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高频功率放大器电路


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3.2 谐振功率放大器的工作原理
3.2.1 基本工作原理
图3.1 高频谐振功率放大器原理电路图
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设输入信号 ui Uimcost ,从图3.1(c)电路可见,晶 体管基极与发射机之间的电压为:
u B E V B B u i V B B U im co t s(3.1)
VBB本身包含正负号。晶体管集电极与发射极之间的 电压为:
(3.22)
集电极耗散功率PC等于直流功率PD与交流功率Po之差,即:
PC PDPo
(3.23)
定义集电极效率为:
CP P D o 2 1IIcC10m U VC cm C 2 1g1()
(3.24)
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其中, U cm
V CC
称为集电极电压利用系数, 1 。
g1()IIcC10m01(()) 称为波形系数。
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图3.5 余弦脉冲电流分解系数
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3.2.3 输出功率与效率
放大器输出的交流功率等于集电极基波电流分量在负
载Re上的平均功率,即:
Po2 1Ic1U mcm2 1Ic21R me U 2c2eR m
(3.21)
电源输入的直流功率PD等于集电极直流分量IC0与VCC的乘
积,即:
PD IC0VCC
iCIC0 Icnm const n1
(3.14)
其中IC0为直流分量,Icnm为基波及各次谐波的振幅。应用 数学中求傅立叶级数的方法可以求出各个分量,它们都是
的函数。
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IC0
1
2
iCdt
1
2
iCdt
1
2
iCm ax
cost cos (1 cos )
dt
iCm ax
1
sin cos (1 cos )
uCEV CC uc
(3.2)
i C I C I c 0 c 1t m o I cc 2 s 2 m t o . . I s c. c n n m t o .. s (.3.3)
u c Ic1 R m eco t s U cm co ts
(3.4)
UcmIc1m Re
(3.5)
u C E V C C u c V C C U cm co t s
iCgc(uBE VBZ )
gc(VBBUimcotsVBZ )
g c U i( m c t c o ) o ss u B V E BZ (3.11)
i C 0
u B V E BZ (3.12)
由图3.4可见,当 t= 0时,iC = iCmax,由式(3.11)可得:
iCm g c U a im x ( 1 co ) s
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一般情况下,
Icn
1
m
iCcosntdt
iCmax2sinn(nnc2o1s)(1ncconosss)in
iCmaxn()
(3.19)
n() 2sin n (n c2n o 1 )s1 n (c cno o s)s sin
(3.20)
式中, ( ) 称为余弦脉冲电流分解系数,其大小是
导通角 的函数。
g1()是导通角 的函数,且是单调的,其关系如图3.5所示。
在 1 的条件下,可求得不同工作类型时放大器的效率:
甲类工作状态: 乙类工作状态: 丙类工作状态:
1 8 , g 1 ( 0) 1 , Cm 5 a% x0
9 , 0 g 1 () 1, .C 5m 7 7 a .5 % x 8 7 , 0 g 1 () 1, .C 7 8 3 .5 % 6
第 3 章 高频功率放大器电路
内容
3.1 高频功率放大器概述 3.2 谐振功率放大器的工作原理 3.3 谐振功率放大器的特性分析 3.4 谐振功率放大器电路与设计 3.5 丁类和戊类谐振功率放大器 3.6 集成射频功率放大器及其应用简介 3.7 宽带高频功率放大器概述
高频功率放大器是各种无线电发射机的重要组成部分, 主要用来对载波信号或高频已调波信号进行功率放大,其输 出功率小到几毫瓦,大到几百瓦,上千瓦,甚至兆瓦量级。 在高频功率放大领域内扮演重要角色的是高频谐振功率放大 器。本章主要介绍高频谐振功放的基本原理、动态特性、功 率和效率等指标和高频谐振功放电路的实际设计,并简要介 绍了集成和宽带高频功放与有关技术。
gcU im (1 iC cm o)asx
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这样,
co t sco s iCiCm a(1 x co)s
u B E V BZ
(3.13)
i C 0
u B V E BZ
式(3.13)是以 和iCmax为自变量的iC的表达式。上式实 质上就是式(3.3)尖顶电流脉冲的数学表达式,利用傅 立叶级数可展开为:
(3.6)
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3.2.2谐振功率放大器的近似分析
图3.4晶体管特性曲线折线化及集电极电流脉冲波形
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iCgc(u B E V B)Z iC0
u B EV B Z
u B EV B Z
(3.7)
式中,gc为折线化转移特性曲线的斜率。输入回路和输出
回路可以重新写为:
uBE V BB U im cots
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例3.1 在图3.1(c)所示谐振功率放大器电路中,VCC = 30 V,测得IC0 =100mV, Ucm = 28V, = 70 º,求该功率放大器的iCmax、Po、PD、PC、 C和回路谐振阻抗Re。
解:由图可查得 0(7)0 0 .2, 5 13 (7)0 0 .436
因此由式(3.15) 可求得
(3.8)
uCE V CC U cm cots
(3.9)
定义一个周期内导通角度的1/2为导通角(见图
3.4)。由图所示的几何关系,即当 t= 时,iC=0,可
以写出:
Uim co sV BZ V BB
cos VBZVBB
Uim
(3.10)
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需要注意的是,VBB可正可负,即 (VBZVBB就) 是图3.4中 VBZV的BB长度。将uBE代入式(3.7),并利用式(3.10)可得:
iCmax0()
0()1s
incos (1cos)
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(3.15) (3.16)
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同理,
Ic1m
1
iCcostdt
1
iCmax
cost cos (1 cos)
cost
dt
iCmax
1
sin cos (1 cos)
iCmax 1()
1()1 (1sicnocso)s
(3.17) (3.18)
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