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諧振功率放大器
鎖定
- 中文名
- 諧振功率放大器
- 外文名
- resonance Power Amplifier
- 電路組成
- 該電路由高頻大功率晶體管VT、LC諧振迴路和直流饋電電源組成
諧振功率放大器電路組成
該電路由高頻大功率晶體管VT、LC諧振迴路和直流饋電電源組成。改變基極的直流電源電壓UBB可以改變放大器的工作類型,該電路設置在丙類工作狀態。實際負載RL通過變壓器耦合到諧振迴路。濾波匹配網絡L、C構成並聯諧振迴路,調諧在輸入信號頻率上,作為晶體管集電極負載,濾除高頻脈衝電流ic中的諧波分量,同時實現阻抗匹配
[1]
。
LC諧振網絡為放大器的並聯諧振網絡。
作用:濾波、匹配。
UBB:基極直流電壓
作用:保證三極管工作在丙類狀態。
UBB的值應小於放大管的導通電壓UBZ;通常取UBB≤0。
UCC:集電極直流電壓
作用:給放大管合理的靜態偏置,提供直流能量。
諧振功率放大器工作原理
諧振高頻功率放大器的發射結在UBB的作用下處於負偏壓狀態,當無輸入信號電壓時,晶體管處於截止狀態,集電極電流ic=0。當輸入信號為ui=Ubmcoswt時,基極與發射極之間的電壓uBE=UBB+Ubmcoswt,為分析電路的工作波形,先對晶體管的特性曲線進行折線化處理。處理後分析與計算大大簡化,但誤差也大,所以實際電路工作時需要調整。
諧振功率放大器特性曲線的折線化
對於高頻諧振功率放大器進行精確計算是十分困難的,為了研究諧振功率放大器的輸出功率、管耗、效率,並指出一個大概變化規律,可採用近似估算的方法,即對特性曲線進行折線化處理:
①忽略高頻效應,晶體管按照低頻特性分析;
諧振功率放大器晶體管輸出電流、電壓波形
當基極輸入一餘弦高頻信號ui=Ubmcoswt時,基極與發射極之間的電壓為uBE=UBB+ui=UBB+Ubmcoswt
當集電極迴路調諧於高頻輸入信號頻率w時,由於LC迴路的選擇性,對集電極的基波分離來説,迴路等效為純電阻Re;對各次諧波來説,迴路失諧,呈現很小的阻抗,迴路兩端可近似認為短路;二直流分量只能通過迴路電感支路,其直流電阻很小,也可近似認為短路。這樣,脈衝形狀的集電極電流ic經諧振迴路時,只有基波電流才產生電壓降,因此LC諧振迴路兩端輸出不失真的高頻信號電壓uc=-ReIc1mcoswt=-Ucmcoswt
所以晶體管的輸出電壓為uCE=UCC-Ucmcoswt
丙類放大器在一個信號週期內只有小於半個週期的時間內有集電極電流流過,形成了餘弦脈衝電流,將icmax稱為餘弦脈衝電流的最大值。丙類放大器的導通角θ小於90°。餘弦脈衝電流依靠LC諧振迴路的選頻作用,濾除直流及各次諧波,輸出電壓uc與基極輸入電壓ui相反。ic只在uCE很低的時間內出現,故集電極損耗很小,功率放大器的效率比較高
[1]
。
諧振功率放大器技術指標
三、功率關係
直流功率:PV=UCCICO
輸出功率:PO= Ic1mUcm
放大管功耗:PT=PV-PO
效率:η= PO/PV
丙類諧振功率放大器的性能分析
一、丙類諧振功率放大器的工作狀態
臨界狀態:管子導通時從放大區進入臨界飽和;
過壓狀態:管子導通時將從放大區進入飽和區;
在實際工作中,丙類放大器的工作狀態不但與Ubm有關,還與UCC、UBB和R有關。
在丙類諧振功放中,工作狀態不同,放大器的輸出功率和管耗就大不相同,因此必須分析各種工作狀態的特點,以及Ubm、UCC、UBB和R的變化對工作狀態的影響,即對丙類諧振功放的特性進行分析。
二、丙類諧振功率放大器的動態線
1.基本概念:
由於諧振功放的集電極負載是諧振迴路,且共集電極電壓與集電極電流的波形截然不同,因此其交流負載線已不是直線了,是一條曲線,又稱為動態線。
2.動態線的作法:
三極管的輸出特性曲線轉上的參變量iB換成uBE,在UBB、UCC、Ucm和Ubm保持不變的情況下,假設ωt取不同的值,根據式uBE=UBB+ UbmCOSωt和uCE=UCC-uc=UCC-UcmCOSωt可得以相對應的uBE和uCE值,從而確定輸出特性曲線上的各個“動態點”,然後依次連接各個“動態點”就可以得到動態線。
3.根據動態線分析放大器的特性
(1)放大器工作在過壓狀態時,ic波形會出現下凹。
(2)動態線、放大器的工作狀態與UBB、UCC、Ucm和Ubm的大小有關係。
三、丙類諧振功率放大器的特性
負載特性:
基極調製特性:
調製特性
集電極調製特性:
放大特性:
1.負載特性:
負載特性是指放大器在UBB、UCC和Ubm不變時,隨Re變化的特性
工作狀態的變化:隨着R從小變大,放大器將由欠壓狀態→臨界狀態→過壓狀態變化
2.基極調製特性
基極調製特性是指放大器在Re、UCC和Ubm不變時,隨UBB變化的特性
工作狀態的變化:隨着UBB從小變大,放大器將由欠壓狀態→臨界狀態→過壓狀態變化
3.集電極調製特性
集電極調製特性是指放大器在UBB、Re和Ubm不變時,隨UCC變化的特
工作狀態的變化:隨着UCC從小變大,放大器將由過壓狀態→臨界狀態→欠壓狀態變化
4.放大特性
放大特性是指放大器在UBB、UCC和Re不變時,隨Ubm變化的特性
工作狀態的變化:隨着Ubm從小變大,放大器將由欠壓狀態→臨界狀態→過壓狀態變化
諧振功率放大器主要特點
1.採用諧振網絡作負載。
2.一般工作在丙類或乙類狀態。
4.技術指標要求輸出功率大、效率高。
- 參考資料
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- 1. 張建國主編. 高頻電子技術 第2版.第41-42頁 .北京:北京理工大學出版社.2018-07[引用日期2020-04-25]