《通信電子電路》PPT課件

通信電子電路通信電子電路何豐 主編重慶郵電學(xué)院人民郵電出版社v第三章高頻功率放大器的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)第三章高頻功率放大器的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)v3.1概述概述 v3.2丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)和原理v3.3 實(shí)際丙類諧振功放原理分析v3.4諧振功放的耦合和設(shè)計(jì)原則 v3.5丙類倍頻器 v3.6*寬帶高頻功率放大器 v3.7*功率合成與功率分配電路v3.8*D、E類諧振功放v3.9 電路與信號(hào) 第三章高頻功率放大器的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)第三章高頻功率放大器的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)v功率放大器功率放大器是指能輸出大功率信號(hào)的放大電路，它可以分為低頻功放和高頻功放兩類v其中節(jié)能、高效的具體表現(xiàn)是：在輸入信號(hào)為零時(shí)，電路應(yīng)基本不耗能；在輸入不為零時(shí)，電路有足夠大的輸出功率和盡可能高的效率v進(jìn)一步體會(huì)到：實(shí)際電路和電路的性能總是與特定信號(hào)環(huán)境和信號(hào)類型相聯(lián)系的，否則電路的優(yōu)勢(shì)就不能體現(xiàn) 3.1概述概述v一般來說，信號(hào)最低頻率fimin與最高頻率fimax滿足2fiminfimax關(guān)系時(shí)，放大電路被稱為窄帶放大器窄帶放大器，v與窄帶放大器相對(duì)應(yīng)的是寬帶放大器寬帶放大器，它的最大特點(diǎn)在于最低信號(hào)頻率fimin的某些倍頻仍屬于有用頻率范圍。v常見的高頻寬帶功率放大器有A類類(也稱甲類甲類)和B類類(也稱乙類乙類)兩種，它們的工作原理和結(jié)構(gòu)與低頻甲、乙類功放基本一樣，3.1概述概述3.1概述概述v下面就提高效率的基本思路介紹如下：v1通過減小增益元器件在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，來提高功放效率。v2設(shè)法減小導(dǎo)通時(shí)，增益元器件的功v3頻帶選通部分應(yīng)選用本身耗能低的LC選頻網(wǎng)絡(luò)*3.2丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)和原理丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)和原理v丙類諧振功率放大器丙類諧振功率放大器也稱為C類高頻窄帶功類高頻窄帶功放放。vA類功放的放大管應(yīng)在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)工作于放大狀態(tài)；vB類功放類功放中的放大管只有半個(gè)周期處于放大狀態(tài)，另半周則處于截止?fàn)顟B(tài)；vC類功放類功放中的放大管一般來說只有小于半周的時(shí)間工作于放大狀態(tài)。3.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析v非飽和是指放大管在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)只處于管子的放大區(qū)，而沒有進(jìn)入飽和區(qū)的工作情況。如將iC 波中的虛實(shí)線合起來就有了一個(gè)完整的正弦波，設(shè)此完整正弦波的振幅為Icm，那么：(3-2-1)v如=，則管子在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)處于放大區(qū)，這時(shí)稱管子為甲類工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)；如=/2，則稱管子處于乙類工乙類工作狀態(tài)作狀態(tài)；如 /2，則稱管子處于丙類工作狀態(tài)丙類工作狀態(tài)。嚴(yán)格說來，只要 ，且具有圖中的特定電路結(jié)構(gòu)就可稱為丙類丙類放大器放大器，但由于實(shí)際中的 均滿足小于/2的條件，所以有丙類功放中放大管 /2的說法。cmCcmIII/arccosmax3.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析v圖3-2-1（a）中的高頻扼波圈，對(duì)直流信號(hào)相當(dāng)于短路。因此，晶體管電壓vC E(t)的直流分量以及隔直電容C0上的直流電壓分量都應(yīng)為VCC。若C0的容量很大，則：v (3-2-2)v另外，從電路結(jié)構(gòu)也能得知，由VCC 提供的直流電流Idc只能流經(jīng)放大管到地，也就意味著iL(t)的直流成分為零，的直流成分與Idc相同。由波形經(jīng)傅里葉級(jí)數(shù)分解后可得：v (3-2-3)v若R、L、C、C0組成的總阻抗遠(yuǎn)小于RFC的感抗，則的交流成分只能通過C0和并聯(lián)諧振回路到地。這時(shí)：v (3-2-4)()(tvVtvoCCCE)()1()(100maxmax22CCCcIniItdtiTIICOSCOSSTTCd記tItIItitiscsccCCOSCOSmmdL221)()(3.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析v (3-2-5)v若頻帶選通電路，即并聯(lián)諧振電路的L、C諧振于輸入信號(hào)頻率s，且R相對(duì)不太小的話，輸出信號(hào)vo(t)可近似表示為：v (3-2-6)v而諧波電流則通過L、C被釋放掉了，不形成有效的輸出電壓分量。)()1(1maxmax1CCcIniIICOSCOSSm記tVtRItvsoscCOSCOSmmo1)(3.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析v若三極管導(dǎo)通時(shí)未進(jìn)入飽和區(qū)，則輸出交流功率Po，直流電源輸出功率Pd，放大器效率 分別可表示為：v式中，稱為電壓利用系數(shù)（=Vom/VCC）。由式（3-2-2）知，在保證不進(jìn)入飽和狀態(tài)下，的最大值為：(3-2-10)v若飽和壓降VCE(sat)=0，則式（3-2-9）變?yōu)椋簐 (3-2-11)RVRIPmmoco2212121cdCCCCCdIVIVP0COSSCOSSnini21IIVV21IV2RIPPccoccodmmdmd1CCCC21CC)(ECCCVVVsatxam)(2COSSCOSSninixam3.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析v例題例題：設(shè)計(jì)一個(gè)C類放大器。采用N溝道增強(qiáng)型VMOSFET管子作為電路的增益元件，要求電路向負(fù)載R提供25W的功率，放大器效率為85%，忽略管子可變電阻區(qū)帶來的影響。工作頻率為50MHz，電源電壓為正12伏。3.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析v解：根據(jù)題意畫出相應(yīng)電路如圖3-2-3所示。圖中CD對(duì)交流短路，C和L諧振于工作頻率。在忽略可變電阻區(qū)的影響條件下，可令：Vom=VDD=12V，那么R=122/(225)=2.88。v由式（3-2-11）可得：=73.5 o（也可由附錄C的g1得到）。v又將ID 1m=2Po/Vom代入式(3-2-5)可得放大管的最大漏極電流ID max=7.884(A)。v由式（3-2-2）有vD max=VDD+Vom=24V。v若設(shè)R、L、C回路的品質(zhì)因素Q=5，則有：3.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析vL=R/(Q)=1.8310-3(H)vC=1/(L2)=5.52610-3(F)v若取RFC的感抗 RFC 25ZL，則：v若取 ，則：)H(2290R25RFC.25ZC1LD)F(0270R25C.D3.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析v在前述各公式的假設(shè)條件下，也可寫出如下關(guān)系：v (3-2-12)v (3-2-13)v可見：在 st 范圍內(nèi)，與vCE(t)的關(guān)系在放大區(qū)仍可能是直線關(guān)系。tttItItissscscCOSCOSmmC,0)(tniRIVtRIVtvscCOSCOSSmCCsmcCCCE)(cos)(13.2.1 非飽和下的丙類功放分析非飽和下的丙類功放分析3.2.2 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析3.2.2 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析v為了便于與節(jié)的非飽和情況相區(qū)別，v我們常將有部分時(shí)間進(jìn)入飽和的情況稱為丙類功放的過壓工作狀態(tài)過壓工作狀態(tài)；v否則，稱為欠壓工作狀態(tài)欠壓工作狀態(tài)；v而將過壓與欠壓的臨界情況稱為臨界工作狀臨界工作狀態(tài)態(tài)。3.2.2 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析v首先，我們?cè)O(shè)理想情況下的三極管輸出特性曲線如圖3-2-5（a）所示；同時(shí)，設(shè)管子在飽和區(qū)內(nèi)與vCE應(yīng)滿足下式：v (3-2-14)v式中，Scr近似為常數(shù)，表示了飽和線飽和線（或臨臨界飽和線界飽和線）的斜率的斜率大小，反映了 基本只受vCE 影響的性能特點(diǎn)。crSvdidCEC3.2.2 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析v例題例題3.2.2 電路結(jié)構(gòu)如圖3-2-1（a）所示。三極管的Scr為0.41S，電路處于臨界工作狀態(tài)，電壓利用系數(shù)=0.9，VCC=30V，導(dǎo)通角為90 o。求Vom，R，Po。v解：由電壓利用系數(shù)定義，Vom=VCC=27 V；考慮電路工作于臨界狀態(tài)，以及Scr的定義，可得：)(21)(.maxAVVSImorcCCC3.2.2 進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析進(jìn)入飽和區(qū)的丙類功放分析v在=90 o條件下，由式（3-2-5）可得：v又由式（3-2-6）有：v諧振時(shí)，又由式（3-2-7）得)A(60I.m1c)(45IVRmm1co)W(18IV21P.mm1coo3.2.3 丙類功放的性能分析丙類功放的性能分析v1.負(fù)載負(fù)載R的變化的變化3.2.3 丙類功放的性能分析丙類功放的性能分析2.輸出回路直流電壓輸出回路直流電壓VCC的變化的變化3.2.3 丙類功放的性能分析丙類功放的性能分析v例題例題3.2.3 已知一處于臨界工作狀態(tài)的丙類功率放大器。在單音激勵(lì)下的輸出功率為35W，此時(shí)的VCC=50V。如功放的集電極電壓特性如圖3-2-8所示。試求在其它條件不變時(shí)，VCC減半后的電路輸出功率為多少？v解：從圖3-2-8的集電極電壓特性得知：VCC減半時(shí)，基波電流振幅應(yīng)減半，而；所以，在VCC=25V時(shí)，。3.2.3 丙類功放的性能分析丙類功放的性能分析v三三.輸入回路直流電壓變化輸入回路直流電壓變化3.2.3 丙類功放的性能分析丙類功放的性能分析v4.輸入交流信號(hào)的振幅輸入交流信號(hào)的振幅變化變化3.2.3 丙類功放的性能分析丙類功放的性能分析v例題例題3.2.4 已知某一由場(chǎng)效應(yīng)管組成的丙類功放，其輸入回路如圖3-2-9（a）所示。其中場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性如圖3-2-11所示。當(dāng)VGG=2V，Vim=2V時(shí)放大器處于臨界工作狀態(tài)，其效率為70%。試問：在其它條件不變情況下，Vim由2伏變成1伏后，功放效率如何？3.2.3 丙類功放的性能分析丙類功放的性能分析v解：由于VGG=2V，所以無論Vim為何值，管子的導(dǎo)通角均為90 o。又由已知的轉(zhuǎn)移特性可知：Vim減半后，的最大值也應(yīng)減半。由式（3-2-3）和式（3-2-5），和也會(huì)減半。這樣，利用式（3-2-9）可得到Vim減半后，值也應(yīng)減半。3.3實(shí)際丙類諧振功放的原理分析實(shí)際丙類諧振功放的原理分析3.3.2 丙類功放輸出電路的特性丙類功放輸出電路的特性v在圖3-2-1(a)的并聯(lián)諧振負(fù)載型丙類功放中，C、E端的交流電壓本應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)正弦波(在正弦激勵(lì)下)。但若考慮到實(shí)際情況，C、E兩端要保持標(biāo)準(zhǔn)的正弦交流波形是不可能的。v第一，在管子C、E端的大電壓變化情況下，從三極管的C、E極看進(jìn)去的輸出等效電容的變化是極大的。由這一等效電容和電路中C、L共同構(gòu)成的諧振回路的諧振頻率將不可能固定不變，那么在管子截止期間和其它時(shí)間內(nèi)，由電容濾除高頻諧波的能力就不可能相同。因而從時(shí)域來看vo(t)是不理想的。3.3.2 丙類功放輸出電路的特性丙類功放輸出電路的特性v第二，在管子飽和工作期間，飽和電流與vCE的特殊關(guān)系(見近似表達(dá)式，即式(3-2-14)決定了vCE(t)的負(fù)峰會(huì)受到低飽和電阻(1/Scr)的瀉放而發(fā)生畸變。v第三、如進(jìn)一步考慮到在高頻工作時(shí)，電路中的引線等引起的大量分布電抗和小數(shù)值L、C難以實(shí)現(xiàn)性，以及并聯(lián)Q值不可能很大的實(shí)際情況，要得到理想的vo(t)也是不可能的。3.3.2 丙類功放輸出電路的特性丙類功放輸出電路的特性v由圖3-3-2，的大小可通過電容Cc來計(jì)算。電容Cc上的電流為：vi(t)=IdciCio(3-3-1)v由于容值Cc和電流iC的大小難于用數(shù)學(xué)式子來表達(dá)，從而導(dǎo)致了的計(jì)算變得不可能進(jìn)行。3.3.2 丙類功放輸出電路的特性丙類功放輸出電路的特性v圖3-3-1（b）的波形為實(shí)驗(yàn)所得，在工程設(shè)計(jì)中可采用下列公式進(jìn)行估算。R2)VV(6250P2)t(CECCsao.CCMCV)43(VcdI)43(IMC3.3.3 丙類功放輸入電路的特性丙類功放輸入電路的特性v圖3-2-1（a）的輸入回路存在著兩個(gè)方面的缺陷。v第一，在PN結(jié)單向?qū)ㄌ匦缘挠绊懴?，信?hào)源輸出的電流波形嚴(yán)重偏離了輸入的變化規(guī)律。v第二，要使輸出諧波分量少，應(yīng)盡可能的使波形在導(dǎo)通期間與輸入信號(hào)的變化規(guī)律一致。3.3.4 輸入電路的直流饋電方式輸入電路的直流饋電方式v所謂饋電饋電是指直流通路的情況。由于輸出直流通路通常都與圖3-3-1(a)類似，所以，下面只對(duì)輸入回路的情況進(jìn)行討論。v3.3.1 在三極管B、E兩極間形成自身反偏壓的條件是什么？3.3.4 輸入電路的直流饋電方式輸入電路的直流饋電方式3.4諧振功放的耦合和設(shè)計(jì)原則諧振功放的耦合和設(shè)計(jì)原則v初步設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容。v一是對(duì)信源與放大器、放大器與負(fù)載聯(lián)接方式的設(shè)計(jì)問題，即匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)問題；v另一個(gè)則是放大器本身的設(shè)計(jì)問題，它主要包括管子的選取、輸入信號(hào)阻抗和輸出負(fù)載阻抗的取值問題。3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v例題例題3.4.1 某一晶體管，在146MHz，VCC=12.5 V時(shí)，按圖3-3-1(a)類似電路給50 負(fù)載提供20W的輸出功率(PL)，電路功率增益GP=10.8dB，并且大信號(hào)阻抗Zc=3.3j1.7，ZB=1.64j0.78。試說明含義。v解：題中的大信號(hào)阻抗理解為上述特定晶體管的電路指標(biāo)下，三極管C、E間外接基波交流負(fù)載阻抗和B、E間看出的基波阻抗的最佳值已經(jīng)給定，見圖3-4-1。3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v如考慮到RFC1、RFC2的交流阻抗很大，即實(shí)際可取v則BZRFCs251csZRFC252)(71 j33ZZ.co)(780 j641ZZ.Bs)(0490.1HRFC)(10.2HRFC3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v有關(guān)Zo和Zs的進(jìn)一步確定問題，將在小節(jié)的匹配網(wǎng)絡(luò)部分中講解。v因?yàn)镚P=10.8dB，而在Zo和Zs網(wǎng)絡(luò)中，只有負(fù)載RL和信源內(nèi)阻Rs消耗能量，則輸入三極管的能量，也就是信源輸出的能量為v若這時(shí)已知集電極效率為60%，則直流電源輸出功率為：Pd=Po/60%v33.33(W)，流過RFC2的直流電流Idc/VCC=2.67(A)。)W(66110P10PP.08.1L08.1oi3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v例題例題3.4.2 現(xiàn)需設(shè)計(jì)一功率放大器，工作頻率為170MHz，輸出功率為10W。電路工作于臨界狀態(tài)的C類放大器。v解：首先，討論三極管應(yīng)滿足的條件 3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v（1）為了減小工作頻率的變化對(duì)管子放大倍數(shù)的影響，也為了使管子的引線電感，結(jié)電容等電抗分量的影響最小，應(yīng)使所選管子的fT越大越好。但限于成本和實(shí)際管子的制造水平，管子的fT與工作中心頻率fs應(yīng)滿足下式：ZTMH340f2fs3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v（2）由題知，電路的輸入信號(hào)應(yīng)為等幅、頻率可變的信號(hào)，如第八章圖8-3-21的信號(hào)，這樣管耗可認(rèn)為基本恒定。如輸出負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中只有負(fù)載消耗能量，則管耗為Pcmax=Po/Po。v的PCM應(yīng)滿足下式：PCM 2.5Pcmax 10.7(W)3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v3對(duì)三極管V(BR)CEO的要求。在考慮到管子的二次擊穿，諧波電壓，以及在調(diào)試中出現(xiàn)的失諧情況，應(yīng)有下式的限制。vV(BR)CEO 3VCC （3-4-3）v4對(duì)三極管ICM的要求。如考慮到輸入信號(hào)的頻率范圍，以及電路的基本正常工作等實(shí)際情況，ICM應(yīng)滿足：vICM 2Idc=2(Po/)/VCC （3-4-4）3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v綜合上述條件，查閱大功率三極管手冊(cè)，可選取3DA22B，其指標(biāo)為：vPCM=15W，ft 400MHZ，ICM=1.5AvVCE(sat)1.5A，V(BR)CEO 55V，Cob 40pFv通過相應(yīng)的計(jì)算，可取電路VCC=20V，Idc=0.71A。3.4.1 復(fù)制電路舉例復(fù)制電路舉例v現(xiàn)在，我們?cè)賮碛懻摴茏咏涣魍返腪B和，如圖3-4-2所示。忽略三極管輸出引線電感后可分析如下：v對(duì)輸出回路，C、E端的并聯(lián)等效電阻R為：v (3-4-5)v也就有 (3-4-6)(172)(2)(0osatPVVRZECCCLZ1Cj171Z1oesc3.4.3 耦合電路耦合電路v耦合電路耦合電路是為解決電信號(hào)能否有效地進(jìn)行傳輸提出來的。v 1.基本阻抗變換電路基本阻抗變換電路v令：令：(3-4-7)v可得：可得：(3-4-8)v ppppjXRjXRjXRssp2p2p2pRXRXRsp2p2ppXXRRXs3.4.3 耦合電路耦合電路v又由(a)圖有：，由(b)圖有：v將式（3-4-8）、式（3-4-9）代入，令：pppXRQQQQsp)Q1(RR2pssXQQ1X22psssRXQ 3.4.3 耦合電路耦合電路v2.運(yùn)用舉例運(yùn)用舉例3.4.3 耦合電路耦合電路v由式（3-4-12）有：v (3-4-14)v又由式(3-4-10)得：v (3-4-15)v (3-4-16)7631RRQ.sp)(40812QRX.s)(313QRX.pp3.4.3 耦合電路耦合電路3.4.3 耦合電路耦合電路v電容C的大小由下式?jīng)Q定：v (3-4-17)v即 (3-4-18)v為討論由上式?jīng)Q定的電容大小對(duì)網(wǎng)絡(luò)通帶的影響，可令=s+代入式(4-4-17)，得：v (3-4-19)v將式(3-4-18)代入上式，并整理得v (3-4-20)三三.常用常用L、C匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)j114)X71(jCj1Lj.ss)L114(jCj1ss.C)(j1L)(jZss)L114(jLj114jZss.三三.常用常用L、C匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)3.4.4 調(diào)整與調(diào)諧調(diào)整與調(diào)諧v調(diào)諧調(diào)諧是指將放大器的各個(gè)諧振回路調(diào)整到輸入信號(hào)頻率上，以保證有用功率的最大傳遞和減小無用功率信號(hào)在各元器件之間的交換。這有利于三極管安全可靠地工作。v調(diào)整調(diào)整是指在基頻下的匹配電阻大小的調(diào)整，以使信號(hào)源能向放大管輸入端提供最大的信號(hào)，使放大管能向負(fù)載提供最大的功率輸出。3.4.4 調(diào)整與調(diào)諧調(diào)整與調(diào)諧v結(jié)合丙類功放的特點(diǎn)，我們?cè)谡{(diào)整、調(diào)諧時(shí)應(yīng)注意以下兩方面情況。v第一，由于分布參數(shù)的存在，設(shè)計(jì)的不精確性等因素，使得在電路中總安排了可調(diào)的電抗元件。v第二，調(diào)諧和調(diào)整是不可分的。從3-4-3小節(jié)第二部分的設(shè)計(jì)就能說明這一現(xiàn)象。盡管如此，我們還是能從具體電路中找出對(duì)調(diào)整或調(diào)諧起關(guān)鍵作用的元器件。3.4.4 調(diào)整與調(diào)諧調(diào)整與調(diào)諧v具體操作步驟是：首先將VCC減半后加于電路，再將輸入信號(hào)從零開始增加，在振幅增大過程中要不斷調(diào)整各可調(diào)電抗元件使電路總處于調(diào)諧和調(diào)整好了的最佳狀態(tài)，直到輸出變化不大為止。v接著再逐步加大VCC和輸入信號(hào)幅度，并反復(fù)調(diào)整和調(diào)諧，直到滿足要求為止。3.4.4 調(diào)整與調(diào)諧調(diào)整與調(diào)諧3.5丙類倍頻器丙類倍頻器v倍頻器倍頻器是指輸出信號(hào)頻率為輸入信號(hào)頻率整數(shù)倍的頻率變換電路。v如為兩倍時(shí)，就稱為二倍頻器二倍頻器；v如為三倍時(shí)，就稱為三倍頻器三倍頻器。3.5丙類倍頻器丙類倍頻器v以圖3-2-1(a)電路為例，輸出回路調(diào)諧于n倍的輸入信號(hào)頻率上，并且在放大管未進(jìn)入飽和區(qū)的情況下，對(duì)iC的余弦脈沖進(jìn)行付氏級(jí)數(shù)分解后可得：v直流成分 (3-5-1)v有用頻率的振幅，即輸入信號(hào)的n次諧波振幅為：v (3-5-2)1(max0COSCOSSinIICC)1)(1()(22max(COSSnCOSCOSSnnninnniIICcnm3.5丙類倍頻器丙類倍頻器v另外，與丙類功放類似的公式有：v (3-5-3)v (3-5-4)v例題例題3.5.1 設(shè)計(jì)一個(gè)二倍頻器，它在VCC=12V時(shí)，向負(fù)載提供0.5W的功率。放大器工RIVmncmocodIVPCC3.5丙類倍頻器丙類倍頻器v作于臨界狀態(tài)，VCE(sat)=0.5(V)。v解：為了獲得最大輸出，可通過改變輸入激勵(lì)和偏置使=2/3n=60o，這時(shí)：v故：v代入式（3-5-1）可得：Idc0.07(A)v代入式（3-5-4）可得：59.5%)(132P2)VV(Rosat2)(CECCmaxmax2760)601)(12(26002601202.2)(212CoooooCsatmcIniniIRVVICOSSCOSCOSSCECC)(31602760.)(maxARVVIsatCCECC3.6寬帶高頻功率放大器寬帶高頻功率放大器v寬帶高頻功率放大器又稱為線性高頻功放線性高頻功放。它的主要特點(diǎn)是不具有濾除各次諧波的輸入、輸出選頻網(wǎng)絡(luò)。因此它具有如下性質(zhì)：v第一，功放中的放大器件只能對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行即時(shí)的、同比例的線性放大，不能產(chǎn)生輸入沒有的頻率成分。因此只能采用甲、乙類線性功率放大器。v第二，為使功率有效傳輸，在放大器與信源之間、放大器與負(fù)載之間都要有能在高頻范圍內(nèi)起作用的寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)。v在低頻電路的學(xué)習(xí)中，我們知道一個(gè)放大器總是有一定的頻率范圍，如用寬帶和窄帶來衡量，低頻放大器一般都稱為寬帶放大器寬帶放大器。v如果是放大器的上限截止頻率，是下限截止頻率，那么窄帶放大器應(yīng)滿足fh0的同時(shí)，VT2管應(yīng)導(dǎo)通，VT1管應(yīng)截止。這時(shí)：v (3-8-15)v (3-8-16)v在輸出v00的同時(shí)，VT1管應(yīng)導(dǎo)通、VT2管應(yīng)截止。這時(shí)：v (3-8-17)v (3-8-18)tRInmVtnmVscoCOSdCCCCvtv2)(4)()(tRInmtnmtscoCOSdvvC21)(8)(2)(tRInmVtnmVscoCOSdCCCCvtv2)(4)(tRInmtnmtscoCOSdvvC22)(8)(2)(3.8.1 D類功放原理與設(shè)計(jì)考慮類功放原理與設(shè)計(jì)考慮v結(jié)合式（3-8-15）和式（3-8-17），可得：v (3-8-19)v又考慮到理想電感上不應(yīng)存在直流電壓分量，即：v (3-8-20)v故 (3-8-21)tRInmVtnmVtscoCOSdCCCCvv2)(4)()(0)(822)(RInmVcdCCtvRI)nm(8Vcd22CC3.8.1 D類功放原理與設(shè)計(jì)考慮類功放原理與設(shè)計(jì)考慮v將其代入式（3-8-13）、式（3-8-14），得：v (3-8-22)v (3-8-23)v故 (3-8-24)v (3-8-25)v%(3-8-26)tmnR2V)t(soCOSCCitmnVtsoCOSCCv2)(2CC2CC)mVn(R81)mn2V(R21Po2CCCC)mVn(R81IVPcdd100PPdo3.8.1 D類功放原理與設(shè)計(jì)考慮類功放原理與設(shè)計(jì)考慮3.8.1 D類功放原理與設(shè)計(jì)考慮類功放原理與設(shè)計(jì)考慮v如考慮管子飽和壓降，則式（3-8-19）就變?yōu)関 (3-8-27)v相應(yīng)有 (3-8-28)v (3-8-29)v (3-8-30)tRInmVVtscsatCOSdCECCv2)()(4)(2)(CECCmVVnR81PsatoVV)mn(R8VP)(CECC2CCsatdCC)t(CECCVVVsa3.8.1 D類功放原理與設(shè)計(jì)考慮類功放原理與設(shè)計(jì)考慮v例題：例題：設(shè)計(jì)一電流開關(guān)型D類功放電路，其負(fù)載為50，輸出功率為5W，假設(shè)n/m=2，VCE(sat)為0.5V。v解：由式（3-8-28）可得：v 如取諧振回路的Q=5，v則：v)V(67VnmRP8V.)(CECCsato)A(70)mn(R8VVI.22)(CECCsatcd)(822)(82.)(2maxmaxVVRImnnmvsatcCEdoCv)(10550QRC1Lss3.8.2 E類功放原理類功放原理v可做如下改進(jìn)。v第二，在管子C、E間并上一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙?，以保證iC 向載止過渡期間時(shí)vCE較小。v第三，為防止三極管反轉(zhuǎn)工作(C變E、E變C的工作)，應(yīng)在管子C、E間接一個(gè)反向高速二極管。v第四，為加速導(dǎo)通與截止的轉(zhuǎn)換時(shí)間，輸入信號(hào)應(yīng)采用開關(guān)激勵(lì)。這一激勵(lì)在R、L、C失諧不大的情況下，對(duì)輸出是無影響的。v圖中的Lo、Co諧振于信號(hào)頻率，L是輸出支路顯感生的電感。這一電路就是E類放大器類放大器的原理電路。圖中的(b)是相應(yīng)電量的典型波形。3.8.2 E類功放原理類功放原理v圖中的Lo、Co諧振于信號(hào)頻率，L是輸出支路顯感生的電感。這一電路就是E類放大器類放大器的原理電路v為便于分析，現(xiàn)假設(shè)條件如下。v1.三極管為理想三極管，只起開、關(guān)作用。如包括二極管在內(nèi)，則可流過反向電流。v2.RFC只能流過直流電流。v3.中只含有輸入信號(hào)頻率成分。v4、v5、管子導(dǎo)通與截止的占空比為50%。Cj1jB,Ljjx,0Cj1Ljssosos3.8.2 E類功放原理類功放原理v設(shè)晶體管在t=t0時(shí)剛截止，相應(yīng)相角為；在t=t1（對(duì)應(yīng)1）時(shí)開始導(dǎo)通。這樣一個(gè)周期內(nèi)的可表示為v (3-8-31)v由于有L，與中的基波分量，就存在一個(gè)相位移。令v (3-8-32)v (3-8-33)其它,0)(1)(1)(0010ttocdstttdiICtdtCtCCEiv)()(tniVtsomoSv)()(tniRVtsomoSi3.8.2 E類功放原理類功放原理v若 0=0，1=，則在一個(gè)周期內(nèi)的可具體表示為v (3-8-34)v為使管子由截止轉(zhuǎn)向?qū)〞r(shí)的=0，則必須在t=Ts/2時(shí)，vCE(t)=0。由此和式（3-8-34）可解得v (3-8-35)omcV2IRdCOS其它,020,)(1)(somsomscsCETtRVtRVtICtCOSCOSdv3.8.2 E類功放原理類功放原理vE類放大器除上述要求外，還要進(jìn)一步要求t=Ts/2時(shí)，vCE(t)=0。從而保證了反向電流不存在，與管子并聯(lián)的電容C的儲(chǔ)能正好耗盡。這時(shí)有v (3-8-36)v由上兩條件可得理想的為o，即v (3-8-37)omcVIRdniSradoo567.048232.3.8.2 E類功放原理類功放原理v下面給出結(jié)論為v (3-8-3 (3-8-39)v (3-8-40)(3-8-41)v (3-8-42)(3-8-43)v (3-8-44)v=100%R446652R)4/1(B.2R15251X.CCCCCEVVv5632.0maxcmaxdI862.CiCC2CCV07414/1V2V.omR73371VR)4/1(V2I.CC2CCcdRV5760RV4/12P2CC2CC2.o3.8.2 E類功放原理類功放原理v當(dāng)由Co、Lo、R組成的諧振回路Q不夠大時(shí)，會(huì)有少量諧波電流通過負(fù)載回路，這時(shí)，式（3-8-38）、式（3-8-39）就不再適用了。由此，可采用瞬時(shí)分析法導(dǎo)出經(jīng)驗(yàn)公式如下：v （3-8-45）v （3-8-46）v實(shí)際中，Q一般為5左右。R670QQ111X.)4QQ8101(R18360B2.3.9 電路與信號(hào)電路與信號(hào)v通過本章的學(xué)習(xí)，我們得到如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：v第一：在輸入信號(hào)為單一頻率的條件下，非線性電路內(nèi)部必然存在眾多頻率的信號(hào)分量，這些分量在輸入頻率為高頻時(shí)，各頻率分量的頻差較大，容易被濾波電路單獨(dú)提取或?yàn)V除（只要被提取的信號(hào)為窄帶信號(hào)，都具有這樣的特點(diǎn)）。3.9 電路與信號(hào)電路與信號(hào)v與第一章提到的多路共用電路系統(tǒng)相比，這里更強(qiáng)調(diào)由電路非線性在輸出回路中產(chǎn)生的共存多信號(hào)的必然性，以及共存多信號(hào)可以分為有用和無用信號(hào)兩類。v第二：對(duì)于存在于電路中的不同頻率信號(hào)，可以通過電容和電感的阻抗隨頻率變化的電路特性來分別進(jìn)行處理。實(shí)際上，在講解低頻放大器時(shí)，我們就已經(jīng)利用了電容的隔直特點(diǎn)，使放大器的交流與直流的電路通路有所不同，從而較好地解決了放大元器件的工作點(diǎn)需求與交流信號(hào)源的影響，以及交流信號(hào)的傳遞問題。3.9 電路與信號(hào)電路與信號(hào)v第三：諧振功放之所以效率較高是因?yàn)闇p少了增益元件的導(dǎo)通時(shí)間，以及利用選頻電路幾乎不耗能的條件得到的。