谐振放大器过压状态下集电极电流凹陷分析

谐振放大器过压状态下集电极电流凹陷 谐振放大器过压状态下集电极电流凹陷分 析 第24卷第6期 V01.24.No.6 西华大学?自然科学版 JournalofXihuaUniversity'NaturalScience 2005年11月 Nov.2005 文章编号:1673—159X(2005)05—0070—02 谐振放大器过压状态下集电极电流凹陷分析 于红兵/, (成都信息工程学院通信工程系,四川成都610041) 摘要:将不同情况下晶体管特性和放大器负载特性表达为微变量之间的关系,使对 于物理量的变化趋势讨 论显得完整清晰.以此方式分析了负载为谐振回路及负载为纯电阻下集电极电流 的特点. 关键词:谐振放大器;过压状态;集电极电流 中图分类号:TN722.14文献标识码:B AnalysisoftheLapseofCollectorCurrentinResonant AmplifierunderOvervoltageState yUHong-bing (Dept.ofCommunicationEngineering,CUIT,Chengdu610041China) Abstract:Thefeaturesofatransistorandtheloadfeaturesofanamplifierareexpressedasthe relationshipbetweenthedifferentialvariablesindifferentconditionsSOthatthediscussiono fthe changetrendforphysicalquantitiesbecomesclear.Withthismethodinmind,thefeaturesofth e collectorcurrentareanalyzedwhenreSOnatingcircuitorresistorisloaded. Keywords:resonantamplifier;overvoltage;collectorcurrent 当谐振放大器(如图1所示)处于过压状态时, 晶体管集电极的周期性脉冲电流的顶部将会凹下 (如图2所示).这是谐振放大器在过压状态下和在 欠压状态下的根本区别,是谐振放大器工作过程的 一 个重要方面,在电子线路课程教学中应该予以明 确解释.但事实上,关于这种集电极电流凹陷的成 因,至今在电子线路教材中的阐述仍不能完全令人 满意.一般认为,过压时当晶体管进入饱和区后动 图1谐振放大器原理电路 态线沿着某一条输出特性曲线下降,从而导致电流 凹陷的产生[1-3l.然而,管子进入饱和区后,基极电 流并不是不变的,必须同时研究基极电流变化和集 电极电压变化对于集电极电流的影响,以更有力的 逻辑推理论证这一现象的成因. 图2谐振放大器过压状态下集电极电流波形 RL 作者基于对晶体管特性和放大器负载特性的综 合考虑,以简单明晰的论证推导出这一现象产 生的必然性,进而与负载为纯电阻的情况进行对比, 使相关物理机制得到很好的对比说明. 收稿日期:2005.05.09 作者简介:于红兵(1965.),男,山东省文登市人,成都信息工程学院通信工程系讲师, 硕士,主要从事电路理论与应用的研究. 第6期于红兵:谐振放大器过压状态下集电极电流凹陷分析71 1谐振放大器集电极电流凹陷的成因 根据晶体管特性,管子的集电极电流的微小改 变可表示为 1^.1 Aic OiC : . ~ Aiu+ =^.Aiu+h'Avce(1) 以上微变量(不一定是交流量)之间的关系无论 放大时或饱和时都成立,只是在放大区内,^尼较大, 且h=p,hoe较小;在饱和区内一较小,^较大. 设输入信号为正弦信号,即VBE=Vuu+73= Vuu+?simot(式中,BM是输入电压振幅;叫 在折线化近似 是输入信号频率).晶体管导通后, 下,有: Aiu=.AVBE='Asimot(2) 式中,是晶体管输入电阻.考虑负载为谐振回路 的情况,当谐振回路调谐于叫时,输出电压也为正 弦波,即VCE=Vcc—V(M?simot(式中,VCM是输出 电压振幅),故有: AvCE=一VCM'Asimot(3) 将(2)式,(3)式代入(1)式,得到: Aic=(?一h?VCM).Asimo.0t(4) (4)式中,与VcM同量级,因此有:在放大 区,由于^尼较大,h较小,(4)式中两项系数之差 为正,c与?同号,AvcE与它们反号;在从放大 区逐渐过渡到饱和区的过程中,(4)式的第二项系 数逐渐增加而第一项系数逐渐减小,两系数之差 逐渐减小到零,而后再变为负数,即c与?反 号,却与AvcE同号.据此考虑动态线:在放大区 时,动态线斜率为负;在饱和区时,动态线斜率为 正,因而得到图3所示的动态线.根据这一动态 线可知:集电极电流的波形会存在顶部凹陷(具体 细节不再详述). 0 一 h?VCM).Asimot,AiB='Asimot, 说明?改变时,B也改变,动态线与输出特性曲 线并不重合.换句话说,动态线总是会跳跃到不同 的输出特性曲线上(如图4所示),而不是象通常认 为的那样,过压时当晶体管进入饱和区后动态线沿 着某一条输出特性曲线下降. 的动态线 图4在饱和区内动态线在 不同的输出特性曲线之间跳跃 2负载为纯电阻时集电极电流平顶的 成因 进一步考查不同的负载结构对于集电极电流的 影响.若负载为纯电阻,则由于不存在谐振回路,输 出电压不能肯定为正弦波,但输出回路中存在如下 约束关系: AVCE…RLAic(5) (5)式与(1)式联立,得到 Aic- AVCE=-RL"Aic=,B 由于(5)式的存在,动态线斜率只能为负(实际 上,(5)式正是交流负载线方程).在放大区,Aic? h屉?AiB;而在饱和区,Aic?0.也就是说,动态线约 束在交流负载线上,只是进入饱和区后,ic和VCE都 基本不变,从而造成集电极电流的波形会有平顶(如 图5所示). 图3谐振放大器过压时的动态线0 特别需要说明的是,在饱和区内,?iC( rbe ? T 图5负载为纯电阻时集电极电流波形 (下转87页) 第6期张萍等:Pdo2和YOz分子结构性质研究 表5基态PdO2和Y0分子的最高占据轨道(HOMO), 最低空轨道(L删0)和能级间隙(niX;) 最高占据轨道的能级级反映分子失电子能力的 强弱,按Koopmanns定理,HOMO能级的负值代表 该物质的第一电离能,HOMO能级越高,电离能越 低,该分子越易失去电子;而LUMO能级在数值上 与分子的电子亲和势相当,LUMO能级越低,该分 子越易得到电子.从表5的结果可知,两种分子的 HOMO能级和LUMO能级均为负值,说明分子不 易失去电子,易得电子;能隙(HLG)的大小反映电 子从占据轨道向空轨道发生跃迁的能力,在一定程 度上代表分子参与化学反应的能力.结果表明: PdO2和Y02分子的能隙都较大,化学活性差,较稳 定.Pd02分子与Y02分子相比较,Pd02的能隙 (HLG)较小,说明Pd02分子的化学活性比Y02分 子强,容易被激发或解离形成Pd+02. 3结论 用相对论有效原子实势(RECP)和密度泛函 (B3LYP/SDD)方法,研究得到PdO2和Y02分子的 微观几何结构,力学和光谱性质.优化结果表明: Pd02和Y02分子的基态分别为A】和B2,分子的 能隙都较大,化学活性差,较稳定.Pd02分子与 Y02分子相比较,Pd02的能隙(HLG)较小,说明 PdO2分子的化学活性比YO2分子强,容易被激发 或解离形成Pd十02.这些计算结果为分析和研究 PdO2和Y02分子微观反应动力学,进一步探讨钯 钇合金的中毒机制提供基础. 参考文献 [1]郭建军,杨继先.PdY,Pd2Y(n:1,4)团簇的结构与能级 分布[J].原子与分子物理,2005,22(1):86—90. 蒋刚,朱正和,等.锆氢化反应热力学函数的量子 [2]罗德礼, 力学讲算[J].物理化学,2001,17(7):626.630. [3]罗德礼,孙颖,刘晓亚,等.UH,UH2的分子结构与势能函 数[J].物理,2001,50(10):1896. 14]M.J.sh,GW.Truucdseta1..Gaussian98(RewA.9), Gaussian[CJ.Inc.,PittsburghPA,1998. [5]Andre.asNicklass,MichaelDolg,HermannStolI.Abinitio energy-adjustedpseudopotentialsforthenoblegasesNethrough[J].J. Chem.Phys.,1995,102(22):8. [6]蒙大桥,蒋刚,刘晓亚,等.Pu3体系的结构与势能函数 [J].物理,2001,50:1268. [7]朱正和,俞华根.分子结构与分子势能函数[M].北京:科学 出版社,1996. (责任编辑:李蓝) (上接71页) 3结束语 以上分析可知:晶体管进人饱和区时,输出电 流波形的不同特点是由电路负载特性的不同而导 致的.由于在饱和区内物理量之间有着复杂的非 线性关系,故作者转而一般地讨论物理量的微小改 变量之间的线性关系,这种分析既不是直流分析, 又不同于常用的交流小信号分析,它可以应用于对 非线性关系的讨论,但又是相对简单的线性分析. 根据这些线性关系就可以推论各个微变量的变化 趋势,因而可以微观地构造动态.以这种方式,可 以很恰当地讨论动态线斜率的符号,从而确定集电 极电流的波形.因此,作者能够针对不同的负载结 构,以及不同的晶体管工作区域,以内在逻辑一致 的处理方式加以简练的分析,进而统一地理解在晶 体管的各种工作条件和状态下集电极电流的特点. 这一处理方式既有解析分析的严谨,又不致引人繁 杂的数学推导,有助于准确理解谐振放大器的工作 过程., 参考文献 [1]谢嘉奎,宣月清,冯军.电子线路(非线性部分)[M].北京: 高等教育出版社,2000. [2]杨金法,彭虎.非线性电子线路[M].北京:电子工业出版 社,2003. [3]于洪珍.通信电子线路[M].北京:电子工业出版社,2002. (责任编辑:李蓝)