集电极电流脉冲宽.pptx

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1、按按工作状态分为分为电路是以谐振系统作匹配网络（负载）。电路是以谐振系统作匹配网络（负载）。1电路的基本组成电路的基本组成 电路中各元件作用：电路中各元件作用：输入信号（又称为激励信号）经变压器耦合输入信号（又称为激励信号）经变压器耦合到晶体管的输入端得到到晶体管的输入端得到；第1页/共43页是集电极直流电源电压，是集电极直流电源电压，是基极偏置电压；是基极偏置电压；为旁路电容，为旁路电容，为电源滤波电容；为电源滤波电容；L、C组成并联谐振回路，作为集电极负载回路（或组成并联谐振回路，作为集电极负载回路（或匹配网络），该回路又称为槽路，负载回路既可以实现匹配网络），该回路又称为槽路，负载回路既

2、可以实现选频滤波的功能，又实现阻抗匹配；选频滤波的功能，又实现阻抗匹配；4.2.1 放大后的信号通放大后的信号通过变压器耦合到负载过变压器耦合到负载 上上(图图(a)(a)或通过天线或通过天线(图（图（b)b)向空间辐射。向空间辐射。回路的谐振总电阻。回路的谐振总电阻。图（图（c）中的）中的 为为L L、C C 图丙类谐振放大器的电路组成（放大器工作原理动画）第2页/共43页当当 时时 为甲类状态；为甲类状态；当当 时时 为乙类状态；为乙类状态；当当 时时 为丙类状态。为丙类状态。称为晶体管的导通电压。称为晶体管的导通电压。4.2.1放大器的工作状态由偏置电压放大器的工作状态由偏置电压 的大小

3、决定的大小决定 2 2电路特点：电路特点：电路工作在丙类状态。电路工作在丙类状态。高，流过晶体管的电流为高，流过晶体管的电流为余弦脉冲；余弦脉冲；谐振回路做负载。其作用是：阻抗匹配，选谐振回路做负载。其作用是：阻抗匹配，选出余弦脉冲中的基波分量出余弦脉冲中的基波分量 第3页/共43页二工作原理：二工作原理：，且，且 若激励电压若激励电压 所以电路工作在丙类状态。所以电路工作在丙类状态。图丙类谐振放大器的电路组成 电路的工作波形如图电路的工作波形如图 所示。晶体管的集电极电所示。晶体管的集电极电流流 为周期性的余弦为周期性的余弦脉冲。脉冲。实际上，工作在丙类状态的晶体管各极电流实际上，工作在丙类

4、状态的晶体管各极电流、均为周期性余弦脉冲，均可以展开为傅立叶级数。均为周期性余弦脉冲，均可以展开为傅立叶级数。第4页/共43页（集电极电流电压图解法分析动画）（集电极电流电压图解法分析动画）第5页/共43页其中其中 式中，式中，、分别为集电极电流的直流分分别为集电极电流的直流分量、基波分量、以及各高次谐波分量的振幅。量、基波分量、以及各高次谐波分量的振幅。的傅立叶级数展开式为的傅立叶级数展开式为 其中，其中，第6页/共43页、为余弦脉冲分解系数，为余弦脉冲分解系数，的关系曲线。的关系曲线。图给出了导通角图给出了导通角与各分解系数与各分解系数 、由图可清楚地由图可清楚地看到各次谐波分量看到各次谐

5、波分量随导通角随导通角 变化的趋变化的趋势。谐波次数越高，振幅就越小。因此，在谐振功率放势。谐波次数越高，振幅就越小。因此，在谐振功率放大器中只需研究直流功率与基波功率。大器中只需研究直流功率与基波功率。见附录二。见附录二。图4.2.3 余弦脉冲分解系数曲线 （余弦脉冲分解系数曲线动画）第7页/共43页显然，只要知道电流脉冲的最大值显然，只要知道电流脉冲的最大值 和导通角和导通角、就可以计算就可以计算、。输出，即：输出，即：当当 回路谐振于回路谐振于 时，在时，在 回路两端得到回路两端得到 的最大的最大为回路等效总电阻，为回路等效总电阻，（负载等效值）负载等效值）式中第8页/共43页 结论：丙

6、类谐振功率放结论：丙类谐振功率放大器，流过晶体管的各极电大器，流过晶体管的各极电流均为余弦脉冲，但利用谐流均为余弦脉冲，但利用谐振回路的选频作用，其输出振回路的选频作用，其输出电压仍能反映输入电压的变电压仍能反映输入电压的变化规律，即输出信号基本上化规律，即输出信号基本上是不失真的余弦信号，实现是不失真的余弦信号，实现线性放大的功能。线性放大的功能。图4.2.4 谐振功率放大器的各极电压、电流波形 丙类谐振功率放大器的电流、电压波形如图所示。丙类谐振功率放大器的电流、电压波形如图所示。（高频工作时晶体管电（高频工作时晶体管电压电流波形动画）压电流波形动画）第9页/共43页二谐振功率放大器的质量

7、指标二谐振功率放大器的质量指标 在保证功放管安全工作的条件下，在允许失真在保证功放管安全工作的条件下，在允许失真的范围内，高效率地输出足够大的信号功率，因此，的范围内，高效率地输出足够大的信号功率，因此，高频功率放大器的主要技术指标有：高频功率放大器的主要技术指标有：1电源电压提供的直流输入功率电源电压提供的直流输入功率 对功率放大器的要求是：对功率放大器的要求是：2输出高频交流功率输出高频交流功率 第10页/共43页3集电极损耗功率集电极损耗功率 根据能量守恒定律，集电极损耗功率应为根据能量守恒定律，集电极损耗功率应为 4集电极效率集电极效率 当器件确定时，当器件确定时，一定，一定，增大增大

8、 增大。增大。当当 增大的时候（或者增大的时候（或者 减小的时候），减小的时候），减小；所以减小；所以增大时，让静态工作点增大时，让静态工作点 降低是提高降低是提高 和和 的重要途径。的重要途径。一定时，一定时，越大，越大，越大。越大。结论：结论：当当第11页/共43页谐振功率放大器的近似分析方法谐振功率放大器的近似分析方法 一近似分析方法一近似分析方法 近似分析方法（又称为准静态分析法），所近似分析方法（又称为准静态分析法），所作的近似如下：作的近似如下：近似一：谐振回路具有理想的选频滤波特性，其上近似一：谐振回路具有理想的选频滤波特性，其上只能产生基波电压，而其它分量的电压均可忽略。因只能

9、产生基波电压，而其它分量的电压均可忽略。因而，尽管集电极电流为脉冲波，但是集电极电压却是而，尽管集电极电流为脉冲波，但是集电极电压却是余弦的。余弦的。同理，放大器输入端也接有谐振回路，因而，尽管同理，放大器输入端也接有谐振回路，因而，尽管基极电流为脉冲波，但是加到基极上的电压却是余弦波，基极电流为脉冲波，但是加到基极上的电压却是余弦波，它们可分别表示为它们可分别表示为 第12页/共43页 近似二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线近似二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线表示，其高频效应可忽略。表示，其高频效应可忽略。根据根据 和设定的和设定的，便可确定所需的集电极谐振回路，便可确定所需的

10、集电极谐振回路的谐振总电阻的谐振总电阻 值值 第13页/共43页时，可先设定四个电量 、的数值，并将按在上述两个近似条件下，分析谐振功率放大器性能间隔给定不同的数值（例如 ）则 和 便是确定的数值，如图4.2.5（a）所示。图谐振功率放大器的近似分析方法第14页/共43页 为工作路，负载线为工作路，负载线)，它是指输入信号的一个周期内，由，它是指输入信号的一个周期内，由管子的集电极电流管子的集电极电流 与集电极电压与集电极电压 共同决定的动共同决定的动态态 点的运动轨迹。点的运动轨迹。根据不同间隔上的根据不同间隔上的 和和 值，在以值，在以 为参变量的输为参变量的输出特性曲线上找出对应的动态点

11、和由此确定的出特性曲线上找出对应的动态点和由此确定的 值。值。动态线动态线(Dynamic Line(Dynamic Line）：）：动态点的连线称为谐振功率放大器的动态线动态点的连线称为谐振功率放大器的动态线(又称又称第15页/共43页（1）动态线在横轴上的截距是）动态线在横轴上的截距是，而非，而非，这是区别于乙类放大器之处。这是区别于乙类放大器之处。（2 2）在输入信号变化一周的过程中，由晶体管的）在输入信号变化一周的过程中，由晶体管的集电极电流集电极电流 与集电极电压与集电极电压 共同决定的动态点沿着共同决定的动态点沿着ABCDCBAABCDCBA轨迹移动。即动态线是条曲线，轨迹移动。即

12、动态线是条曲线，管子经历了导通管子经历了导通截止截止导通的过程。导通的过程。从图示的动态线可以看出以下几点：从图示的动态线可以看出以下几点：（谐振功率放大器的近似分析方法动画）（谐振功率放大器的近似分析方法动画）第16页/共43页（3）集电极电压的最大值）集电极电压的最大值。若。若，则在选择功放管时，应保证集电极与发射极间，则在选择功放管时，应保证集电极与发射极间的击穿电压的击穿电压。（4）丙类放大器是非线性放大器，不适合放大振）丙类放大器是非线性放大器，不适合放大振幅变化的已调信号。如图所示。显然，当幅度变化时，幅变化的已调信号。如图所示。显然，当幅度变化时，电流导通角电流导通角 不同，造成

13、输出电流的基波分量不同，造成输出电流的基波分量振幅振幅 不同（不同（与与 之间是非线性的关系），之间是非线性的关系），使输出电压使输出电压 的幅度的幅度 与输入电压的包络不成与输入电压的包络不成正比，产生了失真。正比，产生了失真。第17页/共43页图4.2.6 调幅波（AM）通过丙类放大器 第18页/共43页二丙类谐振功率放大器的工作状态二丙类谐振功率放大器的工作状态图4.2.7 谐振功率放大器的工作状态 第19页/共43页集电极电流脉冲的宽度主要取决于集电极电流脉冲的宽度主要取决于 和和 的大小，参的大小，参见图。见图。也就近似一定，几乎不随也就近似一定，几乎不随 的大小而变化。的大小而变化

14、。集电极电流脉冲的最大值集电极电流脉冲的最大值 由由 与与 的交点确定。的交点确定。时时 当当一定时，集电极电流脉冲宽度（一定时，集电极电流脉冲宽度（和和）当当图4.2.7 谐振功率放大器的工作状态 第20页/共43页 临界线：放大管输出特性曲线上由放大区进入饱和临界线：放大管输出特性曲线上由放大区进入饱和区的点称为临界点。区的点称为临界点。或或 为临界线的斜率，为临界线的斜率，为临界线方程。为临界线方程。临界点的连线为临界线，临界线上满足，临界点的连线为临界线，临界线上满足，cb端的端的PN结导通结导通vBE到达最大值后，就再也不会增加了到达最大值后，就再也不会增加了第21页/共43页（1）

15、欠压（）欠压（Undervoltage）状态）状态 的交点交与临界线的右侧，的交点交与临界线的右侧，与与 交点交点 确定了集电极电流脉冲的高度。显然，集电确定了集电极电流脉冲的高度。显然，集电极电流波形如图极电流波形如图7.2.7（b）中曲线）中曲线所示，为尖顶的余所示，为尖顶的余弦脉冲。弦脉冲。所示的动态线所示的动态线所示。所示。如图如图4.2.74.2.7（a a）（较小（或较小（或 较小）的情况），较小）的情况），称为欠压工作状态。称为欠压工作状态。图4.2.7 谐振功率放大器的工作状态 第22页/共43页（2）临界（）临界（Critical）状态）状态 的交点交在临界线上，的交点交在临

16、界线上，与与 对应的集电极电流脉冲波形如图（对应的集电极电流脉冲波形如图（b）中曲线）中曲线所示，仍然是尖顶的余弦脉冲。所示，仍然是尖顶的余弦脉冲。的动态线的动态线（较大（或较大（或 较大）。较大）。如图如图4.2.74.2.7（a a）所示）所示与与 交点交点 意味着动态线的斜意味着动态线的斜率减小，这时 正好落在静态曲线正好落在静态曲线 的临界点上，这时放大器的工作的临界点上，这时放大器的工作工作状态称为临界状态。工作状态称为临界状态。图7.2.7 谐振功率放大器的工作状态 第23页/共43页（3）过压（）过压（Overvoltage）状态）状态 与与 的交点交在临界线的左侧，的交点交在临

17、界线的左侧，如图（如图（a a）所示的动态线所示的动态线。继续增大（或继续增大（或 继续增大）的情况，继续增大）的情况，由于仍是由于仍是 那个静态特性曲线，所以对应那个静态特性曲线，所以对应 与与 的动态点的动态点 必定进入饱和区，并在必定进入饱和区，并在E点点（对应的点）转折，这种工作状态称为过压状对应的点）转折，这种工作状态称为过压状 态。态。对应的集电极电流脉冲波形如图（对应的集电极电流脉冲波形如图（b）中曲线）中曲线所示，所示，是顶部凹陷的电流脉冲，是顶部凹陷的电流脉冲，E点对应电流脉冲的点对应电流脉冲的 图4.2.7 谐振功率放大器的工作状态 第24页/共43页波形才会波形才会 电流

18、脉冲出现凹陷是由于集电极负载性质造成的。它电流脉冲出现凹陷是由于集电极负载性质造成的。它的负载是具有选频作用的的负载是具有选频作用的LC并联谐振回路，其上只能产并联谐振回路，其上只能产生基波余弦电压，因而只有沿动态线画出的生基波余弦电压，因而只有沿动态线画出的 出现中间凹陷。出现中间凹陷。值，值，点对应凹陷脉冲的点对应凹陷脉冲的 值。值。图4.2.7 谐振功率放大器的工作状态 第25页/共43页谐振功率放大器的外部特性谐振功率放大器的外部特性 由谐振功率放大器的原理分析知：由谐振功率放大器的原理分析知：所以，当晶体管确定后，放大器的工作状态及所以，当晶体管确定后，放大器的工作状态及，与与，四个

19、参量有关，同时也影响四个参量有关，同时也影响，也就唯一地确定了。也就唯一地确定了。，当当，这四个参量一定时，工作状态这四个参量一定时，工作状态第26页/共43页一负载特性一负载特性 对工作状态的影响：对工作状态的影响：同时电路的工作状态经历了从欠同时电路的工作状态经历了从欠压状态到临界状态又到状态到临界状态又到过压状态的变化。过压状态的变化。定义：定义：不变时，不变时，变化时对放大器工作变化时对放大器工作，状态及状态及，的影响。的影响。升高的时候，可以得到升高的时候，可以得到 同样升高，同样升高，图4.2.7 负载变化对放大器工作状态的影响第27页/共43页对对 的影响：的影响：欠压状态到临界

20、状态：欠压状态到临界状态：略微减小，略微减小，却几乎不变，却几乎不变，和和 也几乎不变。也几乎不变。临界状态到过压状态：临界状态到过压状态：迅速下降，曲线出现凹迅速下降，曲线出现凹陷，陷，和和 也迅速下降。也迅速下降。如图如图4.2.8所示。所示。图4.2.8 负载变化对电流脉冲的影响 （Re变化时变化时ic波形波形动画）波形波形动画）第28页/共43页图负载特性 结论：在临界状态：结论：在临界状态：最大，最大，较高，最较高，最佳状态；发射机末级。佳状态；发射机末级。弱过压状态：弱过压状态：最大，最大，接近最大，随着接近最大，随着，平稳，中间放大级；平稳，中间放大级；负载特性曲线（对功率、效率

21、的影响）负载特性曲线（对功率、效率的影响）（放大器的负载特性动画）（放大器的负载特性动画）第29页/共43页欠压状态：欠压状态：比较低，比较低，比较小，且比较小，且 随着随着 的增大而的增大而增大。所以，一般不用，但基极调幅电路工作于欠压状态。增大。所以，一般不用，但基极调幅电路工作于欠压状态。二放大特性二放大特性 定义：放大特性是指保持定义：放大特性是指保持，一定时，一定时，放大器性能随输入激励电压的振幅放大器性能随输入激励电压的振幅变化的特性。变化的特性。对工作状态的影响对工作状态的影响由零开始增加时，由零开始增加时，随着随着 的增大的增大而增大，放大器的而增大，放大器的工作状态经历从欠压

22、区、临界状态、工作状态经历从欠压区、临界状态、最后到过压区的变化过程，导致集电极电流导通角最后到过压区的变化过程，导致集电极电流导通角 均随着均随着 以及电流脉冲最大值以及电流脉冲最大值 的增大而增大。的增大而增大。第30页/共43页 对对 的影响的影响 和高度都随之增大。如图所示。和高度都随之增大。如图所示。也会随也会随 增大，所以增大，所以 脉冲的宽度脉冲的宽度图4.2.10 对集电极电流 的影响 （Vbm变化对工作状态的影响动画）变化对工作状态的影响动画）第31页/共43页 放大特性曲线：放大特性曲线：在欠压状态时，在欠压状态时，随随 的增大而增大，但不成线性关的增大而增大，但不成线性关

23、系。仅当处于甲类或乙类工作状态时系。仅当处于甲类或乙类工作状态时 固定为固定为，此时此时 和和 成线形关系。成线形关系。如图4.2.11所示。图4.2.11 放大特性曲线 （放大特性动画）（放大特性动画）第32页/共43页 应用：应用：作为线性放大器和振幅限幅器。如图所作为线性放大器和振幅限幅器。如图所示。示。图放大特性的应用 （线性放大器和振幅限幅器的作用动画）第33页/共43页三调制特性三调制特性 调制特性是指谐振功率放大器，在保持调制特性是指谐振功率放大器，在保持、不变时，放大器的性能（不变时，放大器的性能（、）跟随集电极电源电压）跟随集电极电源电压 或基极偏置电压或基极偏置电压 变化的

24、特性，前者称为集电极调制变化的特性，前者称为集电极调制特性，后者称为基极调制特性。特性，后者称为基极调制特性。第34页/共43页 集电极调制特性集电极调制特性、A定义：若定义：若 和和 固定，输出电压振幅固定，输出电压振幅 随集电极电压随集电极电压 变化的规律即集电极调制特性变化的规律即集电极调制特性 B 对工作状态的影响：对工作状态的影响：的变化使静态工作点左右平移，从而使欠压的变化使静态工作点左右平移，从而使欠压区内的动态线左右平移，动态线的斜率不变，于是工作区内的动态线左右平移，动态线的斜率不变，于是工作状态在欠压，临界，过压中转换。状态在欠压，临界，过压中转换。（改变对工作状态的影响动

25、画）（改变对工作状态的影响动画）第35页/共43页 图集电极调制特性 C 对对 的影响：的影响：随着随着 的增大或变小而增大或的增大或变小而增大或减小，但是并非线性关系。减小，但是并非线性关系。D调制特性：在过压状态时，调制特性：在过压状态时，随随 而单调变化，而单调变化，此时，此时，起到了控制作用，即振幅调制作用起到了控制作用，即振幅调制作用（集电极调制特性（集电极调制特性动画）动画）第36页/共43页 E应用：使电路工作在过压状态，就可以应用：使电路工作在过压状态，就可以起到振幅调制作用。起到振幅调制作用。集电极调幅电路及其工作波形（集电极调幅电路动画）第37页/共43页B 对工作状态的影

26、响：当对工作状态的影响：当 由零开始增加时，由零开始增加时，随着随着 的增大而增大，放大器的工作的增大而增大，放大器的工作状态经历从欠压区、临界状态、最后到过压区的变化过状态经历从欠压区、临界状态、最后到过压区的变化过程，导致集电极电流导通角程，导致集电极电流导通角 以及电流脉冲最大值以及电流脉冲最大值 均随着均随着 的增大而增大。的增大而增大。基极调制特性：基极调制特性：，A定义：若定义：若 和和 固定，输出电压振幅固定，输出电压振幅 随基极偏压随基极偏压 变化的规律成为基极调制特性变化的规律成为基极调制特性（VBB变化对工作状态的影响动画）变化对工作状态的影响动画）第38页/共43页图4.

27、2.14 基极调制特性，图中过压和欠压位置颠倒了，课本正确 C 对对 的影响：在欠压区的影响：在欠压区 随随 的增大基本呈的增大基本呈线性增大，在过压区，线性增大，在过压区，基本不再增大。基本不再增大。（基极调制特性动画）（基极调制特性动画）第39页/共43页D调制特性：调制特性：跟跟的变化对输出电流的变化对输出电流 和输出电压振幅和输出电压振幅 的影响是的影响是类似的。调制特性曲线如图所示，显然，在过类似的。调制特性曲线如图所示，显然，在过压区无法完善调制，在欠压区可以实现调制。压区无法完善调制，在欠压区可以实现调制。E应用：可以实现应用：可以实现 对对 的控制，即调幅功能。的控制，即调幅功

28、能。（基极调幅电路动画）（基极调幅电路动画）第40页/共43页 (2)若对非等幅信号进行功率放大若对非等幅信号进行功率放大,应使功放工作在应使功放工作在欠压状态欠压状态,但线性较差。若采用甲类或乙类工作但线性较差。若采用甲类或乙类工作,则线性则线性较好。较好。(1)(1)若对等幅信号进行功率放大若对等幅信号进行功率放大,应使功放工作应使功放工作在临界状态在临界状态,此时输出功率最大此时输出功率最大,效率也接近最大。效率也接近最大。根据以上对丙类谐振功放的性能分析根据以上对丙类谐振功放的性能分析,可得可得以下几点结论以下几点结论:第41页/共43页(4)回路等效总电阻回路等效总电阻 直接影响功放

29、在欠压区内的直接影响功放在欠压区内的动态线斜率动态线斜率,对功放的各项性能指标关系很大对功放的各项性能指标关系很大,在分析在分析和设计功放时应重视负载特性。和设计功放时应重视负载特性。的变化范围内工作在欠压状态；若调制信号加在集的变化范围内工作在欠压状态；若调制信号加在集电极电压上电极电压上,功放应工作在过压状态，且应保持放大功放应工作在过压状态，且应保持放大器必须在器必须在的变化范围内工作在过压状态。的变化范围内工作在过压状态。(3)(3)丙类谐振功放在进行功率放大的同时丙类谐振功放在进行功率放大的同时,也也可进行振幅调制。若调制信号加在基极偏压上可进行振幅调制。若调制信号加在基极偏压上,功功放应工作在欠压状态，且应保持放大器必须在放应工作在欠压状态，且应保持放大器必须在 第42页/共43页感谢您的观看。第43页/共43页