通信电子线路第二章PPT学习教案

1、会计学1通信电子线路第二章通信电子线路第二章功率放大器功率放大器与其它放大器相比与其它放大器相比 相同点：相同点：均在输入信号作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号功率。均在输入信号作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号功率。 不同点：不同点：性能要求和运用特性不同。性能要求和运用特性不同。 一、功率放大器的性能要求一、功率放大器的性能要求1. 安全。安全。输出功率大，管子大信号极限条件下运用。输出功率大，管子大信号极限条件下运用。 2. 高效率。高效率。 第1页/共85页 用用c 集电极效率集电极效率 (Collector Efficiency) 衡量转换效率：衡量转换效率： Coo

2、DocPPPPP Po 输出信号功率输出信号功率 (Output Signal Power)；PD 电源提供的功率；电源提供的功率；PC 管耗管耗 (Power Dissipation)式中：式中：Po 一定一定，c 高高PD 小小PC 小小 可选可选 PCM 小小的管子，以降低成本；同时减少能源消耗。的管子，以降低成本；同时减少能源消耗。 第2页/共85页3. 失真小。失真小。输出功率越大，相应的动态电压电流越大，器件特性非线性引起的非线性失真也越大。除采用反馈技术外，还必须限制输出功率。输出功率越大，相应的动态电压电流越大，器件特性非线性引起的非线性失真也越大。除采用反馈技术外，还必须限制

3、输出功率。 作为作为放大器放大器，功率增益功率增益是重要的性能指标，但与上述是重要的性能指标，但与上述三个要求三个要求相比，相比，安全、高效和小失真安全、高效和小失真是是第一位第一位的。的。功率增益功率增益可用可用增加前置级的级数增加前置级的级数或或提高相应的增益提高相应的增益来来弥补弥补。 二、功率管的运用特点二、功率管的运用特点1. 功率管的运用状态功率管的运用状态 根据根据功率管功率管在一个信号周期内导通时间的不同，在一个信号周期内导通时间的不同，功率管运用状态功率管运用状态可分为可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。等多种。第3页/共85页功率管运用状态功率管运

4、用状态通常靠通常靠选择静态工作点选择静态工作点来实现。来实现。 甲类：甲类：功率管在一个周期内导通功率管在一个周期内导通 (如小信号放大如小信号放大)。 乙类：乙类：功率管仅在半个周期内导通。功率管仅在半个周期内导通。 甲乙类：甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通。管子在大于半个周期小于一个周期内导通。丙类：丙类：功率管小于半个周期内导通。功率管小于半个周期内导通。 第4页/共85页2. 不同运用状态下的不同运用状态下的C管子的运用状态不同，相应的管子的运用状态不同，相应的Cmax 也不同。也不同。 CoocPPP 减小减小 PC 可提高可提高C。 假设假设集电极瞬时电流和电压集电极瞬

5、时电流和电压分别为分别为 iC 和和 vCE，则，则 PC 为为 2oCECCd21tviP 第5页/共85页讨论：讨论：若减少若减少 PC，则要减少，则要减少 iC vCE 途径途径 1：由由甲类甲类甲乙类甲乙类乙类乙类丙类丙类，减小管子在信号周期内的导通时间，即增大，减小管子在信号周期内的导通时间，即增大 iC 0 的时间。的时间。 途径途径 2：使管子运用在开关状态使管子运用在开关状态 ( (又称丁类又称丁类) )；管子在管子在半个周期内饱和导通半个周期内饱和导通，另半个周期内截止另半个周期内截止。饱和导通时，饱和导通时，vCE vCE (sat) 很小，因此导通的半个周期内，瞬时管耗很

6、小，因此导通的半个周期内，瞬时管耗 iC vCE 处在很小的值上。处在很小的值上。截止时，截止时，不论不论 vCE 为何值，为何值，iC 趋于趋于 0，iC vCE 也处在零值附近。结果也处在零值附近。结果 PC 很小，很小，C 显著增大。显著增大。 第6页/共85页1. 电路电路(1) 输入端：输入端： RB偏置电阻偏置电阻CB旁路电容旁路电容Tr1耦合变压器耦合变压器(2) 输出端：输出端： Tr2耦合变压器，对交流，耦合变压器，对交流，Tr2起阻抗变换作用，起阻抗变换作用，L2LRnR 甲类、乙类功放的电路组成及功率性能甲类、乙类功放的电路组成及功率性能 一、甲类变压器耦合功放一、甲类变

7、压器耦合功放第7页/共85页二、乙类推挽功率放大器二、乙类推挽功率放大器 乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，必须采用两管轮流导通的推挽乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，必须采用两管轮流导通的推挽 (Push-Pull) 电路。电路。可有多种实现方案：可有多种实现方案：(1) 变压器耦合乙类推挽功放变压器耦合乙类推挽功放(2) 互补推挽功放互补推挽功放第8页/共85页第第 2 章章 谐振功率放大器谐振功率放大器 谐振功放谐振功放是一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器，一般工作在是一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器，一般工作在丙类（或丁类、乙类）丙类（或丁类、乙类），主要用在

8、无线电发射机中，用来对，主要用在无线电发射机中，用来对载波或已调波载波或已调波进行功率放大。进行功率放大。 用途：对载波或已调波进行功率放大用途：对载波或已调波进行功率放大 构成：匹配网络为谐振系统构成：匹配网络为谐振系统应用状态：丙类（或丁类、乙类）应用状态：丙类（或丁类、乙类）第9页/共85页 2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理 在谐振功率放大器中，它的管外电路由在谐振功率放大器中，它的管外电路由直流馈电电路直流馈电电路和和滤波匹配网络滤波匹配网络两部分组成。两部分组成。 丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器 1. 电路组成电路组成 ZL 外接负载外接负载，呈阻抗性，

9、用，呈阻抗性，用 CL 与与 RL 串联等效电路表示。串联等效电路表示。 Lr 和和 Cr 匹配网络匹配网络，与，与 ZL 组成并联谐振回路。调节组成并联谐振回路。调节 Cr 使回路谐振在输入信号频率。使回路谐振在输入信号频率。 第10页/共85页 VBB基极偏置电压基极偏置电压，设置在功率管的截止区，以实现丙类工作。，设置在功率管的截止区，以实现丙类工作。2. 集电极电流集电极电流 ic 若忽略基区宽度调制效应及管子结电容的影响，则在输入信号电压若忽略基区宽度调制效应及管子结电容的影响，则在输入信号电压 tVtvsbmbcos)( 的作用下，根据的作用下，根据 ，tVVtvVvsbmBBbB

10、BBEcos)( 在静态转移特性曲线在静态转移特性曲线 (icvBE)上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半周上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半周第11页/共85页用用付里叶级数付里叶级数可将电流脉冲序列分解为可将电流脉冲序列分解为平均分量、基波分量平均分量、基波分量和和各次谐波分量各次谐波分量之和之和，即，即 tItIIiiIisc2msc1m0Cc2c1C0Ccos2cos 3. 输出电压输出电压 vo (1) 对基波分量对基波分量 由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而它对由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而它对 iC 中

11、的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻，称为中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻，称为谐振电阻谐振电阻，在高，在高 Q 回路中，其值回路中，其值 Re 近似为近似为ttiItiI dcos1d21-Cc1m-C0C 其中：第12页/共85页LtrL2r20eRCLRLR 式中，式中，LrLrtCCCCC 回路总电容回路总电容 trs0/1CL 回路谐振角频率回路谐振角频率 Lr0e/ RLQ 回路有载品质因数回路有载品质因数 (2) 对非基波分量对非基波分量 谐振回路对谐振回路对 iC 中的其它分量呈现的阻抗均很小，中的其它分量呈现的阻抗均很小，平均分量和各次谐波分量平均分量和各次谐波分量产生

12、的电压均可忽略。产生的电压均可忽略。 第13页/共85页 结论：结论：回路上仅有由基波分量产生的电压回路上仅有由基波分量产生的电压vc，因而在负载上可得到所需的不失真信号功率。，因而在负载上可得到所需的不失真信号功率。 小结：小结：丙类谐振功率放大器的功能丙类谐振功率放大器的功能 (1) 选频：选频：利用谐振回路的选频作用，可将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。利用谐振回路的选频作用，可将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。 (2) 阻抗匹配：阻抗匹配：谐振回路将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻谐振回路将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻 Re，而且调节，而且调

13、节 Lr 和和 Cr 还能保持回路谐振时使还能保持回路谐振时使 Re 等于放大管所需的集电极负载值，实现阻抗匹配。等于放大管所需的集电极负载值，实现阻抗匹配。 所以，谐振功率放大器中，谐振回路起到所以，谐振功率放大器中，谐振回路起到选频选频和和匹配负载匹配负载的双重作用。的双重作用。 第14页/共85页4. 丙类功放的功率特性分析丙类功放的功率特性分析 (1) 丙类功放的问题丙类功放的问题 若提高集电极效率，管子导通时间减小；但引起若提高集电极效率，管子导通时间减小；但引起 iC 中基波分量幅度中基波分量幅度 Icm 减小，从而导致输出功率减小。减小，从而导致输出功率减小。 (2) 解决方法解

14、决方法 将基极偏置电压将基极偏置电压 VBB 向负值方向增大，减少管子导通时间。向负值方向增大，减少管子导通时间。 增大集电极脉冲高度，即提高输入激励电压幅度增大集电极脉冲高度，即提高输入激励电压幅度 Vbm，使减小导通时间的同时维持输出功率不变。使减小导通时间的同时维持输出功率不变。第15页/共85页 后果：后果：加到基极上的最大反向电压加到基极上的最大反向电压(VBBVbm)可能使功率管发射结反向击穿。可能使功率管发射结反向击穿。 在维持输出功率的条件下，一味地减管子导通时间来提高在维持输出功率的条件下，一味地减管子导通时间来提高集电极效率的做法往往是不现实的。为进一步提高效率，可采用开关

15、工作的集电极效率的做法往往是不现实的。为进一步提高效率，可采用开关工作的谐振功率放大器谐振功率放大器丁类。丁类。 第16页/共85页 丁类和戊类谐振功率放大器丁类和戊类谐振功率放大器 1. 丁类简介丁类简介 (1) 电路电路 Tr 次级两绕组相同，极性相反。次级两绕组相同，极性相反。 T1 和和 T2 特性配对，为特性配对，为同型管同型管。(2) 原理原理 若若 vi 足够大，则足够大，则vi 0时时，T1 饱和导通，饱和导通，T2 截止，截止， CE(sat)CCA1vVv vi 0，T2 饱和导通，饱和导通，T1 截止，截止，第17页/共85页CE(sat)A2vv A 点幅值：点幅值：

16、vA = vA1 vA2 =CE(sat)CC2vV 该电压加到该电压加到 L、C、R 串联谐振回路上，若谐振回路工作在输入信号角频率上，串联谐振回路上，若谐振回路工作在输入信号角频率上， 且其且其 Q 值足够高，则可近似认为通过回路的电流值足够高，则可近似认为通过回路的电流 iL 是角频率为是角频率为 的余弦波，的余弦波，RL 上获得不失真输出功率。上获得不失真输出功率。 第18页/共85页(3) 性能特点性能特点 T1、T2 尽管导通电流很大，但相应的管压降很小尽管导通电流很大，但相应的管压降很小( )CE(sat)v ，管耗小，放大器的效率高。，管耗小，放大器的效率高。(90% 以上以上

17、) 考虑结电容、分布电容等影响，实际波形如考虑结电容、分布电容等影响，实际波形如 vA 虚线虚线所示，管子动态管耗增大，丁类功放效率受限。所示，管子动态管耗增大，丁类功放效率受限。 2. 戊类放大器戊类放大器 为了克服这个缺点，在开关工作的基础上采用一个特殊设计的集电极，保证为了克服这个缺点，在开关工作的基础上采用一个特殊设计的集电极，保证 vCE 为最小值的一段期间内，才有集电极电流流通，这是正在发展的为最小值的一段期间内，才有集电极电流流通，这是正在发展的戊类放大器戊类放大器。 第19页/共85页2. 实现原理实现原理 在丙类谐振放大器中，将输出谐振回路调谐在输入信号频率的在丙类谐振放大器

18、中，将输出谐振回路调谐在输入信号频率的 n 次谐波上，则输出谐振回路上仅有次谐波上，则输出谐振回路上仅有 iC 中的中的 n次谐波分量产生的高频电压，而其它分量产生的电压均可忽略，因而次谐波分量产生的高频电压，而其它分量产生的电压均可忽略，因而 RL 上得到了频率为输入信号频率上得到了频率为输入信号频率 n 倍的输出信号功率。倍的输出信号功率。 倍频器倍频器 1. 概念概念 倍频器倍频器 (Frequency Multiplier)：将输入信号的频率倍增将输入信号的频率倍增 n 倍的电路。倍的电路。第20页/共85页 滤波。滤波。谐振回路需滤除高于谐振回路需滤除高于 n 和低于和低于n 的各次

19、分量。低于的各次分量。低于 n 的分量幅度较大，滤除较难。倍频次数越高，对谐振回路提出的滤波要求越苛刻，不易实现。的分量幅度较大，滤除较难。倍频次数越高，对谐振回路提出的滤波要求越苛刻，不易实现。 (2) 变容二极管、阶跃二极管变容二极管、阶跃二极管构成构成参量倍频器参量倍频器，适用于倍频次数较高时。，适用于倍频次数较高时。 (1) 三极管倍频器三极管倍频器 倍频次数不能太高，一般为倍频次数不能太高，一般为二倍或三倍频二倍或三倍频。原因：原因： 效率。效率。集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度随着集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度随着 n 的增加而迅速减小。倍频次数过高，倍频器的输出功率和效

20、率就会过低。的增加而迅速减小。倍频次数过高，倍频器的输出功率和效率就会过低。 作业：作业：第21页/共85页2.2 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点 近似分析方法近似分析方法 1. 概述概述 非谐振功率放大器：非谐振功率放大器：集电极负载集电极负载为为纯电阻，在特性曲线上作负载线，画出激励信号下的集电极电流和电压纯电阻，在特性曲线上作负载线，画出激励信号下的集电极电流和电压求出功率性能求出功率性能 丙类谐振功率放大器：丙类谐振功率放大器：集电极负载为包含电抗元件的谐振回路，使得集电极电压，电流波形不同。但二者又互为确定集电极负载为包含电抗元件的谐振回路，使得集电极电压，电流波形

21、不同。但二者又互为确定(vCE 由由 iC 产生，而产生，而 vCE 通过基极宽度调制效应影响通过基极宽度调制效应影响 iC)。第22页/共85页要精确分析谐振功放，要解非线性方程，繁琐要精确分析谐振功放，要解非线性方程，繁琐。 2. 谐振功放的近似分析方法谐振功放的近似分析方法准静态分析法准静态分析法 (1) 方法基于下面的两个假设方法基于下面的两个假设 假设一：假设一：谐振回路具有谐振回路具有理想的滤波特性理想的滤波特性，只能产生基波电压（在倍频器中，只能产生特定次数的谐波电压），其它分量的电压均可忽略。，只能产生基波电压（在倍频器中，只能产生特定次数的谐波电压），其它分量的电压均可忽略。

22、 所以，尽管集电极电流为脉冲波，但所以，尽管集电极电流为脉冲波，但集电极电压集电极电压却是却是余弦余弦的。同理，放大器输入端也有谐振回路，尽管基极电流为脉冲波，但的。同理，放大器输入端也有谐振回路，尽管基极电流为脉冲波，但基极电压基极电压是是余弦余弦的，的，可表示为：可表示为：tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE (2-2-1)第23页/共85页 假设二：假设二：功率管的特性用功率管的特性用输入输入和和输出静态特性曲线输出静态特性曲线表示，其表示，其高频效应高频效应可忽略。分析时的输出特性曲线，其参变量采用可忽略。分析时的输出特性曲线，其参变量采用 vBE，而不是通常的，而不

23、是通常的 iB。 (2) 分析步骤分析步骤 由式由式 2-2-1 确定确定 vBE 和和 vCE：先设定先设定VBB、Vbm、VCC、Vcm 四个电量数值四个电量数值，并将，并将t 按等间隔按等间隔 (t = 0，15，30 ，) 给定不同的数值，则给定不同的数值，则 vBE 和和 vCE 便确定便确定(图图 a)。 tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE (2-2-1)第24页/共85页 由输出特性画由输出特性画 iC：根据不同间隔上的根据不同间隔上的 vBE 和和vCE 值，在输出特性曲线上值，在输出特性曲线上（以（以 vBE 为参变量）为参变量）找到对应的动态点，由此可以

24、确定找到对应的动态点，由此可以确定 iC 值的波形，其中动态点的连线称为值的波形，其中动态点的连线称为谐振功率放大器谐振功率放大器的的动态线动态线。 (a) (b)不到不到VCC，因，因为导通角小于为导通角小于 .第25页/共85页(3) 功率性能分析功率性能分析 谐振电阻谐振电阻 用付里叶变换对用付里叶变换对 iC 脉冲波进行分解，求出其中的平均分量脉冲波进行分解，求出其中的平均分量 IC0 和基波分量和基波分量 Ic1m。由此可以确定所需的集电极谐振回路谐振电阻。由此可以确定所需的集电极谐振回路谐振电阻 Re。 c1mcme/ IVR 功率性能功率性能 DoCoDCm1Ccmo0CCCD/

25、2/PPPPPIVPIVP (4) 讨论讨论 四变量四变量VBB、Vbm、VCC、Vcm 不同，不同，iC 的波形和数值就不同，由此求得的的波形和数值就不同，由此求得的 Re 及相应的功率性能就不同。应了解四变量的影响。及相应的功率性能就不同。应了解四变量的影响。 第26页/共85页 欠压、临界和过压状态欠压、临界和过压状态 1. VBB、Vbm、VCC 不变，不变，iC 随随 Vcm 的变化规律的变化规律 (1) iC 的宽度：的宽度：由图所示由图所示，主要取决于，主要取决于 VBB、Vbm，VBB、Vbm 一定，一定，iC 脉宽近似确定，与脉宽近似确定，与 Vcm 关系不大。关系不大。 第

26、27页/共85页(2) iC 的值：的值： 由由 tVVvtVVvcoscoscmCCCEbmBBBE；当当 t = 0 时，时， cmCCCEminCEbmBBBEmaxBE,VVVvVVvv 当当 VBB、Vbm 即即 vBEmax 为为定值定值时，时，VcmvCEmin 动态点A左移第28页/共85页 情况情况 A ：Vcm 的取值，使所对应的动态点处在放大区。的取值，使所对应的动态点处在放大区。 情况情况 A ：Vcm 增大，使增大，使 t = 0 所对应的动态点处在临界点，所对应的动态点处在临界点，iCmax 略微减小。略微减小。 情况情况 A ：Vcm 继续增大，使继续增大，使 t

27、 = 0 所对应的动态点处在饱和区，所对应的动态点处在饱和区，iC 迅速减小，电流脉冲出现凹陷，且随迅速减小，电流脉冲出现凹陷，且随 Vcm 增大，凹陷加深。增大，凹陷加深。 结论：结论：当当VBB、Vbm、VCC固定不变，固定不变，Vcm由小增大时，由小增大时，CEv 由大变小，故由大变小，故动态线左移动态线左移。 第29页/共85页2. 欠压、临界、过压欠压、临界、过压 欠压欠压 (Undervoltage)：vCEmin 对应的对应的动态点动态点处于处于放大区放大区。 临界临界 (Critical)：vCEmin 对应的对应的动态点动态点处于放大区和饱和区之间的处于放大区和饱和区之间的临

28、界点临界点。 过压过压(Overvoltage)：vCEmin 对应的对应的动态点动态点处于处于饱和区饱和区。 3. iC平均分量平均分量IC0 与基波分量与基波分量Ic1m ttiItiI dcos1d21-Cc1m-C0C 第30页/共85页由此可求功率性能。由此可求功率性能。 由于丙类工作，在管子导通期间，由于丙类工作，在管子导通期间，iC 和和 cost 均为正值，因此，均为正值，因此，iC 脉冲越宽，高度越高脉冲越宽，高度越高，IC0 和和 Ic1m 就越大就越大。如果出现凹陷，则凹陷越深，。如果出现凹陷，则凹陷越深，IC0 和和 Ic1m 就越小就越小。作业作业 2-5，2-8 四

29、个电量对性能影响的定性讨论四个电量对性能影响的定性讨论 一、负载特性一、负载特性 1. 含义：谐振功放的负载特性含义：谐振功放的负载特性是指是指 VBB、Vbm 和和 VCC 一定，放大器性能随一定，放大器性能随 Re 的变化特性。的变化特性。 2. 特性特性 第31页/共85页Re 的增加势必将引起的增加势必将引起 Vcm 增大增大( )c1mecmIRV ReVcmvCEmin放大器欠压放大器欠压过压过压 iC 由由接近余弦变化的电流脉冲接近余弦变化的电流脉冲转变为转变为中间有凹陷的脉冲波中间有凹陷的脉冲波。第32页/共85页据此可以画出据此可以画出 Ic0 和和 Ic1m 随随 Re 变

30、化的特性。变化的特性。 Vcm = ReIc1m Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 PC = PDPo C = Po/ PD由由 IC0 和和 Ic1m 的变化就可以画出的变化就可以画出 Vcm、Po、PD、PC、 C 随随 Re 变化的曲线。变化的曲线。 第33页/共85页3. 讨论讨论 (1) 欠压区：欠压区：由由图图(a)，Re 由小增大时，由小增大时，iC 脉冲的高度略有减小，相应的脉冲的高度略有减小，相应的 IC0、Ic1m 也略有减小，因而由也略有减小，因而由图图(b)，Vcm (ReIc1m)和和 Po( e2c1mRI )近似线性增大，而近似线性增大，而第3

31、4页/共85页PD(= VCCIC0) 略有减小，略有减小，C 增大，增大，PC 减小。减小。 (2) 过压区：过压区：随随 Re 增大，电流脉冲高度减小，凹陷加深，相应的增大，电流脉冲高度减小，凹陷加深，相应的 IC0、Ic1m 减小，结果使减小，结果使 Vcm 略有增加，略有增加，Po、PD 减小，且减小，且Po比比PD减小的慢，从而减小的慢，从而 C 略有增加，略有增加，PC 略有减小。略有减小。 第35页/共85页 (3) 匹配负载：匹配负载：如果如果 Re 的取值使管子工作在临界状态，则的取值使管子工作在临界状态，则 Po 最大，且最大，且 C 较大较大，PC 较小，放大器性能接近最

32、佳性能。将此时的较小，放大器性能接近最佳性能。将此时的 Re 称为谐振功放的称为谐振功放的匹配负载匹配负载，用，用 Reopt 表示。表示。 o2CE(sat)CCo2cmeopt)(2121PVVPVR 第36页/共85页二、调制特性二、调制特性 包括包括集电极调制集电极调制和和基极调制基极调制两种特性。两种特性。 1. 集电极调制特性集电极调制特性 (1) 含义：含义：VBB、Vbm 和和 Re一定，放大器性能随一定，放大器性能随 VCC变化的特性。变化的特性。 (2) 调制特性：调制特性：VBB、Vbm一定一定，则，则 VBEmax 和和 iC脉宽一定脉宽一定。而对应于。而对应于 VCE

33、min 的动态点必定在的动态点必定在 vBE = VBEmax 的那条输出特性曲线上移动。的那条输出特性曲线上移动。第37页/共85页 欠压状态：欠压状态：随随 VCC 减小减小，集电极电流脉冲高度略有减小，因而，集电极电流脉冲高度略有减小，因而 IC0 和和 Ic1m 也将略有减小，也将略有减小，Vcm( = ReIc1m)也也略有减小略有减小。 过压状态：过压状态：随随 VCC减小减小，集电极电流脉冲的高度降低，凹深加深，因而，集电极电流脉冲的高度降低，凹深加深，因而IC0、Ic1m、Vcm 将将迅速减小迅速减小。 第38页/共85页2. 基极调制特性基极调制特性 (1) 含义：含义：Vb

34、m、VCC、Re 一定，放大器性能随一定，放大器性能随 VBB 变化的特性。变化的特性。 (2) 调制特性：调制特性：当当 Vbm 一定，一定，VBB 由负向正增大时，由负向正增大时，iC不仅宽度增加，而且其高度增加（因不仅宽度增加，而且其高度增加（因 VBEmax 增大），因而增大），因而 IC0 和和 Ic1m、Vcm 增大，结果使增大，结果使 VCEmin 减小，放大器由欠压进入减小，放大器由欠压进入过压状态过压状态。第39页/共85页 进入过压状态后，随进入过压状态后，随VBB 向正值方向增大，向正值方向增大，集电极电流集电极电流的的宽度和高度宽度和高度均增加，使凹陷加深，结果使均增加

35、，使凹陷加深，结果使 IC0 和和 Ic1m、Vcm 均将增大，但增大得十分缓慢，可认为近似不变。均将增大，但增大得十分缓慢，可认为近似不变。 第40页/共85页3. 调幅电路调幅电路 调制特性调制特性是晶体三极管调幅电路的基本特性。是晶体三极管调幅电路的基本特性。 (1) 集电极调幅原理电路集电极调幅原理电路 图中：图中： tVtvcbmbcos)( 输入高频载波电压，输入高频载波电压，c 载波频率载波频率第41页/共85页tVv cosm 调制信号电压，调制信号电压， 为调制频率为调制频率 它们与谐振功放电路的它们与谐振功放电路的不同不同仅是仅是集电极回路接入了调制信号电压集电极回路接入了

36、调制信号电压。 ttVtvccmo)cos()( 为为谐振回路上的输出电压谐振回路上的输出电压。 第42页/共85页令令)()(CC0CCtvVtV 作为放大器的作为放大器的等效集电极电源电压等效集电极电源电压。若要求。若要求 Vcm 按调制信号规律变化，即按调制信号规律变化，即 Vcm(t) 按按VCC(t) 的规律变换，则根据集电极调制特性，放大器必须在的规律变换，则根据集电极调制特性，放大器必须在 VCC(t) 的变化范围内工作在的变化范围内工作在过压状态过压状态。 第43页/共85页(2) 基极调幅原理电路基极调幅原理电路 )()(BB0BBtvVtV 基极偏置电压基极偏置电压 使使

37、Vcm 按按 VBB(t) 的规律变化，放大器工作在的规律变化，放大器工作在欠压状态欠压状态。 第44页/共85页三、放大特性三、放大特性 1. 含义：含义：当当 VBB、VCC 和和 Re 一定一定，放大器性能随，放大器性能随Vbm 变化的特性。变化的特性。 2. 特性：特性：固定固定 VBB，增大，增大 Vbm 与上述固定与上述固定 Vbm 增大增大 VBB 的情况类似，它们都使的情况类似，它们都使 iC 的宽度和高度增大，放大器由欠压进入过压，的宽度和高度增大，放大器由欠压进入过压，图图 (a)。第45页/共85页(1) 谐振功放作为线性功放时谐振功放作为线性功放时 为了使输出信号振幅为

38、了使输出信号振幅 Vcm 反映输入信号反映输入信号 Vbm 的变化，放大器必须在的变化，放大器必须在 Vbm 变化范围内工作在变化范围内工作在欠压状态欠压状态，图图 (b)。第46页/共85页 (2) 谐振功放作为振幅限幅器谐振功放作为振幅限幅器(Amplitude Limiter) 作用：作用：将将 Vbm 在较大范围内的变化转换为在较大范围内的变化转换为振幅恒定的输出信号振幅恒定的输出信号。 特点：特点：根据放大特性，放大器必须在根据放大特性，放大器必须在 Vbm 的变化范围内工作在的变化范围内工作在过压状态过压状态，或，或 Vbm 的最小值应大于临界状态对应的的最小值应大于临界状态对应的

39、 Vbm 限幅门限电压。限幅门限电压。 第47页/共85页四、四个特性在调试中的应用四、四个特性在调试中的应用 在调试谐振功放时，上述在调试谐振功放时，上述四个特性四个特性十分有用。十分有用。 例如，例如，一丙类谐振功放，设计在临界状态，若制作出后，一丙类谐振功放，设计在临界状态，若制作出后，Po 和和 C 均不能达到要求，则应如何进行调整。均不能达到要求，则应如何进行调整。 Po 达不到要求，表明放大器达不到要求，表明放大器没在临界没在临界。若增大。若增大 Re 能使能使 Po 增大，则根据负载特性，断定放大器工作在增大，则根据负载特性，断定放大器工作在欠压状态欠压状态，此时分别增大，此时分

40、别增大 Re、Vbm 和和 VBB 或同时或两两增大均可使放大器或同时或两两增大均可使放大器由欠压由欠压进入进入临界临界。 第48页/共85页若若增大增大 Re，Po 减小减小，放大器实际工作在，放大器实际工作在过压状态过压状态，可，可增大增大 VCC（同时，适当（同时，适当增大增大 Re 或或 Vbm 或或 VBB），需），需注意管子安全注意管子安全。 实际上放大器的工作状态除了改变实际上放大器的工作状态除了改变 Re 外还可以根据实际情况通过改变外还可以根据实际情况通过改变 VCC、Vbm、VBB 来判断，不过改变来判断，不过改变 Re 较普遍，但不论改变哪个量都必须保证回路谐振在工作频率

41、上。较普遍，但不论改变哪个量都必须保证回路谐振在工作频率上。 第49页/共85页2.3 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 在谐振功率放大器中，它的管外电路由在谐振功率放大器中，它的管外电路由直流馈电电路直流馈电电路和和滤波匹配网络滤波匹配网络两部分组成。两部分组成。 直流馈电电路直流馈电电路1. 串馈与并馈串馈与并馈 考虑到滤波匹配网络元件的安装方便，考虑到滤波匹配网络元件的安装方便，馈电电路馈电电路(Power Supply Circuit) 对滤波匹配网络的影响。对滤波匹配网络的影响。直流馈电电路分为直流馈电电路分为 并馈并馈串馈串馈 第50页/共85页 (1) 串馈：串馈：直流电源直

42、流电源 VCC、滤波匹配网络和功率管、滤波匹配网络和功率管在电路形式上为在电路形式上为串接串接的一种馈电方式。的一种馈电方式。 LC高频扼流圈高频扼流圈，与，与 CC 构成电源滤波电路。构成电源滤波电路。 在信号频率上在信号频率上 LC 的感抗很大，接近开路；的感抗很大，接近开路；CC 的容抗很小，接近短路，目的是避免信号电流通过直流电源而产生级间反馈，造成工作不稳定。的容抗很小，接近短路，目的是避免信号电流通过直流电源而产生级间反馈，造成工作不稳定。cCCCEvVv 第51页/共85页 (2) 并馈：并馈：直流电源直流电源 VCC、滤波匹配网络、滤波匹配网络和和功率管功率管在电路形式上为在电

43、路形式上为并接并接的一种馈电方式。的一种馈电方式。 LC 高频扼流圈，高频扼流圈，CC1 隔直电容，隔直电容，CC2 电源滤波电容电源滤波电容 要求在信号频率上，要求在信号频率上，LC 的感抗很大，接近开路，的感抗很大，接近开路，CC1、CC2 的容抗很小，接近短路。的容抗很小，接近短路。 此时，虽然电源与滤波匹配网络在形式上是并联的，但滤波匹配网络两端电压此时，虽然电源与滤波匹配网络在形式上是并联的，但滤波匹配网络两端电压 vc (t) 直接反映在直接反映在 LC 上，上，因而有因而有cCCCEvVv 。与。与串馈电路串馈电路相同。相同。第52页/共85页(3) 串馈与并馈的比较：串馈与并馈

44、的比较： 相同点：相同点：两种馈电方式，两种馈电方式，VCC都能全部加到集电极上；都能全部加到集电极上；不同点：不同点：滤波匹配网络的接入方式。滤波匹配网络的接入方式。 串馈：串馈：滤波匹配网络处于直流高电位上，网络元件不能直接接地。滤波匹配网络处于直流高电位上，网络元件不能直接接地。 并馈：并馈：由于由于 CC1 隔断直流，匹配网络处于直流地电位上，网络元件可直接接地，安装比串馈方便。但隔断直流，匹配网络处于直流地电位上，网络元件可直接接地，安装比串馈方便。但 LC 和和 CC1 与与匹配网络匹配网络相并联，它们的分布参数影响网络调谐。相并联，它们的分布参数影响网络调谐。第53页/共85页2

45、. 基极偏置电路基极偏置电路 (1) 作用：作用：为放大电路提供合适的偏置电压，使功率管工作在丙类。为放大电路提供合适的偏置电压，使功率管工作在丙类。(2) 常用类型：常用类型：三种常用的基极偏置电路三种常用的基极偏置电路。 图图(a)，基极偏置电压基极偏置电压由由 VCC 通过通过 RB1 和和 RB2 分压提供，为保证丙类工作，其值应小于功率管的导通电压。分压提供，为保证丙类工作，其值应小于功率管的导通电压。第54页/共85页图图 (b)、（c），），自给偏置电路。自给偏置电路。 图图 (b) 偏置电路：偏置电路：LB、RB、CB1。RB 产生压降，提供自偏电压；产生压降，提供自偏电压；L

46、B 避免避免 RB、CB1 对输入滤波匹配网络的旁路影响对输入滤波匹配网络的旁路影响图图 (c) 偏置电路：偏置电路：LB 产生压降，提供自偏电压；产生压降，提供自偏电压；第55页/共85页3. 自给偏置电路自给偏置电路(1) 自给偏压自给偏压 IB0 的产生的产生 以以图图(b) 为为例例，ib 为脉冲电流，可分解为为脉冲电流，可分解为 IB0、Ib1m、Ib2m由基尔霍夫定律得由基尔霍夫定律得21biii 电流电流 i2 通路有高频扼流圈通路有高频扼流圈 LB，只有直流电流可以通过，而，只有直流电流可以通过，而 ib 中的直流分量为中的直流分量为 IB0，故，故 i2 为为 IB0。ibi

47、2i1第56页/共85页 (2) 称为自给偏置的原因：称为自给偏置的原因：当未加输入信号时，偏置为零；当输入信号由小增大时，由于当未加输入信号时，偏置为零；当输入信号由小增大时，由于 IB0 相应增大，加到相应增大，加到 B-E 间的偏置电压间的偏置电压 VBE = IB0RB 均将向负值方向增大。这种偏置电压随输入信号电压振幅而变化的效应称为均将向负值方向增大。这种偏置电压随输入信号电压振幅而变化的效应称为自给偏置效应自给偏置效应。第57页/共85页(3) 自给偏置电路的作用：自给偏置电路的作用： 用于放大等幅载波信号的功率放大器，可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅的作用。用于

48、放大等幅载波信号的功率放大器，可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅的作用。 用于正弦振荡器，可以提高振荡幅度的稳定性。用于正弦振荡器，可以提高振荡幅度的稳定性。 若用于线性功率放大器，会使放大器偏离乙类工作，造成输出信号失真，应当避免。若用于线性功率放大器，会使放大器偏离乙类工作，造成输出信号失真，应当避免。第58页/共85页1. 串联谐振回路（串联谐振回路（P368）(1) 电路：电路：r 固有损耗电阻固有损耗电阻(2) 分析分析CLRVI 1jj)j ()(jS 式中，式中，rRRR LS。LC10 称为称为谐振频率谐振频率。此时，回路电流达到最大，并且与。此时，回路电流达到最

49、大，并且与电压同相电压同相。第59页/共85页引入参数引入参数CRRLQ00e1 有载品质因数有载品质因数Qe 越大，频率选择性越强，滤波效果越好。越大，频率选择性越强，滤波效果越好。.11LS0LS0LS0erRrRQrRrRrLRRrLQ rLQ00 固有品质因数固有品质因数第60页/共85页 由于由于 RS、RL 使使 Qe 小于小于 Q0，增加了通频带宽，要改善必须增大，增加了通频带宽，要改善必须增大 Qe，除选用，除选用 Q0 大的电感外，还要电压源大的电感外，还要电压源 RS 小，并限制小，并限制 RL。2. 并联谐振回路并联谐振回路(1) 电路电路(2) 分析分析LCRY 1jj

50、1)j (e LSPe/RRRR )1(j1)j ()j (1)j ()j (eeLCRRIYIV 第61页/共85页令回路总电导为令回路总电导为 0，求得，求得谐振角频率谐振角频率 LC10 ，此时，输出电压，此时，输出电压 V 最大，并最大，并与与 I 同相。同相。令令CRLRQ0e0ee LPSP0e1RRRRQQ 有载品质因数有载品质因数CRLRQ0P0P0 固有品质因数固有品质因数要增大要增大 eQ SR的电流源，的电流源， LR的负载。的负载。第62页/共85页 滤波匹配网络滤波匹配网络 1. 位置：位置：对交流通路而言，滤波匹配网络对交流通路而言，滤波匹配网络(Filter-Ma

51、tched Network)介于功率管介于功率管 T 和外接负载和外接负载 RL 之间。之间。2. 对滤波匹配网络的要求（对滤波匹配网络的要求（3条）条） (1) 变换变换将外接负载将外接负载 RL 变换为放大管所要求的负载变换为放大管所要求的负载 Re，以保证放大器高效率地输出所需功率。，以保证放大器高效率地输出所需功率。 (2) 滤波滤波充分滤除不需要的高次谐波分量，以保证在外接负载上输出所需基波功率充分滤除不需要的高次谐波分量，以保证在外接负载上输出所需基波功率( (在倍频器中为所需的倍频功率在倍频器中为所需的倍频功率) )。第63页/共85页工程上用工程上用谐波抑制度谐波抑制度Hn表示

52、滤波性能的好坏。表示滤波性能的好坏。 设设 IL1m 和和 ILnm 分别为通过外接负载分别为通过外接负载电流电流中中基波基波和和 n 次谐波次谐波分量的振幅，相应的基波和分量的振幅，相应的基波和 n 次谐波次谐波功率功率分别为分别为 PL 和和 PLn，则对，则对 n 次谐波的次谐波的谐波抑制度谐波抑制度定义为定义为L1mmLLLlg20lg10IIPPHnnn Hn 越小，网络对越小，网络对 n 次谐波的抑制能力越强。通常次谐波的抑制能力越强。通常n 选选 2，即，即对二次谐波的抑制度对二次谐波的抑制度。第64页/共85页 (3) 高效高效将功率管给出的信号功率将功率管给出的信号功率 Po

53、 高效地传送到外接负载上，即要求网络的高效地传送到外接负载上，即要求网络的传输效率传输效率oLK/ PP 接近接近 1。 3. 讨论讨论 (1) 谐波抑制度谐波抑制度Hn和传输效率和传输效率K间的矛盾间的矛盾 在实际滤波匹配网络中，提高谐波抑制度在实际滤波匹配网络中，提高谐波抑制度 Hn，就会牺牲传输效率，就会牺牲传输效率K，反之亦然。，反之亦然。 (2) 说明说明 通过通过 LC 并联谐振回路来简要说明。并联谐振回路来简要说明。第65页/共85页 图图中中 L 和和 C 为滤波网络为滤波网络(在谐振功放中，简称在谐振功放中，简称 L 型网络型网络)，rL 为为 L 中的中的固有损耗电阻固有损

54、耗电阻，RL 为外接为外接负载电阻负载电阻。令。令L00/ )(rLQ 为回路为回路固有品质因数固有品质因数，在高，在高 Q 条件下，它的条件下，它的有载品质因数有载品质因数 Qe 近似为近似为 )(LLL0LL0eRrrQRrLQ 显然，当显然，当 Q0 一定时，一定时，Qe 越小，即越小，即 RL 越大于越大于rL，相应的，相应的K就越大。但就越大。但 Qe 越小，回路谐振曲线越平坦，对谐波的抑制能力就越差。越小，回路谐振曲线越平坦，对谐波的抑制能力就越差。 第66页/共85页第67页/共85页4. 串、并联阻抗转换公式串、并联阻抗转换公式 若将一个由电抗和电阻相串接的电路与相并接的电路等

55、效转换，根据若将一个由电抗和电阻相串接的电路与相并接的电路等效转换，根据等效原理等效原理，令两者的，令两者的端导纳相等端导纳相等，即即 ssppj1j11XRXR (1) 串转并公式串转并公式由此得由此得 )1(2ess2s2spQRRXRR ssps2e2ss2s2sp)1(XRRXQRXXRX 第68页/共85页 (2) 并转串公式并转串公式 2eps1QRR ppssXRRX (3) 说明说明 式中式中，ppsseXRRXQ Xp 和和 Xs 为实数为实数 电容：电容： XC1 电感：电感： XL L 上述各式表明上述各式表明，Qe 取定后，取定后，Rp 和和 Rs，Xp 和和 Xs 之

56、间可以相互转换。转换前后的电抗性质不变之间可以相互转换。转换前后的电抗性质不变( ( Xs 和和 Xp 有相同的正负号有相同的正负号) )。 第69页/共85页5. 滤波匹配网络的设计滤波匹配网络的设计 在谐振功率放大器中，为了提高传输效率，回路的有载品质因数都较小，一般在在谐振功率放大器中，为了提高传输效率，回路的有载品质因数都较小，一般在 10 以下。考虑到谐波抑制度，常用的滤波匹配网络除了上述最简单的以下。考虑到谐波抑制度，常用的滤波匹配网络除了上述最简单的 L 型型外，更多的是由三个电抗元件组成的外，更多的是由三个电抗元件组成的 、T 型型以及由它们组成的多级混合网络。下面就介绍以及由

57、它们组成的多级混合网络。下面就介绍滤波匹配网络的阻抗变换特性滤波匹配网络的阻抗变换特性。 假设滤波匹配网络的固有损耗电阻为零，即假设滤波匹配网络的固有损耗电阻为零，即回路传输效率回路传输效率趋近于趋近于 1，外接负载电阻外接负载电阻为为 RL，要求与，要求与 Re 和和 C0 的串接或并接阻抗相匹配，的串接或并接阻抗相匹配，C0 为为功率管的功率管的第70页/共85页分布电容分布电容。利用串并联阻抗转换公式，就可以导出各种滤波匹配网络的元件表达式。利用串并联阻抗转换公式，就可以导出各种滤波匹配网络的元件表达式。 例例 1: 图图(a)为为 T 型滤波匹配网络型滤波匹配网络，要求与，要求与 Re

58、 和和 C0 串接阻抗匹配，串接阻抗匹配，求各元件表达式求各元件表达式。 第71页/共85页)1(e22Lp2QRR e2p22Lp2p2QRXRRXC (注意注意 XC2 含负号含负号) 111LCCX/XX 解：解：将将 T 型网络型网络分割成两个串接的分割成两个串接的 L 型网络型网络，图中，图中 。再对这两个再对这两个 L 型网络型网络进行分析。进行分析。在后一个在后一个 L 型网络型网络中，将中，将 XC2 和和 RL 的串接阻抗转换为的串接阻抗转换为 Xp2 和和 Rp2 的并接阻抗的并接阻抗，分别取值为分别取值为第72页/共85页 其中，其中，L2e2R/XQC0p21 XXL令令，回路并联谐振，则，回路并联谐振，则 L 型网络型网络呈现的呈现的谐振电阻谐振电阻为为)1(e22Lp2eQRRR 且网络元件的表达式为且网络元件的表达式为 Le22RQXC ，e2p2p21/QRXXL 第73页/共85页1e2es11QRR 再来