《通信电子线路》课程教学课件（讲稿）第04章 谐振功率放大器

2017/12/114.2谐振功率放大器的工作原理电压、电流波形UBEVBIVBR.+1cRVCE0UBEVBBVccUbE = -VBB+ UbUBE =-VBB+VbmCOS COt谐振回路输出电压：Ve = R, Icm cosat晶体管 CE端电压：UcE= Vcc - U.V通信电子线路第4章璐摄功率救大蹈Page #114.2谐振功率放大器的工作原理二、功率关系与效率UBEVBLVBBP=J,ocricdtTJ。减小导通角 →P1。负载回路谐振PUCE集电极效率P..Vaom.5.gn=P.2 Vcclco2o：电压利用系数og1：波形系数P, = VccIco =VecicdtP. = P。 + PV2PeamR,VemIeml直流输出集电极的P. =cm功率功率损耗功率22Rp2遥信电子线路第4章增摄功率救大器Page #136

2017/12/11 6 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #11 4.2 谐振功率放大器的工作原理  电压、电流波形 vBE  VBB vb vBE  VBB Vbmcost 谐振回路输出电压： vc  Rp Icm1 cost 晶体管 CE 端电压： vCE  VCC  vc vb VBZ VBB vBE t ic t vCE t VCC Vcm vc t Vcm iC vCE C vc Rp L VBB VCC vBE iB vb 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #13 4.2 谐振功率放大器的工作原理 vb vBE t ic t vCE Vcm t vc t Vcm P Po  Pc 直流 输出 集电极的 功率 功率 损耗功率 iC vCE C vc Rp L VBB VCC vBE iB vb 二、功率关系与效率 ○ 减小导通角  Pc ○ 负载回路谐振  Pc 集电极效率 ○  ：电压利用系数 ○ g1：波形系数 0 1 CC C CC C T V I V i dt T     P 2 2 1 1 22 2 cm cm cm cm p o p VI V I R R P   1 1 0 1 1 2 2 o cm cm CC C P V I g P VI         1 c CE C T i dt T   P v VBZ VBB VCC

2017/12/11心总结：TofoTo·放大高频大信号，要求输出功率大，效率高。·属于非线性工作状态：。基极偏置为负值，半通角<90°，即丙类工作状态；●·电流脉冲是尖顶余弦脉冲；·负载为LC谐振回路。逍信电子线路第4章璐摄功率孜大蹈Page#144.3谐振功率放大器的折线近似分析法一、折线法■求解关键：集电极电流脉冲i及其分量Ic和Icml分析方法：用一组折线代替晶体管静态特性曲线分析过程含解析计算与图解分析两部分口折线法主要步骤1、测出晶体管的转移特性曲线i~e,及输出特性曲线i~e，并将这两组曲线作理想折线化处理。2、作出动态特性曲线。3、根据激励电压的大小在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲i和输出电压的波形。4、求出i.的各次谐波分量!、I、....由给定的负载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标。遥信电子线路第4章增摄功率救大器Page 157

2017/12/11 7  总结: 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #14 vi ic Vo f f 0 f f 0 f f 0  放大高频大信号, 要求输出功率大，效率高。  属于非线性工作状态；  ·基极偏置为负值,半通角c＜90，即丙类工作状态；  ·电流脉冲是尖顶余弦脉冲；  ·负载为LC谐振回路。 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #15 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 一、折线法  求解关键：集电极电流脉冲iC 及其分量 IC0和 Icm1  分析方法：用一组折线代替晶体管静态特性曲线  分析过程含解析计算与图解分析两部分  折线法主要步骤 1、测出晶体管的转移特性曲线ic~ eb及输出特性曲线ic~ ec， 并将这两组曲线作 理想折线化处理。 2、作出动态特性曲线。 3、根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲ic和输出电 压vc的波形。 4、求出ic的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2.由给定的负载谐振阻抗的大小，即可 求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标

2017/12/114.3谐振功率放大器的折线近似分析法二、晶体管特性曲线的理想化及其解析式·转移特性i,= ge(UBE-VBz)当UBE≥VBZ■输出特性临界线方程：_8cr临界线斜率6Icic=gcrVceFRo↑UBE跨导10VBZUBEUCEV通信电子线路第4章语摄功率歌大蹈Page#164.3谐振功率放大器的折线近似分析法三、集电极余弦电流脉冲的分解求解过程：&ic解析式→ic的傅氏级数分解icAA icicmay-VBB:02元0BzUBE-0c c-0c -U BE = -VBB +Vhm cOS OtOc:UbVBz = -VB +Vhm cos 0VBB +Vhz2元cos.=Vmat遥信电子线路第4章增摄功率救大器Page#178

2017/12/11 8 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #16 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 二、晶体管特性曲线的理想化及其解析式  转移特性 ic gcvBE VBZ  当 vBE  VBZ  输出特性 vBE iC 0 iC vCE 0 VBZ gc 跨导 gcr 临界线斜率 vBE 临界线方程: ࢋࢉ࢜ ࢘ࢉࢍ ൌ ࢉ࢏ 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #17 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 三、集电极余弦电流脉冲的分解  求解过程：C  iC 解析式  iC 的傅氏级数分解 VBB 0 iC vBE vb t VBZ C C 2 cos vBE BB bm    VV t  cos V VV BZ BB bm C     cos BB BZ C bm V V V   

2017/12/114.3谐振功率放大器的折线近似分析法- ic= ge(UBE-VBz); 当 UBE ≥ VBz-代入 UBe 得: ic= ge(-VBB-VBz+Vbmcos at)或：ic=gVhm(cos at-cos e)A icicmax最大值：icmax=g.Vbm(1-cos Qc)■由上二式得ic的解析式2元0-αc αccos ot-cosci=1- cos 0cUBE =-VBB +Vm cOS Ot其中:-≤at≤ VBz = -VBe +Vhm cose■为得到直流和基波等成分Ven +Vazcose.对上式进行傅氏级数分解VmV通信电子线路第4章塔摄功率歌大蹈Page #184.3谐振功率放大器的折线近似分析法ic = Ico + Iem cos ot + Iom2 cos 2ot +...+ Iemn cos not +..iedosine.-.cose.1reIco= α.(c)-icmm2元元(1-cos0)0.-coso,sinoci.cos otdot --=α,().ic..元(1-cos0。)ic cosnotdot (n>1)2, sin ng, coso. -ncos no, singc=α.(0).icm元n(n2-1)(1-cos@c)α()，α(），.….,α,(αc)是c的函数，是电流脉冲的直流、基波、、n次谐波的分解系数遥信电子线路第4章增摄功率救大器Page #199

2017/12/11 9 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #18 VBB 0 iC vBE vb t VBZ C C 2 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法  iC gcvBE VBZ ；当 vBE  VBZ  代入 vBE 得：iC gcVBB VBZ Vbmcost   或：iC gcVbm cost  cos C   最大值：iCmax gcVbm 1  cos C   由上二式得 iC 的解析式 其中：C  t  C  为得到直流和基波等成分 对上式进行傅氏级数分解 max cos cos 1 cos C C C C t i i        cos vBE BB bm    VV t  cos V VV BZ BB bm C     cos BB BZ C bm V V V    通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #19 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 . .  0(C ) , 1(C ) , . , n(C ) 是 C 的函数，是电流 脉冲的直流、基波、. 、n 次谐波的分解系数   1 cos 1 C C cmn C I i n td t n           01 2 cos cos 2 cos C C cm cm cmn i I I t I t I nt         0 max 1 sin cos 2 (1 cos ) C C CC C CC C C I idt i                 1 max 1 cos sin cos (1 cos ) C C C CC cm C C C I i td t i                 0 max ( ) C C     i 1 max ( ) C C     i max ( ) nC C     i 2 max 2 sin cos cos sin ( 1)(1 cos ) C C CC C C n nn i n n          

2017/12/114.3谐振功率放大器的折线近似分析法AQ0,a1,Oz03ai=gi(60)ajQn0.50c=120°时：a功率最大，2.00.4-但效率低；0.3+c= 0°时:-0.21.0效率最高，00.1但无输出；30-0.05Cc20°40°60°80100°120°140°160°1800P..l.Von.Lml =通常取6g=70°左右，15.g,(0.)nc=兼顾输出功率与效率P.2 Vcc2IceV通信电子线路第4章增振功率救大蹈Page #204.3谐振功率放大器的折线近似分析法六、谐振功率放大器的计算（放前面讲）1. 计算 ec、icmaxVer +Vezcoso.=icmax = g.Vbm(1-cosec)Vbm2.求出α%(),α()，…,α,(c）（可查附录表)■3.计算功率和效率1.5.a(@)-1.P, =VccIco5·g,(0.)n =2α.(0.)2P=·5Vcc-a,(c)icmax.T1cmcml22■4.求最佳负载V_ (5.Vec)_(.Vcc)P,=R2R,2R,2P。遥信电子线路第4章增摄功率救大器Page 2110

2017/12/11 10 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #20 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 1 1 0 1 1 ( ) 2 2 o Cm cm C C CC C P V I g P VI           C 120 时: 功率最大， 但效率低； 通常取 C = 70 左右， 兼顾输出功率与效率 C 0 时: 效率最高， 但无输出； 通信电子线路 第 4 章 谐振功率放大器 Page #21 4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法 六、谐振功率放大器的计算 (放前面讲)  1. 计算 C 、iCmax  2. 求出 0(C ) , 1(C ) , . , n(C ) (可查附录表)  3. 计算功率和效率  4. 求最佳负载 cos BB BZ C bm V V V    max (1 cos ) C c bm C i  g V   P V I CC C0 1 1 max 1 1 ( ) 2 2 Po cm cm CC C C    VI V i   1 1 0 1 1 ( ) ( ) 2 ()2 C c C C g            2 2 ( ) 2 2 cm CC o p p V V R R   P   2 ( ) 2 CC p o V R    P