電子線路 非線性部分(第五版)馮軍 謝嘉奎緒論和第一章課件

1、緒論緒論0.1非線性電子線路的作用非線性電子線路的作用0.2非線性器件的基本特點非線性器件的基本特點 0.3本課程的特點本課程的特點0.1非線性電子線路的作用非線性電子線路的作用一、線性電子電路與非線性電子電路一、線性電子電路與非線性電子電路 電子器件嚴格講是非線性的，但依使用條件不同，表電子器件嚴格講是非線性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非線性程度不同。為此，有如下兩種應(yīng)用：現(xiàn)的非線性程度不同。為此，有如下兩種應(yīng)用： 線性電路：線性電路：對信號進行處理時，盡量使用器件特性的對信號進行處理時，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。線性部分。電路基本是線性的，但存在不

2、希望有的失真。非線性電路：非線性電路：對信號進行處理時，使用了器件特性的對信號進行處理時，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能。能。器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如：器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如： 小信號小信號條件下，輸入信號小，在一定條件下電路可用條件下，輸入信號小，在一定條件下電路可用線性線性等效電路表示，例如各種小信號放大器等效電路表示，例如各種小信號放大器( (線性電子線線性電子線路路) )中，器件的特性歸屬線性電子線路。中，器件的特性歸屬線性電子線路。 大信號大信號條件下，輸入信號大，必涉及器件的非

3、線性部條件下，輸入信號大，必涉及器件的非線性部分，例如功率放大器。故不能用線性等效電路表示電子器分，例如功率放大器。故不能用線性等效電路表示電子器件的特征，而必須用非線性電路的分析方法。所以，功放件的特征，而必須用非線性電路的分析方法。所以，功放歸屬歸屬非線性非線性電子線路。電子線路。 二、非線性電子線路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用二、非線性電子線路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用1通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類 ( (1) )有線通信系統(tǒng)：利用導(dǎo)線傳送信息有線通信系統(tǒng)：利用導(dǎo)線傳送信息( (2) )無線通信系統(tǒng)：利用電磁波傳送信息無線通信系統(tǒng)：利用電磁波傳送信息 ( (3) )光纖通信系統(tǒng)：利用光導(dǎo)纖維傳送信息光纖通

4、信系統(tǒng)：利用光導(dǎo)纖維傳送信息2無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)圖圖 0-1-1無線無線通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 組成：組成：發(fā)射裝置發(fā)射裝置 + 接收裝置接收裝置 + 傳輸媒體傳輸媒體( (1) ) 發(fā)射裝置發(fā)射裝置 換能器：換能器： 將被發(fā)將被發(fā)送的信息變換為電信號。送的信息變換為電信號。例：話筒將聲音變?yōu)殡娎涸捦矊⒙曇糇優(yōu)殡娦盘枴Ｐ盘?。將換能器輸出的電信號變?yōu)閺姸茸銐虻母邔Q能器輸出的電信號變?yōu)閺姸茸銐虻母哳l電振蕩。頻電振蕩。 發(fā)射機：發(fā)射機： 天線：天線：將高頻電振蕩變成將高頻電振蕩變成電磁波電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。向傳輸媒質(zhì)輻射。 ( (2) ) 接收裝置接收裝置 接收是發(fā)射的逆過程。接收

5、是發(fā)射的逆過程。 接收天線：接收天線： 高頻電振蕩高頻電振蕩 還還原原電信號電信號 接收機：接收機：將從空間接收的電磁波將從空間接收的電磁波 高頻電振蕩高頻電振蕩。 換能器：換能器：將電信號將電信號 還還原原所傳送信息所傳送信息 ( (3) ) 傳輸媒體傳輸媒體電磁波電磁波電磁波傳送方式，依據(jù)波長不同，可分為：電磁波傳送方式，依據(jù)波長不同，可分為：長波長波、中波中波、短波短波、超短波超短波。表表 1各波段特點各波段特點波波 段段波長波長/m頻率頻率/MHz特特 點點說說 明明中、中、長波長波 200 1.5沿地表沿地表傳播傳播大地表面是導(dǎo)體，一部分電大地表面是導(dǎo)體，一部分電磁波會損耗掉，頻率越

6、高，磁波會損耗掉，頻率越高，損耗越大損耗越大短波短波10 2001.5 30靠電離靠電離層反射層反射傳播傳播電磁波一部分被吸收，另一電磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。部分被反射或折射到地面。頻率越高，被吸收的能量越頻率越高，被吸收的能量越小，但頻率超過一定值，電小，但頻率超過一定值，電磁波會穿過電離層，不再返磁波會穿過電離層，不再返回地面回地面超短波超短波 30沿空間沿空間直線直線傳播傳播地球表面是彎曲的，所以只地球表面是彎曲的，所以只能限制在視線范圍內(nèi)能限制在視線范圍內(nèi)圖圖 0-1-2無線電波傳播方式無線電波傳播方式傳播距離：傳播距離：電離層電離層 地面地面 直線直線 3無線通

7、信存在的問題無線通信存在的問題( (1) )接收信號微弱接收信號微弱 電磁波電磁波長長距距離離接收天線接收天線( (2) )存在干擾存在干擾例如其他電臺的發(fā)射信號，各種工業(yè)、醫(yī)學裝置輻射例如其他電臺的發(fā)射信號，各種工業(yè)、醫(yī)學裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。對接收裝置的要求：增益高，選擇性好。對接收裝置的要求：增益高，選擇性好。4解決方案解決方案 發(fā)射機發(fā)射機和和接收機接收機借助線性和非線性電子線路對攜有信借助線性和非線性電子線路對攜有信息的電信號進行變換和處理。除息的電信號進行變換和處理。除放大放大外，最主要有外，最主要有調(diào)制、調(diào)制、解調(diào)解調(diào)

8、。 ( (1) )調(diào)制調(diào)制由攜有信息的由攜有信息的電信號電信號( (如如音頻信號音頻信號) )去控制高頻振蕩信去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)號的某一參數(shù)( (如如振幅振幅) )，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化化( (調(diào)幅調(diào)幅) )。 調(diào)制信號：調(diào)制信號：攜有信息的電信號。攜有信息的電信號。 載波信號：載波信號：未調(diào)制的高頻振蕩信號。未調(diào)制的高頻振蕩信號。 已調(diào)波：已調(diào)波：經(jīng)過調(diào)制后的高頻振蕩信號。經(jīng)過調(diào)制后的高頻振蕩信號。 根據(jù)受控參數(shù)根據(jù)受控參數(shù)：調(diào)幅、調(diào)角：調(diào)幅、調(diào)角( (調(diào)頻、調(diào)相調(diào)頻、調(diào)相) )。 ( (2) )解調(diào)解調(diào)調(diào)制的逆過程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有信息的

9、電信號。調(diào)制的逆過程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有信息的電信號。 ( (3) )調(diào)制的作用調(diào)制的作用 減小天線的尺寸。減小天線的尺寸。 音頻范圍：音頻范圍：20 Hz 20 kHz，若，若發(fā)射發(fā)射 100 Hz，波長波長 = c /f = 3 000 km，天線至少幾百千天線至少幾百千米米。需減少波長，提高發(fā)射頻率。需減少波長，提高發(fā)射頻率。 選臺。選臺。將不同電臺發(fā)送的信息分配到不同頻率的載將不同電臺發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號上，使接收機可選擇特定電臺的信息而抑制其他電波信號上，使接收機可選擇特定電臺的信息而抑制其他電臺發(fā)送的信息和各種干擾。臺發(fā)送的信息和各種干擾。 5調(diào)幅調(diào)幅發(fā)射機組成發(fā)射機

10、組成圖圖 0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機的組成調(diào)幅廣播發(fā)射機的組成各部分作用：各部分作用：( (1) )振蕩器振蕩器產(chǎn)生產(chǎn)生 fosc 的高頻振蕩信號，幾十千赫以上。的高頻振蕩信號，幾十千赫以上。( (2) )高頻放大器高頻放大器多級小信號諧振放大器，放大振蕩信號，使頻率倍增多級小信號諧振放大器，放大振蕩信號，使頻率倍增至至 fc，并提供足夠大的載波功率。，并提供足夠大的載波功率。( (3) )調(diào)制信號放大器調(diào)制信號放大器多級放大器，前幾級為小信號放大器，放大微音器的多級放大器，前幾級為小信號放大器，放大微音器的電信號；后幾級為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號。電信號；后幾級為功放，提供功率足夠的調(diào)制信

11、號。 ( (4) )振幅調(diào)制器振幅調(diào)制器實現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號和調(diào)制信號變換為實現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號和調(diào)制信號變換為所需的調(diào)幅波信號，并加到天線上。所需的調(diào)幅波信號，并加到天線上。6調(diào)幅接收機調(diào)幅接收機 圖圖 0-1-4調(diào)幅廣播接收機的組成調(diào)幅廣播接收機的組成( (1) ) 高頻放大器高頻放大器為小信號諧振放大器，作用：為小信號諧振放大器，作用： 選臺選臺。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號，抑制其利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號，抑制其他頻率的干擾信號。他頻率的干擾信號。 放大放大。放大選出的有用信號。放大選出的有用信號。 ( (2) ) 混頻器混頻器兩路兩路輸入輸入為：為：

12、由高放級：由高放級：已調(diào)信號已調(diào)信號 fc 。 由由本機振蕩器本機振蕩器：本振信號本振信號 fL。作用：載波變頻作用：載波變頻將將已調(diào)信號已調(diào)信號的載波由的載波由 fc ( (高頻高頻) )變換變換為為 fI ( (中頻中頻) )， fI = | |fc - - fL | |而調(diào)制波形不變。而調(diào)制波形不變。 ( (3) )本機振蕩本機振蕩 產(chǎn)生頻率為產(chǎn)生頻率為 fL =| |fc + + fI | |( (或或 fL = fc - - fI ) )的高頻的高頻等幅等幅振蕩振蕩信號。信號。fL 可調(diào)，并能跟蹤可調(diào)，并能跟蹤 fc。( (4) )中頻放大器中頻放大器為多級固定調(diào)諧的小信號放大器，作

13、用：放大中頻信號。為多級固定調(diào)諧的小信號放大器，作用：放大中頻信號。 ( (5) )檢波器檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號。解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號。( (6) )低頻放大器低頻放大器小信號放大器小信號放大器 功率放大器，作用：放大調(diào)制信號，功率放大器，作用：放大調(diào)制信號，向揚聲器提供所需的推動功率。向揚聲器提供所需的推動功率?？梢?，有用信號在不可見，有用信號在不同頻率上進行放大同頻率上進行放大超超外外差差接收機接收機 。 特點：特點：解調(diào)電路前包括解調(diào)電路前包括混頻器、本機振蕩、中頻放大混頻器、本機振蕩、中頻放大器器等。等。 優(yōu)點：優(yōu)點： 增益高，選擇性好。增益高，

14、選擇性好。直接高放接收機：直接高放接收機：解調(diào)前僅包括高放，無解調(diào)前僅包括高放，無混頻器、本混頻器、本機振蕩、中頻放大器機振蕩、中頻放大器等，增益低，選擇性差。等，增益低，選擇性差。 7其他通信系統(tǒng)其他通信系統(tǒng) 調(diào)頻無線通信系統(tǒng)調(diào)頻無線通信系統(tǒng)，發(fā)射機和接收機都包括上述各，發(fā)射機和接收機都包括上述各模塊，區(qū)別主要在于模塊，區(qū)別主要在于調(diào)制器調(diào)制器和和解調(diào)器解調(diào)器上。上。實現(xiàn)調(diào)制的模塊實現(xiàn)調(diào)制的模塊頻率調(diào)制器頻率調(diào)制器；實現(xiàn)解調(diào)的模塊實現(xiàn)解調(diào)的模塊頻率檢波器頻率檢波器或或鑒頻器鑒頻器。 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)，調(diào)制信號為，調(diào)制信號為數(shù)字信號數(shù)字信號，相應(yīng)的調(diào)制，相應(yīng)的調(diào)制為為數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制。

15、 軟件無線電軟件無線電，用軟件的方法實現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分，用軟件的方法實現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分電路的功能，改變程序便可變更調(diào)制方式。電路的功能，改變程序便可變更調(diào)制方式。 8小結(jié)小結(jié)( (1) )非線性電子線路討論的范圍非線性電子線路討論的范圍除小信號放大器以外的其他功能電路除小信號放大器以外的其他功能電路振蕩器、功振蕩器、功放、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器放、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器。 ( (2) )本課程討論的內(nèi)容本課程討論的內(nèi)容三類電路三類電路 功率放大電路功率放大電路在輸入信號作用下，可將直流在輸入信號作用下，可將直流電源提供的部分功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號規(guī)律變化的輸出信電源提供的部分

16、功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號規(guī)律變化的輸出信號功率，并使輸出信號的功率大于輸入信號的功率。號功率，并使輸出信號的功率大于輸入信號的功率。 振蕩電路振蕩電路可在不加輸入信號的情況下，穩(wěn)定可在不加輸入信號的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號。地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號。 波形變換和頻率變換電路波形變換和頻率變換電路能在輸入信號作用能在輸入信號作用下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號。包括：下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號。包括：調(diào)制電路、調(diào)制電路、解調(diào)電路、混頻電路解調(diào)電路、混頻電路和和倍頻電路倍頻電路。本課程將順序?qū)W習這三類電路。本課程將順序?qū)W習這三類電路。0.2

17、非線性器件的基本特點非線性器件的基本特點非線性電子線路中，上述非線性電子線路中，上述三類三類功能的實現(xiàn)利用了器件功能的實現(xiàn)利用了器件的非線性特性，為此，有必要首先了解非線性器件的的非線性特性，為此，有必要首先了解非線性器件的基本基本特點特點( (參數(shù)、控制變量、參數(shù)、控制變量、不能用不能用疊加定理疊加定理) )。 一、非線性器件特性的參數(shù)一、非線性器件特性的參數(shù) 主要有三個參數(shù)：主要有三個參數(shù)： 直流參數(shù)直流參數(shù)適用于直流分析適用于直流分析 交流參數(shù)交流參數(shù)適用于頻率變換電路的分析適用于頻率變換電路的分析 平均參數(shù)平均參數(shù)適用于功率放大和振蕩電路的分析適用于功率放大和振蕩電路的分析 i v圖圖

18、 0- -2- -1例：非線性電阻：例：非線性電阻： 直流電導(dǎo)直流電導(dǎo)定義：定義：QQQ0VIg 意義：表明直流電流與直流電壓間意義：表明直流電流與直流電壓間的依存關(guān)系。的依存關(guān)系。特點：其值是特點：其值是 VQ( (或或 IQ) ) 的非線性函數(shù)。的非線性函數(shù)。應(yīng)用：直流分析。應(yīng)用：直流分析。 交流電導(dǎo)交流電導(dǎo)定義：定義：QQQddvivig 意義：伏安特性曲線上任一點的斜率，或該點上增量意義：伏安特性曲線上任一點的斜率，或該點上增量電流與增量電壓的比值。電流與增量電壓的比值。特點：其值是特點：其值是 VQ( (或或 IQ) )的非線性函數(shù)。的非線性函數(shù)。應(yīng)用：交流分析。應(yīng)用：交流分析。 平

19、均電導(dǎo)平均電導(dǎo)圖圖 0- -2- -2在大信號作用下的在大信號作用下的電流波形電流波形定義：定義：當器件兩端加余弦電壓當器件兩端加余弦電壓 v = Vmcos t 時，時，因因特性的非線性，特性的非線性，流過器件的電流必為非余弦，將其流過器件的電流必為非余弦，將其按按傅傅里葉級數(shù)展開：里葉級數(shù)展開： + + + + tItIIi 2coscos2m1m0則則平均電導(dǎo)平均電導(dǎo)即為即為基波電流振幅基波電流振幅與與外加電壓振幅外加電壓振幅之比：之比： mm1,QavmVIgV 意義：反映意義：反映基波電流基波電流與與外加電壓外加電壓間的依存關(guān)系。間的依存關(guān)系。特點：其值是特點：其值是 VQ( (或或

20、 IQ) ) 的非線性函數(shù)。的非線性函數(shù)。 應(yīng)應(yīng)用：功放和振蕩電路分析。用：功放和振蕩電路分析。二、非線性器件特性的控制變量二、非線性器件特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特性也不同，故分析時控制變量不同，非線性器件的特性也不同，故分析時須注明它的須注明它的控制變量控制變量。1控制量不同，特性不同控制量不同，特性不同 i v圖圖 0- -2- -1例例 1：二極管：二極管電壓電壓為控制量為控制量電流電流對電壓呈對電壓呈指指數(shù)數(shù)關(guān)系變化；關(guān)系變化；電流電流為控制量為控制量電壓電壓對電流呈對電流呈對對數(shù)數(shù)關(guān)系變化。關(guān)系變化。2特性為非單調(diào)時特性為非單調(diào)時多值和負值多值和負值例例 2 ：隧道二

21、極管隧道二極管圖圖 0- -2- -3伏安特性曲線伏安特性曲線( (1) )控制變量控制變量電壓：電壓：電流為電流為單值單值電流：電流：電壓為電壓為多值多值 壓控非線性器件壓控非線性器件( (2) )直流電導(dǎo)直流電導(dǎo) g0 0，在曲線上任一點均為正。，在曲線上任一點均為正。 ( (3) )交流電導(dǎo)交流電導(dǎo) g(a, b) 0，即在，即在 a、b 段為段為負電導(dǎo)負電導(dǎo)。 器件特性的描述與控制變量有關(guān)，并可能出現(xiàn)負參數(shù)，器件特性的描述與控制變量有關(guān)，并可能出現(xiàn)負參數(shù)，尤其特性非單調(diào)變化時尤其特性非單調(diào)變化時非線性與線性器件的重要區(qū)別。非線性與線性器件的重要區(qū)別。三、不滿足疊加定理三、不滿足疊加定理

22、 若若 i = f(v)，v = v1 + v2則則 i = f(v1 + v2)但但 i f(v1)+ f(v2)例例 i = av2 v = v1 + v2 22212122212avavvavavavi+ + + + + 注意，注意，i 中除體現(xiàn)兩電壓分別作用外，還包含兩電壓乘中除體現(xiàn)兩電壓分別作用外，還包含兩電壓乘積項產(chǎn)生的響應(yīng)電流。若積項產(chǎn)生的響應(yīng)電流。若 v1 = V1mcos 1t， v2 = V2mcos 2t ，則則 i 中除出現(xiàn)中除出現(xiàn) 1， 2 兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項產(chǎn)生兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項產(chǎn)生的角頻率為的角頻率為 1 2 的新頻率分量。的新頻率分量。出現(xiàn)新

23、的頻率成出現(xiàn)新的頻率成分分 非線性電路非線性電路可以可以實現(xiàn)頻率加、減實現(xiàn)頻率加、減等更多電路功能。等更多電路功能。 0.3本課程的特點本課程的特點1工程上采用近似分析法工程上采用近似分析法 非線性器件物理特性復(fù)雜，需要解非線性方程或時變非線性器件物理特性復(fù)雜，需要解非線性方程或時變系數(shù)的線性微分方程。系數(shù)的線性微分方程。 對策：對策：對器件數(shù)學模型和電路工作條件進行對器件數(shù)學模型和電路工作條件進行合理近似合理近似，用用近近似似分析方法分析方法獲得具有實用意義的結(jié)果。獲得具有實用意義的結(jié)果。2功能與電路形式多功能與電路形式多對策：對策：抓抓本質(zhì)本質(zhì)功能再多也是借助器件的非線性；功能再多也是借助

24、器件的非線性；抓抓基本電路基本電路種類雖多，但都是在為數(shù)種類雖多，但都是在為數(shù)不多的基本電路上發(fā)展起來的。不多的基本電路上發(fā)展起來的。3重視實驗環(huán)節(jié)，堅持理論聯(lián)系實際重視實驗環(huán)節(jié)，堅持理論聯(lián)系實際 本書內(nèi)容安排的本書內(nèi)容安排的三個層次三個層次： 由電路功能的由電路功能的基本原理基本原理導(dǎo)出導(dǎo)出基本電路基本電路。 合理近似，引出對電路的工程合理近似，引出對電路的工程近似分析近似分析。 根據(jù)分析結(jié)果，提出對電路的設(shè)計原則及改進電路根據(jù)分析結(jié)果，提出對電路的設(shè)計原則及改進電路性能的基本途徑。性能的基本途徑。第第 1 章功率電子線路章功率電子線路1.1功率電子線路概述功率電子線路概述1.2功率放大器的

25、電路組成和工作特性功率放大器的電路組成和工作特性1.3乙類推挽功率放大電路乙類推挽功率放大電路1.4功率合成技術(shù)功率合成技術(shù)1.5整流與穩(wěn)壓電路整流與穩(wěn)壓電路 第第 1 章章 功率電子線路功率電子線路1.1功率電子線路概述功率電子線路概述1.1.1功率放大器功率放大器1.1.2電源變換電路電源變換電路1.1.3功率器件功率器件1.1功率電子線路概述功率電子線路概述 作用：作用：高效地實現(xiàn)能量變換和控制。高效地實現(xiàn)能量變換和控制。 種類：種類： ( (1) )功率放大電路功率放大電路特點：放大特點：放大用途：通信、音像等電子設(shè)備。用途：通信、音像等電子設(shè)備。 ( (2) )電源變換電路電源變換電

26、路特點：能量變換特點：能量變換用途：電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制等。用途：電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制等。1.1.1功率放大器功率放大器特點：特點：工作在大信號狀態(tài)。工作在大信號狀態(tài)。一、功率放大器的性能要求一、功率放大器的性能要求 安全安全。輸出功率大，管子在極限條件下運用。輸出功率大，管子在極限條件下運用。 高效率高效率。 C 集電極效率集電極效率( (Collector Efficiency) ) C Co oo oD Do oC CPPPPP+ + Po 輸出信號功率輸出信號功率 ；PD 電源提供的功率；電源提供的功率； PC 管耗管耗 ( (Power Dissipation) )/

27、集電極耗散功率；集電極耗散功率； Po 一定，一定， C 越高，越高，PD 越小越小 PC 小，小， 既可選既可選 PCM 小的管子，以降低費用，也節(jié)省能源。小的管子，以降低費用，也節(jié)省能源。 失真小失真小。盡管盡管功率增益功率增益也是重要的性能指標，但也是重要的性能指標，但安全、高效安全、高效和和小失真小失真更重要，前者可以通過增加前置級禰補。更重要，前者可以通過增加前置級禰補。 二、功率管的運用特點二、功率管的運用特點1功率管的運用狀態(tài)功率管的運用狀態(tài)根據(jù)根據(jù)功率管功率管在一個信號周期內(nèi)導(dǎo)通時間的不同，在一個信號周期內(nèi)導(dǎo)通時間的不同，功率功率管運用狀態(tài)管運用狀態(tài)可分為可分為甲類、乙類、甲乙

28、類、丙類甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。等多種。 甲類：功率管在甲類：功率管在一個一個周期內(nèi)導(dǎo)通周期內(nèi)導(dǎo)通 ， c = 。 乙類：功率管僅在乙類：功率管僅在半個半個周期內(nèi)導(dǎo)通，周期內(nèi)導(dǎo)通， c = /2。 甲乙類：管子在甲乙類：管子在大于半個大于半個周期小于一個周期內(nèi)導(dǎo)通，周期小于一個周期內(nèi)導(dǎo)通， /2 c 。 丙類：功率管在丙類：功率管在小于半個小于半個周期內(nèi)導(dǎo)通，周期內(nèi)導(dǎo)通， c /2。 功率管運用狀態(tài)功率管運用狀態(tài)通?？窟x擇通常靠選擇靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。根據(jù)下列曲線說出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：根據(jù)下列曲線說出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：圖圖 111各種運用狀態(tài)下的輸出電流波形各種運用狀態(tài)

29、下的輸出電流波形2不同運用狀態(tài)下的不同運用狀態(tài)下的 C管子的運用狀態(tài)不同，相應(yīng)的管子的運用狀態(tài)不同，相應(yīng)的 Cmax 也不同。也不同。 CooCPPP+ + 減小減小 PC 可提高可提高 C。 假設(shè)假設(shè)集電極瞬時電流和電壓集電極瞬時電流和電壓分別為分別為 iC 和和 vCE，則，則 PC 為為 20CECCd21tviP 討論：討論：若減少若減少 PC，則要減少，則要減少 iC vCE 方法方法 1：由由甲類甲類 甲乙類甲乙類 乙類乙類 丙類丙類，即減小管子，即減小管子在信號周期內(nèi)的導(dǎo)通在信號周期內(nèi)的導(dǎo)通( (增大增大 iC = 0) )的時間。的時間。 方法方法 2：管子運用于開關(guān)狀態(tài)管子運

30、用于開關(guān)狀態(tài)( (又稱丁類又稱丁類) )，即一周期內(nèi)即一周期內(nèi)半飽和半截止半飽和半截止。飽和時，飽和時，vCE VCE (sat) 很小很小 PC 很??；很小；截止時，截止時，iC 很小，很小，iC vCE 也很小也很小 PC 很小。很小。 總之：總之：為提高為提高 C，管應(yīng)用狀態(tài)可取管應(yīng)用狀態(tài)可取乙類、丙類乙類、丙類或或丁類丁類。但集電極電流波形失真嚴重，電路需采取特定措施但集電極電流波形失真嚴重，電路需采取特定措施( (見見 1.2 節(jié)節(jié)) )。1.1.2電源變換電路電源變換電路按變換方式不同：按變換方式不同： ( (1) )整流器整流器( (Rectifier) )：交流電交流電- -直

31、流電直流電。應(yīng)用：電子設(shè)備供電。應(yīng)用：電子設(shè)備供電。 ( (2) )直流直流- -直流變換器直流變換器( (DC-DC Converter) )：直流電直流電- -直直流電流電。應(yīng)用：開關(guān)電源。應(yīng)用：開關(guān)電源。 ( (3) )逆變器逆變器( (Inverter) )：直流電直流電- -交流電交流電。應(yīng)用：不間斷電源、變頻電源。應(yīng)用：不間斷電源、變頻電源。 ( (4) ) 交流交流- -交流變換器交流變換器( (AC- -AC Converter) )：交流電交流電- -交交流電流電。應(yīng)用：變壓等。應(yīng)用：變壓等。 1.1.3功率器件功率器件功率管的種類：功率管的種類：( (1) )雙極型功率晶體

32、管雙極型功率晶體管( (2) )功率功率 MOS 管管( (3) )絕緣柵雙極型功率管絕緣柵雙極型功率管 功率管是功率放大電路的關(guān)鍵器件，為保證安全工作，功率管是功率放大電路的關(guān)鍵器件，為保證安全工作，需了解其需了解其極限參數(shù)極限參數(shù)及及安全工作區(qū)。安全工作區(qū)。 以以雙極型雙極型功率管為例，安全工作區(qū)受如下功率管為例，安全工作區(qū)受如下極限參數(shù)極限參數(shù)限制：限制： 最大允許管耗最大允許管耗 PCM。與散熱條件密切相關(guān)。與散熱條件密切相關(guān)。 基極開路集基極開路集 - 射反向擊穿電壓射反向擊穿電壓 V(BR)CEO 。 集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM 。以上參數(shù)與功率管的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)

33、、封裝形式有關(guān)。以上參數(shù)與功率管的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、封裝形式有關(guān)。一、功率管散熱和相應(yīng)的一、功率管散熱和相應(yīng)的 PCM 管耗管耗 PC 主要消耗在集電結(jié)上，使結(jié)溫升高。主要消耗在集電結(jié)上，使結(jié)溫升高。若集電極的散熱條件良好，若集電極的散熱條件良好，集電結(jié)上的熱量很容易散集電結(jié)上的熱量很容易散發(fā)到周圍空氣中去，則集電結(jié)就會在某一較低溫度上達到發(fā)到周圍空氣中去，則集電結(jié)就會在某一較低溫度上達到熱平衡，此時集電結(jié)上產(chǎn)生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱熱平衡，此時集電結(jié)上產(chǎn)生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱量。量。反之，散熱條件不好，反之，散熱條件不好，集電結(jié)就會在更高的溫度上達集電結(jié)就會在更高的溫度上達到熱平衡，

34、甚至產(chǎn)生到熱平衡，甚至產(chǎn)生熱崩熱崩而燒壞管子。而燒壞管子。 熱崩熱崩( (Thermal Runaway) )： 集電結(jié)結(jié)溫集電結(jié)結(jié)溫( (Tj) ) iC PC Tj 如此反復(fù)，直如此反復(fù)，直至至 Tj TjM( (集電結(jié)最高允許溫度集電結(jié)最高允許溫度) )而導(dǎo)致管子被燒壞的一種而導(dǎo)致管子被燒壞的一種惡性循環(huán)現(xiàn)象。惡性循環(huán)現(xiàn)象。提高提高 PCM 的辦法：的辦法：圖圖 114( (a) )、( (b) ) 功率管底座上加裝散熱器功率管底座上加裝散熱器 ( (c) ) 相應(yīng)的熱等效電路相應(yīng)的熱等效電路 管子集電極直接固定在金屬底座上。管子集電極直接固定在金屬底座上。 金屬底座與管殼相連。金屬底座

35、與管殼相連。 金屬底座還加裝金屬散熱器。金屬底座還加裝金屬散熱器。各種散熱片各種功率晶體管 熱傳導(dǎo)過程熱傳導(dǎo)過程PRTTth12 - -T2 為熱源溫度，為熱源溫度，T1 為空氣溫度，為空氣溫度，P 為傳輸?shù)臑閭鬏數(shù)臒峁β?，熱功率，Rth 為熱阻，單位為熱阻，單位 /W當熱源產(chǎn)生熱量時，熱源溫度當熱源產(chǎn)生熱量時，熱源溫度 T2 上升，向外部傳輸上升，向外部傳輸熱量，若產(chǎn)生的熱量和傳輸?shù)臒崃肯嗟龋_到熱平衡。熱量，若產(chǎn)生的熱量和傳輸?shù)臒崃肯嗟?，達到熱平衡。T2 不再變化。不再變化。晶體管的熱量傳遞晶體管的熱量傳遞RjcRcsPcRCaRsaTjTa因為因為R(th)cs + R(th)sa 0

36、時，時， T1 導(dǎo)通導(dǎo)通( (忽略射結(jié)壓降忽略射結(jié)壓降) )； vi2(t) 0 時，時， T2 導(dǎo)導(dǎo)通；通； vi1(t) 0 時，時，T1 管管( (NPN 型型) ) 導(dǎo)通導(dǎo)通( (忽略射結(jié)壓降忽略射結(jié)壓降) )，T2 管管 ( (PNP型型) )截止，截止，iC1( ( iE1) )為正弦為正弦波的正半周；波的正半周；vi(t) 0，T1 導(dǎo)導(dǎo)通，負載線通，負載線 AQ 過過 Q 點，斜率為點，斜率為 - - 1/RL ；Vi 0，T2 導(dǎo)導(dǎo)通，負載線通，負載線 A Q 過過 Q 點，斜率為點，斜率為 - - 1/RL 。( (2) ) 性能分析性能分析( (忽略失真忽略失真) ) 一

37、般性能分析一般性能分析在在 0 t 時，時，iC2 0 iC1 Icmsin t t 2 時，時，iC1 0 iC2 Icmsin t集集 - - 射極間電壓：射極間電壓：VCE1 = VCC - - Vcmsin t，VCE2 = - - VCC - - Vcmsin t通過通過 RL 的電流：的電流：tIiiiiisincmC2C1EE1L-2相應(yīng)產(chǎn)生的電壓：相應(yīng)產(chǎn)生的電壓：tVvsincmLRL 上的上的輸出功率輸出功率：PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2 正負電源正負電源總的直流功率：總的直流功率： PD = PD1 + PD2 = 2VCCIC0 = 2VCC

38、Icm/ 若充分激勵：若充分激勵：與與 RL 相匹配的輸入激勵相匹配的輸入激勵( (不出現(xiàn)飽和不出現(xiàn)飽和失真的最大激勵失真的最大激勵) )。 令令 VCE(sat) = 0，ICEO = 0，則，則 Vcm = VCC，Icm = VCC/RL相應(yīng)相應(yīng) Po 和和 PD 達到最大，達到最大，即即L2CCcmcmomax2 2RVIVP omaxL2CCL2CCcmCCDmax4)2(422PRVRVIVP 乙類功放的最大集電極效率乙類功放的最大集電極效率%5 .784Cmax 比甲類比甲類功放功放高高 若激勵不足若激勵不足 Vcm 減小，引入減小，引入電源電壓利用系數(shù)電源電壓利用系數(shù) 表示表示

39、 Vcm的減小程的減小程度度。 定義定義 = Vcm/VCComax2LCC22Lcm2o2121PRVRVP omaxL2CCLCCCCcmCCD4222PRVRVVIVP 4DoC PP集電極管耗：集電極管耗：omax2omax2oDC2C1)212()4(212/ )(PPPPPP - - - - - - 分析：分析：當輸入激勵由大減小，即當輸入激勵由大減小，即 減小時，減小時，Po、PD、 C 均單調(diào)減小，而均單調(diào)減小，而 PC1 和和 PC2 的變化非單調(diào)，的變化非單調(diào)，時最大時最大，其值為，其值為636. 02 omaxomax2max2Cmax1C2 . 02PPPP PD, C

40、 Cmax(0.785) C圖圖 127功放性能隨功放性能隨 變化的特性：變化的特性： 小時，小時，PD 、Po 、 C ??；?。?接近接近 1 時，時，PD 、Po 、 C 大。大。結(jié)論：結(jié)論： PC 非單調(diào)變化，非單調(diào)變化，兩兩頭小，中間大。頭小，中間大。 PD 隨隨 ( (激勵激勵) )線性線性增大，與甲類增大，與甲類( (不變不變) )不同。不同。( (3) ) 管安全管安全由由2L2CCo2 RVP 增大增大 VCC，減小，減小 RL，且輸入充分激勵，輸出功率將增，且輸入充分激勵，輸出功率將增大，但最后受到下列大，但最后受到下列安全工作條件的限制安全工作條件的限制： (BR)CEOC

41、CCEmax2VVv CMLCCcmCmaxIRVIi PC1max PC2max 0.2Pomax PCM CMmaxoCM(BR)CEOCMCCmaxo54121PPIVIVP取其中的小值取其中的小值 檢查二次擊穿。檢查二次擊穿。1.3乙類推挽功率放大電路乙類推挽功率放大電路從原理電路到實用電路，還需解決如下等問題：從原理電路到實用電路，還需解決如下等問題： 交越失真交越失真 加偏置電路；加偏置電路； 雙電源雙電源 單電源供電；單電源供電； 互補管難配互補管難配 準互補推挽電路；準互補推挽電路； 安全安全 過載保護；過載保護； 充分激勵充分激勵 輸入激勵電路。輸入激勵電路。一、交越失真和偏

42、置電路一、交越失真和偏置電路1交越失真交越失真( (Crossover Distortion) ) ( (1) )定義定義 在零偏置條件下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓在零偏置條件下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓波形在銜接處出現(xiàn)的失真，稱波形在銜接處出現(xiàn)的失真，稱交越失真交越失真。圖圖 132圖解分析圖解分析乙類推挽電路時，兩管的合成傳輸特性乙類推挽電路時，兩管的合成傳輸特性( (2) ) 解決途徑解決途徑圖圖 133加偏置的互補加偏置的互補推挽電路及其傳輸特性推挽電路及其傳輸特性 輸入端兩管適當正偏，使其工作在輸入端兩管適當正偏，使其工作在甲乙類甲乙類。 由傳輸特性可見：只要由傳輸特性可

43、見：只要 VBB 取值合適，上下兩路傳輸特取值合適，上下兩路傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互補償，性起始段的彎曲部分就可相互補償，合成傳輸特性趨近于合成傳輸特性趨近于直線直線，在輸入正弦電壓激勵下，得到不失真的輸出電壓。，在輸入正弦電壓激勵下，得到不失真的輸出電壓。 ( (3) )常用電路常用電路 二極管偏置電路二極管偏置電路 VBE 倍增電路倍增電路 2二極管偏置電路二極管偏置電路 在集成電路中，在集成電路中，偏置二極管通常由晶體管取代，如圖偏置二極管通常由晶體管取代，如圖 1- -3- -4( (b) )所示?；蛘哂没パa所示?；蛘哂没パa管管 T3、T4 取代取代，如圖，如圖 1- -3-

44、-4( (c) )所示所示。圖圖 1- -3- -4二極管偏置電路二極管偏置電路問題：問題：偏置電路是否影響輸入信號偏置電路是否影響輸入信號 vi (t) 的傳輸。的傳輸。 解答：解答：二極管正向交流電阻很小，可認為二極管正向交流電阻很小，可認為交流短路交流短路。 圖圖 1- -3- -4二極管偏置電路二極管偏置電路3VBE 倍增電路倍增電路圖圖 135VBE 倍增偏置電路倍增偏置電路)1(21BE3BBRRVV+ + ( (1) )偏置電路偏置電路由由 T3、R1、R2 組成，且由電組成，且由電流源流源 IR 激勵，為互補功率管激勵，為互補功率管 T1、T2 提供提供偏置電壓偏置電壓 VBB

45、。T3、R1 構(gòu)成構(gòu)成電壓并聯(lián)電壓并聯(lián)負反饋電路，反饋電路的電阻很負反饋電路，反饋電路的電阻很小，幾乎不影響輸入信號的傳輸。小，幾乎不影響輸入信號的傳輸。 圖圖 135VBE 倍增偏置電路倍增偏置電路( (2) )倍增原理倍增原理 )1(21BE3BB212BBBE3RRVVRRRVV+ + + + 式中，式中，VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS)上式表明：偏置電路提供的偏上式表明：偏置電路提供的偏置電壓置電壓 VBB 是是 VBE3 的倍增值，且的倍增值，且其值受其值受 R1 和和 R2 控制，故稱為控制，故稱為 VBE 倍增電路倍增電路。( (3) )

46、熱補償熱補償T ICQ VBE3 VBB ICQ 二、單電源供電的互補推挽電路二、單電源供電的互補推挽電路( (OTL) ) 圖圖 1361電路特點電路特點 單電源供電單電源供電 負載串接大容量隔直電容負載串接大容量隔直電容 CL。VCC 與兩管串接，若兩管特與兩管串接，若兩管特性配對，則性配對，則 VO = VCC/2，CL 等效等效為為電壓等于電壓等于 VCC/2 的直流電源的直流電源。2工作原理工作原理 T1 管的直流供電電壓：管的直流供電電壓：VCC - - VO = VCC/2， T2 的供電電的供電電壓：壓：0 - - VO = - - VCC/2。單單電源供電電路等效為電源供電電

47、路等效為 VCC/2 和和 - - VCC/2 的的雙雙電源供電電源供電電路。電路。三、準互補推挽電路三、準互補推挽電路 1問題的提出問題的提出互補互補要求兩功率管特性要求兩功率管特性配對配對，難實現(xiàn)。，難實現(xiàn)。 2解決辦法解決辦法采用復(fù)合管取代互補管，構(gòu)成采用復(fù)合管取代互補管，構(gòu)成準準互補推挽電路互補推挽電路。 3電路電路 圖圖 137準互補推挽電路準互補推挽電路復(fù)合管復(fù)合管 T1、T2 等效為等效為 NPN 型管；型管；T3與與 T4 等效為等效為 PNP 型管。型管。 三、準互補推挽電路三、準互補推挽電路 3電路電路 復(fù)合管復(fù)合管 T1、T2 等效為等效為 NPN 型管；型管；T3與與

48、T4 等效為等效為 PNP 型管。型管。 其中，其中，T1、T3 為小功率管，它們?yōu)樾」β使?，它們之間是之間是互補的互補的，T2、T4 為大功率管，為大功率管，它們是它們是同型同型，便于特性配對，故稱為，便于特性配對，故稱為準互補推挽電路準互補推挽電路。 R1，R2( (幾百歐姆幾百歐姆) ) 減小復(fù)合管的反向飽和電流。減小復(fù)合管的反向飽和電流。 四、保護電路四、保護電路1必要性必要性實際可能發(fā)生負載短路，電流迅速增大等實際可能發(fā)生負載短路，電流迅速增大等異常現(xiàn)象，異常現(xiàn)象，造成功率管損壞。為了造成功率管損壞。為了安全安全起見起見，應(yīng)有應(yīng)有過流、過壓、過熱過流、過壓、過熱保護。保護。2過流保護

49、電路過流保護電路 ( (1) )電路電路圖圖 138限流保護電路限流保護電路T1、T2：保護管；：保護管；R1、R2 ：取樣電阻。取樣電阻。( (2) )原理原理以保護管以保護管 T1 為例。為例。四、保護電路四、保護電路2過流保護電路過流保護電路 ( (1) )電路電路T1、T2 ：保護管；：保護管；R1、R2 ：取樣電阻。取樣電阻。( (2) )原理原理以保護管以保護管 T1 為例。為例。正常時正常時，VR1 不足以使不足以使 T1 導(dǎo)通導(dǎo)通，不起保護作用。，不起保護作用。異常時異常時，VR1 使使 T1導(dǎo)通，分流導(dǎo)通，分流 i1，限制限制 T3 管的輸出電管的輸出電流，起到了限流保護作用

50、。流，起到了限流保護作用。T2 對對 T4 的限流保護作用同上。的限流保護作用同上。 五、輸入激勵電路五、輸入激勵電路1必要性必要性 互補功放互補功放, 功率管為射隨器，功率管為射隨器，Av 1。若要求輸出最大。若要求輸出最大信號功率，則要求激勵信號功率，則要求激勵級提供振幅接近電源電級提供振幅接近電源電壓的推動電壓壓的推動電壓( (單電源單電源為為 VCC /2 ) )。2電路電路 圖圖 139( (a) )未加未加自舉電容的電路自舉電容的電路( (b) )輸入激勵級圖解分析輸入激勵級圖解分析T3：輸入激勵級，輸入激勵級， T3 的直流負載的直流負載 R( (忽略忽略 T1 和和 T2基基極

51、電流極電流) )，直流負，直流負載線為載線為。圖圖 139( (a) )未加未加自舉電容的電路自舉電容的電路( (b) )輸入激勵級圖解分析輸入激勵級圖解分析3輸出振幅輸出振幅 交流負載交流負載 r R/ri R，則，則交流負載線如交流負載線如 曲線曲線 所示所示，輸出信號，輸出信號電 壓 振 幅 可 接 近電 壓 振 幅 可 接 近 VCC/2。4改進電路改進電路 電流源電流源構(gòu)成有源負載放大器，直流電阻小，交流電構(gòu)成有源負載放大器，直流電阻小，交流電阻大。阻大。 采用采用自舉電路自舉電路 圖圖 139 ( (c) )加自舉電容的電路加自舉電容的電路R1 ，R2 ， C2，取代，取代 R 。

52、特。特點：交流電位由點：交流電位由 O 經(jīng)經(jīng) C2 自舉自舉到到 C 點，即點，即 vC vO。 工作原理：工作原理：Av 1，故，故 vB vO vC，通過，通過 R2 的交流電流的交流電流 i 0，因而從因而從 B 點向虛線框看進去的點向虛線框看進去的交交流電阻流電阻( (vB/i) )很大，很大，趨于無窮趨于無窮，T3 的 交 流 負 載 電 阻 便 近 似 等 于的 交 流 負 載 電 阻 便 近 似 等 于 T1( (或或 T2) )電路的輸入電阻。電路的輸入電阻。第第 1 章章 功率電子線路功率電子線路1.4功率合成技術(shù)功率合成技術(shù) 1.4.1功率合成電路的作用功率合成電路的作用

53、1.4.2傳輸線變壓器傳輸線變壓器1.4.3用傳輸線變壓器構(gòu)成的魔用傳輸線變壓器構(gòu)成的魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)混合網(wǎng)絡(luò)1.4.1功率合成電路的作用功率合成電路的作用功率合成技術(shù)就是將功率合成技術(shù)就是將多個功率放大器的輸出功多個功率放大器的輸出功率疊加起來，給負載提供率疊加起來，給負載提供足夠大的輸出功率。足夠大的輸出功率。 一、功率合成一、功率合成A，B 兩端輸入等值兩端輸入等值同相功率，同相功率，C 端負載端負載 Rc獲得兩輸入功率的合成，獲得兩輸入功率的合成，而而 D 端負載端負載 Rd 上無功率上無功率輸出。輸出。 A，B 兩端輸入等值兩端輸入等值同相功率，同相功率，C 端負載端負載 Rc獲得兩

54、輸入功率的合成，獲得兩輸入功率的合成，而而 D 端負載端負載 Rd 上無功率上無功率輸出。輸出。 A、B 兩輸入端輸入兩輸入端輸入等值反相功率，等值反相功率，D 端負載端負載Rd 獲得兩輸入功率的合獲得兩輸入功率的合成，而成，而 C 端負載端負載 Rc 上上無功率輸出。無功率輸出。 二、彼此隔離二、彼此隔離當當 Rd 和和 Rc 之間滿之間滿足特定關(guān)系時，足特定關(guān)系時，A、B 兩兩輸入端彼此隔離。輸入端彼此隔離。 三、功率分配三、功率分配當當 Ra Rb 時，將功時，將功率放大器加在率放大器加在 D 端，功端，功率放大器的輸出功率均等率放大器的輸出功率均等地分配給地分配給 Ra 和和 Rb ，

55、且，且它們之間是反相的，而它們之間是反相的，而 C 端無功率輸出。端無功率輸出。 將功率放大器加將功率放大器加 C端，端，功率放大器的輸出功率均功率放大器的輸出功率均等地分配給等地分配給 Ra 和和 Rb，且，且它們之間是同相的，而它們之間是同相的，而 D 端無功率輸出。端無功率輸出。 一個理想的功率合成電路應(yīng)該具有以下特點：一個理想的功率合成電路應(yīng)該具有以下特點： N 個同類型的功率放大器，它們的輸出振幅相等，個同類型的功率放大器，它們的輸出振幅相等，通過功率合成器輸出給負載的功率應(yīng)等于各功率放大器輸通過功率合成器輸出給負載的功率應(yīng)等于各功率放大器輸出功率的和。出功率的和。 與功率合成器連接

56、的各功率放大器彼此隔離，任何與功率合成器連接的各功率放大器彼此隔離，任何一個功率放大器發(fā)生故障時，不影響其他放大器的功率輸一個功率放大器發(fā)生故障時，不影響其他放大器的功率輸出。出。 實現(xiàn)功率合成的電路種類很多，一般都由無源元件組實現(xiàn)功率合成的電路種類很多，一般都由無源元件組成，統(tǒng)稱為魔成，統(tǒng)稱為魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)。在實際應(yīng)用中，往往需要功率混合網(wǎng)絡(luò)。在實際應(yīng)用中，往往需要功率合成電路具有寬帶特性，這種功率合成電路由傳輸線變壓合成電路具有寬帶特性，這種功率合成電路由傳輸線變壓器構(gòu)成。器構(gòu)成。 1.4.2傳輸線變壓器傳輸線變壓器一、變壓器和傳輸線的工作頻帶一、變壓器和傳輸線的工作頻帶高頻變壓器：由于

57、線圈的漏感和匝間分布電容的作用，高頻變壓器：由于線圈的漏感和匝間分布電容的作用，其上限頻率只能工作在幾十兆赫，下限頻率受激磁電感量其上限頻率只能工作在幾十兆赫，下限頻率受激磁電感量的限制。的限制。 傳輸線：傳輸線就是連接信號源和負載的兩根導(dǎo)線，傳輸線：傳輸線就是連接信號源和負載的兩根導(dǎo)線，它的上限頻率與導(dǎo)線長度它的上限頻率與導(dǎo)線長度 l 有關(guān)，有關(guān)，l 越小，上限頻率越小，上限頻率 fH 越越高。它的下限頻率為零。高。它的下限頻率為零。 傳輸線變壓器如圖傳輸線變壓器如圖 143 所示。所示。圖圖 1- -4- -3傳輸線變壓器傳輸線變壓器 設(shè)上限頻率設(shè)上限頻率 fH 對應(yīng)的對應(yīng)的波長為波長為

58、min , ,取取min10181 l可以認為：可以認為： v1 v2 v，i1 i2 i 二、傳輸線變壓器的工作原理二、傳輸線變壓器的工作原理傳 輸 線 變 壓傳 輸 線 變 壓器原理圖如圖器原理圖如圖 1 44( (a) )所示。所示。 將 傳 輸 線 繞將 傳 輸 線 繞于磁環(huán)上便構(gòu)成于磁環(huán)上便構(gòu)成傳輸線變壓器。傳輸線變壓器。傳輸線可以是同傳輸線可以是同軸電纜、雙絞線、軸電纜、雙絞線、或帶狀線，磁環(huán)或帶狀線，磁環(huán)一般是鎳鋅高磁一般是鎳鋅高磁導(dǎo)率的鐵氧體。導(dǎo)率的鐵氧體。 三、傳輸線變壓器功能三、傳輸線變壓器功能1對稱與不對稱變換對稱與不對稱變換對稱對稱 不對稱變換，將對地對稱的雙端輸入信號

59、轉(zhuǎn)換不對稱變換，將對地對稱的雙端輸入信號轉(zhuǎn)換為對地不對稱的單端輸出信號，如為對地不對稱的單端輸出信號，如圖圖 146( (a) )所示。所示。圖圖 1-4-6對稱與不對稱變壓器對稱與不對稱變壓器( (a) ) 對稱對稱- -不對稱不對稱( (b) ) 不對稱不對稱- -對稱對稱參見參見圖圖 144( (b) )，在高頻時，傳輸線變壓器以電磁能，在高頻時，傳輸線變壓器以電磁能交替變換的傳輸方式傳送能量。交替變換的傳輸方式傳送能量。如如圖圖 144( (c) )所示，在低頻時，所示，在低頻時，由于傳輸線繞在磁由于傳輸線繞在磁環(huán)上，環(huán)上，1 端和端和 2 端端與與 3 端和端和 4 端的端的短導(dǎo)線成

60、為較大的短導(dǎo)線成為較大的電感線圈，避免了電感線圈，避免了信號源和負載被短信號源和負載被短接，實現(xiàn)了倒相作接，實現(xiàn)了倒相作用。能量通過傳輸用。能量通過傳輸線方式和磁耦合方線方式和磁耦合方式傳送。式傳送。不對稱不對稱 對稱變換，將對地不對稱的單端輸入信號轉(zhuǎn)對稱變換，將對地不對稱的單端輸入信號轉(zhuǎn)換為對地對稱的雙端輸出信號，如圖換為對地對稱的雙端輸出信號，如圖 146( (b) )所示。所示。 ( (a) ) 對稱對稱 不對稱不對稱( (b) ) 不對稱不對稱 對稱對稱2阻抗變換器阻抗變換器傳輸線變壓器可以構(gòu)成阻抗變換器，由于結(jié)構(gòu)的限制，傳輸線變壓器可以構(gòu)成阻抗變換器，由于結(jié)構(gòu)的限制，通常只能實現(xiàn)特定