iC iC iC iC iC (a) O ωt O ωt O VBB增大 O ωt O ωtωt IC0,Icm1,Vcm Vcm Icm1 IC0 (b) 欠压 O 临界 过压 VBB
图2-2-6 基极调制特性
以上讨论的调制特性在晶体三极管调幅电路中得以应用。在对高频载波信号放大的同时,用低频调制信号电压控制改变VCC或VBB,就可以得到幅值随调制信号电压变化的高频已调波信号,即调幅波信号,如图2-2-7和图2-2-8所示。图中假设,vb(t)=Vbmcosωct为输入高频载波电压,ωc为载波角频率,vΩ(t)=VΩmcosωΩt为调制信号电压,ωΩ为调制角频率。
图2-2-7(a)为集电极调幅原理电路。采用一定的方法,令直流电源电压VCC0与调制信号电压vΩ(t)叠加,则放大器集电极电源电压等效为VCC(t)= VCC0+ vΩ(t)。根据集电极调幅特性,将VCC(t)的变化范围都置放大器于过压状态工作,这样在集电极输出谐振回路上就得到振幅随调制信号变化的的调幅电压,如图2-2-7(b)所示。
图2-2-8(a)为基极调幅原理电路。采用一定的方法,令直流电源电压VBB0与调制信号电压vΩ(t)叠加,则放大器基极偏置电压等效为VBB(t)= VBB0+ vΩ(t)。
36
根据基极调幅特性,将VBB(t)的变化范围都置放大器于欠压状态工作,这样在集电极输出谐振回路上就得到振幅随调制信号变化的的调幅电压,如图2-2-8(b)所示。
Cr vb(t) T Lr Vcm Vcm(t) + ZL vo(t) Vcm0 - O VCC0 VCC O VCC(t) O vo(t) Ωt VBB VCC0 vΩ(t) VCC(t) O Ωt vΩ(t) t vo(t)=Vcm(t)cosωct
(a) (b)
图2-2-7 集电极调幅电路
Cr vb(t) T Lr + ZL vo(t) - VBB0 O Vcm Vcm0 O Vcm(t) VBB0 vΩ(t) VBB(t) VCC VBB VBB(t) vo(t) Ωt O vΩ(t) Ωt t vo(t)=Vcm(t)cosωct
(a) (b)
图2-2-8 基极调幅电路
37
三、放大特性
谐振功率放大器的放大特性是指VBB、VCC和Re一定,放大器性能随Vbm变化的特性。
与基极调制特性类似,由于不论增大VBB或者增大Vbm,都将使得集电极电流脉冲的宽度和高度增大,放大器的工作状态由欠压进入过压。进入过压状态后,随着Vbm继续增大,集电极电流脉冲出现中间凹陷,且高度和宽度增加凹陷加深。因此,IC0和Icm1以及Vcm= Icm1Re随Vbm变化的特性与基极调制特性类似,如图2-2-9所示。
iC iC iC iC iC (a) O ωt O ωt O Vbm增大 O ωt O ωtωt IC0,Icm1,Vcm Vcm Icm1 IC0 (b) O 欠压 临界 过压 Vbm
四、限幅特性
在放大特性中,当振幅Vbm在过压状态下的较大范围变化时,IC0和Icm1以及Vcm= Icm1Re基本不随Vbm变化,该特性称为限幅特性,而对应临界状态的Vbm值,通常称为限幅门限值。
线性功率放大器和振幅限幅器的特点如图2-2-10所示。
38
Vcm vb(t) Vbm O Vbm
线性功率 放大器 vo(t) Vcm O t O t
Vcm vb(t) Vbm O Vbm
振幅 限幅器 vo(t) Vcm O t O t
2.2.4 四个特性在调试中的应用
谐振功率放大器的四个特性,适用于不同的应用场合。单作为功率放大时,要看放大什么信号。放大等幅波信号时,可以应用负载特性将输出功率达到最大,但是放大调幅信号时,由于限幅特性,只能将包括调制信号的最大幅值作为最大功率输出。功率放大兼做调制器时,调制信号的幅值也必须保证以临界状态为界,作为限幅器时,同样如此。因而临界状态是关键的,所以,必须熟悉如何将电路状态调试到临界状态的方法。
上述四个特性,在调试谐振功率放大器时是很有用的。应根据不同的应用,确定放大器工作在什么状态。
由于临界状态时,输出功率达到最大值,因而放大器是否输出最大功率可作为判断临界状态标志,并且可根据四个特性即可判断其它工作状态。
39
例如:增大Re可以使Po增大,则根据负载特性可知,放大器实际工作在欠压状态;反之,增大Re使Po减小,则可判断,放大器实际工作在过压状态;当改变Re使Po达到最大时,放大器工作在临界状态,此时的Re就是最佳匹配负载Reopt。
也可以改变其它电路参数判断状态。不管如何调试,都必须保证回路谐振在工作频率上,而实际调试是反复进行的。
2.3 谐振功率放大电路
上节讨论了谐振功率放大器中,欠压、临界和过压状态影响放大器性能的主要特点。本节重点讨论谐振功率放大器的组成电路。正如小信号放大器中引入的概念,在谐振功率放大器中也存在直流通路和交流通路,除功率管以外所涉及的组成电路分别称为直流馈电电路和滤波匹配电路。 2.3.1 直流馈电电路
直流馈电电路负责给功率管提供直流功率和偏置电压,有两种不同的电路接入方式,分别称为串馈和并馈。主要考虑实际中滤波匹配网络元件安装是否方便,馈电电路(Power Supply Circuit)对滤波匹配网络性能的影响等因素。
串馈(Series Supply)是指直流电源VCC、滤波匹配网络和功率管在电路连接形式上为串联的一种馈电方式。
并馈(Series Supply)是指直流电源VCC、滤波匹配网络和功率管在电路连接形式上为并联的一种馈电方式。 一.集电极回路
40