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高频功率放大器的工作原理

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3-2-1高频功率放大器原理电路高频C类功率放大器通常工作在大信号、非线性状态,不能够用线性电路的Y参数方法进行分析。图3-2-2中的虚线就是描述高频功率放大器的动态负载线。图3-2-2高频功率放大器的 动态负载线在分析高频功率放大器时,与低频电路中的输出特性曲线采用ib作为参变量略有不同,晶体管输出特性曲线采用vbe作为参变量,即ic=f。

高频功率放大器的工作原理

C类高频功率放大器的输出电流不是一个完整的余弦波,也没有像B类放大器那样用两个晶体管互相补偿得到完整的输出波形,所以,C类放大器必须依赖无源滤波网络从晶体管输出的尖顶余弦脉冲电流中取出其中的基频分量。如图3-2-1所示就是高频C类功率放大器的原理电路,其中VCC和VBB分别提供晶体管集电极和基极偏置电压,与它们并联的电容提供交流旁路,LC 谐振回路则起到滤波和阻抗变换作用。输入回路一般工作在负偏压状态,为方便分析,注意图中的VBB的参考方向,即VBB取正值表示负偏压,取负值表示正偏压。

图3-2-1 高频功率放大器原理电路

高频C类功率放大器通常工作在大信号、非线性状态,不能够用线性电路的Y参数方法进行分析。常常采用图解分析方法进行C类功率放大器工作状态的分析。

图3-2-2中的虚线就是描述高频功率放大器的动态负载线。所谓动态负载线,就是在一个输入信号周期内,晶体管集电极电流ic与集电极电压vce共同确定的动态工作点的运动轨迹,它由晶体管特性曲线和外电路方程共同确定。由于晶体管特性曲线是非线性的,因此实际的动态负载线不是一条直线。为了分析方便,在不需要精确计算的场合采用折线近似。

图3-2-2 高频功率放大器的 动态负载线

在分析高频功率放大器时,与低频电路中的输出特性曲线采用ib作为参变量略有不同,晶体管输出特性曲线采用vbe作为参变量,即ic=f(vce,vbe)。根据输入特性曲线的线性关系,知道以vbe和ib画出的ic形状是一致的。为了近似分析晶体管在放大区的输出电流变化情况,将晶体管转移特性作线性近似,即认为在大信号输入情况下,晶体管在放大区的集电极电流与基极电压近似线性关系。设大信号平均跨导为gm,则有

由于高频功率放大器的负载是LC谐振回路,它具有滤波作用,在理想情况下,输出电压vo始终为正弦波,vo=Vcmcos ωt,不会出现由于晶体管饱和或截止引起的输出电压消顶现象。这一点与电阻负载情况下的低频放大器完全不同。根据图3-2-1可以列出输入与输出回路的方程:

其中,vo=icre,re为带负载的LC谐振回路的等效电阻。

联立式(3-2-1)和(3-2-2),当ωt=θ,ic=0时,得到(www.xing528.com)

注意,上面分析动态负载线的过程中,式(3-2-1)是一个关键的近似过程,它表示晶体管在放大区的集电极电流与基极电压近似满足线性关系。在此假设条件下,才有图3-2-3中的动态负载线为直线。此动态负载线也只能应用于晶体管的放大区,进入饱和区后的动态负载线将在下面讨论。

图3-2-3 高频功率放大器的动态负载线

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