主页,使用说明：要学习哪部分内容，只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可，按空格键或鼠标左键进入下一页。,结束,获得高效率所需的条件,功率关系,返回,一、获得高效率所需的条件1、高效大功率输出的讨论结论一,一、获得高效率所需的条件,谐振功率放大器的工作原理,由能量守恒可知,P=Po+Pc,定义集电极效率,1、高效大功率输出的讨论,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,结论一：设法尽量降低集电极的耗散功率Pc，则集电极效率c自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出功率Po就会增大。,P=电源供给功率,P0交流输出信号功率,Pc晶体管集电极耗散功率,结论二,一、获得高效率所需的条件,谐振功率放大器的工作原理,由能量守恒可知,P=Po+Pc,定义集电极效率,1、高效大功率输出的讨论,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,结论一：设法尽量降低集电极的耗散功率Pc，则集电极效率c自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出功率Po就会增大。,将上式变形为,结论二：如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过额定值，那么提高集电极效率c，将使交流输出功率Po大为增加。,例：在甲类放大时，放大电路的c=20%，此时Po1=(0.25)Pc。当改为丙类放大时，c=75%，此时Po2=3Pc。Po2/Po1=3/0.25=12。丙类放大的交流输出功率是甲类放大的12倍。,2、提高效率与功率的方法,谐振功率放大器的工作原理,2、提高效率与功率的方法,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,集电极瞬时耗散功率Pc,一、获得高效率所需的条件,Pc=iCvC,如果使晶体管的vC和iC的波形如图所示(注意，共射电路中vC与iC是反相的)。,一周期内晶体管只在此流通角2c内损耗功率，这是vC的最小值区间，显然晶体管的耗散功率是最小的，c较大。,讨论甲类状态的导通角,谐振功率放大器的工作原理,2、提高效率与功率的方法,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,集电极瞬时耗散功率Pc,一、获得高效率所需的条件,Pc=iCvC,流通角2c显然小于180，即晶体管的导通时间必须小于T/2，或说集电极输出电流iC的波形不到半个正弦波。,讨论乙类状态的导通角,谐振功率放大器的工作原理,2、提高效率与功率的方法,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,集电极瞬时耗散功率Pc,一、获得高效率所需的条件,流通角2c显然小于180，即晶体管的导通时间必须小于T/2，或说集电极输出电流iC的波形不到半个正弦波。,Pc=iCvC,讨论丙类状态的导通角,谐振功率放大器的工作原理,2、提高效率与功率的方法,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,集电极瞬时耗散功率Pc,一、获得高效率所需的条件,流通角2c显然小于180，即晶体管的导通时间必须小于T/2，或说集电极输出电流iC的波形不到半个正弦波。,Pc=iCvC,丙类状态效率最高地解释,谐振功率放大器的工作原理,2、提高效率与功率的方法,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,集电极瞬时耗散功率Pc,一、获得高效率所需的条件,Pc=iCvC,晶体管处于丙类工作状态时，iC只在vC最低时才能通过，所以在丙类工作状态下集电极的耗散功率Pc是最小的，效率c是最大的。,晶体管的丙类工作状态即静态时，晶体管的VBEQ0。,2c是在一周期内的集电极电流的流通角，c为半流通角(亦有称为截止角)，本教材称为通角。,一、获得高效率所需的条件,3、通角c的计算,谐振功率放大器的工作原理,继续,本页完,3、通角c的计算,将转移特性曲线线性段近似化为一条直线，交横轴于VBZ，称为截止电压。,通角c对应的值为Vbmcosc=VBZ+VBB。,VBZ,转移特性曲线,输入信号为一交流正弦波vb。,只在这个区域里产生iC,一、获得高效率所需的条件,通角c的计算式,谐振功率放大器的工作原理,继续,本页完,3、通角c的计算,通角c对应的值为Vbmcosc=VBZ+VBB。,VBZ,转移特性曲线,因为vb=Vbmcost,所以Vbmcosc=VBZ+VBB,在通角处有t=c,由图得，在t=c处的vb值为VBZ+VBB。,通过上式可求出通角c。,一、获得高效率所需的条件,4、脉冲iC产生正弦波vC的物理过程,谐振功率放大器的工作原理,4、脉冲iC产生正弦波vC的物理过程,iC通过傅里叶级数展开得：,高频功率放大器的基本电路,iC=IC0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+,上式中的IC0是iC的直流成分，也是iC其平均值。,IC0,第二项Icm1cost是与输入信号频率相同的基波成分，正是我们需要的信号成分。放大电路中的LC回路就谐振在这个频率上，形成一个以为中心的带通滤波器，选出频率为的电压。对谐波成分进行了衰减。,继续,本页完,由此看出iC的平均值是很小的。,由此可解释为什么iC是脉冲电流而vC却是正弦波电压。,一、获得高效率所需的条件,获得高效率所需的条件内容结束页,谐振功率放大器的工作原理,4、脉冲iC产生正弦波vC的物理过程,iC通过傅里叶级数展开得：,高频功率放大器的基本电路,iC=IC0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+,上式中的IC0是iC的直流成分，也是iC其平均值。,IC0,第二项Icm1cost是与输入信号频率相同的基波成分，正是我们需要的信号成分。放大电路中的LC回路就谐振在这个频率上，形成一个以为中心的带通滤波器，选出频率为的电压。对谐波成分进行了衰减。,继续,本页完,返回,继续,二、功率关系,二、功率关系1、直流电源提供的功率P=2、电路的输出功率Po,谐振功率放大器的工作原理,1、直流电压VCC提供的直流功率P=,高频功率放大器的基本电路,iC的傅里叶级数展开式：iC=IC0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+,P=VCCIC0,IC0,本内容主要讨论电路中三个功率P=、Po和Pc的表达式。,继续,本页完,电源VCC在一个工作周期内提供的直流电流为平均电流IC0。,2、输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）,二、功率关系,讨论Po与什么因素有关,谐振功率放大器的工作原理,1、直流电压VCC提供的直流功率P=,高频功率放大器的基本电路,iC的傅里叶级数展开式：iC=IC0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+,P=VCCIC0,继续,本页完,2、输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）,VCC,Vcm,二、功率关系,推导Po表达,谐振功率放大器的工作原理,1、直流电压VCC提供的直流功率P=,高频功率放大器的基本电路,iC的傅里叶级数展开式：iC=IC0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+,P=VCCIC0,继续,本页完,2、输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）,VCC,Vcm,二、功率关系,Po表达式,谐振功率放大器的工作原理,1、直流电压VCC提供的直流功率P=,高频功率放大器的基本电路,P=VCCIC0,继续,本页完,2、输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）,VCC,Vcm,谐振时LC回路的谐振电阻为RP，RP=Vcm/Icm1。,二、功率关系,谐振功率放大器的工作原理,1、直流电压VCC提供的直流功率P=,高频功率放大器的基本电路,P=VCCIC0,继续,2、输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）,VCC,Vcm,二、功率关系,3、晶体管的耗散功率Pc4、放大器的集电极效率c,谐振功率放大器的工作原理,1、直流电压VCC提供的直流功率P=,高频功率放大器的基本电路,P=VCCIC0,继续,本页完,2、输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）,VCC,Vcm,3、晶体管的耗散功率Pc,Pc=P=-Po,4、放大器的集电极效率c,二、功率关系,谐振功率放大器的工作原理,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,VCC,Vcm,4、放大器的集电极效率c,IC0,二、功率关系,集电极电压利用系数波形系数g1(c),谐振功率放大器的工作原理,高频功率放大器的基本电路,继续,本页完,VCC,Vcm,4、放大器的集电极效率c,集电极电压利用系数,波形系数,IC0,越大，即输出电压越大，效率越高