谐振功率放大器

第二章 谐振功率放大器,2-1 谐振功率放大器概述,一、引入谐振功放的必要性二、分类,线性谐振功放,丙类谐振功放,高效率功放,放大标准的调幅波（或称已调幅波）,放大高频等幅波(载波/调频波/调相波),功率管工作开关状态,2-2 丙类谐振功率放大器,一、 原理电路及各元件作用原理电路,元件作用,L1C1：输入并谐回路，谐振电阻Re1,LrCr：输出并谐回路，谐振电阻,C1、C2：高频旁路电容及隔直作用,Lr、Cr并谐回路的作用：选频、阻抗匹配,二、工作原理,1) 在激励信号为is=Ismcost,看各级电压电流:,ib的波形： ib为一串余弦脉冲 ic的波形： ic为一串余弦脉冲 vCE的波形： 负载是具有选频作用的Lr、Cr并谐回路； vce = -Vcm cost （其中Vcm= ic1mRe）,2. 工作原理（续）,2) 结论：,工作原理描述：在is为余弦信号的激励下，丙类 谐振功放的ib、ic均是余弦脉冲，而vb、vc是完整 的余弦波。（因为输入输出均为LC选频网络）,管外特性方程：,3. 能量关系,2-3 丙类谐振功放工作状态的分析,一、 工作状态的划分方法,(按工作区域划分),欠压状态：管子导通时，动态点处在放大区,临界状态：管子导通时，动态点处在临界饱和区,过压状态：管子导通时，动态点进入饱和区,二、 如何求动态线,1. 依据：管外特性方程 2. 方法：近似静态特性分析方法3. 波形：,因为集电极电压 从欠压（反偏）,二、 如何求动态线,4. 结论：,动态线由一根曲线与线段构成 集电极电流是一串余弦脉冲（或凹陷脉冲） 过压状态电流显现凹陷是:,（ ）,一部分电流被折回到基极,临界时,过压（正偏）致使到达集电极的,工作状态变化,三、 工作状态分析,讨论VCC、 VBB 、Vbm、Vcm或Re对工作状态的影响,1. 负载特性,定义：若VCC、 VBB 、Vbm不变， 放大器随Re 变化的特性,负载特性分析,三、 工作状态分析,1. 负载特性（续）,画出负载特性曲线：,注意：Ic1m、ICQ在欠压区下降慢，在过压区下降快；Vcm则相反！,结论：,实际负载应取在弱过压状态。（因PC最小，管子最安全、C增大、 Po 也较大）,三、 工作状态分析,2. 调制特性,1) 集电极的调制特性,定义：若VBB、Vbm、Re不变， 放大器随VCC变化的特性。,集电极调制特性分析,三、 工作状态分析,2. 调制特性（续1）,1) 集电极的调制特性(续1),画出调制特性曲线,结论：,欲想改变VCC能有效控制Vcm实现集电极调制，则 放大器应工作在过压状态；集电极调制是实现集电极调幅的原理依据。,三、 工作状态分析,2. 调制特性（续2）,1) 集电极的调制特性（续2）,集电极调幅电路：,电路与工作原理：,电压电流波形：,三、工作状态分析,2 调制特性（续3）,2) 基极的调制特性,定义：若VCC、Vbm、Re不变， 放大器随VBB的变化特性。,基极调制特性分析,三、 工作状态分析,2 调制特性（续4）,2) 基极的调制特性（续1）,画出调制特性曲线,结论：,改变VBB欲想有效控制 Vcm实现基极调制，则放大器应工作在欠压状态； 基极调制是实现基极调幅的原理依据。,三、 工作状态分析,2 调制特性（续5）,2) 基极的调制特性（续2）,基极调幅电路,电路与工作原理,电压电流波形,三、 工作状态分析,2. 调制特性（续6）,3) 放大特性,定义：若VCC、 VBB、Re不变， 放大器随Vbm的变化特性。,放大调制特性分析,三、 工作状态分析,2. 调制特性（续7）,3) 放大特性（续1）,画出调制特性曲线,结论：,若想改变 Vbm有效控制Vcm实现放大，则放大器应工作在欠压状态；可以放大高频等幅波（载波、调频波、调相波）。 欲想改变Vbm ，使 Vcm基本不变，实现限幅，则放大器应工作在过压状态。,2-4 谐振功率放大器电路,一、 直流馈电,馈电原则：,对直流呈短路,对基波分量呈现最大阻抗,对其他谐波分量基本呈现短路,一、 直流馈电,1. 集电极馈电,若功率管C-E结、VCC、LC回路三者是串联(或并联)，则称为集电极串馈（或并馈）电路。,集电极串、并馈电路形式,一、直流馈电,1. 集电极馈电（续）,串并电路的异同点,（i） 共同点：供电效果相同； （ii）不同点： 并馈：LC回路两端均是直流低电位端，且有一端接地； 串馈：LC回路两端均是直流高电位端，且没有一端接地； 馈电附加元件（ RFC、CC） 并馈： RFC 、CC加在LC回路高电位端，造成分布参数 并到LC回路上，影响频率稳定。 串馈： RFC 、 CC加在LC回路低电位端，不影响频率稳定。,一、直流馈电,2. 基极馈电,若功率管的发射结、vi 、VBB 三者是串联（或并联），则称为基极串馈（或并馈）电路。,基极馈电形式:有串馈与并馈两种形式,一、直流馈电,2. 基极馈电（续1） 常用基极馈电电路,一、直流馈电,2. 基极馈电（续2）常用基极馈电电路,一、直流馈电,3. 自给反偏压电路的作用放大器中引入自给反偏压是稳定工作点。丙类谐振功放引入基极自给反偏压是稳定工 作状态，克服非线性失真。振荡器中自给偏压是稳定振幅用。切不可在乙类变压器耦合推挽功率放大电路 或线性谐振功率放大电路中加自给反偏压电 路，否则可能导致非线性失真。,二、 匹配网络,1.对输出匹配网络的要求 将外接RL转化成功率管集电极要求的匹配负载Re。,选出基波分量，滤除谐波分量。用 描述 滤波性能。,二、匹配网络,2. 设计LC匹配网络的基本依据 串并支路阻抗变换公式,二、匹配网络,3. 常用匹配网络设计,1） L型匹配网络设计,定义：用两个异型抗连接成L型 结构：,或,设计举例：,如图所示L型网络，已知RL及Re，且RLRe，求xs、xp,二、匹配网络,3. 常用匹配网络设计（续1）,2） 型匹配网络设计,定义：用两个同型抗和一个异型抗连接成型网络。 结构：,设计举例：,如图所示型网络，已知RL、Re ，求xs、xp1、xp2,二、匹配网络,结论：,3. 常用匹配网络设计（续2）,已知RL、Re确定，但Qe1、 Qe2不是唯一的选择可以合理搭配使 、 ，达到最佳状态的匹配网络，所以型网络得到广泛应用。,实现条件： ；,2） 型匹配网络设计（续）,二、匹配网络,定义：用两个同型抗与一个异型抗连接成T型网络。,3. 常用匹配网络设计（续3）,3） T型匹配网络设计,结构：,设计举例：,如图所示T型网络，已知RL、Re ，求xs1、xs2、xp,二、匹配网络,结论：,3. 常用匹配网络设计（续4）,3） T型匹配网络设计（续）,实现条件： ；,已知RL、Re确定，T型匹配可取Qe1、 Qe2不同值组合，使 、 达到最佳状态，所以滤波性能好，得到广泛应用。,二、匹配网络,互感耦合双调谐回路如下图所示：,3. 常用匹配网络设计（续5）,4） 互感耦合双调谐回路,初次级回路都谐振在上,结论：可调节Qe1、M使 达到最佳匹配状态。,实现高效率功放的途径,实现高效率功放的途径,2-5 晶体管倍频器,一、 倍频类型 三极管倍频器（几十兆周以下） 参量倍频（100兆周以上）,二、 晶体管倍频原理电路、 工作状态及其特点,1. 电路： 与丙类谐振功放相似,不同点在于,2. 工作状态：,应工作在欠压或临界状态,一般不工作在过压状态的原因：,3. 特点：谐振在ns上， n不宜过大，否则电流太小,LC选频网络选