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諧振功率放大器是一種用諧振系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大器,一般丙類工作,主要應(yīng)用在無(wú)線電發(fā)射機(jī)中,用來(lái)對(duì)載波信號(hào)或高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大。
根據(jù)相對(duì)工作頻帶的寬窄不同,高頻功率放大器可分為窄帶型和寬帶型兩大類。
1. 窄帶型高頻功率放大器
通常采用諧振網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載,又稱為諧振功率放大器。
為了提高效率,諧振功率放大器一般工作于丙類狀態(tài)或乙類狀態(tài),近年來(lái)出現(xiàn)了工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的丁類狀態(tài)的諧振功率放大器。
2. 寬帶型高頻功率放大器
采用傳輸線變壓器作負(fù)載。
傳輸線變壓器的工作頻帶很寬,可以實(shí)現(xiàn)功率合成。
1.輸出功率:PO
2.效率:η
3.功率增益:Ap
1.2 諧振功率放大器的工作原理
一、丙類諧振功率放大器電路
電路圖如1-1所示
圖1-1 丙類諧振功率放大器
LC諧振網(wǎng)絡(luò)為放大器的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。
諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為信號(hào)的中心頻率。
作用:濾波、匹配。
VBB:基極直流電壓
作用:保證三極管工作在丙類狀態(tài)。
VBB的值應(yīng)小于放大管的導(dǎo)通電壓Uon;通常取VBB≤0。
VCC:集電極直流電壓
作用:給放大管合理的靜態(tài)偏置,提供直流能量。
二、丙類諧振功率放大器的工作原理
ui→uBE→iB→iC→uC
ui為余弦電壓, 可表示為ui=UimCOSωct
則:uBE= VBB+ui= VBB+ UimCOSωct
根據(jù)三極管的轉(zhuǎn)移特性可得到集電極電流iC,為余弦脈沖波,如圖4-2所示:
圖1-2 iC波形
根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)的理論,iC可分解為:
ic=Ico+iC1+iC2+iC3+………+iCn+………
式中:Ico為直流電流分量
iC1為基波分量;iC1=Icm1COSωct
iC2為二次諧波分量;iC2=Icm2COS2ωct
iCn為n次諧波分量;iCn=IcmnCOSnωct
其中,它們的大小分別為:
Ico=iCmax·α0(θ)
Icm1=iCmax·α1(θ)
Icmn=iCmax·αn(θ)
iCmax是ic波形的脈沖幅度。
αn(θ)的大小可根據(jù)余弦脈沖分解系數(shù)表查。
Ic信號(hào)的導(dǎo)電角可以用下面的公式進(jìn)行計(jì)算
當(dāng)iC信號(hào)通過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)時(shí),由于諧振網(wǎng)絡(luò)的作用,可得其諧振網(wǎng)絡(luò)壓降為:
uc=RIcm1COSωct=UcmCOSωct
uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct
各信號(hào)的波形如圖1-3所示:
圖1-3 波形圖
三、功率關(guān)系
直流功率:PV=VCCICO
輸出功率:PO= Icm1Ucm
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(tài)
欠壓狀態(tài):管子導(dǎo)通時(shí)均處于放大區(qū);
臨界狀態(tài):管子導(dǎo)通時(shí)從放大區(qū)進(jìn)入臨界飽和;
過(guò)壓狀態(tài):管子導(dǎo)通時(shí)將從放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū);
在實(shí)際工作中,丙類放大器的工作狀態(tài)不但與Ubm有關(guān),還與VCC、VBB和R有關(guān)。
在丙類諧振功放中,工作狀態(tài)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(tài)的特點(diǎn),以及Ubm、VCC、VBB和R的變化對(duì)工作狀態(tài)的影響,即對(duì)丙類諧振功放的特性進(jìn)行分析。
二、丙類諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)線
1.基本概念:
大信號(hào)的功率放大器一般采用圖解法進(jìn)行分析,為此就要在輸出特性曲線上作出交流負(fù)載線。
由于諧振功放的集電極負(fù)載是諧振回路,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(fù)載線已不是直線了,是一條曲線,又稱為動(dòng)態(tài)線。
2.動(dòng)態(tài)線的作法:
三極管的輸出特性曲線轉(zhuǎn)上的參變量iB換成uBE,在VBB、VCC、Ucm和Ubm保持不變的情況下,假設(shè)ωct取不同的值,根據(jù)式uBE=VBB+ UbmCOSωct和uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct可得以相對(duì)應(yīng)的uBE和uCE值,從而確定輸出特性曲線上的各個(gè)"動(dòng)態(tài)點(diǎn)",然后依次連接各個(gè)"動(dòng)態(tài)點(diǎn)"就可以得到動(dòng)態(tài)線。其圖形如1-4所示。
圖1-4 動(dòng)態(tài)線
3.不同工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)線
如圖1-5所示
圖1-5 不同狀態(tài)的動(dòng)態(tài)線
丙類諧振功放在不同狀態(tài)的動(dòng)態(tài)線動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊
4.根據(jù)動(dòng)態(tài)線分析放大器的特性
(1)放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)時(shí),ic波形會(huì)出現(xiàn)下凹。
(2)動(dòng)態(tài)線、放大器的工作狀態(tài)與VBB、VCC、Ucm和Ubm的大小有關(guān)系。
三、丙類諧振功率放大器的特性
負(fù)載特性:
基極調(diào)制特性:
調(diào)制特性
集電極調(diào)制特性:
放大特性:
1.負(fù)載特性:
負(fù)載特性是指放大器在VBB、VCC和Ubm不變時(shí),隨R變化的特性
(1)工作狀態(tài)的變化
隨著R從小變大,放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→過(guò)壓狀態(tài)變化
(2)ic波形的變化
隨著R增大,ic的變化如圖1-6所示
圖1-6 ic隨R變化的特性
(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性
如圖1-7所示
圖1-7 Ucm、Ico、Icm1隨R的變化
(4)PO、PV、Pc、η的變化特性
如圖1-8所示
圖1-8 PO、PV、Pc、η的變化特性
負(fù)載特性動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊
2.基極調(diào)制特性
基極調(diào)制特性是指放大器在R、VCC和Ubm不變時(shí),隨VBB變化的特性
(1)工作狀態(tài)的變化
隨著VBB從小變大,放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→過(guò)壓狀態(tài)變化
(2)ic波形的變化
如圖4-9所示
圖1-9 ic隨VBB的變化特性
(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性 如圖1-10所示
圖1-10 Ucm、Ico、Icm1的變化特性
基極調(diào)制特性動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊
3.集電極調(diào)制特性
集電極調(diào)制特性是指放大器在VBB、R和Ubm不變時(shí),隨VCC變化的特性
(1)工作狀態(tài)的變化
隨著VCC從小變大,放大器將由過(guò)壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→欠壓狀態(tài)變化
(2)ic波形的變化
如圖1-11所示
圖1-11 ic隨VCC變化的特性
(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性
如圖1-12所示
圖1-12 Ucm、Ico、Icm1的變化特性
集電極調(diào)制特性動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊
4.放大特性
放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不變時(shí),隨Ubm變化的特性
(1)工作狀態(tài)的變化
隨著Ubm從小變大,放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→過(guò)壓狀態(tài)變化
(2)ic波形的變化
如圖1-13所示
圖1-13 ic隨Ubm的變化特性
(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性
如圖1-14所示
圖1-14 Ucm、Ico、Icm1的變化特性
基極調(diào)制特性動(dòng)畫(huà)演示請(qǐng)點(diǎn)擊
顧名思義,高頻功率放大器用于放大器高頻信號(hào)并獲得足夠大的輸出功率,常又稱為射頻功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它廣泛用于發(fā)射機(jī)、高頻加熱裝置和微波功率源等電子設(shè)備中。
1.高頻諧振功率放大器原理 高頻諧振功率放大器原理電路如圖3-1所示。圖中,L2、L3是扼流圈,分別提供晶體管基極回路、集電極回路的直流通路。R10、C9產(chǎn)生射極自偏壓,并經(jīng)由扼流圈L2加...
1、音響器材正常的工作溫度應(yīng)該為18℃~45℃。溫度太低會(huì)降低某些機(jī)器(如電子管機(jī))的靈敏度;太高則容易燒壞元器件,或使元器件提早老化。夏天要特別注意降溫和保持空氣流通。 2、...
功率放大器簡(jiǎn)稱“功放”,功放所用的有源器件主要是晶體管(雙極型或場(chǎng)效應(yīng)晶體管),在工作頻率很高或要求輸出功率很大等場(chǎng)合,也使用電子管(包括大功率發(fā)射電子管);在微波段使用行波管。功放按其有源器件的工作...
1.采用諧振網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載。
2.一般工作在丙類或乙類狀態(tài)。
3.工作頻率和相對(duì)通頻帶相差很大。
4.技術(shù)指標(biāo)要求輸出功率大、效率高。
高頻諧振功率放大器設(shè)計(jì) (2)
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武漢理工大學(xué)《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 天 津 天 獅 學(xué) 院 《高頻電子線路》設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目: 高頻諧振功率放大器 專 業(yè): (本 14 級(jí) 電子信 息工 程 班 級(jí): 2 班 姓 名: 黃霞 總成績(jī): 天津天獅學(xué)院信息與自動(dòng)化學(xué)院 2016 年 5 月 10 日 武漢理工大學(xué)《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 具較扎實(shí)的電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力;對(duì)電路器件的選型 及電路形式的選擇有一定的了解;具備高頻電子電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本 調(diào)試能力;能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測(cè)。 要求完成的主要任務(wù): (包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求,以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求) 1、采用晶體管完成一個(gè)高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì) 2、電源電壓 Vcc = +12V,采用 NXO-100環(huán)形鐵氧體磁芯, 3、工作頻率 f 0=6MHz 4、負(fù)載電阻 RL
高頻諧振功率放大器設(shè)計(jì)
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高頻諧振功率放大器設(shè)計(jì)
放大高頻大信號(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。
①高效率輸出 ②高功率輸出
相同之處:它們放大的信號(hào)均為高頻信號(hào),而且放大器的負(fù)載均為諧振回路。
不同之處:為激勵(lì)信號(hào)幅度大小不同;放大器工作點(diǎn)不同;晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。
高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗Rp、激勵(lì)電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個(gè)參量決定的。如果VCC、VBB、vb 3個(gè)參變量不變,則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)載電阻Rp決定。此時(shí),放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨Rp而變化的特性,就叫做放大器的負(fù)載特性。
欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低,集電極耗散功率也較大,輸出電壓隨負(fù)載阻抗變化而變化,因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅,需采用這種工作狀態(tài)。
過(guò)壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是,當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí),輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大,在弱過(guò)壓時(shí),效率可達(dá)最高,但輸出功率有所下降,發(fā)射機(jī)的中間級(jí)、集電極調(diào)幅級(jí)常采用這種狀態(tài)。
臨界狀態(tài)的特點(diǎn)是輸出功率最大,效率也較高,比最大效率差不了許多,可以說(shuō)是最佳工作狀態(tài),發(fā)射機(jī)的末級(jí)常設(shè)計(jì)成這種狀態(tài),在計(jì)算諧振功率放大器時(shí),也常以此狀態(tài)為例。
高頻功放和其它放大器一樣,其輸入和輸出端的管外電路均由直流饋線電路和匹配網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。諧振功放的實(shí)際電路包括有饋電電路、輸入輸出端的匹配電路。無(wú)是直流電路還是高頻電路,都應(yīng)符論合下述三條原則:(1)對(duì)直流電源不能被短路,直流電路必須有通路,以保證將能加到集電極;
(2)負(fù)載電壓基波不能被短路,且電流也必須有通路,以保證回路輸出有高頻功率;
(3)高頻電流不能通過(guò)直流電源(但直流可通過(guò)線圈回路),以免產(chǎn)生寄生偶合與高頻損耗。
要滿足上述原則,可在電路中接入一些輔助元件,以構(gòu)成諧振功率放大器的實(shí)際電路。