第 2 章 谐振功率放大器
2.2 谐振功率放大器的性能特点
2.2.1 近似分析方法
2.2.2 欠压、临界和过压状态
2.2.3 四个电压量对性能影响的定性讨论
2.2.1 近似分析方法
非谐振功放 丙类 谐振功放
集电极负载 纯电阻 谐振回路，含电抗元件
求 功率性能 图解法 准静态分析法
要 点 求负载线 求动态线
1,使用条件 —— 两假设
① 谐振回路滤波特性理想, 即尽管集电极, 基极电流
为脉冲波, 但两回路只产生基波 (余弦 )电压, 其他分量的
电压均可忽略 。 有
tVVv
tVVv
?
?
c o s
c o s
cmCCCE
bmBBBE
??
??
② 功率管特性用 输入 和 输出静态特性曲线 表示, 其参
变量采用 vBE(而不是通常的 iB) 。
2,分析步骤
图 2–2–1 谐振功率放大器的近似分析方法 (b)
① 求动态点，画波形；
② 连动态线，画 iC 波形；
③ 图解积分求分量；
④ 计算功率性能。
谐振功率放大器的分析
(1)求动态点, 画波形
图 2–2–1 谐振功率放大器的近似分析方法 (a)
设定 VBB,Vbm,VCC,Vcm,
将 ?t 按等间隔 (?t = 0o,? 15o,
? 30o,??? ???) 给定数值, 由
便可确定 vBE 和 vCE (图 a)。
tVVv
tVVv
?
?
c o s
c o s
cmCCCE
bmBBBE
??
??
(2)连动态线,画 iC 波形,
图 2–2–1 谐振功率放大器的近似分析方法 (b)
根据 vBE 和
vCE 值, 在输出特
性曲线上 (以 vBE
为参变量 )找对应
的动态点, 画动
态线 (动态点的连
线 ),由此可确定
iC 的波形 。
不到 VCC,因为
导通角小于 ?
(3) 图解积分求得分量 IC0 和 Ic1m
谐振电阻
c 1 mcme / IVR ?
(4) 计算功率性能
DoC
oDC
m1Ccmo
0CCCD
/
2/
PP
PPP
IVP
IVP
?
??
?
?
?
四变量 VBB,Vbm,VCC,Vcm 不同, iC 的波形和数值就
不同, 由此求得的 Re 及相应的功率性能就不同 。 应了解四
变量的影响 。
2.2.2 欠压, 临界和过压状态
1,当 VBB,Vbm,VCC 不变,Vcm 由小变大,动态 点 左移
① 欠压 状态
Vcm 的取值, 使所对应的动态点均处在放大区 。
② 临界 状态
Vcm 增大, 使 ? t = 0 所对应
的动态点 A?处在临界点, iCmax
略微减小 。
③ 过压 状态
Vcm 继续增大, 使 A??(?t = 0)
动态点处在饱和区, iC 迅速减小,
电流脉冲出现凹陷, Vcm 增大,
凹陷加深 。 谐振功放的工作状态
2,iC 的平均分量 IC0 与基波分量 Ic1m
tiI ?d21 C0C ? ?
???
?
ttiI ?? dc o s1 Cc 1m ? ?
???
?
iC 脉冲越宽, 高度越高, IC0 和 Ic1m 就越大 。 如果出
现凹陷, 则凹陷越深, IC0 和 Ic1m 就越小 。
由此可求功率性能
DoCoDC
m1Ccmo0CCCD
/
2/
PPPPP
IVPIVP
???
??
?
2.2.3 四个电压量对性能影响的定性讨论
一、负载特性
1,定义
指 VBB,Vbm 和 VCC 一定, 放大器性能随 Re 的变化特
性 。
2．特性
Re 的增加势必将引起 Vcm 增大 (Vcm = ReIcm)
Re? ? Vcm ? ? vCEmin ? ? 功 放 欠压 ? 过压 ? iC 波
形出现 凹陷 。
据此可以画出 Ic0 和 Ic1m 随 Re 变化的特性。
谐振功放的负载特性
3,Vcm,Po,PD,PC,?C 随 Re 变化的曲线
图 2-2-4 负载特性
Vcm = ReIc1m, Po = VcmIc1m/2
PD = VCCIC0, PC = PD－ Po
?C = Po/ PD
3,讨论
(1) 欠压区
e
2
c1 m RI?
Re ?,iC 脉冲高度略有减小, 相应的 IC0,Ic1m 也略有减
小, 因而 Vcm(= ReIc1m)和 Po( )近似线性增大, 而
PD(= VCCIC0)略有减小, ?C 增大, PC 减小 。
(2)过压区
Re ?, 电流脉冲高度减小, 凹陷加深, 相应的 IC0,Ic1m
减小, 结果使 Vcm 略有增加, Po,PD 减小, 且 Po 比 PD 减
小的慢, 从而 ?C 略有增加, PC 略有减小 。
(3)匹配负载 Reopt
Re = Reopt 时, 管子工作在临界状态, Po 最大, ?C 较
大, PC 较小, 放大器性能接近最佳 。 此时的 Re 称为谐振功
放的匹配负载 。
3,讨论
(3)匹配负载 Reopt
Re = Reopt 时, 管子工作在临界状态, Po 最大, ?C 较
大, PC 较小, 放大器性能接近最佳 。 此时的 Re 称为谐振功
放的匹配负载 。
o
2
C E ( s a t )CC
o
2
cm
e o p t
)(
2
1
2
1
P
VV
P
VR ???
二、调制特性
图 2–2–5 集电极调制特性
两种调制特性,集电极调制 和 基极调制特性 。
1,集电极调制特性
(1)含义
VBB,Vbm 和 Re一定, 放大器性能随 VCC 变化的特性 。
(2)调制特性
集电极调制特性与调幅电路
① 欠压状态,随 VCC 减
小, 集电极电流脉冲高度略
有减小, 因而 IC0 和 Ic1m 也将
略有减小, Vcm(= ReIc1m)也 略
有减小 。
② 过压状态,随 VCC 减小, 集电极电流脉冲的高度降
低, 凹深加深, 因而 IC0,Ic1m,Vcm 将 迅速减小 。
(3) 集电极调幅原理电路
图中,tVtv
cbmb c o s)( ??
—— 载波
tVv ??? c o sm? —— 调制信号
ttVtv ccmo ) c o s()( ?? 为 谐振回路上的输出电压 。
与谐振功放区别,集电极回路接入调制信号电压 。
图 2–2–7 集电极调幅电路
令 VCC(t) = VCC0 + v?(t) 作为放大器的 等效集电极电源
电压 。 若要求 Vcm(t) 按 VCC(t) 的规律变换, 根据集电极调
制特性, 放大器必须在 VCC(t) 的变化范围内工作在 过压状
态 。
2,基极调制特性
图 2–2–6 基极调制特性
(1)含义
Vbm,VCC,Re 一定, 放大器性能随 VBB 变化的特性 。
(2)调制特性
基极调制特性与调制电路
当 Vbm 一定, VBB ?,iC宽
度, 高度 ?, IC0 ? Ic1m ?,
Vcm ?,VCEmin ?,放大器欠压
? 过压 。
过压后, 随 VBB?,iC 宽度,
高度 ?, 凹陷加深, IC0 和 Ic1m、
Vcm 均增加缓慢, 可认为近似
不变 。
(3)基极调幅原理电路
图 2–2–8 基极调幅电路
)()( B B 0BB tvVtV ??? —— 基极偏置电压
使 Vcm 按 VBB(t) 的规律变化，放大器工作在 欠压状态 。
三、放大特性
图 2–2–9 放大特性
1,含义
当 VBB,VCC 和 Re 一定,
放大器性能随 Vbm 变化的特性 。
2,特性
固定 VBB,增大 Vbm 与上
述固定 Vbm 增大 VBB 的情况类
似, 它们都使 iC 的宽度和高
度增大, 放大器由欠压进入过
压, 图 2–2–9(a)。
谐振功放的放大特性
(1)谐振功放作为线性功放
图 2–2–10 (a) 线性 功率放大器的 作用
为了使输出信号振幅 Vcm 反
映输入信号 Vbm 的变化, 放大器
必须在 Vbm 变化范围内 工作在欠
压状态 。
(2) 谐振功放作为振幅限幅器 (Amplitude Limiter)
图 2–2–10 (b) 振幅限幅器的 作用
作用,将 Vbm 在较大范围内的变化转换为 振幅恒定的
输出信号 。
特点,根据放大特性, 放大器必须在 Vbm 的变化范围
内 工作在过压状态, 或 Vbm 的最小值应大于临界状态对应
的 Vbm 限幅门限电压 。
2.2 谐振功率放大器的性能特点
2.2.1 近似分析方法
2.2.2 欠压、临界和过压状态
2.2.3 四个电压量对性能影响的定性讨论
2.2.1 近似分析方法
非谐振功放 丙类 谐振功放
集电极负载 纯电阻 谐振回路，含电抗元件
求 功率性能 图解法 准静态分析法
要 点 求负载线 求动态线
1,使用条件 —— 两假设
① 谐振回路滤波特性理想, 即尽管集电极, 基极电流
为脉冲波, 但两回路只产生基波 (余弦 )电压, 其他分量的
电压均可忽略 。 有
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② 功率管特性用 输入 和 输出静态特性曲线 表示, 其参
变量采用 vBE(而不是通常的 iB) 。
2,分析步骤
图 2–2–1 谐振功率放大器的近似分析方法 (b)
① 求动态点，画波形；
② 连动态线，画 iC 波形；
③ 图解积分求分量；
④ 计算功率性能。
谐振功率放大器的分析
(1)求动态点, 画波形
图 2–2–1 谐振功率放大器的近似分析方法 (a)
设定 VBB,Vbm,VCC,Vcm,
将 ?t 按等间隔 (?t = 0o,? 15o,
? 30o,??? ???) 给定数值, 由
便可确定 vBE 和 vCE (图 a)。
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(2)连动态线,画 iC 波形,
图 2–2–1 谐振功率放大器的近似分析方法 (b)
根据 vBE 和
vCE 值, 在输出特
性曲线上 (以 vBE
为参变量 )找对应
的动态点, 画动
态线 (动态点的连
线 ),由此可确定
iC 的波形 。
不到 VCC,因为
导通角小于 ?
(3) 图解积分求得分量 IC0 和 Ic1m
谐振电阻
c 1 mcme / IVR ?
(4) 计算功率性能
DoC
oDC
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PP
PPP
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四变量 VBB,Vbm,VCC,Vcm 不同, iC 的波形和数值就
不同, 由此求得的 Re 及相应的功率性能就不同 。 应了解四
变量的影响 。
2.2.2 欠压, 临界和过压状态
1,当 VBB,Vbm,VCC 不变,Vcm 由小变大,动态 点 左移
① 欠压 状态
Vcm 的取值, 使所对应的动态点均处在放大区 。
② 临界 状态
Vcm 增大, 使 ? t = 0 所对应
的动态点 A?处在临界点, iCmax
略微减小 。
③ 过压 状态
Vcm 继续增大, 使 A??(?t = 0)
动态点处在饱和区, iC 迅速减小,
电流脉冲出现凹陷, Vcm 增大,
凹陷加深 。 谐振功放的工作状态
2,iC 的平均分量 IC0 与基波分量 Ic1m
tiI ?d21 C0C ? ?
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iC 脉冲越宽, 高度越高, IC0 和 Ic1m 就越大 。 如果出
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由此可求功率性能
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2.2.3 四个电压量对性能影响的定性讨论
一、负载特性
1,定义
指 VBB,Vbm 和 VCC 一定, 放大器性能随 Re 的变化特
性 。
2．特性
Re 的增加势必将引起 Vcm 增大 (Vcm = ReIcm)
Re? ? Vcm ? ? vCEmin ? ? 功 放 欠压 ? 过压 ? iC 波
形出现 凹陷 。
据此可以画出 Ic0 和 Ic1m 随 Re 变化的特性。
谐振功放的负载特性
3,Vcm,Po,PD,PC,?C 随 Re 变化的曲线
图 2-2-4 负载特性
Vcm = ReIc1m, Po = VcmIc1m/2
PD = VCCIC0, PC = PD－ Po
?C = Po/ PD
3,讨论
(1) 欠压区
e
2
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Re ?,iC 脉冲高度略有减小, 相应的 IC0,Ic1m 也略有减
小, 因而 Vcm(= ReIc1m)和 Po( )近似线性增大, 而
PD(= VCCIC0)略有减小, ?C 增大, PC 减小 。
(2)过压区
Re ?, 电流脉冲高度减小, 凹陷加深, 相应的 IC0,Ic1m
减小, 结果使 Vcm 略有增加, Po,PD 减小, 且 Po 比 PD 减
小的慢, 从而 ?C 略有增加, PC 略有减小 。
(3)匹配负载 Reopt
Re = Reopt 时, 管子工作在临界状态, Po 最大, ?C 较
大, PC 较小, 放大器性能接近最佳 。 此时的 Re 称为谐振功
放的匹配负载 。
3,讨论
(3)匹配负载 Reopt
Re = Reopt 时, 管子工作在临界状态, Po 最大, ?C 较
大, PC 较小, 放大器性能接近最佳 。 此时的 Re 称为谐振功
放的匹配负载 。
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C E ( s a t )CC
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二、调制特性
图 2–2–5 集电极调制特性
两种调制特性,集电极调制 和 基极调制特性 。
1,集电极调制特性
(1)含义
VBB,Vbm 和 Re一定, 放大器性能随 VCC 变化的特性 。
(2)调制特性
集电极调制特性与调幅电路
① 欠压状态,随 VCC 减
小, 集电极电流脉冲高度略
有减小, 因而 IC0 和 Ic1m 也将
略有减小, Vcm(= ReIc1m)也 略
有减小 。
② 过压状态,随 VCC 减小, 集电极电流脉冲的高度降
低, 凹深加深, 因而 IC0,Ic1m,Vcm 将 迅速减小 。
(3) 集电极调幅原理电路
图中,tVtv
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—— 载波
tVv ??? c o sm? —— 调制信号
ttVtv ccmo ) c o s()( ?? 为 谐振回路上的输出电压 。
与谐振功放区别,集电极回路接入调制信号电压 。
图 2–2–7 集电极调幅电路
令 VCC(t) = VCC0 + v?(t) 作为放大器的 等效集电极电源
电压 。 若要求 Vcm(t) 按 VCC(t) 的规律变换, 根据集电极调
制特性, 放大器必须在 VCC(t) 的变化范围内工作在 过压状
态 。
2,基极调制特性
图 2–2–6 基极调制特性
(1)含义
Vbm,VCC,Re 一定, 放大器性能随 VBB 变化的特性 。
(2)调制特性
基极调制特性与调制电路
当 Vbm 一定, VBB ?,iC宽
度, 高度 ?, IC0 ? Ic1m ?,
Vcm ?,VCEmin ?,放大器欠压
? 过压 。
过压后, 随 VBB?,iC 宽度,
高度 ?, 凹陷加深, IC0 和 Ic1m、
Vcm 均增加缓慢, 可认为近似
不变 。
(3)基极调幅原理电路
图 2–2–8 基极调幅电路
)()( B B 0BB tvVtV ??? —— 基极偏置电压
使 Vcm 按 VBB(t) 的规律变化，放大器工作在 欠压状态 。
三、放大特性
图 2–2–9 放大特性
1,含义
当 VBB,VCC 和 Re 一定,
放大器性能随 Vbm 变化的特性 。
2,特性
固定 VBB,增大 Vbm 与上
述固定 Vbm 增大 VBB 的情况类
似, 它们都使 iC 的宽度和高
度增大, 放大器由欠压进入过
压, 图 2–2–9(a)。
谐振功放的放大特性
(1)谐振功放作为线性功放
图 2–2–10 (a) 线性 功率放大器的 作用
为了使输出信号振幅 Vcm 反
映输入信号 Vbm 的变化, 放大器
必须在 Vbm 变化范围内 工作在欠
压状态 。
(2) 谐振功放作为振幅限幅器 (Amplitude Limiter)
图 2–2–10 (b) 振幅限幅器的 作用
作用,将 Vbm 在较大范围内的变化转换为 振幅恒定的
输出信号 。
特点,根据放大特性, 放大器必须在 Vbm 的变化范围
内 工作在过压状态, 或 Vbm 的最小值应大于临界状态对应
的 Vbm 限幅门限电压 。
