谐振功率放大器的工作原理.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,封面,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,f,0.5,f,中频区,0.5,f,f,0.2,f,T,高频区,0.2,f,T,f,f,T,其中有,f,T,f,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,=,=P,o,+P,c,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,P,c,，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,P,o,就会增大。,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,v,b,P,=,电源供给功率,P,0,交流输出信号功率,P,c,晶体管集电极耗散功率,c,=,P,o,P,=,=,P,o,P,o,+P,c,V,CC,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,=,=P,o,+P,c,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,P,c,，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,P,o,就会增大。,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,c,=,P,o,P,=,=,P,o,P,o,+P,c,将上式变形为,P,o,=,(,),P,c,c,1,-,c,结论二：如果维持晶体管的集电极耗散功率,P,c,不超过额定值，那么提高集电极效率,c,，将使交流输出功率,P,o,大为增加。,例：在甲类放大时，放大电路的,c,=20%,，此时,P,o1,=(0.25),P,c,。当改为丙类放大时，,c,=75%,，此时,P,o2,=3,P,c,。,P,o2,/,P,o1,=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,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,集电极瞬时耗散功率,P,c,一、获得高效率所需的条件,P,c,=,i,C,v,C,O,t,i,C,、,v,C,c,如果使晶体管的,v,C,和,i,C,的波形如图所示,(,注意，共射电路中,v,C,与,i,C,是反相的,),。,一周期内晶体管只在此流通角,2,c,内损耗功率，这是,v,C,的最小值区间，显然晶体管的耗散功率是最小的，,c,较大。,2,c,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,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,集电极瞬时耗散功率,P,c,一、获得高效率所需的条件,P,c,=,i,C,v,C,O,t,i,C,、,v,C,流通角,2,c,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,i,C,的波形不到半个正弦波。,T,/2,晶体管甲,类工作状态,的静态工作,点,V,BEQ,=0.7V,，,流通角是,360,。,t,i,C,O,2,+,-,0.7,V,i,C,c,2,c,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,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,集电极瞬时耗散功率,P,c,一、获得高效率所需的条件,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,P,c,=,i,C,v,C,晶体管乙,类工作状态,的静态工作,点,V,BEQ,=0V,，,流通角是,180,。,t,i,C,O,0,V,i,C,流通角,2,c,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,i,C,的波形不到半个正弦波。,P,c,=,i,C,v,C,c,2,c,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,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,集电极瞬时耗散功率,P,c,一、获得高效率所需的条件,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,P,c,=,i,C,v,C,要使流通角,小于,180,，,显,然,V,BEQ,0V,，,即为负值。称,为丙类工作状,态。,t,i,C,O,-,+,i,C,流通角,2,c,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,i,C,的波形不到半个正弦波。,P,c,=,i,C,v,C,c,2,c,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,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,集电极瞬时耗散功率,P,c,一、获得高效率所需的条件,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,P,c,=,i,C,v,C,晶体管处于丙类工作状态时，,i,C,只在,v,C,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,P,c,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,V,BEQ,0,。,c,2,c,2,c,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,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,3,、通角,c,的计算,O,v,B,i,C,v,b,-,V,BB,将转移特性曲线线性段近似化为一条直线，交横轴于,V,BZ,，称为截止电压。,2,c,通角,c,对应的值为,V,bm,cos,c,=,V,BZ,+,V,BB,。,V,BZ,V,bm,转移特性曲线,输入信号为一交流正弦波,v,b,。,2,c,i,C,t,O,只在这个区域里产生,i,C,只在这个区域里产生,i,C,这是,2,倍通角,c,。,c,2,c,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,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,3,、通角,c,的计算,O,v,B,i,C,v,b,-,V,BB,2,c,通角,c,对应的值为,V,bm,cos,c,=,V,BZ,+,V,BB,。,V,BZ,V,bm,转移特性曲线,2,c,i,C,t,O,因为,v,b,=,V,bm,cos,t,cos,c,=,V,BZ,+,V,BB,V,bm,所以,V,bm,cos,c,=,V,BZ,+,V,BB,在通角处有,t=,c,由图得，在,t=,c,处的,v,b,值为,V,BZ,+,V,BB,。,通过上式可求出通角,c,。,c,2,c,一、获得高效率所需的条件,4,、,脉冲,i,C,产生正弦波,v,C,的物理过程,谐振功率放大器的工作原理,4,、脉冲,i,C,产生正弦波,v,C,的物理过程,i,C,通过傅里叶级数展开得：,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,i,C,=,I,C0,+,I,cm1,cos,t,+,I,cm2,cos2,t,+,I,cmn,cos,n,t,+,上式中的,I,C0,是,i,C,的直流成分，也是,i,C,其平均值。,I,C0,第二项,I,cm1,cos,t,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,i,C,的平均值是很小的。,由此可解释为什么,i,C,是脉冲电流而,v,C,却是正弦波电压。,c,2,c,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,i,C,产生正弦波,v,C,的物理过程,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,I,C0,继续,本页完,c,2,c,i,C,通过傅里叶级数展开得：,i,C,=,I,C0,+,I,cm1,cos,t,+,I,cm2,cos2,t,+,I,cmn,cos,n,t,+,上式中的,I,C0,是,i,C,的直流成分，也是,i,C,其平均值。,第二项,I,cm1,cos,t,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。,本内容学习结束，单击,继续,，继续学习,功率关系,内容；单击,返回,，返回学习主页。,返回,继续,谐振功率放大器的工作原理,i,C,通过傅里叶级数展开得：,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,i,C,=,I,C0,+,I,cm1,cos,t,+,I,cm2,cos2,t,+,I,cmn,cos,n,t,+,I,C0,继续,c,2,c,i,C,的傅里叶级数展开式：,i,C,=,I,C0,+,I,cm1,cos,t,+,I,cm2,cos2,t,+,I,cmn,cos,n,t,+,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,V,CC,提供的直流功率,P,=,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,T,/2,i,C,的傅里叶级数展开式：,i,C,=,I,C0,+,I,cm1,cos,t,+,I,cm2,cos2,t,+,I,cmn,cos,n,t,+,P,=,=,V,CC,I,C0,I,C0,本内容主要讨论电路中三个功率,P,=,、,P,o,和,P,c,的表达式。,继续,本页完,电源,V,CC,在一个工作周期内提供的直流电流为平均电流,I,C0,。,2,、输出功率,P,o,（亦即,LC,回路吸取的功率）,c,2,c,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,V,CC,提供的直流功率,P,=,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,i,C,的傅里叶级数展开式：,i,C,=,I,C0,+,I,cm1,cos,t,+,I,cm2,cos2,t,+,I,cmn,cos,n,t,+,P,=,=,V,CC,I,C0,继续,本页完,2,、输出功率,P,o,（亦即,LC,回路吸取的功率）,V,CC,因为,LC,回路只对,i,C,的基波成分,I,cm1,cos,t,才产生电压,v,c,，所以输出功率,P,o,只需考虑此项。,V,cm,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,V,CC,提供的直流功率,P,=,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,i,C,的傅里叶级数展开式：,i,C,=,I,C0,+,I,cm1,cos,t,+,I,cm2,cos2,t,+,I,cmn,cos,n,t,+,P,=,=,V,CC,I,C0,继续,本页完,2,、输出功率,P,o,（亦即,LC,回路吸取的功率）,V,CC,V,cm,P,o,=,I,c1,V,c1,2,1,=,I,cm1,V,cm,I,cm1,V,cm,=,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,V,CC,提供的直流功率,P,=,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,P,=,=,V,CC,I,C0,继续,本页完,2,、输出功率,P,o,（亦即,LC,回路吸取的功率）,V,CC,V,cm,谐振时,LC,回路的谐振电阻为,R,P,，,R,P,=,V,cm,/,I,cm1,。,P,o,=,=,I,2,cm1,R,P,2,R,P,V,2,cm,2,1,P,o,=,I,c1,V,c1,2,1,=,I,cm1,V,cm,I,cm1,V,cm,=,二、功率关系,谐振功率放大器的工作原理,1,、直流电压,V,CC,提供的直流功率,P,=,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,P,=,=,V,CC,I,C0,继续,2,、输出功率,P,o,（亦即,LC,回路吸取的功率）,V,CC,V,cm,P,o,=,=,I,2,cm1,R,P,2,R,P,V,2,cm,2,1,2,1,=,I,cm1,V,cm,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,V,CC,提供的直流功率,P,=,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,P,=,=,V,CC,I,C0,继续,本页完,2,、输出功率,P,o,（亦即,LC,回路吸取的功率）,V,CC,V,cm,P,o,=,=,I,2,cm1,R,P,2,R,P,V,2,cm,2,1,3,、晶体管的耗散功率,P,c,P,c,=,P,=,-,P,o,4,、放大器的集电极效率,c,c,=,=,P,o,P,=,1,2,V,cm,I,cm1,V,CC,I,C0,2,1,=,I,cm1,V,cm,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,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,继续,本页完,V,CC,V,cm,4,、放大器的集电极效率,c,I,C0,c,2,c,c,=,=,P,o,P,=,1,2,V,cm,I,cm1,V,CC,I,C0,二、功率关系,集电极电压利用系数,波形系数,g,1,(,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,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,继续,本页完,V,CC,V,cm,4,、放大器的集电极效率,c,c,=,=,P,o,P,=,1,2,V,cm,I,cm1,V,CC,I,C0,令,g,1,(,c,)=,I,cm1,/,I,C0,，,称为波形系数。,=,V,cm,V,CC,集电极电压利用系数,g,1,(,c,)=,I,cm1,I,C0,波形系数,I,C0,越大，即输出电压越大，效率越高。,g,1,(,c,),越大，即,i,C,的平均值,I,C0,越小，效率越高。要使,I,C0,小，必须使,c,小。,c,2,c,令,=,V,cm,/,V,CC,，,称为集电极电压利用系数。,二、功率关系,本节结束页,谐振功率放大器的工作原理,高频功率放大器的基本电路,+,v,b,-,-,+,输出,+,-,v,B,i,E,i,B,i,C,C,L,v,C,p,V,CC,V,BB,+,-,+,-,O,t,i,C,、,v,C,继续,本页完,V,CC,V,cm,4,、放大器的集电极效率,c,I,C0,本节内容学习结束，单击,结束,，结束学习；单击,返回,，返回学习主页。,返回,结束,c,2,c,c,=,=,P,o,P,=,1,2,V,cm,I,cm1,V,CC,I,C0,=,V,cm,V,CC,集电极电压利用系数,g,1,(,c,)=,I,cm1,I,C0,波形系数,越大，即输出电压越大，效率越高。,g,1,(,c,),越大，即,i,C,的平均值,I,C0,越小，效率越高。要使,I,C0,小，必须使,c,小。,再见,再见,