REZONANSOWE WZMACNIACZE

MOCY WIELKIEJ

CZĘSTOTLIWOŚCI

• Zasada pracy i ogólne

własności
rezonansowych
wzmacniaczy mocy
klasy C

• Zależności

energetyczne w
układzie

• Wnioski wynikające z

analizy pracy
wzmacniacza klasy C

• Wpływ częstotliwości

sygnału sterującego
na pracę wzmacniacza
w klasie C

• Rozwiązania układowe

wzmacniaczy klasy C

• Rezonansowe

wzmacniacze w.cz.
klasy D i klasy E

Prof. Stanisław Kuta
Katedra Elektroniki AGH
e-mail:
kuta@uci.agh.edu.pl

k
k

 

 3

 20

f

Charakterystyka
modułu
wzmocnienia
wzmaczniacza
selektywenego







2



Dobroć obwodu



Modele obwodu rezonansowe-go LC:
a) obwód idealny,
b) straty skupione w gałęzi indukcyjnej
c) przybliżony model obwodu stratnego
z elementami równoległymi

 

   

















































 





)

(











































 























Przeliczenie r

 





















































- znormalizowane odstrojenie

 







































arc

exp



















Impedancja Z(j

 jest funkcją jednobiegunową względem znormalizowanego odstrojenia ,

dwubiegunową względem zmiennej j









arctgQ











Charakterystyki częstotliwościowe obwodu rezonansowego















































































































 



 0

element

wzmacniaj cy



 0

Schemat blokowy
wzmacniacza klasy C

t

 



i u





= const

 



2 0





3 2



t

  0

 



3 2



 



 

t U











3 2



 





 

u t



Charakterystyka robocza i przebiegi czasowe w idealnym

wzmacniaczu rezonansowym klasy C

























dla

























dla









cos











cos

Dl
a





t





cos

























cos



 



 0

element

wzmacniaj cy



 0

































cos B









































dla

cos

















cos

arc

 









 

cos

sin

cos

sin

cos

sin

cos

sin



















































dla

omk















- współczynniki rozkładu impulsu kosinusoidalnego

 





 







- współczynnik kształtu









Omin

120

 





150

180







 01

 



Współczynniki rozkładu impulsu
kosinusoidalnego

 

I U









 

I U







 

























 







• moc wyjściowa

 

I U









• moc dostarczona

 

I U



 

• sprawność

 





05

, g



120

150

180

122

055



 

I U

om CC









dla =1



 

I U

om CC







 

I U

om CC









 





05

, g 



Zależność mocy i sprawności od kąta
przepływu

Wnioski

• Przy stałej wartości szczytowej impulsu kosinusoidalnego prądu wyjściowego
oraz przy stałym współczynniku  wykorzystania napięcia zasilającego , moc
wyjściowa  rośnie, gdy kąt przepływu prądu wyjściowego  rośnie

• Przy stałej wartości szczytowej impulsu prądu wyjściowego, moc dostarczona
rośnie, gdy kąt przepływu rośnie

• Przy stałej wartości współczynnika wykorzystania napięcia zasilania sprawność
wzmacniacza rośnie, gdy kąt przepływu maleje

• wymagania odnośnie dużej mocy wyjściowej i dużej sprawności są sprzeczne i w
warunkach rzeczywistych wymagany jest kompromis

W klasie A





























 



 



















W klasie B







/ 2





















































I R

































































   



• wzmacniacz w klasie C może być użyty jako k-krotny powielacz częstotliwości, czyli
wzmacniacz k-tej harmonicznej



opt





• obwód rezonansowy o impedancji Z zapewnia wyodrębnienie składowej podstawowej
i filtrację pozostałych harmonicznych









 

Q k

omk

















 





Zakres stosunkowo małych częstotliwości

 





t

2

S''

CEmin

S''

bem

max





t

Charakterystyka robocza w polu charakterystyk
kolektorowych tranzystora

Zakres średnich częstotliwości











t

2 2 





270

180





0





1





10





3

t

2



270

180





3





03





1





0





3

Przebiegi czasowe napięć i prądów tranzystora pracującego
w klasie C, przy

różnych częstotliwościach roboczych

 U

w cz

. .

U

w cz

. .

w cz

. .

U

Rezonansowe wzmacniacze klasy
C: a) wzmacniacz w konfiguracji OE,
b) wzmacniacz w konfiguracji OB,
c) wzmacniacz przeciwsobny

REZONANSOWE WZMACNIACZE

MOCY W.CZ. KLASY D

I KLASY E

Rezonansowe wzmacniacze klasy D i klasy E o mocy

wyjściowej do kilkuset [W] i częstotliwości kilkunastu

[MHz] są realizowane przy użyciu bipolarnych

tranzystorów mocy w.cz., a w szczególności przy użyciu

polowych tranzystorów mocy typu VMOS. Głównie

dzięki właściwościom tranzystorów VMOS

wzmacniacze klasy D i E znalazły bardzo szerokie

zastosowanie w praktyce i stały się głównym sposobem

realizacji rezonansowych wzmacniaczy mocy we

wspomnianych wyżej zakresach mocy i częstotliwości.

W porównaniu do wzmacniaczy klasy C, wzmacniacze

klasy D i klasy E charakteryzują się nie tylko większą

sprawnością energetyczną i lepszym wykorzystaniem

napięciowym i prądowym elementów aktywnych

(pozwala to na uzyskanie dużo większej mocy

wyjściowej przy tym samym elemencie aktywnym), ale

także mniejszą zawartością wyższych harmonicznych w

sygnale wyjściowym.

Wzmacniacz klasy D z komutacją napięcia:

a) stopień końcowy,

b) przebiegi czasowe w układzie

W czasie trwania ujemnego napięcia z układu

sterującego, tranzystor M1 zostaje załączony, a

tranzystor M2 wyłączony. Napięcie , pomniejszone o

niewielki spadek napięcia na przewodzącym

tranzystorze M2, zostaje podane na szeregowy obwód

rezonansowy W czasie trwania dodatniego półokresu

napięcia sterującego , następuje wyłączenie tranzystora

M1 oraz załączenie tranzystora M2. W wyniku takiej

pracy tranzystorów, szeregowy obwód rezonansowy

zostaje pobudzony napięciem w kształcie

symetrycznej fali prostokątnej o wartości

międzyszczytowej U

Szeregowy obwód rezonansowy, dostrojony do

częstotliwości sygnału sterującego, wydziela pierwszą

harmoniczną z przebiegu prostokątnego. Przez

tranzystory M1 i M2 przepływa prąd o kształcie połówek

sinusoidy oraz o wartości maksymalnej ograniczonej

rezystancją obciążenia.

Napięcie i prąd w obciążeniu











sin

min













sin

min



Moc użyteczna









min



Średnia wartość prądu dostarczonego z zasilacza









min



Moc dostarczona z zasilacza









min



Sprawność wzmacniacza





 

min

– rezystancja obciążenia

szeregowego obwodu
rezonansowego

Wzmacniacz klasy D w.cz. z komutacją prądu:

a) stopień końcowy,

b) przebiegi czasowe w układzie

Napięcie i prąd w obciążeniu

Moc użyteczna

Średnia wartość prądu dostarczonego z zasilacza

Moc dostarczona z zasilacza

Sprawność wzmacniacza











min

sin













min

sin













min











min











min

Napięcie na dławiku w. cz.

















min

sin









 

min

Niesymetryczny  wzmacniacz  klasy  E
z równoległym kondensatorem: a) stopień  końcowy,
b) uproszczony model wzmacniacza, c) idealizowane
przebiegi  czasowe w układzie

 





 


















n = 0, 1, ...



5447

081

















111

17879



















Q R













Maksymalny prąd tranzystora

max













 



28611

Maksymalne napięcie na tranzystorze

max

min





3562

2562

Amplituda napięcia wyjściowego













min

Amplituda prądu wyjściowego









min

Moc wyjściowa

U I

Lm Lm









(

)

min

Prąd zasilania

R U







(

)

(

)

min





Sprawność wzmacniacza





























  













2 3

min

f t

 













082

11525

- czas opadania prądu drenu, przy wyłączaniu tranzystora

Moc zasilania













(

)

min





R C

max

min







002922

 

Document Outline

Slide 1
Slide 2
Slide 3
Slide 4
Slide 5
Slide 6
Slide 7
Slide 8
Slide 9
Slide 10
Slide 11
Slide 12
Slide 13
Slide 14
Slide 15
Slide 16
Slide 17
Slide 18
Slide 19
Slide 20
Slide 21
Slide 22
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26
Slide 27
Slide 28
Slide 29
Slide 30
Slide 31
Slide 32
Slide 33
Slide 34
Slide 35
Slide 36
Slide 37
Slide 38
Slide 39