谐振功率放大器工作原理.pptx
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1、引 言本页完本页完引言引言 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:它们的工作频率范围划分如下:低频区低频区 f f0.50.5f f 中频区中频区 0.50.5f f f f 0.2 0.2f fTT 高频区高频区 0.20.2f fT T f f f fT T 其中有其中有 f fT T f f 晶体管在低频区工作时,可以不考虑它的等效电路中的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
2、结电容的作用。高频区则需进一步考虑电极引线电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。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。返回返回第1页/共26页学 习 要 点本本 节节 学学 习习 要要 点点 和和 要要 求求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获得高效率的所需条件掌 握 高 频 功 率 放 大 器 的 功 率 关 系掌 握 高 频 功 率 放 大 器 的 功 率 关 系返回返回第2
3、页/共26页主 页谐振功率放大器的工作原理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。结束结束获 得 高 效 率 所 需 的 条 件获 得 高 效 率 所 需 的 条 件功率关系功率关系返回返回第3页/共26页一、获 得 高 效 率 所 需 的 条 件1 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 由能量守恒可知由能量守恒可知P P=P=Po o+P+Pc c定义集电极效率定义集电极效率1 1、高效
4、大功率输出的讨论、高效大功率输出的讨论高频功率放大器的基本电路高频功率放大器的基本电路继续继续本页完本页完 结论一:设法尽量降低集电结论一:设法尽量降低集电极的耗散功率极的耗散功率P Pc c,则集电极效,则集电极效率率 c c自然会提高。这样,在给自然会提高。这样,在给定定P P=时,晶体管的交流输出功时,晶体管的交流输出功率率P Po o就会增大。就会增大。+v vb b-+输输出出+-v vB Bi iE Ei iB Bi iC CC CL Lv vC Cp pV VCCCCV VBBBB+-+-v vb bP P=电源供给功率电源供给功率P P0 0交交流输出流输出信号功信号功率率P
5、Pc c晶体晶体管集电极管集电极耗散功率耗散功率 c c=P Po o P P=P Po oP Po o+P+Pc cV VCCCC第4页/共26页 结 论 二一、获得高效率所需的条件一、获得高效率所需的条件谐 振 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理 由能量守恒可知由能量守恒可知P P=P=Po o+P+Pc c定义集电极效率定义集电极效率1 1、高效大功率输出的讨论、高效大功率输出的讨论高频功率放大器的基本电路高频功率放大器的基本电路继续继续本页完本页完 结论一:设法尽量降低集结论一:设法尽量降低集电极的耗散功率电极的耗散功率P Pc c,则集电,则集电极效率极效率 c c自然会提高。这
6、样,自然会提高。这样,在给定在给定P P=时,晶体管的交流时,晶体管的交流输出功率输出功率P Po o就会增大。就会增大。+v vb b-+输输出出+-v vB Bi iE Ei iB Bi iC CC CL Lv vC Cp pV VCCCCV VBBBB+-+-c c=P Po o P P=P Po oP Po o+P+Pc c 将上式变形为将上式变形为P Po o=()P Pc c c c1 1-c c 结论二:如果维持晶体管的集结论二:如果维持晶体管的集电极耗散功率电极耗散功率P Pc c不超过额定值,不超过额定值,那么提高集电极效率那么提高集电极效率 c c ,将使交,将使交流输出功
7、率流输出功率P Po o大为增加。大为增加。例:在甲类放大时,放大电路例:在甲类放大时,放大电路的的 c c=20%=20%,此时,此时P Po1o1=(0.25)=(0.25)P Pc c。当。当改为丙类放大时,改为丙类放大时,c c=75%=75%,此时,此时P Po2o2=3=3P Pc c。P Po2o2/P Po1o1=3/0.25=12=3/0.25=12。丙类放大的交流输出功率是甲类放丙类放大的交流输出功率是甲类放大的大的1212倍。倍。第5页/共26页2 2、提 高 效 率 与 功 率 的 方 法谐 振 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理2 2、提高效率与功率的方法、提高效
8、率与功率的方法高频功率放大器的基本电路高频功率放大器的基本电路继续继续本页完本页完+v vb b-+输输出出+-v vB Bi iE Ei iB Bi iC CC CL Lv vC Cp pV VCCCCV VBBBB+-+-集电极瞬时耗散功率集电极瞬时耗散功率P Pc c一、获得高效率所需的条件一、获得高效率所需的条件P Pc c=i iC C v vC COOtti iC C、v vC Cc 如果使晶体管的如果使晶体管的v vC C和和i iC C的的波形如图所示波形如图所示(注意,共射注意,共射电路中电路中v vC C与与i iC C是反相的是反相的)。一周期内晶体管只在此流通一周期内晶
9、体管只在此流通角角2 2c内损耗功率,这是内损耗功率,这是v vC C的的最小值区间,显然晶体管的耗最小值区间,显然晶体管的耗散功率是最小的,散功率是最小的,c c较大。较大。2c第6页/共26页 讨 论 甲 类 状 态 的 导 通 角谐 振 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理2 2、提高效率与功率的方法、提高效率与功率的方法高频功率放大器的基本电路高频功率放大器的基本电路继续继续本页完本页完+v vb b-+输输出出+-v vB Bi iE Ei iB Bi iC CC CL Lv vC Cp pV VCCCCV VBBBB+-+-集电极瞬时耗散功率集电极瞬时耗散功率P Pc c一、获得
10、高效率所需的条件一、获得高效率所需的条件P Pc c=i iC C v vC COOtti iC C、v vC C 流通角流通角2 2c显然小于显然小于180180,即晶体管的导通时间必须小于即晶体管的导通时间必须小于T/2T/2,或说集电极输出电流,或说集电极输出电流i iC C的的波形不到半个正弦波。波形不到半个正弦波。T/2 晶体管甲晶体管甲类工作状态类工作状态的静态工作的静态工作点点V VBEQBEQ=0.7V=0.7V,流通角是流通角是360360。t ti iC COO2 2+-0.70.7V Vi iC Cc2c第7页/共26页 讨 论 乙 类 状 态 的 导 通 角谐 振 功
11、率 放 大 器 的 工 作 原 理2 2、提高效率与功率的方法、提高效率与功率的方法高频功率放大器的基本电路高频功率放大器的基本电路继续继续本页完本页完+v vb b-+输输出出+-v vB Bi iE Ei iB Bi iC CC CL Lv vC Cp pV VCCCCV VBBBB+-+-集电极瞬时耗散功率集电极瞬时耗散功率P Pc c一、获得高效率所需的条件一、获得高效率所需的条件OOtti iC C、v vC CT/2P Pc c=i iC C v vC C 晶体管乙晶体管乙类工作状态类工作状态的静态工作的静态工作点点V VBEQBEQ=0V=0V,流通角是流通角是180180。t
12、ti iC COO0 0V Vi iC C 流通角流通角2 2c显然小于显然小于180180,即晶体管的导通时间必须小于即晶体管的导通时间必须小于T/2T/2,或说集电极输出电流,或说集电极输出电流i iC C的的波形不到半个正弦波。波形不到半个正弦波。P Pc c=i iC C v vC Cc2c第8页/共26页 讨 论 丙 类 状 态 的 导 通 角谐 振 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理2 2、提高效率与功率的方法、提高效率与功率的方法高频功率放大器的基本电路高频功率放大器的基本电路继续继续本页完本页完+v vb b-+输输出出+-v vB Bi iE Ei iB Bi iC CC
13、 CL Lv vC Cp pV VCCCCV VBBBB+-+-集电极瞬时耗散功率集电极瞬时耗散功率P Pc c一、获得高效率所需的条件一、获得高效率所需的条件OOtti iC C、v vC CT/2P Pc c=i iC C v vC C 要使流通角要使流通角小于小于180180,显显然然V VBEQBEQ0V0V,即为负值。称即为负值。称为丙类工作状为丙类工作状态。态。t ti iC COO-+i iC C 流通角流通角2 2c显然小于显然小于180180,即晶体管的导通时间必须小于即晶体管的导通时间必须小于T/2T/2,或说集电极输出电流,或说集电极输出电流i iC C的的波形不到半个正
14、弦波。波形不到半个正弦波。P Pc c=i iC C v vC Cc2c第9页/共26页 丙 类 状 态 效 率 最 高 地 解 释谐 振 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理2 2、提高效率与功率的方法、提高效率与功率的方法高频功率放大器的基本电路高频功率放大器的基本电路继续继续本页完本页完+v vb b-+输输出出+-v vB Bi iE Ei iB Bi iC CC CL Lv vC Cp pV VCCCCV VBBBB+-+-集电极瞬时耗散功率集电极瞬时耗散功率P Pc c一、获得高效率所需的条件一、获得高效率所需的条件OOtti iC C、v vC CT/2P Pc c=i iC
15、C v vC C 晶体管处于丙类工作状态时,晶体管处于丙类工作状态时,i iC C只在只在v vC C最低时才能通过,所以最低时才能通过,所以在丙类工作状态下集电极的耗散在丙类工作状态下集电极的耗散功率功率P Pc c是最小的,效率是最小的,效率 c c是最大是最大的。的。晶体管的丙类工作状态即静晶体管的丙类工作状态即静态时,晶体管的态时,晶体管的V VBEQBEQ00。c2c第10页/共26页 2 2 c c是在一周期内的集是在一周期内的集电极电流的流通角,电极电流的流通角,c c为为半流通角半流通角(亦有称为截止角亦有称为截止角),本教材称为通角。,本教材称为通角。一、获得高效率所需的条件
16、一、获得高效率所需的条件3 3、通 角通 角通 角通 角 c c的 计 算的 计 算的 计 算的 计 算谐 振 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理继续继续本页完本页完OOtti iC C、v vC CT/23 3、通角、通角 c c的计算的计算OOv vB Bi iC Cv vb b-V VBBBB 将转移特性曲线线性段将转移特性曲线线性段近似化为一条直线,交横近似化为一条直线,交横轴于轴于V VBZBZ,称为截止电压。,称为截止电压。2c 通角通角 c c对应的值为对应的值为V Vbmbmcoscosc c=V VBZBZ+V VBBBB。V VBZBZV Vbmbm转移特转移特性曲线性
17、曲线 输入信号为输入信号为一交流正弦波一交流正弦波v vb b。2ci iC CttO只在这个区只在这个区域里产生域里产生i iC C只在这个区只在这个区域里产生域里产生i iC C这是这是2 2倍通倍通角角 c c。c2c第11页/共26页一、获得高效率所需的条件一、获得高效率所需的条件 通 角通 角通 角通 角 c c的 计 算 式的 计 算 式的 计 算 式的 计 算 式谐 振 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理继续继续本页完本页完OOtti iC C、v vC CT/23 3、通角、通角 c c的计算的计算OOv vB Bi iC Cv vb b-V VBBBB2c 通角通角 c
18、c对应的值为对应的值为V Vbmbmcoscosc c=V VBZBZ+V VBBBB。V VBZBZV Vbmbm转移特转移特性曲线性曲线2ci iC CttO因为因为 v vb b=V Vbmbmcoscosttcoscos c c=V VBZBZ+V VBBBBV Vbmbm所以所以 V Vbmbmcoscosc c=V VBZBZ+V VBBBB在通角处有在通角处有 t=t=c c 由图得,在由图得,在t=t=c c处的处的v vb b值为值为V VBZBZ+V VBBBB。通过上式可求出通角通过上式可求出通角 c c。c2c第12页/共26页一、获得高效率所需的条件一、获得高效率所需
19、的条件4 4、脉 冲脉 冲脉 冲脉 冲i iC C产 生 正 弦 波产 生 正 弦 波产 生 正 弦 波产 生 正 弦 波v vC C的 物 理 过 程的 物 理 过 程的 物 理 过 程的 物 理 过 程谐 振 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理 4 4、脉冲、脉冲i iC C产生正弦波产生正弦波v vC C的物的物理过程理过程 i iC C通过傅里叶级数展开得:通过傅里叶级数展开得:高频功率放大器的基本电路高频功率放大器的基本电路+v vb b-+输输出出+-v vB Bi iE Ei iB Bi iC CC CL Lv vC Cp pV VCCCCV VBBBB+-+-OOtti i
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