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文檔簡(jiǎn)介
封面5.2諧振功率放大器的工作原理返回引言本頁(yè)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(shí),可以不考慮它的等效電路中的電抗分量與載流子渡越時(shí)間等影響。中頻區(qū)的分析計(jì)算要考慮晶體管各個(gè)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(jì)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(diǎn)本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)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(yè)完+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-vbP=—電源供給功率P0—交流輸出信號(hào)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(huì)提高。這樣,在給定P=時(shí),晶體管的交流輸出功率Po就會(huì)增大。Pi—輸入信號(hào)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(yè)完+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-
集電極瞬時(shí)耗散功率PcPc=iCvCOωtiC、vCθc
一個(gè)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(yè)完+vb--+輸出+-vBiEiBiCCLvCpVCCVBB+-+-
集電極瞬時(shí)耗散功率PcOωtiC、vCθc2θcT/2πPc=iCvC
晶體管處于丙類工作狀態(tài)時(shí),iC只在vC最低時(shí)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(yè)完OωtiC、vCθc2θcT/2π3、通角θc的計(jì)算OvBiCvb-VBB截止電壓2θc
通角θc對(duì)應(yīng)的值為Vbmcosθc=VBZ+VBB。VBZVbm轉(zhuǎn)移特性曲線
輸入信號(hào)為一交流正弦波vb。2θciCωtO只在這個(gè)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(yè)完OωtiC、vCθc2θcT/2π3、通角θc的計(jì)算OvBiCvb-VBB2θcVBZVbm轉(zhuǎn)移特性曲線2θciCωtO因?yàn)関b=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(jí)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(xiàng)Icm1cosωt是與輸入信號(hào)頻率相同的基波成分,正是我們需要的信號(hào)成分。放大電路中的LC回路就諧振在這個(gè)頻率上,形成一個(gè)以ω為中心的帶通濾波器,選出頻率為ω的電壓。對(duì)諧波成分進(jìn)行了衰減。繼續(xù)本頁(yè)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(jí)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(gè)功率P=、Po和Pc的表達(dá)式。繼續(xù)本頁(yè)完
電源VCC在一個(gè)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?yàn)長(zhǎng)C回路只對(duì)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(xiàng)。
諧振時(shí)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(yè)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(yè)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(yè)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
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