c类放大器的偏压和动特性

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1、第 9 卷第 1 期 19 95 年 s 月 河海大学机械学院学报 JOURNALOPCOGL L EEOFMECH ENGHHAOIUNU认ER S IY T V ol . 9 N o . 1 M ar . 1 995 C 类放大器的偏压和动特性 宜雅月茜银海 ( 电子工程系 ) 摘共 C 类放大器广泛应用于 V卜 F/Ul企报段的润级发射机中 ,对其伯 压的确定和动特性的分 析是有关理论译中的t要 内容 . 艳者根据长期教学和实践经脸 .旋 C类放大. 的伯压和动特性作 了完盆 、 严密的阐述 ,这对初学者熟练拿握并灵活应用这一 实用性很强但又不易理娜的羞本知识 , 无疑是十分有益的 。

2、关性词 C类状态 ,偏压,截止电压,导通角,动特性 。 、 引言 现今广泛使用的VHF/U H F调频无线电话机(如手持机 、 车载台等)几乎奄无例外地 、 或多或少地采用 了 C类调谐功率放大器 , 究其原因 , 不外乎两点 : 一是电路简单 、 易于实现 , 二是 C类放大器特别适宜于等幅已调波(如调频波)的放大 , 以兼顾物出功率和效率 。 因此 , 热练掌握并灵活应用 C类放大器的基本知识是理论课中“教与学 ” 都应十分重视的一个间 题 , 特别是 C类放大器的偏 压和动特性 , 往往成为初 学者的一个难点而无法突破已有的最 常见的A类放大器的相关概念 ,致使解决 具体问题时常处于无从

3、粉手的状况 . 笔者以为 , 现 行教材对 C 类放大器的分析不够完善 、 不够严密是造成上述状况的一个 t要原因 . 因此 , 完 善 、 严密对 c 类放大器的分析是消除难点的根本途径 . I C 类放大器的偏压 一乙一 c 类调谐功率放大器的原理 电路如图 图I C 类放大器原理电路 1 。 图中 , V . 即为偏压 , 激励信号 V二V . c o s 毗 , 因此 , 功放管的物入端电压为 砂二V朋+V 腼e o s毗 (1) 由功放管的折线化转移特性所作出的 输入电压v 、 、 集电极电流i 。 的波形如图 2 . 图中 , VB z 为功放管的折线化后 的截止电 压 , g 。

4、 为其跨导 , e c为导通角 . 由图 2 可知 , 当偏压满足关系式 Va z一 VV助v a z ) 由截止点可得导通角的表达式为 (3) l .Jll 一一 口口口 V 旧2 . . . 口口口 . 洲洲 尸尸尸 ) ) ) ) ) 匕 俐俐俐俐 C O S 氏= V az 一V a 。 V 。二 叹 4) (2 兀一 0 。 ) 图 ZC 类放大器的输入 、 输出波形 4 () 式是任意满足 (2 ) 式时的偏压 状态下所求得的导通角 , 也即 V B。 可 “ 正 ” 、 可 “ 负 ” 或为 “ O ”, 也就是说 , (4 ) 式是通用的 、 完善的 . 而现行两种典型 教材中

5、 , 其 中之 一 , 未对导 通 角 c e 作 出定t 分析 , 也就难以加深对 C类工 作状态的理解及其特征的认识 , 另一 种 , 却狭 隘地对偏压 V B。 限定为 “ 负 ” 值 , 尽管在 P27 6 注解中说 明了 “ V. 可以为正向偏t或反向偏t ” , 但 在导出导通角的表达式时 , 又对V. 取 “ 绝对值 ” , 从而得出 V地+V. c o s氏= 澎言 竺(5) 的结果 。 显然 , ( 5)式不是通用 的 , 因为 它排除了事实上并非少用的小正偏 ( 0 v . v 皿) 状态 , 而初学者往往又未 足够注愈这一点 , 故此极易造成误解 、 误用而 得出褚误的结

6、果 。 ZC 类放大器的动特性 c 类放大器属非线性 电路 , 其集 电极 电流 i 。 和电压 v 。 的波形是截然不同的 , 因此不能用A类放大器中根据集电极负载特性 求动 特性的简单方法来求解 C 类放大器的 动特性 。 C 类放大器 的动 特性求解是在功放管 的静 态输出特性曲线的基 础上进行的 , 如图 3 (折 线化近似)所示 。 第 9卷 第 1期 t雅月苗银海 C类放大器的偏压和动特性 左左左冷 一 入厂厂 曰曰曰 . 口. , 门目. 目. ., , 汁一一州州、 、 、 、 、 、 _ _ _ _ 习习卜 之卜、 、 州州 . . . . . l l l _ _ I I I

7、 【 J J J . . . . ._ - - - - - - 2抓一氏 _ 一“ 1习习 . 习 Q 、 、 、 ) _ l _ _ _ _ _ _ r一下下 币币 _ _ _, ,l _ _ 习习L 夕夕 . . .r l/ 尸 尸 扮扮扮 以以以 . . . . . . .亡。 ,口- - - (2倪一e . ) C 类放大器和动特性 、.声、.声,.占 月 七 了.、了 、 由图 1可知 , 当 C类调谐放大器的集电极LC回路谐振时 , 其外部电路的方程式为 刀V阳+V 。e o s. t 刀 c . V c e 一 v 。 V ee 一V 。 e os田t 由(6)式可得 V e。

8、一刀 。 . co s. t= 下瓦一 (7) 将(7)式代入( 1)式 , 可得 刀*VB B+ v 6。 (V二一v 。 . ) v c 。 (8) 待求的动特性必定同时满足外部电路方程( 8 )和功放管的内部方程( 3) , 故将( 8)式代入(3 ) 式即为所求的动待性方程 i 。 =g 。 邝. 一V . : + V 二 (V c c一刀_) - 下一 ) V . f(刀.)(9) (9 )式中 , g 。 、 vB B 、 vB z 、 v . 、 vc c 、 v. 均为常数 , 说明集电极电流 1 . 与集电极 、 发射极间的电压 v .o 的函数关系是一直线 , 这是折线化近

9、似的结果 . 因此 , 要作出这一! 线 , 只偏找出满足( 9 ) 式的任意两点即可 . 。 . “ 静态 ” 工作点Q ,: 静态时 , 有v c一V c c , 代入( 9 )式后 , 得 i 。 = 乐( V 。一Va z )(10) 因C类放大器必有V B。 V B: , 故( 10)式表明此时i 。 为一 “ 负值 ”, 即 “ 静态 ” 工作点Q 的横坐 河 海大学机械学院学报 1 995 年 3 月 标为 V e e, 纵坐标为 g 。 (V一V。) , 见图3中Q , 点 , b . 集电极电流i 。 刚进入截止的一点 B:集电极电流礼刚进入彼止时 , 由( 9 )式可得 v

10、 。: 一 v。+ 丛(炸二望 一。 V . : . v c . Vc c一 V cm (V o z 一V朋) V 、二 V ee 一 V 。 e o s氏 (11) 显然 , B点的横坐标为V c 。 一 V 。 eos氏, 纵坐标为 0 , 见图3中B点 。 过Q 、 B两点作直线并交v、 .二 静特性于 A , 则直线 AQ 满足于动特性方程(9 )式 . 然而 动特性并非直线 AQ , 其原因有二 : 一是实际的静态 工作点并不是Q , 点 , Q , 点的选取仅仅是为了作图的方便 。 事实上 , 真 正的静态工作点应该是位于横轴上的Q点 , 因为C类放大器静态时是截止的 , 即 i

11、。 。 , 故 静态工作点处于横轴上距原点为集电极电源电压 Vc c 的Q点 ; 二是在激励余弦信号 v 一 V 。 c o s叭 的前半个周期内 , 集电极电流 1 . 的相应变化是由最 大值i c M降为。, 即功放管截止 , 这时对应于 B点 。 之后 , 随粉 v 的继续下降 , 功放管将保持截 止 . 然而动特性并非停留于 B 点 , 而是沿粉横轴右移 , 经 过Q点直至D ,在徽励信号的后半 个周期内 , 动特性由 D点沿横轴左移经过Q 点至 B 点 , 之后功放管导通 , 集电极电流 i 。 上 升 , 直至一个周期的结束返回 A 点 。 由图 3可见 ,很止期的动特性 由B经Q

12、至 D , 再 由D经 Q到B 。 虽然截止期集电极电流几一直为 O , 但由于 L C并联谐振回路对i 。 之甚波的选拟作 用 , 回路电压却依然按余弦规律变化 。 从能t 的观点粉 , 也可解释为偏能元件L 、 C的 “ 飞轮 ” 效应 。 因此 , 完整的动特性应该是折线 ABD , 若 A 点在横轴上的投影为 A , 则有 A Q二 DQ , 且 A BA D , 这正是 C 类放大器的特点 . 现行教材中的一种 仅采用图解法求得动特性 。 尽管图解法有直观 、 较准确的优点 , 但 实际应用 时较为麻烦 , 且舍弃数学解析这一有力工具往往会影响到有关参数的求解 ; 另一种 教材 ,

13、则在应用数学解析法求解时 , 在解得 AB线段后即下结论AB 为动特性 , 显而易见 , 这 也是 不完善的 。 3 结束语 C类放大器的偏 压可以在一个较大的范围内选择取值(或 “ 正 ” 、 或 “ 负 ” 、 或 “ 0 ) , 这是有 别于A类放大器的 最显著的 一点 . 如何合理选择偏压 , 应根据所确定的放大器的导通角氏 (小于90 0)及输入激励信号的大小V, 由(4 )式推算得 出 . C类放大器的动特性是最能说明 其工作过 程和特征的重要曲线 , 建立完整 、 严密的动特性概念 , 是热练掌握 、 灵活应用 C类 放大器的基础 。 虽然实际的 C 类放大器的动特性是一根曲线(

14、非折线) , 但折线化近似法所 求得的动特性足以说明其工作过程并体现出其特征 . 第 9 卷第1期t稚月茜 海 C 类放大I .的偏压和动特性 5 .参 考 文献 2 谢嘉奎 , 宜月清 . 电子线路非线性部分 : 第 3版 . 北京 : 高等教育出版社 , 1988 张肃文 , 陆兆熊 . 高频电子线路 : 第 3版 . 北京 : 高等教育出版社 , 1993 TheBias a n d Aetiv e P ro Pe rtle so fC一ty PeAmPl lf 二 e r To ngYayu eRu三Ylnha三 Ab str a et T h e C 一tyPe a mplifie

15、r15widelv u s e dinFM transmit ter 一worked inV H F/U HF r an ge . T h e d ete r min压tio n o f the bia s a n d the ana ly s is o f the aet iv e pr opert ie 一a re imp ortant e ontentso f r e la tede o u rse s . a B sedo n the ex pe r ie ne e o f tea ehin a n dw or kin , a一y一te m at ie an dp re e is ee

16、 x po s计iona b outt hebia sa n d the a et iv ePr o Pe rtie s o fC一 tyPeam Plifie r ha - be e n m a d e . U n do u bt ed ly , it15 v e ryu oefu l fo rne ophyte. to m a.tera n d app lv the ba 一ie k no wled宫e , w卜ieh1 5 b ot hPr a etie a l a n ddiffie u ltto e o mPrehe n d . K ey 和 rd一 C 一typ estate. Bia s. ”o ff , vo ltag e. on分a n gle,Aetivepr