緒

論0.1

非線性電子線路的作用一、線性電子電路與非線性電子電路

電子器件嚴(yán)格講是非線性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非線性程度不同。為此，有如下兩種應(yīng)用：

線性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，儘量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。

非線性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振盪、頻率變換等功能。器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如：

小信號(hào)條件下，輸入信號(hào)小，在一定條件下電路可用線性等效電路表示，例如各種小信號(hào)放大器(《線性電子線路》)中，器件的特性歸屬線性電子線路。

大信號(hào)條件下，輸入信號(hào)大，必涉及器件的非線性部分，例如功率放大器。故不能用線性等效電路表示電子器件的特徵，而必須用非線性電路的分析方法。所以，功放歸屬非線性電子線路。二、非線性電子線路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用1．通信系統(tǒng)的分類

(1)有線通信系統(tǒng)：利用導(dǎo)線傳送資訊(2)無(wú)線通信系統(tǒng)：利用電磁波傳送資訊(3)光纖通信系統(tǒng)：利用光導(dǎo)纖維傳送資訊2．無(wú)線通信系統(tǒng)圖0-1-1無(wú)線通信系統(tǒng)的組成

組成：發(fā)射裝置+接收裝置+傳輸媒體(1)

發(fā)射裝置

①換能器：

將被發(fā)送的資訊變換為電信號(hào)。例：話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?hào)。將換能器輸出的電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)度足夠的高頻電振盪。②發(fā)射機(jī)：

無(wú)線通信系統(tǒng)的組成③天線：將高頻電振盪變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。

(2)

接收裝置

接收是發(fā)射的逆過(guò)程。①接收天線：高頻電振盪電信號(hào)②接收機(jī)：將從空間接收的電磁波

高頻電振盪。③換能器：將電信號(hào)所傳送資訊

(3)

傳輸媒體——電磁波

電磁波傳送方式，依據(jù)波長(zhǎng)不同，可分為：長(zhǎng)波、中波、短波、超短波。表1各波段特點(diǎn)波段波長(zhǎng)/m頻率/MHz特點(diǎn)說(shuō)明中、長(zhǎng)波>200<1.5沿地表傳播大地表面是導(dǎo)體，一部分電磁波會(huì)損耗掉，頻率越高，損耗越大短波10~2001.5~30靠電離層反射傳播電磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。頻率越高，被吸收的能量越小，但頻率超過(guò)一定值，電磁波會(huì)穿過(guò)電離層，不再返回地面超短波<10>30沿空間直線傳播地球表面是彎曲的，所以只能限制在視線範(fàn)圍內(nèi)圖0-1-2無(wú)線電波傳播方式傳播距離：電離層＞地面＞直線

3．無(wú)線通信存在的問(wèn)題(1)接收信號(hào)微弱

電磁波接收天線(2)存在干擾例如其他電臺(tái)的發(fā)射信號(hào)，各種工業(yè)、醫(yī)學(xué)裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。對(duì)接收裝置的要求：增益高，選擇性好。4．解決方案

發(fā)射機(jī)和接收機(jī)借助線性和非線性電子線路對(duì)攜有資訊的電信號(hào)進(jìn)行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)製、解調(diào)。

(1)調(diào)製

由攜有資訊的電信號(hào)(如音頻信號(hào))去控制高頻振盪信號(hào)的某一參數(shù)(如振幅)，使該參數(shù)按照電信號(hào)的規(guī)律而變化(調(diào)幅)。

調(diào)製信號(hào)：攜有資訊的電信號(hào)。

載波信號(hào)：未調(diào)製的高頻振盪信號(hào)。

已調(diào)波：經(jīng)過(guò)調(diào)製後的高頻振盪信號(hào)。

根據(jù)受控參數(shù)：調(diào)幅、調(diào)角(調(diào)頻、調(diào)相)。

(2)解調(diào)調(diào)製的逆過(guò)程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有資訊的電信號(hào)。(3)調(diào)製的作用

①減小天線的尺寸。音頻範(fàn)圍：20Hz~20kHz，若發(fā)射100Hz，波長(zhǎng)

=c

/f=3000

km，天線至少幾百千米。需減少波長(zhǎng)，提高發(fā)射頻率。

②選臺(tái)。將不同電臺(tái)發(fā)送的資訊分配到不同頻率的載波信號(hào)上，使接收機(jī)可選擇特定電臺(tái)的資訊而抑制其他電臺(tái)發(fā)送的資訊和各種干擾。

5．調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成圖0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成各部分作用：

(1)振盪器產(chǎn)生fosc

的高頻振盪信號(hào)，幾十千赫以上。

(2)高頻放大器

多級(jí)小信號(hào)諧振放大器，放大振盪信號(hào)，使頻率倍增至fc，並提供足夠大的載波功率。

(3)調(diào)製信號(hào)放大器

多級(jí)放大器，前幾級(jí)為小信號(hào)放大器，放大微音器的電信號(hào)；後幾級(jí)為功放，提供功率足夠的調(diào)製信號(hào)。

(4)振幅調(diào)製器

實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號(hào)和調(diào)製信號(hào)變換為所需的調(diào)幅波信號(hào)，並加到天線上。6．調(diào)幅接收機(jī)

圖0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成

(1)

高頻放大器

為小信號(hào)諧振放大器，作用：

①

選臺(tái)。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號(hào)，抑制其他頻率的干擾信號(hào)。

②放大。放大選出的有用信號(hào)。

(2)

混頻器

兩路輸入為：

①

由高放級(jí)：已調(diào)信號(hào)fc

。

②由本機(jī)振盪器：本振信號(hào)fL。

作用：載波變頻——將已調(diào)信號(hào)的載波由fc

(高頻)變換為fI(中頻)，fI=|fc-fL

|而調(diào)製波形不變。

(3)本機(jī)振盪

產(chǎn)生頻率為fL=|fc+fI

|(或fL=fc-fI)的高頻等幅振盪信號(hào)。fL可調(diào)，並能跟蹤fc。

(4)中頻放大器為多級(jí)固定調(diào)諧的小信號(hào)放大器，作用：放大中頻信號(hào)。

(5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)製信號(hào)。

(6)低頻放大器小信號(hào)放大器＋功率放大器，作用：放大調(diào)製信號(hào)，向揚(yáng)聲器提供所需的推動(dòng)功率?？梢?jiàn)，有用信號(hào)在不同頻率上進(jìn)行放大——超外差接收機(jī)。

特點(diǎn)：解調(diào)電路前包括混頻器、本機(jī)振盪、中頻放大器等。

優(yōu)點(diǎn)：

增益高，選擇性好。

直接高放接收機(jī)：解調(diào)前僅包括高放，無(wú)混頻器、本機(jī)振盪、中頻放大器等，增益低，選擇性差。

7．其他通信系統(tǒng)

①調(diào)頻無(wú)線通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都包括上述各模組，區(qū)別主要在於調(diào)製器和解調(diào)器上。實(shí)現(xiàn)調(diào)製的模組——頻率調(diào)製器；實(shí)現(xiàn)解調(diào)的模組——頻率檢波器或鑒頻器。

②數(shù)字通信系統(tǒng)，調(diào)製信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)的調(diào)製為數(shù)字調(diào)製。

③軟體無(wú)線電，用軟體的方法實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分電路的功能，改變程式便可變更調(diào)製方式。8．小結(jié)

(1)非線性電子線路討論的範(fàn)圍除小信號(hào)放大器以外的其他功能電路——振盪器、功放、調(diào)製器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器。

(2)本課程討論的內(nèi)容——三類電路

①功率放大電路——在輸入信號(hào)作用下，可將直流電源提供的部分功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號(hào)規(guī)律變化的輸出信號(hào)功率，並使輸出信號(hào)的功率大於輸入信號(hào)的功率。

②振盪電路——可在不加輸入信號(hào)的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率範(fàn)圍的正弦波振盪信號(hào)。

③波形變換和頻率變換電路——能在輸入信號(hào)作用下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號(hào)。包括：調(diào)製電路、解調(diào)電路、混頻電路和倍頻電路。本課程將順序?qū)W習(xí)這三類電路。0.2

非線性器件的基本特點(diǎn)非線性電子線路中，上述三類功能的實(shí)現(xiàn)利用了器件的非線性特性，為此，有必要首先瞭解非線性器件的基本特點(diǎn)(參數(shù)、控制變數(shù)、不能用疊加定理)。一、非線性器件特性的參數(shù)

主要有三個(gè)參數(shù)：①直流參數(shù)適用於直流分析②交流參數(shù)適用於頻率變換電路的分析③平均參數(shù)適用於功率放大和振盪電路的分析

i

v圖0-2-1例：非線性電阻：①直流電導(dǎo)定義：

意義：表明直流電流與直流電壓間的依存關(guān)係。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)

的非線性函數(shù)。應(yīng)用：直流分析。②交流電導(dǎo)定義：意義：伏安特性曲線上任一點(diǎn)的斜率，或該點(diǎn)上增量電流與增量電壓的比值。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)的非線性函數(shù)。應(yīng)用：交流分析。③

平均電導(dǎo)圖0-2-2在大信號(hào)作用下的電流波形定義：當(dāng)器件兩端加余弦電壓v=Vmcost

時(shí)，因特性的非線性，流過(guò)器件的電流必為非余弦，將其按傅裏葉級(jí)數(shù)展開：則平均電導(dǎo)即為基波電流振幅與外加電壓振幅之比：

意義：反映基波電流與外加電壓間的依存關(guān)係。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)

的非線性函數(shù)。

應(yīng)用：功放和振盪電路分析。二、非線性器件特性的控制變數(shù)控制變數(shù)不同，非線性器件的特性也不同，故分析時(shí)須注明它的控制變數(shù)。

1．控制量不同，特性不同

i

v圖0-2-1

例1：二極體

電壓為控制量——電流對(duì)電壓呈指數(shù)關(guān)係變化；

電流為控制量——電壓對(duì)電流呈對(duì)數(shù)關(guān)係變化。2．特性為非單調(diào)時(shí)——多值和負(fù)值例2

：隧道二極體圖0-2-3伏安特性曲線(1)控制變數(shù)電壓：電流為單值電流：電壓為多值

——壓控非線性器件(2)直流電導(dǎo)

g0＞0，在曲線上任一點(diǎn)均為正。(3)交流電導(dǎo)

g(a,b)<0，即在

a、b

段為負(fù)電導(dǎo)。

器件特性的描述與控制變數(shù)有關(guān)，並可能出現(xiàn)負(fù)參數(shù)，尤其特性非單調(diào)變化時(shí)——非線性與線性器件的重要區(qū)別。三、不滿足疊加定理若i=f(v)，v=v1+v2則i=f(v1+v2)

但i

f(v1)+f(v2)例i=av2

v=v1+v2

注意，i中除體現(xiàn)兩電壓分別作用外，還包含兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的回應(yīng)電流。若v1=V1mcos

1t，v2=V2mcos

2t

，則i中除出現(xiàn)

1，

2

兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的角頻率為

1

2

的新頻率分量。出現(xiàn)新的頻率成分

非線性電路可以實(shí)現(xiàn)頻率加、減等更多電路功能。0.3

本課程的特點(diǎn)1．工程上採(cǎi)用近似分析法

非線性器件物理特性複雜，需要解非線性方程或時(shí)變係數(shù)的線性微分方程。

對(duì)策：對(duì)器件數(shù)學(xué)模型和電路工作條件進(jìn)行合理近似，用近似分析方法獲得具有實(shí)用意義的結(jié)果。2．功能與電路形式多

對(duì)策：抓本質(zhì)——功能再多也是借助器件的非線性；抓基本電路——種類雖多，但都是在為數(shù)不多的基本電路上發(fā)展起來(lái)的。3．重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持理論聯(lián)繫實(shí)際本書內(nèi)容安排的三個(gè)層次：

①由電路功能的基本原理導(dǎo)出基本電路。

②合理近似，引出對(duì)電路的工程近似分析。

③根據(jù)分析結(jié)果，提出對(duì)電路的設(shè)計(jì)原則及改進(jìn)電路性能的基本途徑。

功率電子線路1.1功率電子線路概述

作用：高效地實(shí)現(xiàn)能量變換和控制。

種類：

(1)功率放大電路

特點(diǎn)：放大用途：通信、音像等電子設(shè)備。

(2)電源變換電路

特點(diǎn)：能量變換用途：電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制等。1.1.1

功率放大器特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)。一、功率放大器的性能要求

①安全。輸出功率大，管子在極限條件下運(yùn)用。

②高效率。

C

——集電極效率(CollectorEfficiency)

Po

——

輸出信號(hào)功率；PD——

電源提供的功率；

PC

——

管耗

(PowerDissipation)/集電極耗散功率；

Po

一定，

C越高，PD

越小

PC

小，既可選PCM

小的管子，以降低費(fèi)用，也節(jié)省能源。

③失真小。儘管功率增益也是重要的性能指標(biāo)，但安全、高效和小失真更重要，前者可以通過(guò)增加前置級(jí)禰補(bǔ)。二、功率管的運(yùn)用特點(diǎn)1．功率管的運(yùn)用狀態(tài)

根據(jù)功率管在一個(gè)信號(hào)週期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，功率管運(yùn)用狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。①甲類：功率管在一個(gè)週期內(nèi)導(dǎo)通，

c

=

。②乙類：功率管僅在半個(gè)週期內(nèi)導(dǎo)通，

c

=

/2。

③甲乙類：管子在大於半個(gè)週期小於一個(gè)週期內(nèi)導(dǎo)通，

/2

c

。④丙類：功率管在小於半個(gè)週期內(nèi)導(dǎo)通，

c

/2。功率管運(yùn)用狀態(tài)通?？窟x擇靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率管的運(yùn)用狀態(tài)根據(jù)下列曲線說(shuō)出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：圖1–1–1各種運(yùn)用狀態(tài)下的輸出電流波形2．不同運(yùn)用狀態(tài)下的

C管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的

Cmax

也不同。

減小PC可提高

C。

假設(shè)集電極暫態(tài)電流和電壓分別為iC

和

vCE，則PC為討論：若減少PC，則要減少iC

vCE

方法1：由甲類

甲乙類

乙類

丙類，即減小管子在信號(hào)週期內(nèi)的導(dǎo)通(增大iC=0)的時(shí)間。

方法

2：管子運(yùn)用於開關(guān)狀態(tài)(又稱丁類)，即一週期內(nèi)半飽和半截止。

飽和時(shí)，vCE

VCE(sat)

很小

PC

很??；

截止時(shí)，iC

很小，iCvCE

也很小

PC

很小。

總之：為提高

C，管應(yīng)用狀態(tài)可取乙類、丙類或丁類。但集電極電流波形失真嚴(yán)重，電路需採(cǎi)取特定措施(見(jiàn)

1.2

節(jié))。1.1.2

電源變換電路按變換方式不同：

(1)整流器(Rectifier)：交流電-直流電。應(yīng)用：電子設(shè)備供電。

(2)直流-直流變換器(DC-DCConverter)：直流電-直流電。應(yīng)用：開關(guān)電源。

(3)逆變器(Inverter)：直流電-交流電。應(yīng)用：不間斷電源、變頻電源。

(4)

交流-交流變換器(AC-ACConverter)：交流電-交流電。應(yīng)用：變壓等。

1.1.3

功率器件功率管的種類：(1)雙極型功率電晶體(2)功率MOS管(3)絕緣柵雙極型功率管

功率管是功率放大電路的關(guān)鍵器件，為保證安全工作，需瞭解其極限參數(shù)及安全工作區(qū)。以雙極型功率管為例，安全工作區(qū)受如下極限參數(shù)限制：①最大允許管耗

PCM。與散熱條件密切相關(guān)。②基極開路集-射反向擊穿電壓V(BR)CEO。③集電極最大允許電流

ICM。以上參數(shù)與功率管的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、封裝形式有關(guān)。一、功率管散熱和相應(yīng)的PCM

管耗PC

主要消耗在集電結(jié)上，使結(jié)溫升高。若集電極的散熱條件良好，集電結(jié)上的熱量很容易散發(fā)到周圍空氣中去，則集電結(jié)就會(huì)在某一較低溫度上達(dá)到熱平衡，此時(shí)集電結(jié)上產(chǎn)生的熱量等於散發(fā)到空氣中的熱量。反之，散熱條件不好，集電結(jié)就會(huì)在更高的溫度上達(dá)到熱平衡，甚至產(chǎn)生熱崩而燒壞管子。熱崩(ThermalRunaway)：

集電結(jié)結(jié)溫(Tj)

iC

PC

Tj

如此反復(fù)，直至Tj

TjM(集電結(jié)最高允許溫度)而導(dǎo)致管子被燒壞的一種惡性循環(huán)現(xiàn)象。提高PCM

的辦法：圖1–1–4

(a)、(b)

功率管底座上加裝散熱器(c)

相應(yīng)的熱等效電路①管子集電極直接固定在金屬底座上。②金屬底座與管殼相連。③金屬底座還加裝金屬散熱器。各種散熱片各種功率電晶體

熱傳導(dǎo)過(guò)程T2為熱源溫度，T1

為空氣溫度，P為傳輸?shù)臒峁β?，Rth

為熱阻，單位℃/W當(dāng)熱源產(chǎn)生熱量時(shí)，熱源溫度T2上升，向外部傳輸熱量，若產(chǎn)生的熱量和傳輸?shù)臒崃肯嗟?，達(dá)到熱平衡。T2

不再變化。電晶體的熱量傳遞RjcRcsPcRCaRsaTjTa因?yàn)镽(th)cs+R(th)sa<<R(th)ca

所以Rth

R(th)jc+R(th)cs+R(th)ca

電晶體手冊(cè)中給出的PCM

是在指定散熱器尺寸和環(huán)境溫度(Ta=25℃)時(shí)給出的數(shù)據(jù)。具體數(shù)值可由下式確定二、二次擊穿除PCM、ICM

和V(BR)CEO

滿足安全工作條件外，要保證功率管安全工作，還要求不發(fā)生二次擊穿。

二次擊穿(SecondaryBreakdown)：當(dāng)集-

射反向電壓超過(guò)V(BR)CEO

時(shí)，會(huì)引起擊穿，但只要外電路限制擊穿後的電流，管子就不會(huì)損壞，待集電極電壓小於V(BR)CEO

後，管子可恢復(fù)正常工作。如果發(fā)生上述擊穿，電流不加限制，就會(huì)出現(xiàn)集電極電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現(xiàn)象，即為二次擊穿。

後果：過(guò)熱點(diǎn)的晶體熔化，集

-

射間形成低阻通道，引起vCE下降，iC

劇增，損壞功率管，且不可逆。

發(fā)生條件：它在高壓低電流時(shí)發(fā)生，相應(yīng)的功率稱為二次擊穿耐量PSB。圖1–1–5

圖計(jì)及二次擊穿時(shí)功率管的安全工作區(qū)功率管的安全工作區(qū)

功率合成技術(shù)

1.4.1功率合成電路的作用一、功率合成

功率合成技術(shù)就是將多個(gè)功率放大器的輸出功率疊加起來(lái)，給負(fù)載提供足夠大的輸出功率。

A，B兩端輸入等值同相功率，C端負(fù)載Rc獲得兩輸入功率的合成，而D端負(fù)載Rd

上無(wú)功率輸出。

A，B兩端輸入等值同相功率，C端負(fù)載Rc獲得兩輸入功率的合成，而D端負(fù)載Rd

上無(wú)功率輸出。

A、B兩輸入端輸入等值反相功率，D端負(fù)載Rd

獲得兩輸入功率的合成，而C端負(fù)載Rc

上無(wú)功率輸出。

二、彼此隔離

當(dāng)Rd

和Rc

之間滿足特定關(guān)係時(shí)，A、B兩輸入端彼此隔離。

三、功率分配

當(dāng)Ra=Rb

時(shí)，將功率放大器加在D端，功率放大器的輸出功率均等地分配給Ra

和Rb，且它們之間是反相的，而C端無(wú)功率輸出。

將功率放大器加C端，功率放大器的輸出功率均等地分配給Ra

和Rb，且它們之間是同相的，而D端無(wú)功率輸出。一個(gè)理想的功率合成電路應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：

①N

個(gè)同類型的功率放大器，它們的輸出振幅相等，通過(guò)功率合成器輸出給負(fù)載的功率應(yīng)等於各功率放大器輸出功率的和。

②與功率合成器連接的各功率放大器彼此隔離，任何一個(gè)功率放大器發(fā)生故障時(shí)，不影響其他放大器的功率輸出。

實(shí)現(xiàn)功率合成的電路種類很多，一般都由無(wú)源元件組成，統(tǒng)稱為魔T混合網(wǎng)路。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要功率合成電路具有寬頻特性，這種功率合成電路由傳輸線變壓器構(gòu)成。

1.4.2傳輸線變壓器一、變壓器和傳輸線的工作頻帶

高頻變壓器：由於線圈的漏感和匝間分佈電容的作用，其上限頻率只能工作在幾十兆赫，下限頻率受激磁電感量的限制。

傳輸線：傳輸線就是連接信號(hào)源和負(fù)載的兩根導(dǎo)線，它的上限頻率與導(dǎo)線長(zhǎng)度l

有關(guān)，l越小，上限頻率fH

越高。它的下限頻率為零。傳輸線變壓器如圖1–4–3所示。圖1-4-3傳輸線變壓器

設(shè)上限頻率fH

對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為

min

,取可以認(rèn)為：

v1=v2=v，i1=i2=i

二、傳輸線變壓器的工作原理傳輸線變壓器原理圖如圖1–4–4(a)所示。將傳輸線繞於磁環(huán)上便構(gòu)成傳輸線變壓器。傳輸線可以是同軸電纜、雙絞線、或帶狀線，磁環(huán)一般是鎳鋅高磁導(dǎo)率的鐵氧體。

三、傳輸線變壓器功能

1．對(duì)稱與不對(duì)稱變換對(duì)稱

–不對(duì)稱變換，將對(duì)地對(duì)稱的雙端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地不對(duì)稱的單端輸出信號(hào)，如圖1–4–6(a)所示。圖1-4-6對(duì)稱與不對(duì)稱變壓器(a)對(duì)稱-不對(duì)稱(b)不對(duì)稱-對(duì)稱參見(jiàn)圖1–4–4(b)，在高頻時(shí)，傳輸線變壓器以電磁能交替變換的傳輸方式傳送能量。如圖1–4–4(c)所示，在低頻時(shí)，由於傳輸線繞在磁環(huán)上，1端和2端與3端和4端的短導(dǎo)線成為較大的電感線圈，避免了信號(hào)源和負(fù)載被短接，實(shí)現(xiàn)了倒相作用。能量通過(guò)傳輸線方式和磁耦合方式傳送。不對(duì)稱–對(duì)稱變換，將對(duì)地不對(duì)稱的單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地對(duì)稱的雙端輸出信號(hào)，如圖1–4–6(b)所示。(a)對(duì)稱–不對(duì)稱(b)不對(duì)稱–對(duì)稱

2．阻抗變換器傳輸線變壓器可以構(gòu)成阻抗變換器，由於結(jié)構(gòu)的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)特定的阻抗比的變換。

4:1阻抗變換器如圖1–4–7(a)所示，圖中阻抗關(guān)係為實(shí)現(xiàn)4:1的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為

1:4阻抗變換器如圖1–4–7(b)所示，圖中阻抗關(guān)係為實(shí)現(xiàn)1:4的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為1.4.3用傳輸線變壓器構(gòu)成的

魔T混合網(wǎng)路一、功率合成如圖1-4-8所示，Tr1

為魔T混合網(wǎng)路，Tr2

為對(duì)稱

–不對(duì)稱變換器。

輸入信號(hào)接在A端和B端，根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程

i=ia-id，i=id-ib

i=ia-id，i=id-ib

求出

而ic=2i=ia-ib

i=ia-id，i=id-ib

ic=2i=ia-ib

1．輸入為等值反相信號(hào)

ia=ib=Imsin

t，va=vb=Vmsin

t

因?yàn)?/p>

ic=0，所以

C端無(wú)功率輸出。

vd=va+vb=2Vmsin

t，

ia=ib=Imsin

t，va=vb=Vmsin

t

因?yàn)閕c=0所以C端無(wú)功率輸出。

vd=va+vb=2Vmsin

t，D端的輸出功率輸出功率為A端輸入功率和B端輸入功率的和。每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載2．輸入為等值同相信號(hào)

ia=-ib=Imsin

t，

va=-vb=Vmsin

t

因?yàn)閕d=0所以D端無(wú)功率輸出。

vc=va=-vb=Vmsin

t，

ic=ia-ib=2Imsin

tC端的輸出功率輸出功率為A端輸入功率和B端輸入功率的和。2．輸入為等值同相信號(hào)

ia=-ib=Imsin

t，

va=-vb=Vmsin

t

因?yàn)閕d=0，所以D端無(wú)功率輸出。

vc=va=-vb=Vmsin

t，

ic=ia-ib=2Imsin

tC端的輸出功率輸出功率為A端輸入功率和B端輸入功率的和。每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載

3．異常輸入情況ia

ib，va

vb

根據(jù)電路的約束條件將代入並整理，求解出

若取ia僅與va

有關(guān)，ib

僅與vb

有關(guān)。實(shí)現(xiàn)了A端和B端的隔離，稱為A、B間的隔離條件。

二、功率分配

1．同相功率分配同相功率分配電路如圖

1–4–9(a)所示。

ic=2i

，ia=i

-

id

，ib=i+id，vd=idRd=iaRa

-ibRb整理得到圖

1–4–9功率分配電路(a)同相ic=2i

，ia=i

-

id

，ib=i+id

，vd=idRd=iaRa

-

ibRb取Ra=Rb=R

則

id=0D端無(wú)功率輸出。

ia=ib=ic

/2A端和B端獲得等值同相功率。

C端的等效負(fù)載為R/2。圖

1–4–9功率分配電路(b)反相

2．反相功率分配反相功率分配電路如圖

1–4–9(b)所示。

同理可以證明：當(dāng)Ra=Rb=R時(shí)ic=2i=0ia=ib=id

則

ic=0C端無(wú)功率輸出。

A端和B端獲得等值反相功率。

D端的等效負(fù)載為R/2。

整流與穩(wěn)壓電路

整流電路的功能是將電力網(wǎng)提供的交流電壓變換為直流電壓。穩(wěn)壓電路具有調(diào)節(jié)功能，將整流電路輸出的不穩(wěn)定直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。1.5.1整流電路一、半波整流電路

整流電路有半波、全波、橋式三種基本形式。

半波整流電路如圖1–5–1(a)

所示。在圖

1–5–1(a)中，Tr—電源變壓器；D—整流二極體；RL—負(fù)載電阻；CL

—

濾波電容。設(shè)

v2=V2msin

t忽略二極體的導(dǎo)通電壓，並設(shè)導(dǎo)通電阻為RD。

v2>vo

二極體導(dǎo)通，電容充電。

v2<vo

二極體截止，電容放電。

動(dòng)態(tài)平衡後，二極體電流iD=iO

是一串窄脈衝序列。

如圖

1–5–2(a)所示，CL

一定時(shí)，RL

越小，紋波越大。

如圖

1–5–2(b)所示，RL

一定時(shí)，CL

越大，紋波越小。參見(jiàn)圖

1–5–1(b)和圖

1–5–1(c)，經(jīng)過(guò)RLCL

的濾波，輸出電壓是直流電壓VO

和一個(gè)鋸齒狀波動(dòng)電壓的疊加。波動(dòng)電壓稱為紋波電壓。直流電壓VO

及紋波電壓的大小與RL

和CL

的數(shù)值有關(guān)。二、全波和橋式整流電路

1．全波整流電路全波整流電路如圖1–5–4(a)

所示。

當(dāng)v2>vO時(shí)，二極體導(dǎo)通，所以在v2

的正負(fù)半周D1

和D2

輪流導(dǎo)通。

穩(wěn)態(tài)波形如圖1–5–4(b)所示。O由於電流脈衝的頻率比半波整流提高一倍，輸出的直流電流IO

和輸出電壓VO

比半波整流電路大，RL

和CL

的濾波作用提高，紋波電壓比半波整流電路小。

2．橋式整流電路圖1–5–5橋式整流電路及其電壓和電流波形

如圖1–5–5(a)所示，v2

正峰值附近D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。

v2

負(fù)峰值附近D2、D4

導(dǎo)通，D1、D3

截止。

圖1-5-5橋式整流電路及其電壓和電流波形

IO

與VO

與全波整流電路相同，但截止時(shí)的反向電壓由兩只二極體共同承擔(dān)。電壓和電流的波形如圖1–5–5(d)、(e)、(f)所示。

三、三種整流電路的性能

1．半波整流電路優(yōu)點(diǎn)：元件少，電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：VO

小，紋波大。

2．全波整流電路優(yōu)點(diǎn)：VO

大，紋波小。缺點(diǎn)：二極體承受的反向電壓高。

3．橋式整流電路

優(yōu)點(diǎn)：VO

大，紋波小，輸出功率相同時(shí)，變壓器的伏安容量比全波整流小。

缺點(diǎn)：二極體數(shù)量多。四、倍壓整流電路倍壓整流電路如圖1–5–9所示。適用於VO

大，IO

小的場(chǎng)合。

動(dòng)態(tài)平衡後，v2

正峰值附近D1

導(dǎo)通，向CL1

充電，充電電壓vO1，v2

負(fù)峰值附近D2

導(dǎo)通，向CL2

充電，充電電壓vO2。負(fù)載RL

上的電壓為半波整流電路的兩倍。

同樣原理可以構(gòu)成多次倍壓電路。1.5.2串聯(lián)型穩(wěn)壓器一、工作原理

1．組成串聯(lián)型穩(wěn)壓器的組成如圖1-5-12(a)所示。圖1-5-12(a)串聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成方框圖

串聯(lián)型穩(wěn)壓器組成：調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源和比較放大器。

調(diào)整管——功率管或複合管與負(fù)載串聯(lián)。

比較放大器——單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。

串聯(lián)型穩(wěn)壓器組成：調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源和比較放大器。調(diào)整管——功率管或複合管與負(fù)載串聯(lián)。比較放大器——單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。圖1-5-12(a)串聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成方框圖

基準(zhǔn)電壓源——溫度係數(shù)很小的電壓源電路。

比較放大器——單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。串聯(lián)型穩(wěn)壓器的工作原理如圖1–5–12(b)所示。

T5—調(diào)整管，工作在放大區(qū)。

VB5

VCE5

。

R1、R2

取樣電路。取樣電壓

基準(zhǔn)電壓VREF

由T1、T2

組成的差分放大器作為比較放大器，T3、T4

為有源負(fù)載。

當(dāng)VS=VREF

VO=VI-VCE5=VREF/n

若VI

或RL

變化使VO

增加VO

VS

(VREF

不變)

VC2=VB5

VCES

VO

。

反之亦然。

二、穩(wěn)壓性能

1．穩(wěn)壓係數(shù)SV

輸入電壓變化

VI

時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量稱為穩(wěn)壓係數(shù)

2．負(fù)載調(diào)整率

SI

輸入電壓VI

不變，輸出電流變化時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量稱為負(fù)載調(diào)整率

1．穩(wěn)壓係數(shù)SV

2．負(fù)載調(diào)整率

SI

3．輸出電阻Ro

將穩(wěn)壓源等效為一個(gè)電壓源時(shí)的內(nèi)阻。除以上參數(shù)外，還有紋波抑制比Srip

和輸出電壓溫度係數(shù)ST

等。三、集成串聯(lián)穩(wěn)壓電源

1．基準(zhǔn)電壓源電路

穩(wěn)壓二極體構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓源電路如圖

1–5–13(a)所示。設(shè)T管的發(fā)射結(jié)和D2、D3

的正嚮導(dǎo)通電壓均相等，用V(on)

表示?；鶞?zhǔn)電壓VREF

VZ(6~8

V)具有正溫度係數(shù)，V(on)

具有負(fù)溫度係數(shù)。

滿足時(shí)，基準(zhǔn)電壓VREF

的溫度係數(shù)如圖1–5–13(b)所示的能隙基準(zhǔn)電壓源電路中

忽略T3

管的基極電流

VT

具有正溫度係數(shù)，VBE(on)

具有負(fù)溫度係數(shù)。適當(dāng)選擇電阻的比值(R2/R3)，可以使VREF

的溫度係數(shù)為零。

2．7800系列三端式集成串聯(lián)穩(wěn)壓電路

典型應(yīng)用電路圖1-5-14(a)所示。

輸出電壓VO

固定，5

V、6

V、9

V、

。

輸入電壓VI

一般應(yīng)比輸出電壓高3

V以上。

C1、C2

消振作用。

內(nèi)部電路如圖

1-5-14(b)所示。

3．基準(zhǔn)電壓電路

能隙基準(zhǔn)電路，由T1、T2、T7、R1、R3、R10

及R2、T5、T6、T3、T4

組成。

4．比較放大器

基準(zhǔn)電路和比較放大器形成一個(gè)整體，由T3、T4、T11、有源負(fù)載T9

構(gòu)成CE–CC組和放大器。

5．調(diào)整管

T16、T17

組成複合調(diào)整管。圖

1–5–14(b)

6．保護(hù)電路

過(guò)流保護(hù)，T15、R11、R12。

過(guò)熱保護(hù)，T14、R7

組成，R7

具有正溫度係數(shù)。

7．啟動(dòng)電路由D1

及T12、T13、R4、R5、R18

等組成。1.5.3開關(guān)型穩(wěn)壓器一、直流–直流變換器

開關(guān)型穩(wěn)壓器的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，通過(guò)控制開關(guān)的啟閉時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出電壓。

1．降壓型變換器

圖

1–5–15(a)原理電路

如圖

1–5–15(a)所示，電路由開關(guān)S、續(xù)流二極體D和低通濾波器L1、C2

組成。

S閉合：vA=VI，D截止，電感L1

充電。

S斷開：vA=0，D導(dǎo)通(設(shè)VD(on)=0)，電感L1

放電。

圖1-5-15降壓型變壓器的原理電路及相應(yīng)的波形降壓型變換器的波形如圖1-5-15(b)所示，忽略VO

上疊加的紋波電壓，S閉合。

vL=vA-VO=VI-VO

根據(jù)

為保持iL

連續(xù)得VO=dVI

調(diào)整d可以就可以改變輸出電壓，d恒小於1，所以為降壓型變換器。

2．升壓型變換器

升壓型變換器如圖

1–5–16所示。圖1-5-16升壓型變換器原理電路

當(dāng)S閉合時(shí)，D截止，vA=0。

當(dāng)S斷開時(shí)，D導(dǎo)通，vA=VO。

根據(jù)求得

d恒小於1，所以為升壓型變換器。

開關(guān)型穩(wěn)壓器的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以效率比串聯(lián)型穩(wěn)壓器高。一般採(cǎi)用直接整流，不需要電源變壓器，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。

開關(guān)型穩(wěn)壓器存在紋波電壓高的缺點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾比串聯(lián)型穩(wěn)壓器大。

圖1-5-16升壓型變換器原理電路二、開關(guān)穩(wěn)壓電路的工作原理降壓型變換器構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電路如圖1–5–18(a)、(b)所示。當(dāng)VS=VREF

時(shí)誤差放大器輸出靜態(tài)電壓，經(jīng)電壓比較器使T1

管的導(dǎo)通時(shí)間為ton

或占空係數(shù)為d0，穩(wěn)壓器的輸出電壓

調(diào)解過(guò)程如下：VO

VS

ton

d

VO

反之亦然。三、開關(guān)穩(wěn)壓電路舉例

用集成串聯(lián)穩(wěn)壓器LM105構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電路如圖

1–5–19所示。

點(diǎn)畫線框內(nèi)為L(zhǎng)M105的內(nèi)部電路。

在外部電路中：

T14、T15—開關(guān)管；L1、C2—低通濾波器；R9、R10—取樣電阻；D2—續(xù)流二極體；R8—限流取樣電阻；R11、C3—積分電路

集成PWMLTC1148構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電路如圖1–5–20所示。

圖1-5-20用集成PWMLTC1148構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電路

諧振功率放大器的工作原理

2.1.1丙類諧振功率放大器1．電路組成圖2–1–1諧振功率放大器原理電路

ZL——

外接負(fù)載，呈阻抗性，用CL

與RL

串聯(lián)等效電路表示。

Lr

和Cr

——

匹配網(wǎng)路，與ZL

組成並聯(lián)諧振回路。調(diào)節(jié)Cr

使回路諧振在輸入信號(hào)頻率。

VBB——基極偏置電壓，使功率管Q點(diǎn)設(shè)在截止區(qū)，以實(shí)現(xiàn)丙類工作。2．集電極電流

iC

圖2–1–2輸入vb(t)=Vbmcos

st

據(jù)vBE=VBB+vb(t)=VBB+vbmcos

st由靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性(iC-vBE)，得集電極電流iC波形：脈寬小於半個(gè)週期的脈衝序列。傅裏葉級(jí)數(shù)展開為平均分量、基波分量和各次諧波分量之和。3．輸出電壓

vo

(1)對(duì)基波分量阻抗最大，為諧振電阻Re(諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率上，因而對(duì)iC

中的基波分量呈現(xiàn)的阻抗最大，且為純電阻)。在高Q回路中，其Re

近似為式中，

——

回路總電容

——

回路諧振角頻率

——

回路有載品質(zhì)因數(shù)

(2)對(duì)非基波分量

阻抗很小(諧振回路對(duì)

iC

中的其他分量呈現(xiàn)的)，產(chǎn)生的電壓均可忽略。

既然僅有由基波分量產(chǎn)生的電壓vc

輸出，負(fù)載獲得的信號(hào)功率不失真。因此，丙類諧振功率放大器諧振回路的功能：

①選頻：利用諧振回路的選頻作用，可將失真的集電極電流脈衝變換為不失真的輸出電壓。

②阻抗匹配：調(diào)節(jié)

Lr

和Cr，諧振回路將含有電抗分量的外接負(fù)載變換為諧振電阻Re，並阻抗匹配。所以，諧振功率放大器中，諧振回路起到選頻和匹配負(fù)載的雙重作用。

4．功率特性分析

(1)丙類功放的問(wèn)題

圖2–1–3脈衝寬度變化的示意圖若提高

C，管子導(dǎo)通角

c應(yīng)繼續(xù)減??；但引起iC

中基波分量Icm1

減小，導(dǎo)致輸出功率減小。(2)解決方法

VBB

負(fù)向增大(

c

減小)同時(shí)，提高輸入激勵(lì)電壓Vbm，以維持輸出功率不變。但需警惕管發(fā)射結(jié)反向擊穿。為進(jìn)一步提高效率，可採(cǎi)用開關(guān)工作的丁類、戊類諧振功率放大器。2.1.2丁類和戊類諧振功率放大器1．丁類諧振功率放大器

(1)電路

Tr

二次側(cè)兩繞組相同，極性相反。T1

和T2

特性配對(duì)，為同型管。(2)原理

若vi足夠大，則

vi<

0時(shí)，T1

飽和導(dǎo)通，T2截止，vA1=VCC–VCE(sat)

vi>0時(shí)，T2

飽和導(dǎo)通，T1

截止，vA2=VCE(sat)A點(diǎn)最大振幅值：

vA=vA1

vA2=VCC

2VCE(sat)

加到串聯(lián)諧振回路，若諧振回路工作在輸入信號(hào)角頻率上，可近似認(rèn)為輸出電流iL

是角頻率為

的余弦波，RL

上獲得不失真輸出功率。(3)

討論

①

VCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高(90%以上)

；

②因結(jié)電容、分佈電容等影響，實(shí)際波形不理想，使管耗增大，丁類功放效率受限。2．戊類放大器

為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在開關(guān)工作的基礎(chǔ)上採(cǎi)用一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的集電極回路，保證vCE

為最小值的一段期間內(nèi)，才有集電極電流流通——戊類放大器。

3．實(shí)現(xiàn)辦法

(1)電晶體倍頻器倍頻次數(shù)不能太高，一般為二倍或三倍頻。原因：

①效率。集電極電流脈衝中包含的諧波分量的幅度隨著n

的增加而迅速減小。倍頻次數(shù)過(guò)高，倍頻器的輸出功率和效率就會(huì)過(guò)低。

②濾波。諧振回路需濾除高於n

和低於n

的各次分量。低於n

的分量幅度較大，濾除較難。倍頻次數(shù)越高，對(duì)諧振回路提出的濾波要求越苛刻，不易實(shí)現(xiàn)。

(2)變?nèi)荻O體、階躍二極體構(gòu)成參量倍頻器，適用於倍頻次數(shù)較高時(shí)。2.1.3倍頻器1．概念

倍頻器(FrequencyMultiplier)：將輸入信號(hào)的頻率倍增n

倍的電路。2．原理

在丙類諧振放大器中，將輸出諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率的n

次諧波上，則輸出諧振回路上僅有iC

中的n次諧波分量產(chǎn)生的高頻電壓，而其他分量產(chǎn)生的電壓均可忽略，因而RL

上得到了頻率為輸入信號(hào)頻率n

倍的輸出信號(hào)功率。

諧振功率放大器的性能特點(diǎn)

2.2.1近似分析方法非諧振功放丙類諧振功放集電極負(fù)載純電阻諧振回路，含電抗元件求功率性能圖解法準(zhǔn)靜態(tài)分析法要點(diǎn)求負(fù)載線求動(dòng)態(tài)線1．使用條件——兩假設(shè)

①

諧振回路濾波特性理想，即儘管集電極、基極電流為脈衝波，但兩回路只產(chǎn)生基波(余弦)電壓，其他分量的電壓均可忽略。有

②

功率管特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線表示，其參變數(shù)採(cǎi)用

vBE(而不是通常的

iB)

。2．分析步驟

圖2–2–1諧振功率放大器的近似分析方法(b)①求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫波形；②連動(dòng)態(tài)線，畫iC波形；③圖解積分求分量；④計(jì)算功率性能。諧振功率放大器的分析

(1)求動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫波形圖2–2–1諧振功率放大器的近似分析方法(a)

設(shè)定VBB、Vbm、VCC、Vcm，將

t

按等間隔(

t=

0o，

15o，

30o，

)

給定數(shù)值，由便可確定vBE

和vCE

(圖a)。(2)連動(dòng)態(tài)線，畫iC

波形：圖2–2–1諧振功率放大器的近似分析方法(b)

根據(jù)vBE

和vCE值，在輸出特性曲線上(以vBE為參變數(shù))找對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，畫動(dòng)態(tài)線(動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連線)，由此可確定

iC的波形。不到VCC，因?yàn)閷?dǎo)通角小於

(3)

圖解積分求得分量

IC0和Ic1m

諧振電阻(4)

計(jì)算功率性能

四變數(shù)VBB、Vbm、VCC、Vcm

不同，iC

的波形和數(shù)值就不同，由此求得的Re

及相應(yīng)的功率性能就不同。應(yīng)瞭解四變數(shù)的影響。2.2.2欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)1．當(dāng)VBB、Vbm、VCC

不變，Vcm

由小變大，動(dòng)態(tài)點(diǎn)左移

①欠壓狀態(tài)

Vcm

的取值，使所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)均處在放大區(qū)。

②臨界狀態(tài)

Vcm

增大，使

t=

0

所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)A

處在臨界點(diǎn)，iCmax

略微減小。

③過(guò)壓狀態(tài)

Vcm繼續(xù)增大，使A

(

t=

0)動(dòng)態(tài)點(diǎn)處在飽和區(qū)，iC

迅速減小，電流脈衝出現(xiàn)凹陷，Vcm

增大，凹陷加深。諧振功放的工作狀態(tài)2．iC的平均分量IC0與基波分量Ic1m

iC

脈衝越寬，高度越高，IC0

和Ic1m就越大。如果出現(xiàn)凹陷，則凹陷越深，IC0

和Ic1m

就越小。由此可求功率性能2.2.3四個(gè)電壓量對(duì)性能影響的定性討論一、負(fù)載特性

1．定義

指VBB、Vbm

和

VCC

一定，放大器性能隨Re

的變化特性。2．特性Re的增加勢(shì)必將引起

Vcm

增大(Vcm=ReIcm)

Re

Vcm

vCEmin

功放欠壓

過(guò)壓

iC

波形出現(xiàn)凹陷。據(jù)此可以畫出

Ic0

和Ic1m

隨Re

變化的特性。

諧振功放的負(fù)載特性

3．

Vcm、Po、PD、PC、

C

隨Re

變化的曲線圖2-2-4負(fù)載特性

Vcm=ReIc1m

，Po=VcmIc1m/2

PD=VCCIC0，PC=PD－Po

C=Po/PD3．討論

(1)

欠壓區(qū)

Re

，iC脈衝高度略有減小，相應(yīng)的IC0、Ic1m也略有減小，因而Vcm(=ReIc1m)和Po(

)近似線性增大，而PD(=VCCIC0)略有減小，

C增大，PC

減小。

(2)過(guò)壓區(qū)

Re

，電流脈衝高度減小，凹陷加深，相應(yīng)的IC0、Ic1m

減小，結(jié)果使Vcm

略有增加，Po、PD

減小，且

Po比

PD減小的慢，從而

C

略有增加，PC

略有減小。

(3)匹配負(fù)載

Reopt

Re

=

Reopt

時(shí)，管子工作在臨界狀態(tài)，Po

最大，

C

較大，PC

較小，放大器性能接近最佳。此時(shí)的Re

稱為諧振功放的匹配負(fù)載。3．討論

(3)匹配負(fù)載

Reopt

Re

=

Reopt

時(shí)，管子工作在臨界狀態(tài)，Po

最大，

C

較大，PC

較小，放大器性能接近最佳。此時(shí)的Re

稱為諧振功放的匹配負(fù)載。二、調(diào)製特性圖2–2–5集電極調(diào)製特性兩種調(diào)製特性：集電極調(diào)製和基極調(diào)製特性。

1．集電極調(diào)製特性

(1)含義

VBB、Vbm

和Re一定，放大器性能隨VCC

變化的特性。(2)調(diào)製特性集電極調(diào)製特性與調(diào)幅電路

①欠壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈衝高度略有減小，因而IC0和Ic1m

也將略有減小，Vcm(=ReIc1m)也略有減小。

②過(guò)壓狀態(tài)：隨VCC

減小，集電極電流脈衝的高度降低，凹深加深，因而IC0、Ic1m、Vcm將迅速減小。

(3)

集電極調(diào)幅原理電路

圖中：

——

載波——

調(diào)製信號(hào)為諧振回路上的輸出電壓。

與諧振功放區(qū)別：集電極回路接入調(diào)製信號(hào)電壓。圖2–2–7集電極調(diào)幅電路令VCC(t)=VCC0+v

(t)

作為放大器的等效集電極電源電壓。若要求Vcm(t)

按VCC(t)

的規(guī)律變換，根據(jù)集電極調(diào)製特性，放大器必須在VCC(t)

的變化範(fàn)圍內(nèi)工作在過(guò)壓狀態(tài)。

2．基極調(diào)製特性

圖2–2–6基極調(diào)製特性

(1)含義

Vbm、VCC、Re

一定，放大器性能隨VBB

變化的特性。(2)調(diào)製特性基極調(diào)製特性與調(diào)製電路當(dāng)

Vbm

一定，VBB

，iC寬度、高度

，IC0

Ic1m

、Vcm

，VCEmin

，放大器欠壓

過(guò)壓。過(guò)壓後，隨VBB

，iC寬度、高度

，凹陷加深，IC0和Ic1m、Vcm

均增加緩慢，可認(rèn)為近似不變。(3)基極調(diào)幅原理電路

圖2–2–8基極調(diào)幅電路——

基極偏置電壓

使

Vcm

按VBB(t)

的規(guī)律變化，放大器工作在欠壓狀態(tài)。三、放大特性圖2–2–9放大特性

1．含義當(dāng)VBB、VCC

和Re

一定，放大器性能隨

Vbm

變化的特性。

2．特性

固定VBB，增大Vbm

與上述固定Vbm

增大VBB

的情況類似，它們都使iC

的寬度和高度增大，放大器由欠壓進(jìn)入過(guò)壓，圖2–2–9(a)。諧振功放的放大特性(1)諧振功放作為線性功放圖2–2–10(a)

線性功率放大器的作用

為了使輸出信號(hào)振幅Vcm

反映輸入信號(hào)Vbm

的變化，放大器必須在Vbm

變化範(fàn)圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。(2)

諧振功放作為振幅限幅器(AmplitudeLimiter)圖2–2–10(b)

振幅限幅器的作用

作用：將Vbm

在較大範(fàn)圍內(nèi)的變化轉(zhuǎn)換為振幅恒定的輸出信號(hào)。

特點(diǎn)：根據(jù)放大特性，放大器必須在Vbm

的變化範(fàn)圍內(nèi)工作在過(guò)壓狀態(tài)，或Vbm

的最小值應(yīng)大於臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的Vbm

限幅門限電壓。

若增大Re，Po

減小，放大器實(shí)際工作在過(guò)壓狀態(tài)，可增大VCC(同時(shí)，適當(dāng)增大

Re

或Vbm

或VBB)，需注意管子安全。

實(shí)際上放大器的工作狀態(tài)除了改變

Re

外還可以根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)改變VCC、Vbm、VBB

來(lái)判斷，不過(guò)改變Re

較普遍，但不論改變哪個(gè)量都必須保證回路諧振在工作頻率上。四、四個(gè)特性在調(diào)試中的應(yīng)用

在調(diào)試諧振功放時(shí)，上述四個(gè)特性十分有用。

例如，設(shè)一個(gè)丙類諧振功率放大器，設(shè)計(jì)在臨界狀態(tài)，若製作出後，Po

和

C

均不能達(dá)到要求，則應(yīng)如何進(jìn)行調(diào)整。

Po

達(dá)不到要求，表明放大器沒(méi)在臨界。若增大Re

能使Po

增大，則根據(jù)負(fù)載特性，斷定放大器工作在欠壓狀態(tài)，此時(shí)分別增大Re、Vbm

和VBB

或同時(shí)或兩兩增大均可使放大器由欠壓進(jìn)入臨界。

諧振功率放大器電路諧振功放管外電路：①直流饋電電路②濾波匹配網(wǎng)路2.3.1直流饋電電路

考慮因素：濾波匹配網(wǎng)路安裝方便；饋電電路(PowerSupplyCircuit)對(duì)濾波匹配網(wǎng)路的影響。直流饋電電路分為串饋並饋1．串饋與並饋

(1)串饋

三者(直流電源VCC、濾波匹配網(wǎng)路和功率管)在電路形式上為串接的饋電方式。(a)圖2–3–1集電極直流饋電電路

LC——高頻扼流圈，與CC構(gòu)成電源濾波電路。

在信號(hào)頻率上LC

的感抗很大，接近開路；CC

的容抗很小，接近短路，避免信號(hào)電流通過(guò)直流電源而產(chǎn)生級(jí)間回饋，造成工作不穩(wěn)定。

(2)並饋

三者(直流電源VCC、濾波匹配網(wǎng)路和功率管)在電路形式上為並接的饋電方式。

(b)圖2–3–1集電極直流饋電電路LC

——

高頻扼流圈；CC1

——

隔直電容；CC2

——電源濾波電容。

在信號(hào)頻率上，LC

感抗很大，接近開路，CC1、CC2

的容抗很小，接近短路。

雖然電源與濾波匹配網(wǎng)路在形式上是並聯(lián)的，但濾波匹配網(wǎng)路兩端電壓vc(t)

直接反映在LC

上，因而vCE=VCC+vc。與串饋電路相同。(3)串饋與並饋的比較相同點(diǎn)：兩種饋電方式，VCC都能全部加到集電極上。不同點(diǎn)：濾波匹配網(wǎng)路的接入方式。(a)(b)圖2–3–1集電極直流饋電電路

①串饋：濾波匹配網(wǎng)路處?kù)吨绷鞲唠娢簧?，網(wǎng)路元件不能直接接地。

②並饋：

CC1

隔直流，匹配網(wǎng)路處?kù)吨绷鞯仉娢簧?，網(wǎng)路元件可直接接地，安裝比串饋方便。但LC

和CC1

與匹配網(wǎng)路相並聯(lián)，它們的分佈參數(shù)影響網(wǎng)路調(diào)諧。2．基極偏置電路

(1)作用

為放大電路提供合適的偏置電壓，使功率管工作在丙類。(2)常用類型三種。圖2–3–2基極偏置電路

①圖

2–3–2(a)，基極偏置電壓由

VCC通過(guò)RB1和

RB2

分壓提供，為保證丙類工作，其值應(yīng)小於功率管的導(dǎo)通電壓。②

圖

2–3–2

(b)、(c)，自給偏置電路。

圖

2–3–2

(b)偏置電路：LB、RB、CB1。

RB

：產(chǎn)生壓降，提供自偏電壓；LB：避免RB、CB1

對(duì)輸入濾波匹配網(wǎng)路的旁路影響。3．自給偏置電路ibi2i1(1)自給偏壓IB0

的產(chǎn)生

圖

2–3–2

(b)，vb

0

ib

0，為脈衝電流，可分解為IB0、Ib1m、Ib2m

、···由基爾霍夫定律ib=i1+i2

i2

通路有高扼圈

LB，僅直流電流可以通過(guò)，ib

中的直流分量為IB0，故i2

為IB0。

(2)自給偏置

Vb(t)=0，VBE=0；Vb(t)由小至大

IB0

隨之增大

VBE=

IB0RB

負(fù)向增大。自給偏置效應(yīng)：這種偏置電壓隨輸入信號(hào)電壓振幅而變化的效應(yīng)。(3)

自給偏置電路的作用

①

用於載波功放，可以在輸入信號(hào)振幅變化時(shí)起到自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓振幅的作用。②

用於正弦波振盪器，可以穩(wěn)定振盪幅度。

③

若用於線性功率放大器，會(huì)使放大器偏離乙類工作，造成輸出信號(hào)失真，應(yīng)當(dāng)避免。2.3.2濾波匹配網(wǎng)路

1．位置

對(duì)交流通路而言，濾波匹配網(wǎng)路(Filter-MatchedNetwork)介於功率管T

和外接負(fù)載RL

之間。2．對(duì)濾波匹配網(wǎng)路的要求(2+1條)

(1)變換

將外接負(fù)載RL

變換為放大管所要求的負(fù)載Re，以保證放大器高效率地輸出所需功率。圖2–3–3基極偏置電路

(2)濾波

充分濾除不需要的高次諧波分量，以保證在外接負(fù)載上輸出所需基波功率(在倍頻器中為所需的倍頻功率)。諧波抑制度Hn：工程上表示濾波性能好壞的參數(shù)。設(shè)

IL1m

和ILnm

分別為通過(guò)外接負(fù)載電流中基波和n

次諧波分量的振幅，相應(yīng)的基波和n

次諧波功率分別為PL

和PLn，則對(duì)n

次諧波的諧波抑制度定義為

Hn

越小，網(wǎng)路對(duì)n

次諧波的抑制能力越強(qiáng)。通常n

選2，即對(duì)二次諧波的抑制度。

(3)高效

將功率管給出的信號(hào)功率Po高效地傳送到外接負(fù)載上，即要求網(wǎng)路的傳輸效率

K=PL/Po

接近1。

3．討論

(1)諧波抑制度Hn和

K間的矛盾

在實(shí)際濾波匹配網(wǎng)路中，提高Hn，就會(huì)犧牲傳輸效率

K，反之亦然。(2)說(shuō)明圖

2–3–4

LC

諧振回路如圖

2–3–4

所示，L和C

為濾波網(wǎng)路(簡(jiǎn)稱L型網(wǎng)路)，rL

為L(zhǎng)

中的固有損耗電阻，RL

為外接負(fù)載電阻。令為回路固有品質(zhì)因數(shù)，在高Q

條件下，它的有載品質(zhì)因數(shù)

顯然，當(dāng)Q0

一定時(shí)，RL

越大於rL，相應(yīng)的

K

就越大。但RL

越大，Qe

越小，回路諧振曲線越平坦，對(duì)諧波的抑制能力就越差。(3)諧振功放匹配濾波網(wǎng)路的基本形式

LC並聯(lián)諧振回路LC串聯(lián)諧振回路具體電路形式有多種。作用：阻抗匹配、選頻濾波。不論形式有何不同，均可由串-並聯(lián)阻抗變換公式將其等效為上述兩種基本網(wǎng)路的組合。常用濾波匹配網(wǎng)路的結(jié)構(gòu)、組成元件的運(yùn)算式參閱教材表2-3-1(p101)。4．串、並聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式

若將一個(gè)由電抗和電阻相串接的電路與相並接的電路等效轉(zhuǎn)換，根據(jù)等效原理，令兩者的端導(dǎo)納相等，即

由此得(1)

串轉(zhuǎn)並公式(2)並轉(zhuǎn)串公式

(3)說(shuō)明

①式中，②

Xp

和Xs

為實(shí)數(shù)

③電容：XＣ

電感：XL

=

L

上述各式表明，Qe

取定後，Rp

和

Rs，Xp

和Xs

之間可以相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換前後的電抗性質(zhì)不變(

Xs

和Xp

有相同的正負(fù)號(hào))。5．濾波匹配網(wǎng)路的設(shè)計(jì)

在諧振功率放大器中，為了提高傳輸效率，回路的有載品質(zhì)因數(shù)都較小，一般在10以下?？紤]到諧波抑制度，常用的濾波匹配網(wǎng)路除了上述最簡(jiǎn)單的L

型外，更多的是由三個(gè)電抗元件組成的

、T

型以及由它們組成的多級(jí)混合網(wǎng)路。下麵就介紹濾波匹配網(wǎng)路的阻抗變換特性。

假設(shè)濾波匹配網(wǎng)路的固有損耗電阻為零，即回路傳輸效率趨近於1，外接負(fù)載電阻為RL，要求與Re和C0

的串接或並接阻抗相匹配，C0

為功率管的分佈電容。利用串、並聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式，就可以導(dǎo)出各種濾波匹配網(wǎng)路的元件運(yùn)算式。圖2–3–7基極偏置電路

例

1：圖

2-3-7(a)為T型濾波匹配網(wǎng)路，要求與Re

和

C0

串接阻抗匹配，求各元件運(yùn)算式。

解：將T型網(wǎng)路分割成兩個(gè)串接的L型網(wǎng)路，圖中