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一粒金砂(中级)

高频功率谐振放大器,最佳阻抗怎么调整 [复制链接]

 

小弟获得一个电路,已经应用,但是不知道其原理,三极管工作在丙类状态,要求是通过改变L2,L3,L4,C4,C7,C8,或者变压器变比,要求R10在500欧姆负载时,获得的功率最大,即100-500欧姆功率递增,500到3000欧姆功率递减,问题是不知道怎么确定的这个最大功率负载,比如我想要400欧姆功率最大,或者600欧姆功率最大,应该怎么样调整参数。个人愚见,信号通过三极管半波或者小于半波导通,在变压器初级产生脉冲的励磁电流,通过变压器耦合过去,再经过LC谐振网络,将不规则的信号谐振为全波正弦信号,我分析LC除了谐振,还有阻抗匹配的作用,但是阻抗如何匹配,该如何分析,请各位大神指点一二。。或者我分析错误,请各位指正。

此帖出自模拟电子论坛
屏幕截图 2020-10-26 153722.png

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五彩晶圆(中级)

大学《线性电路》的高频电路部份有阻抗变换,可以用专门的阻抗变换电路,也可以让滤波器本身附加阻抗变换功能

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高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

2.5~1000V, 0.5-5000W 主力产品效率最高达98%

铝壳密封,勿需另加散热器,即接即用!


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一粒金砂(中级)

PowerAnts 发表于 2020-10-26 20:51 大学《线性电路》的高频电路部份有阻抗变换,可以用专门的阻抗变换电路,也可以让滤波器本身附加阻抗变换功 ...

请问是《电子线路》线性部分,还是就叫线性电路,这本书没有百度到

点评

高频电路分线性和非线性,阻抗变换在线性部份,映象中是这样。线性电子电路不就是线性电路?难道还有线性非电子电路?  详情 回复 发表于 2020-10-27 10:41

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Seven_ZGY 发表于 2020-10-27 08:57 请问是《电子线路》线性部分,还是就叫线性电路,这本书没有百度到

高频电路分线性和非线性,阻抗变换在线性部份,映象中是这样。线性电子电路不就是线性电路?难道还有线性非电子电路?

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L2,L3,L4,C4,C7,C8是低通型的阻抗匹配网络,它们将负载R10变换到T2的次级,然后T2再将此阻抗变换到晶体管集电极。除了R10外,其余电阻电容在分析时可忽略。RC阻抗变换网络在高频电路或线性电路的教科书中通常都会有。实际设计时也常常用Smith圆图进行。


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首楼的电路是一个C类高频放大器。

C类放大器的特点是它的输出波形仅仅是正弦的一部分,后续的LC网络将其中的基频分量取出到负载,同时也将负载阻抗变换到晶体管集电极成为晶体管等效负载。

楼主的问题可分为以下几个:1、负载电阻的变化与输出功率的关系如何?

C类放大器可以工作在过压区、临界区与欠压区三个不同的区域。

当其他条件不变时,在晶体管集电极看到的等效负载阻抗变小,工作状态向欠压状态移动;负载阻抗变大,工作状态向过压状态移动。

工作状态向欠压状态移动时,集电极输出电压的峰值(也就是基波电压峰值)迅速变小,但是集电极电流的变化很小,所以输出功率迅速变小。

工作状态向过压状态移动时,集电极输出电压的峰值变化很小,近似恒压源,但是集电极电流变小并出现顶部凹陷,导致其中基频成分变小,输出功率也迅速变小。

综上所述,在临界区可以得到最大的输出功率,工作在其他两个区则输出功率迅速下降。


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楼主的问题的第二点是:如何确定临界负载电阻?

首先看看C类放大器的负载电阻与晶体管输出特性的关系,下图是一个简化了的示意图:

屏幕截图 2020-11-18 111729.jpg

图中红色线是临界状态的集电极等效负载线,两根蓝色线分别是工作在过压状态(re大)与欠压状态(re小)的负载线。显然负载线与集电极等效负载大小有关、与晶体管的beita与基极输入电压Vbm有关、与晶体管静态工作点有关(影响的是负载线右下角的起点位置),这些就是确定临界负载的必要条件。


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本帖最后由 gmchen 于 2020-11-18 13:05 编辑

楼主问题的第三点是:如何让负载电阻变换到集电极?

这个问题我已经在5楼作了回答,具体的过程稍为复杂,下面尝试介绍一下。

由于C类放大器的输出除了基频外,还有很多高次谐波,所以其后的阻抗变换网络通常总是低通LC网络。这种网络的变换原理如下:

屏幕截图 2020-11-18 125626.jpg RC并联网络变换RC串联网络,RL变换为ReC变换为C'LC' 必须谐振在工作频率f0,其谐振阻抗为0,而Re就是从网络左端看进去的等效电阻。

变换公式如下:

Q=RL*(2*pi*f0*C)

C'=C*(1+1/Q^2)

Re=RL/(1+Q^2)

 

 


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楼主的电路中有3节LC,从最右边的那节开始,用上一楼的公式计算等效到LC左侧的电阻Re。然后用此电阻作为第二节的负载,重复上述计算,直到三节都计算完,就得到在变压器次级看到的等效负载电阻。再用变压器的匝数比平方算得其初级的等效电阻,就是负载电阻等效到晶体管集电极的等效电阻。

上述计算中没有计入LC的损耗,根据实际情况可能还要计入损耗电阻。


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如果计算得到的C'与L的谐振频率与工作频率不等,说明等效到LC左侧的阻抗不是一个纯电阻,其中带有电抗成分(就是谐振LC中剩余的部分),则这部分电抗成分可以合并到前面一个LC节中进行计算。如果最后一节还有电抗,说明等效的集电极负载带有电抗。通常这是一个正常的现象,因为晶体管的输出阻抗中也带有电抗,需要外部电抗与它匹配。


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补充说明一点。遇到10楼这种匹配网络带有电抗的情况,用8楼的公式比较麻烦且不直观,此时用Smith圆图分析就很简单也很直观。关于Smith圆图就不太适合在这一个回帖中讨论了,可以找一本高频或射频的教科书参考。


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五彩晶圆(中级)

大致估算了一下楼主的电路,晶体管集电极等效负载大约在3欧姆左右,最大输出功率大约在70W~80W左右。这是估计值,不知楼主的实际值是否与之吻合?


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