電子線路課程設(shè)計(jì)

1、摘要：高頻振動(dòng)器所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)信號的功率很小，不能滿足發(fā)射機(jī)天線對發(fā)射機(jī)的功率要求，所以在發(fā)射之前需要經(jīng)過功率放大后才能獲得足夠的功率輸出。本次課程設(shè)計(jì)使通過已學(xué)的電路基礎(chǔ)知識，模擬高頻振動(dòng)功率放大器，使發(fā)射機(jī)內(nèi)部各級電路之間信號功率能有效傳輸，這就要求放大器輸入端和輸出端都能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。即放大器輸入端阻抗和信號阻抗匹配，放大器輸出端阻抗和負(fù)載阻抗匹配。關(guān)鍵字：高頻振動(dòng)器，發(fā)射機(jī)，放大器，負(fù)載Abstract:High frequency vibrator of high-frequency vibration signals generated by the power is small

2、, can not meet the requirement of the transmitter antenna of the transmitter power, so before launch after power amplifier is needed to get enough power output. The curriculum design made by have learn basic knowledge of circuit, analog power amplifier, high-frequency vibration make the transmitter

3、signal power can effective transmission between internal circuit at all levels, which requires the amplifier input and output terminal can realize the impedance matching. The amplifier input impedance and signal impedance matching, amplifier output impedance and load impedance matching.Keywords:High

4、 frequency vibrator, transmitter, amplifiers, load目錄前言31.概述及基本原理41.1 高頻功率放大器42.方案及各部分設(shè)計(jì)原理62.1搶答器電路設(shè)計(jì)62.1.1 整體介紹62.1.2 原理分析72.2具體分析83.參數(shù)的計(jì)算和選擇83.1功率放大器輸出功率的計(jì)算分析83.2諧振回路的分析93.3放大管柵極和板極的電流電壓關(guān)系103.4高頻功率放大器的能量關(guān)系113.5發(fā)射管的工作狀態(tài)124.仿真結(jié)果及分析總結(jié)135.設(shè)計(jì)總結(jié)156.參考文獻(xiàn)16前言當(dāng)今社會(huì)各種娛樂學(xué)習(xí)節(jié)目層出不窮，而這些節(jié)目之中有很多都有趣味、知識搶答環(huán)節(jié)，所以，各種搶答器就

5、應(yīng)運(yùn)而生。我們?yōu)檫m應(yīng)高校等多代表隊(duì)單位活動(dòng)的需要，本次所做的課程設(shè)計(jì)就是一個(gè)集搶答、計(jì)分功能于一體的一個(gè)電子產(chǎn)品,講述了電路各部分的設(shè)計(jì)原理及所能實(shí)現(xiàn)的功能 ,它要求要對各種編碼器、鎖存器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器以及多諧振蕩器等多種數(shù)字電子芯片熟悉，并能加以運(yùn)用。搶答、記分器市面上的產(chǎn)品已經(jīng)非常的多，對于自己設(shè)計(jì)的這個(gè)電子產(chǎn)品也自知有許多的不足，但能首次設(shè)計(jì)自己的產(chǎn)品，并能在實(shí)現(xiàn)相同功能的基礎(chǔ)上節(jié)約成本也是非常有意義的，還有助于提高自己的動(dòng)手能力，豐富課余生活。1.概述及基本原理1.1 高頻功率放大器高頻功率放大器是對載波信號或高頻信號進(jìn)行功率放大的電路。利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器成

6、為諧振功率放大器。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的日益發(fā)展高頻放大應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣。在某些場合高頻放大技術(shù)的高低成為制約本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。比如射頻手機(jī)和高頻信號收發(fā)機(jī)等，都需要用到高頻功率放大器，并且作為一項(xiàng)非常重要的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。特別是移動(dòng)電話機(jī)中高頻功率放大器品質(zhì)的高低直接影響其產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。所以本次課程設(shè)計(jì)我選擇高頻功諧振率放大器。放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360度，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于180度；丙類放大器電流的流通角則小于180度。乙類和丙類都適用于大功率工作。丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三

7、種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小?？墒侨魞H僅是用一個(gè)功率放大器，不管是甲類或者丙類，都無法做到如此大的功率放大。綜上，確定電路設(shè)計(jì)由兩個(gè)模塊組成，第一模塊是甲類放大器，第二模塊是一工作在丙類狀態(tài)的諧振放大器，其作為功放輸出級最好能工作在臨界狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)輸出交流功率最大，效率也較高，一般認(rèn)為此工作狀態(tài)為最佳工作狀態(tài)。如圖1所示為高頻功放基本原理圖，圖中，高頻扼流圈提供直流通路，C1為隔直流電容，諧振回路分別為輸入和輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)

8、。其中天線等效阻抗，作為輸出負(fù)載。與非諧振功放比較，它們都要求安全高效地輸出足夠大的不失真功率，但有一些區(qū)別。確定功放的工作狀態(tài)丙類高頻功率放大器可工作在欠壓狀態(tài)、過壓狀態(tài)和臨界狀態(tài)。因欠壓狀態(tài)效率低，而過壓狀態(tài)嚴(yán)重失真，諧波分量大，為盡可能兼顧輸出大功率、高效率，一般選用臨界狀態(tài)，其電流流通角在600-900范圍。現(xiàn)設(shè)。在晶體管功率放大器中，可以通過改變激勵(lì)電壓、基極偏壓、集電極負(fù)載、集電極直流供電電壓來改變放大器的工作狀態(tài)。集電極電流余弦脈沖直流ICO分解系數(shù)，集電極電流余弦脈沖基波ICM1分解系數(shù)，。圖1高頻功放基本原理圖諧振式高頻功率放大器的特點(diǎn)是：一、為了提高效率，放大器常工作于丙類

9、狀態(tài)，晶體管發(fā)射結(jié)為反向偏置，由Eb（VBB）來保證，流過晶體管的電流為余弦脈沖波形；二、負(fù)載為諧振回路，除了確保從電流脈沖波中取出基波分量，獲得正弦電壓波形外，還能實(shí)現(xiàn)放大器的阻抗匹配。1.2 高頻功率放大器設(shè)計(jì)目的由于高頻振動(dòng)器所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)信號的功率很小，不能滿足發(fā)射機(jī)天線對發(fā)射機(jī)的功率要求，所以在發(fā)射之前需要經(jīng)過功率放大后才能獲得足夠的功率輸出。在通信電路中，為了彌補(bǔ)信號在無線傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機(jī)具有較大的功率輸出，通信距離越遠(yuǎn)，要求輸出功率越大。為了獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用高頻功率放大器。高頻功率放大器是無線電發(fā)射沒備的重要組成部分。在無線電信號發(fā)射過程中，發(fā)射機(jī)的

10、振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號功率很小，因此在它后面要經(jīng)過一系列的放大，如緩沖級、中間放大級、末級功率放大級等，獲得足夠的高頻功率后，才能輸送到天線上輻射出去。這里提到的放大級都屬于高頻功率放大器的范疇。實(shí)際上高頻功率放大器不僅僅應(yīng)用于各種類型的發(fā)射機(jī)中，而且高頻加熱裝置、高頻換流器、微波爐等許多電子設(shè)備中都得到了廣泛的應(yīng)用。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。例如，自 20至20000 Hz，高低頻率之比達(dá) 1000 倍。因此它們都是采用無調(diào)諧負(fù)載，

11、如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百 kHz 一直到幾百、幾千甚至幾萬 MHz），但相對頻帶很窄。例如，調(diào)幅廣播電臺(tái)（5351605 kHz 的頻段范圍）的頻帶寬度為10 kHz，如中心頻率取為 1000 kHz，則相對頻寬只相當(dāng)于中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則相對頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。由于這后一特點(diǎn)，使得這兩種放大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類（某些特殊情況可工作于乙類）。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄

12、帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。利用寬帶變壓器作耦合回路的功放稱為寬帶功放。常用寬帶變壓器有用高頻磁芯繞制的高頻變壓器和傳輸線變壓器。寬帶功放不需要調(diào)諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大，但效率很低，一般只有 20%左右，一般作為發(fā)射機(jī)的中間級，以提供較大的激勵(lì)功率。利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功放稱為諧振功放。

13、根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類和丁類等功放。電流導(dǎo)通角越小放大器的效率越高。如丙類功放的小于90o，丙類功放通常作為發(fā)射機(jī)的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的功率。本次課程設(shè)計(jì)使通過已學(xué)的電路基礎(chǔ)知識，模擬高頻振動(dòng)功率放大器，使發(fā)射機(jī)內(nèi)部各級電路之間信號功率能有效傳輸，這就要求放大器輸入端和輸出端都能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。即放大器輸入端阻抗和信號阻抗匹配，放大器輸出端阻抗和負(fù)載阻抗匹配2.方案及各部分設(shè)計(jì)原理2.1功率放大器電路設(shè)計(jì)整體介紹基本部分組成，即電子管、諧振回路和電源。電子管在放大器中起著把直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量的作用；諧振回路是電子管的負(fù)載；電源供給電子管各電極電壓，它們

14、共同保證電子管的正常工作。放大器不失真的放大最小信號與最大信號電平的比值就是放大器的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)際運(yùn)用時(shí)，該比值使用dB來表示兩信號的電平差，高保真放大器的動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)大于90 dB。自然界的各種噪聲形成周圍的背景噪聲，而周圍的背景噪聲和演奏出現(xiàn)的聲音強(qiáng)度相差很大，在通常情況下，將這個(gè)強(qiáng)度差稱為動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)良音響系統(tǒng)在輸入強(qiáng)信號時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生過載失真，而在輸入弱信號時(shí)，有不應(yīng)被自身產(chǎn)生的噪聲所淹沒，為此好的音響系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有較大的動(dòng)態(tài)范圍，噪聲只能盡量減少，但不可能不產(chǎn)生噪聲。   放大器有兩個(gè)主要電路：板極電路和柵極電路。板極電路包括并聯(lián)振蕩回路和直流板極電壓Ea的饋電電路。振蕩

15、回路由電感L1、電容C1和電阻r組成。電路中C1'為高頻旁路電容，L1'為高頻阻流圈。在柵極電路中加入直流偏壓Eg，一般Ea為負(fù)值。電路中C2'和L2'分別是柵極回路的高頻旁路電容和高頻阻流圈。 原理分析知道前級送來的高頻激勵(lì)電壓為 ug=Ugcost它加在柵極與陰極之間。其中，ug是激勵(lì)電壓的瞬時(shí)值，Ug是激勵(lì)電壓的振幅值，2f是激勵(lì)電壓的角頻率，f是激勵(lì)電壓的頻率。ui為負(fù)半周時(shí)，V1集電極信號為正半周，V2、V3導(dǎo)通，V4、V5截止。在信號電流流向負(fù)載RL形成正半周輸出的同時(shí)向Co充電，使UCo=1/2UCC。ui正半周時(shí)，V1集電極信號為負(fù)半周，V2、V

16、3截止，V4、V5導(dǎo)通。此時(shí)，Co上的1/2UCC與V4、V5形成放電回路，若時(shí)間常數(shù)RLC遠(yuǎn)大于輸入信號的半周期，則電容上電壓基本不變，而流過管子和負(fù)載的電流仍由基極控制，這樣在負(fù)載上獲得負(fù)半周輸出信號，于是負(fù)載上獲得完整的正弦信號輸出。功放的工作原理其實(shí)很簡單， 就是將音源播放的各種聲音信號進(jìn)行放大， 以推動(dòng)音箱發(fā)出聲 音。 從技術(shù)角度看，功放好比一臺(tái)電流的調(diào)制器，它將交流電轉(zhuǎn)變對直流電，然后受音源播放的 聲音信號控制， 將不同大小的電流， 按照不同的頻率傳輸給音箱， 這樣音箱就發(fā)同相應(yīng)大小、 相應(yīng)頻率的聲音了。 由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在

17、內(nèi)部 的信號處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。按當(dāng)前音響消費(fèi)的需求，民用音響中的功 放已基本定型為兩大類，即純音樂功放和家庭影院 AV 功放。 1、純音樂功放 純音樂功放在設(shè)計(jì)上強(qiáng)調(diào)最低的信號失真，忠實(shí)地表現(xiàn)出音樂的場面、細(xì)節(jié)和演奏、錄制的 技巧以滿足人們對音樂的最佳欣賞要求，這就是人們常說的 HI-FI（hi-fidelity，高保真） 。在 設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上， 純音樂功放的要求極為嚴(yán)格。 純音樂功放品質(zhì)的高低并不完全由它的技術(shù)指 標(biāo)所決定，不能簡單地看它標(biāo)注的功率多少高，頻響多么寬，失真多么低，而應(yīng)該特別注重 其設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝和音樂的解晰力。 比如技術(shù)指標(biāo)并不太高的膽機(jī)就要比很多晶體管功放聲

18、音 好聽。 、 2、AV 功放 一般來說包括功放部分和信號處理部分。 其功放部分原理上與傳統(tǒng)功放沒有什么區(qū)別， 只不 過增加了幾個(gè)聲道， 也就是將幾個(gè)功放結(jié)合在了一起； 其信號控制處理部分涉及信號的音頻、 視頻選擇、信號解碼處理、信號聲場處理以及收音、監(jiān)聽等功能。 一般一臺(tái)高品質(zhì)的 AV 功放首先應(yīng)該在影視節(jié)目的信號處理上有較好的聲場還原， 聲道 隔離度要高，氣氛渲染也不能太夸張；其次在功放部分的音質(zhì)表現(xiàn)上，尤其是主聲道的音質(zhì) 要求盡量接近較好的純音樂功放。 功放的分類 功放一般分為前級功放、后級功放與合并級功放，合并機(jī)就是把前級、后級集于一身的 機(jī)器。前級是用來把信號作初步放大、調(diào)節(jié)音量的；

19、而后級則是把前級來的信號作大量放大 來推動(dòng)揚(yáng)聲器。 前級也分為有源及無源兩種。有源的前級是使用電源把信號放大，而無源的前級就只 有調(diào)節(jié)音量的功效。 老實(shí)講， 現(xiàn)今成功的無源前級不多， 因?yàn)橐粼磁c后級的內(nèi)阻有很大分別， 只靠一個(gè)音量開關(guān)把音源與后級連接起來，內(nèi)阻的差別會(huì)使動(dòng)態(tài)、細(xì)節(jié)、頻應(yīng)盡失！有源的 前級除了調(diào)節(jié)音量外，還可作初部廣大及降低音源及后級間內(nèi)阻之別，即用作緩沖。    當(dāng)電路接好并將各電極電壓加上時(shí)，則在板極電路中就會(huì)出現(xiàn)受到柵極電壓控制的板流脈沖，脈沖波形如圖2所示。ia是周期性函數(shù)，由數(shù)學(xué)知識可知，它可用傅氏級數(shù)來表示，即  ia

20、=Ia0+Ia1cost+Ia2cos2t+Iancosnt         可見，板極電流等于直流分量Ia0、一次諧波(基波)、二次諧波和其他高次諧波之和。圖2脈沖波形板極并聯(lián)諧振回路要調(diào)諧到激勵(lì)信號電壓的頻率，并且在實(shí)際情況下，振蕩回路的Q值遠(yuǎn)大于1(考慮到下級負(fù)載引入的電阻)，即回路的諧振性很強(qiáng)。這樣，諧振回路對基波的阻抗很大，而且是純電阻性的，這就是我們熟知的諧振阻抗，一般用Roe來表示。板極回路的直流電阻，可以看成是短路的。同時(shí)，因?yàn)榛芈肥钦{(diào)諧到基波，對于高次諧波回路失諧很大，所以回路對于高次諧波也近似于

21、短路。這樣，板極電流通過回路時(shí)，在回路上所引起的只有基波電壓。輸出電壓不是脈沖形狀，而是和輸入激勵(lì)電壓一樣的波形。2.2具體分析串聯(lián)偏置是說電子器件，負(fù)載電路和直流電源三部分串聯(lián)起來的。在上面所提到的電路中LC是 負(fù)載賄回路；L是高頻厄流圈，它對直流是短路的，但對高頻則呈現(xiàn)很大的阻抗，可以認(rèn)為是開路的，以阻止高頻電流通過功用電源內(nèi)阻產(chǎn)生高頻能量損耗，特別是避免在個(gè)級之間由此而產(chǎn)生的寄生偶合；C是高頻旁路電容，他們對高頻應(yīng)呈現(xiàn)很小的阻抗，相當(dāng)于短路。加入這些附屬元件L，C等的目的就是為了使電路能滿足上述組成電路的原則。偏置電路中都存在著自給偏置效應(yīng)，即當(dāng)由小增大時(shí)，基極電流脈沖中的平均分量相應(yīng)增

22、大，它在偏置電阻上的壓降增大，結(jié)果使基極偏置電壓向負(fù)值方向增大。由此表明在輸入信號激勵(lì)下，由于自給偏置效應(yīng)，基極偏置電壓將不等于靜態(tài)偏置電壓，且其值隨著輸入激勵(lì)幅度增大而向負(fù)值方向增大。濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是阻抗匹配和選頻濾波。3.參數(shù)的計(jì)算和選擇3.1功率放大器輸出功率的計(jì)算分析令ua=Ia1Roecost=Uacost                       &

23、#160;  其中UaIa1Roe是回路電壓的幅度。由于ua的正方向與Ea相反，所以板極的瞬時(shí)電壓為               ea=Ea-ua=Ea-Uacost                        

24、60;         由LC諧振回路的基本知識可知，當(dāng)板極回路諧振于激勵(lì)信號頻率時(shí)，板極回路對基波電流呈現(xiàn)一個(gè)純電阻的諧振阻抗為                   式中， -回路特性阻抗；             -回路有載品質(zhì)因數(shù)；  

25、0;                 r'-回路有載總損耗電阻    由于高次諧波不在回路上產(chǎn)生壓降，所以回路兩端的高頻電壓為           Ua= Ia1Roe           &

26、#160;                                              其中Ia1為振幅值。   &

27、#160;                                              在負(fù)載上產(chǎn)生的高頻功率為    

28、60;                       由上分析可知，只要在放大器的柵極電路中輸入激勵(lì)電壓，便可以在板極負(fù)載上獲得高頻輸出功率。同時(shí)也可以看出，板流ia雖是脈沖形狀，但由這一電流在回路兩端產(chǎn)生的電壓降卻是正弦形式。其關(guān)鍵是放大器的板極接有一個(gè)LC并聯(lián)諧振回路。3.2諧振回路的分析采用諧振回路作負(fù)載是高頻放大器區(qū)別于低頻放大器的特點(diǎn)，它有兩個(gè)作用：第一是阻抗

29、變換的作用；第二是濾波作用。以前邊系統(tǒng)為例，設(shè)板極回路與負(fù)載回路之間的互感為M，再設(shè)負(fù)載回路已調(diào)至諧振，天線回路的串聯(lián)電阻為RA，則在有載的情況下板極回路的等效阻抗應(yīng)為   對于給定的RA，我們可以調(diào)整M、L、C三個(gè)量來滿足下面兩個(gè)條件：(1)使等效的并聯(lián)回路諧振于工作頻率；(2)使Roe之值等于電子管所要求的最佳數(shù)值。這樣就實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配。  回路的濾波作用，就是把我們所需要的放大后的基波信號選出來，把不需要的諧波抑制掉。我們知道，工作于乙類或丙類的放大器，其板流為一脈沖，其中除含直流分量、基波分量外，還有諧波分量。如果負(fù)載是個(gè)電阻，它決不能把其中的基

30、波分量選出來。但在LC的并聯(lián)諧振回路中，由于線圈的電阻很小，可以認(rèn)為對直流是短路的。對基波來說，當(dāng)諧振時(shí)，回路的等效阻抗是一個(gè)數(shù)值較大的純電阻，其值為L/Cr¢。對于n次諧波，回路嚴(yán)重失諧，故回路對n次諧波呈現(xiàn)的阻抗與基波相比可以忽略不計(jì)。因此，盡管ia中含有很多的諧波分量，但在回路兩端只產(chǎn)生很小的諧波電壓，只有基波分量Ia1才能在回路兩端產(chǎn)生足夠大的電壓降。根據(jù)歐姆定律得                  式中 ua=Uac

31、ost 既然Ua是正弦電壓，故通過LC回路的電流必然也是正弦電流。由此得出結(jié)論：由于并聯(lián)LC回路的諧振特性起著濾波作用，盡管板流是脈沖形式的，但回路電流和回路兩端的電壓仍然是正弦形式的。     這一現(xiàn)象也可以從能量的觀點(diǎn)來解釋，即回路是由LC組成的，而L和C都是貯能元件。在板流流通的時(shí)間內(nèi)，回路貯存能量，在板流截止的時(shí)間內(nèi)，回路又放出能量，這樣就維持了振蕩回路中振蕩電流的連續(xù)性。3.3放大管柵極和板極的電流電壓關(guān)系在討論能量關(guān)系之前，有必要了解放大管柵極和板極的電壓、電流工作波形及其相位關(guān)系。圖3表示高頻功率放大器在工作時(shí)的柵壓、柵流和板壓、

32、板流等的變化曲線以及它們之間的相位關(guān)系。在N1-2(a)中，Eg¢為電子管的截止偏壓，Eg為工作偏壓。設(shè)電子管柵極上所加的高頻電壓為ug=Ugcost，則柵極的瞬時(shí)eg為    eg=Eg+Ugcos        圖3丙類放大器工作波形為了獲得得高的效率，放大器一般工作在丙類狀態(tài)，則偏壓|Eg|大于板流的截止偏壓|Eg¢|。當(dāng)eg超過Eg時(shí)，即N1-2(a)中的t1t4期間，電子管的板流流通，ia的波形是余弦脈沖的一部分。其流通時(shí)間為2，稱為板流流通角，如N1-2

33、(b)所示。當(dāng)eg大于零時(shí)，即N1-2(a)中的t2t3間，電子管出現(xiàn)柵流，其波形也近似于余弦脈沖波，其流通時(shí)間為2g，稱g為柵流流通角，如N1-2(c)所示。    因板流是個(gè)余弦脈沖，可用富氏級數(shù)將其分解，于是就得到ia中的直流分量Ia0和基波分量Ia1，分別如圖(d)、(e)所示。由于板極回路諧振于基波，所以Ia1在回路兩端產(chǎn)生電壓降ua的波形和變化規(guī)律與Ia1相同，如圖(g)所示。由圖(f) 可見，瞬時(shí)板壓ea的最小值為eamin=Ea-Ua，而最大值為eamax=Ea+Ua。eamin有時(shí)也稱為剩余電壓，意思是回路剩給板極的電壓。回路電壓的峰值

34、Ua對直流板壓Ea之比，稱為板壓利用系數(shù)，以符號表示，即                 意思是直流饋電電壓Ea中有百分之多少可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l輸出電壓。我們還可以用下式來表示，即由N1-2(a)、(b)、(c)可見，板流通角取決于eg曲線與截止偏壓Eg¢兩個(gè)交點(diǎn)的位置，而柵流通角g則取決于eg曲線與時(shí)間軸的兩個(gè)交點(diǎn)的位置，顯而易見g。     在大多數(shù)情況下板流脈沖可以近似地用一

35、個(gè)余弦脈沖來表示，這是因?yàn)榘辶鞯膭?dòng)態(tài)特性曲線近似一條直線，如N1-2所示，所以eg作余弦變化時(shí)，板流脈沖也跟著作余弦變化。但柵流動(dòng)態(tài)特性曲線就不能當(dāng)作一條直線，所以柵流脈沖的形狀也不能當(dāng)作余弦脈沖，而是近似于余弦平方脈沖或三角形脈沖，如N1-3所示。圖中虛線為理想化動(dòng)態(tài)特性曲線和柵流脈沖，實(shí)線為實(shí)際動(dòng)態(tài)特性曲線和柵流脈沖波形圖4柵流脈沖從圖4還可以看出在任何情況下eg與Ia1是同相變化的，而ua則作反相變化。由此得出結(jié)論：當(dāng)eg=egmax時(shí)，ea=eamin；反之，當(dāng)eg=egmin時(shí)，則ea=eamax，而eamax的極限值是2E。3.4高頻功率放大器的能量關(guān)系能量關(guān)系指的是功率放大器能量

36、的來源和分配問題，它對放大器的安全工作、節(jié)約能源、輸出大的功率都非常重要。       在板極電路中主要有三部分能量：直流電源供給的能量，電子管輸送到振蕩回路的能量和電子轟擊板極在板極產(chǎn)生的熱能。顯然后兩種能量是由前一能量轉(zhuǎn)換得來的。根據(jù)能量守恒定律，三者應(yīng)該平衡。 諧振時(shí)回路呈現(xiàn)一純電阻，流經(jīng)它的基波電流振幅為Ia1，它在回路上引起的基波電壓振幅為Ua，因此，回路從電子管得到的高頻功率為 供給電子管板極電路的唯-能源是直流電壓Ea，所以直流輸入功率為     &#

37、160;                P0=EaIa0                                 

38、;                                                  

39、;          直流輸入功率P0中的大部分經(jīng)電子管的轉(zhuǎn)換變成輸出功率P，剩余部分則使電子管的板極發(fā)熱變?yōu)榘鍢O損耗功率Pa，所以                      Pa=P0+P        &#

40、160;                                     于是我們就可以得到功率放大器的效率為         &#

41、160;      式中, 稱為波形系數(shù)，它是板極流通角的函數(shù)。 由上述公式可以看出，放大器實(shí)質(zhì)上是把直流功率P0轉(zhuǎn)化為高頻功率P的能量轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換效率為。顯然，提高效率是我們所希望的。為此我們應(yīng)提高板壓利用系數(shù)和減小通角為的是提高()，但過分減小，將導(dǎo)致Ia1減小，因而輸出功率P也會(huì)減小，所以有一最佳值。    從電子管內(nèi)部的物理過程來進(jìn)行分析。當(dāng)電子從陰極向板極運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果受到電場的加速，電子便從電場中吸收能量。如果受到電場的減速，則電子把能量交給電場。 電子在向板極的

42、運(yùn)動(dòng)過程中，受到直流電場的加速(其大小決定于直流電壓Ea)，增加動(dòng)能，也就是電子由直流電場取得能量，這部分能量是由直流電源供給的。但是在板極上還疊加有高頻電壓ua它的相位正好與激勵(lì)電壓ug相反，因此電子受到高頻電場的排斥而減小了動(dòng)能，所減小的動(dòng)能等于電子交給高頻電場的能量，這部分能量就是回路上高頻功率P的來源。電子以剩余的動(dòng)能轟擊板極，從而產(chǎn)生板耗。3.5發(fā)射管的工作狀態(tài)根據(jù)放大器有無柵流及柵流大小(即動(dòng)態(tài)工作范圍)分類，可分為緩沖狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)、弱過壓狀態(tài)和強(qiáng)過壓狀態(tài)。緩沖狀態(tài)是指無柵流工作，此時(shí)電子管的板柵動(dòng)特性只限于負(fù)柵壓區(qū)中。如圖3（a）所示。欠壓狀態(tài)是指雖然也有柵流，但和板流相比卻十分微小，因而不至于使板流尖頂脈沖波形嚴(yán)重失真。此時(shí)板柵動(dòng)特性延伸到正柵壓區(qū)，但延伸范圍很小。圖4-1(b)所示。 過壓狀態(tài)是指柵流很大，板流脈沖波形有很大凹陷。此時(shí)板柵動(dòng)特性在正柵壓延伸范圍較大，稱為過壓狀態(tài)。過壓狀態(tài)又有弱過壓和強(qiáng)過壓之分。板流脈沖有凹陷，但并不下降到零，稱為弱過壓狀態(tài)臨界狀態(tài)是指板柵動(dòng)特性延伸到正柵區(qū)使板流脈沖出現(xiàn)平頂而尚未產(chǎn)生凹陷時(shí)的工作狀態(tài)，此時(shí)柵流