封面 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f0.5fβ中频区0.5fβ f 0.2fT高频区0.2fT f fT其中有fT ≈β fβ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 fβ——截止频率 fT——特征频率 学习要点 本 节 学 习 要 点 和 要 求 1、高频功率放大器获得高效率的所需条件 2、掌握高频功率放大器的功率关系 返回 5.2 谐振功率放大器的工作原理 一、获得高效率所需的条件 由能量守恒： P== Po+ Pc 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 + vb - - + 输出 + - vB iE iB iC C L vC p VCC VBB + - + - vb P=—电源供给功率 P0—交流输出信号功率 Pc—晶体管集电极耗散功率 ηc=—— Po P= =—— Po Po+ Pc VCC 将上式变形为 Po=(——)Pc ηc 1-ηc结论二：如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过额定值，那么提高集电极效率ηc ，将使交流输出功率Po大为增加。结论一：设法尽量降低集电极的耗散功率Pc，则集电极效率ηc自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出功率Po就会增大。 Pi —输 入信号 功率 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 + vb - - + 输出 + - vB iE iB iC C L vC p VCC VBB + - + -集电极瞬时耗散功率Pc Pc=iC vC O ωt iC、vC θc一个周期内晶体管只在此流通角2θc内损耗功率，这是vC的最小值区间，显然晶体管的耗散功率是最小的，ηc较大。 2θc 5.2 谐振功率放大器的工作原理 一、获得高效率所需的条件 T/2 π如果使晶体管的vC和iC的波形如图所示(注意，共射电路中vC与iC是反相的)。 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 + vb - - + 输出 + - vB iE iB iC C L vC p VCC VBB + - + -集电极瞬时耗散功率Pc O ωt iC、vC θc 2θc T/2 π Pc=iC vC晶体管处于丙类工作状态时，iC只在vC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Pc是最小的，效率ηc是最大的。 5.2 谐振功率放大器的工作原理 一、获得高效率所需的条件2θc是在一周期内的集电极电流的流通角， θc为半流通角(亦称为截止角)，本教材称为通角。 继续 本页完 O ωt iC、vC θc 2θc T/2 π 3、通角θc的计算 O vB iC vb -VBB 截止电压 2θc通角θc对应的值为 Vbmcosθc=VBZ+VBB。 VBZ Vbm 转移特性曲线输入信号为一交流正弦波vb。 2θc iC ωt O 只在这个区域里产生iC 这是2倍通角θc。 5.2 谐振功率放大器的工作原理 一、获得高效率所需的条件 继续 本页完 O ωt iC、vC θc 2θc T/2 π 3、通角θc的计算 O vB iC vb -VBB 2θc VBZ Vbm 转移特性曲线 2θc iC ωt O 因为 vb=Vbmcosωt cosθc=———— VBZ+VBB Vbm 所以 Vbmcosθc=VBZ+VBB 在通角处有 ωt =θc由图得，在ωt=θc处的vb值为VBZ+VBB。 5.2 谐振功率放大器的工作原理 一、获得高效率所需的条件 θc=arccos(————) VBZ+VBB Vbm 一、获得高效率所需的条件4、脉冲iC产生正弦波vC的物理过程iC通过傅里叶级数展开得： 高频功率放大器的基本电路 + vb - - + 输出 + - vB iE iB iC C L vC p VCC VBB + - + - O ωt iC、vC θc 2θc T/2 π iC=IC0+Icm1cosωt+Icm2cos2ωt+ +……+ Icmncosnωt+……上式中的IC0是iC的直流成分，也是iC其平均值。 IC0第二项Icm1cosωt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ω为中心的带通滤波器，选出频率为ω的电压。对谐波成分进行了衰减。 继续 本页完由此看出iC的平均值是很小的。由此可解释为什么iC是脉冲电流而vC却是正弦波电压。 5.2 谐振功率放大器的工作原理 Po=Ic1Vc1=——·—— √￣ 2 √￣ 2 Icm1 Vcm 2 1 =—Icm1Vcm 5.2 谐振功率放大器的工作原理 二、各种功率关系1、直流电压VCC提供的直流功率P= 高频功率放大器的基本电路 + vb - - + 输出 + - vB iE iB iC C L vC p VCC VBB + - + - O ωt iC、vC θc 2θc T/2 π iC的傅里叶级数展开式：iC=IC0+Icm1cosωt+Icm2cos2ωt+ +……+ Icmncosnωt+…… P==VCCIC0 IC0本内容主要讨论电路中三个功率P=、Po和Pc的表达式。 继续 本页完电源VCC在一个工作周期内提供的直流电流为平均电流IC0。2、输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）因为LC回路只对iC的基波成分Icm1cosωt才产生电压vc ，所以输出功率Po只需考虑此项。谐振时LC回路的谐振电阻为RP，RP=Vcm/Icm1。 Po=——= —I2cm1RP 2 RP V2cm 2 11、直流电压VCC提供的直流功率P= 高频功率放大器的基本电路 + vb - - + 输出 + - vB iE iB iC C L vC p VCC VBB + - + - O ωt iC、vC P==VCCIC0 继续 本页完2、输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率） VCC Vcm Po=——= —I2cm1RP 2 RP V2cm 2 13、晶体管的耗散功率Pc Pc=P=-Po4、放大器的集电极效率ηc ηc = ——= Po P= 1 2 —·——·—— Vcm Icm1 VCC IC0 2 1 =—VcmIcm1 5.2 谐振功率放大器的工作原理 二、各种功率关系 高频功率放大器的基本电路 + vb - - + 输出 + - vB iE iB iC C L vC p VCC VBB + - + - O ωt iC、vC 继续 本页完 VCC Vcm 4、放大器的集电极效率ηc ηc = ——= Po P= 1 2 —·——·—— Vcm Icm1 VCC IC0 ξ= — Vcm VCC 集电极电压利用系数 g1(θc)= —— Icm1 IC0 ——波形系数 IC0 θc 2θcξ越大，即输出电压越大，效率越高。g1(θc)越大，即iC的平均值IC0越小，效率越高。要使IC0小，必须使θc小。 5.2 谐振功率放大器的工作原理 二、各种功率关系求集电极效率ηc和电路效率η 继续 本页完 1、获得高效率所需的条件 2、各种功率关系 三、小结 集电极效率： 1）降低集电极的耗散功率Pc，则集电极效率ηc提高。 ηc=—— Po P= =—— Po Po+ Pc 2）维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过额定值，那么增加交流输出功率Po，将使集电极效率ηc大为提高。 1)直流电压VCC提供的直流功率： P==VCCIC0 2)输出功率Po（亦即LC回路吸取的功率）: Po=——= —I2cm1RP 2 RP V2cm 2 1 3)晶体管的耗散功率: Pc=P=-Po 4)放大器的集电极效率: ηc = ——= Po P= 1 2 —·——·—— Vcm Icm1 VCC IC0 2 1 =—VcmIcm1求集电极效率ηc和电路效率η 继续 本页完 无 作业 再见 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
