第2章 谐振功率放大器

1、 2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理2.2 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点2.3 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路第第2章章 谐振功率放大器谐振功率放大器功能：对高频信号（载波或已调波）进行窄带功率放大功能：对高频信号（载波或已调波）进行窄带功率放大研究的目标：高效率大功率输出研究的目标：高效率大功率输出工作状态：丙类、丁类、戊类工作状态：丙类、丁类、戊类电路结构特点：谐振回路作负载电路结构特点：谐振回路作负载谐振功率放大器谐振功率放大器调制调制音频或音频或视频视频放大放大高频高频功放功放高频高频放大放大中频中频放大放大混频混频解调解调音频或音频或视

2、频视频功放功放高频放大高频放大倍频倍频高频高频振荡振荡本地本地振荡振荡音频或音频或视频信视频信号号 主要内容：主要内容： 负载特性负载特性 功率放大功率放大谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理 性能特点性能特点 调制特性调制特性 调幅调幅 放大特性放大特性 线性放大线性放大 限幅限幅 直流馈电直流馈电电路组成电路组成 实用电路实用电路 匹配滤波网路匹配滤波网路一、原理电路一、原理电路结构特点结构特点:(1) 功率管丙类工功率管丙类工作（调作（调VBB在截止在截止区）。区）。( )cosbbmsv tVt2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理ZLCLRL( )cos

3、BEBBbBBbmsvVv tVVt(2) 负载：谐振回负载：谐振回路。其中路。其中Lr、Cr为为匹配网络，匹配网络，ZL为为外接负载。外接负载。vo(t)+ +- -vb(t)+ +- -CrLrVBBVCC+ + +- - -vc+ +- -VbmvBEiC0vBE0VBE(on)VBBiC0t二、工作原理（图解法）二、工作原理（图解法）ICmax+2cos+cos+=sc2msc1mC0CtItIIicc1mescmscoscosvIRtVt iC频谱频谱0C0Isc1mI2sc2mI3sc3mIc4mI4sLC回路回路阻抗阻抗sRe0推广：将谐振回路调谐在推广：将谐振回路调谐在 上上

4、倍频器倍频器sniCtic1ic2ic3IC0ICmaxc1mcmeIVR 谐振电阻：谐振电阻：cc1mescmscoscosvIRtVt siC频谱频谱0C0Ic1mI2sc2mI3sc3mIc4mI4sLC回路回路阻抗阻抗Re推广：将谐振回路调谐在推广：将谐振回路调谐在 上上 倍频器倍频器sniCtic1ic2ic3IC0ICmaxcmec1mVRI谐振电阻：谐振电阻：220rretLLLLRC RRc1msCC0c2mscoscos2ItiIItRevo(t)+ +- -vb(t)+ +- -CrLrVBBVCC+ + +- - -CLRLvc+ +- -iCib丙类谐振功率放大器集电极

5、电流和电压波形丙类谐振功率放大器集电极电流和电压波形VBBVBE(on)vCEvcVCCVcmvc 集 电 极 电 流 失 真集 电 极 电 流 失 真（周期性脉冲）（周期性脉冲） 集电集电极谐振回路选频极谐振回路选频 不不失真集电极电压。失真集电极电压。vBEiCVBE(on)vBEVbmVBB00tvb vBEtttt+ +- -CrLrVBBVCC+ + +- -CLRLvc+ +- -vbccmscosvVt CECCcvVv一、性能指标一、性能指标DCC C022cmoc1mcmc1meeoc1mcmc1mC11DC0CCC0CDo1122211( ) ,( )22-PV IVPIV

6、IRRPIVIggPI VIPPP 波形系数波形系数 要提高效率，需增大要提高效率，需增大Ic1m或减小或减小IC0(减小减小IC0即减小集电即减小集电极平均电流，通过降低静态工作点可以实现极平均电流，通过降低静态工作点可以实现)。2.2 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点一般一般 1Cg，减小导通角可以提高效率。，减小导通角可以提高效率。，增大导通角可以提高功率。，增大导通角可以提高功率。一般有：一般有： Po 一般以左右作为最佳导通角。 70oc1mcm1DC0CC11( )22CPIVgPI V vb(t)vc(t)BEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVt设定设

7、定VBB、Vbm、VCC、Vcm四个值四个值画动态线画动态线画集电极电画集电极电流波形流波形二、近似分析法（二、近似分析法（图解分析法）图解分析法）BBVBEvtCEvCCVt1530456075BEmaxvCEminvOABICmaxcvCiCCEvBEmaxvCEminvtOiCcmV1530456075OtCCV作图过程：（描点法）取点作图过程：（描点法）取点 确定确定 的值的值在输出特性曲线上确定动态点在输出特性曲线上确定动态点画动态线画动态线画画 波形波形分解出分解出 求性能指标求性能指标 。ooot30,15,0BECE,vvCic1mC0,IIoCe,PR结论：结论： 四个电量影

8、响放大器的性能。四个电量影响放大器的性能。问题：动态线为什么是曲线？问题：动态线为什么是曲线？BBbmCCcm,VVVV动态线：动态线：ABC（交流负载线），（交流负载线），A点（点（ ）B点（求点（求 角），角），C点（求点（求 ）。）。BEmaxCEminCmax,vviCEmaxV1. 高频谐振功率放大器主要任务是用来放大高频大信号。高频谐振功率放大器主要任务是用来放大高频大信号。 其目的是为了获得高功率和高效率输出。其目的是为了获得高功率和高效率输出。2. 高频谐振功率放大器的特点是高频谐振功率放大器的特点是 工作于丙工作于丙(C)类工作状态，负载为类工作状态，负载为LC谐振回路。谐振

9、回路。3. 高频功率放大器的主要指标是功率和效率。高频功率放大器的主要指标是功率和效率。4. 为了提高效率，常采用减小管子导通角和保证负载回路谐振。为了提高效率，常采用减小管子导通角和保证负载回路谐振。5. 为了兼顾效率和输出功率：为了兼顾效率和输出功率： 通常选通常选 在在 范围。范围。007565 小结小结OiC /mACEvBE740mVv720mV700mV680mV660mV640mV二、丙类谐振功放工作状态（欠压、临界、过压）二、丙类谐振功放工作状态（欠压、临界、过压）ICmaxCCVAtOiC90904545Ocvt90454590一定时，改变 对 脉冲波的影响BBbmCC,VV

10、VcmVCiA A根据A点的位置确定工作状态：A在放大区欠压A在临界点临界A在饱和区过压AAE上图描述：保持上图描述：保持 不变，不变， 变化对工作状态的影响。变化对工作状态的影响。欠压：欠压： 余弦脉冲余弦脉冲临界：临界： 余弦脉冲余弦脉冲 略略过压过压 ： 中间凹陷脉冲，高度减小。中间凹陷脉冲，高度减小。BBbmCC,VVVcmVCCCiiiCmaxi问题：问题：1. 过压状态下，过压状态下， 为什么出现凹陷？为什么出现凹陷？ 2. 为什么讨论为什么讨论 的波形变化？的波形变化？CCii三、性能分析三、性能分析1. 负载特性负载特性 VBB、Vbm、VCC一定，放大器性能随Re变化的特性。

11、VBB、VCC一定Q点一定；VBB 、Vbm一定 一定iC宽度一定；VBB、Vbm一定vBEmax一定。 Re增大必将引起Vcm增大。BEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVtOiC /mACEvBEBEmaxvvICmaxCCVAtOiC90904545Ocvt90454590A AE欠压：ReVcm从欠压临界过压 Ic1mIC0CiCitttCitCiCieR增大变化时的 波形eRCi最佳工作状态：临界（ 最大， 较大）oPC匹配负载：eoptRIcoRe欠压欠压过压过压Ic1m临界临界PDCPoPCVcmRe欠压欠压过压过压临界临界OeoptReoptRODCCC0PVI2oc

12、1me12PIRCDoPPPoCDPPcmc1meVIReR 从欠压临界c1mC0II略下降过压c1mC0II明显下降2. 调制特性调制特性(1) 集电极调制特性集电极调制特性 VBB、Vbm、 Re 一定，放大器性能随一定，放大器性能随VCC变化的特性。变化的特性。BEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVtvBEmax一定VBB、Vbm一定一定iC宽度一定OiC /mACEvBEBEmaxvvCCVAA AEICmaxtOiC90904545 欠压 VCCvCEmin 从欠压临界过压Cc1mC0,iIIcmV过压 临界 欠压OCCVc1mIc0Icmc1mC0,VII(b)集电极调

13、制特性tCitCitCiCitCitCCV增大(a)OOOOO 过压区，Vcm与VCC成正比。控制VCC的变化，实现输出高频电压幅度相应变化。（集电极调幅）（集电极调幅）)(otvtOOcmVcm0VtO)(cmtVCCVt)(CCtVCC0Vv(b)cos()()(ccmottVtv(a)集电极调幅原理电路+-)(btvBBVCC0V( )vt)(CCtVTLC调制信号：调制信号：载波信号：载波信号：等效集电极电源电压等效集电极电源电压:LC调谐在调谐在 上，则上，则mbbmc( )cos( )cosvtVtv tVtCCCC0( )( )VtVvtcocmc( )( )cosv tVtt调

14、幅波调幅波调制过程：调制过程：CCcm( )( )( )vtVtVt控制放大器在调制信号变化范围内过压工作。控制放大器在调制信号变化范围内过压工作。CC0V(2) 基极调制基极调制bmCCeVVR一定，放大器性能随一定，放大器性能随 变化的特性。变化的特性。 BBV放大器由欠压进入过压工作状态放大器由欠压进入过压工作状态BEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVt10CEmincmmcCCCBBbmVVIIiivBEmaxVV宽度高度一定，VBB2vBEicvBEmax1vBEmax2VBB3vbVBB1vBEmax3VBE(on)ict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区123BBV

15、增大tCiOtOtOtOtOCiCiCiCi 在欠压区，集电极电压幅度 与 成正比。控制 ，实现对输出高频电压幅度的控制。cmVBBVBBV（基极调幅）（基极调幅）VcmIC0Iclm临界VBB过压欠压OVcm，Iclm，IC0基极调制特性基极调幅电路)(btv(a)OtcmVcm0VtO)(cmtVBBVBB( )Vtv)(otvtO(b)BB0V)cos()()(ccmottVtv+-+-+-BB0VCCV( )vtBB( )VtVBB一定，Vbm10CEmincmmcCCCVVIIiivBEmax宽度高度3. 放大特性放大特性BBCCeVVR、一定，放大器性能随一定，放大器性能随 变化的

16、特性。变化的特性。 bmVBEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVt放大器由欠压进入过压工作状态放大器由欠压进入过压工作状态vBEicvBEmax1vBEmax2vbVBBvBEmax3vBE(on)ict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区123bmV增大tCiOtOtOtOtOCiCiCiCiVcmIc0Iclm临界Vbm过压欠压OVcm， Iclm，Ic0放大特性(1) 在欠压区， 与 成正比，实现线性功率放大。(2) 在过压区，无论 如何变化， 近似恒定，实现振幅限幅器。cmVbmVcmVbmV线性功率线性功率放放 大大 器器+-+-)(btvo( )v tVbmVcmOvb

17、(t)tOvo(t)tO振幅振幅限幅器限幅器+-+-)(btvo( )v tVbmVcmOvb(t)tOvo(t)OVcmt(a)(b)(a)线性功率放大器 (b)振幅限幅器振幅限幅器限幅振幅限幅器限幅门限如何确定？门限如何确定？临界值4. 小结小结 根据对丙类谐振功放的性能分析，可得出以下几点结论：根据对丙类谐振功放的性能分析，可得出以下几点结论： (1) 若对等幅信号进行功率放大，应使功放工作在临界状若对等幅信号进行功率放大，应使功放工作在临界状态，此时输出功率最大，效率也接近最大。比如对第态，此时输出功率最大，效率也接近最大。比如对第5章将介章将介绍的调频信号进行功率放大。绍的调频信号进

18、行功率放大。 (2) 若对非等幅信号进行功率放大，应使功放工作在欠压若对非等幅信号进行功率放大，应使功放工作在欠压状态，但线性较差。若采用乙类工作，则线性较好。比如对第状态，但线性较差。若采用乙类工作，则线性较好。比如对第4章将介绍的调幅信号进行功率放大。章将介绍的调幅信号进行功率放大。 (3) 丙类谐振功放在进行功率放大的同时，也可进行振幅丙类谐振功放在进行功率放大的同时，也可进行振幅调制。若调制信号加在基极偏压上，功放应工作在欠压状态；调制。若调制信号加在基极偏压上，功放应工作在欠压状态；若调制信号加在集电极电压上，功放应工作在过压状态。若调制信号加在集电极电压上，功放应工作在过压状态。习

19、题：习题：2.1 一谐振功率放大器，若选择甲、乙、丙三种不同工作状一谐振功率放大器，若选择甲、乙、丙三种不同工作状态下的集电极功率转换效率分别为：态下的集电极功率转换效率分别为： ， ， 。试求。试求 ：(1) 当输出功率当输出功率Po=5W时，三种不同状时，三种不同状态下的集电极功率损耗态下的集电极功率损耗PC各为多大？各为多大？(2) 若保持晶体管的集电极功率损耗若保持晶体管的集电极功率损耗PC=1W时，求三种不时，求三种不同工作状态下的输出功率同工作状态下的输出功率Po各为多少？各为多少？ 50%c甲75%c乙85%c丙2.2 两管并联工作的丙类谐振功放，若一管损坏相当于开路。两管并联工

20、作的丙类谐振功放，若一管损坏相当于开路。 假如放大器原来工作于临界状态，管子损坏后的输出功假如放大器原来工作于临界状态，管子损坏后的输出功率、效率将如何变化？（假设输入激励率、效率将如何变化？（假设输入激励Vbm不变）不变）(1)(2) 假如放大器原来工作于过压状态，管子损坏后的输出假如放大器原来工作于过压状态，管子损坏后的输出功率、效率将如何变化？（假设输入激励功率、效率将如何变化？（假设输入激励Vbm不变）不变）2.3 已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方法所得到的输出界状态，需要改变哪些参数？

21、不同调整方法所得到的输出功率功率Po怎样变化？怎样变化？ 直流馈电电路直流馈电电路 电路组成：电路组成： 滤波匹配网络滤波匹配网络 1. 直流馈电电路直流馈电电路 由于电路中各电极电流是脉冲形状，包括直流、基频由于电路中各电极电流是脉冲形状，包括直流、基频及各次谐波分量，所以馈电电路原则：及各次谐波分量，所以馈电电路原则： (1) 应有效地将直流电压加在晶体管的电极间。应有效地将直流电压加在晶体管的电极间。 (2) 应使基频分量流过负载回路产生输出功率，但不要应使基频分量流过负载回路产生输出功率，但不要通过直流电源。通过直流电源。 (3) 有效地滤除高次谐波分量。有效地滤除高次谐波分量。2.3

22、 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 串联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分串联串联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分串联馈电形式馈电形式 并联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分并联并联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分并联 无论哪种电路形式，直流偏压与交流电压总是串联迭加的，即无论哪种电路形式，直流偏压与交流电压总是串联迭加的，即 tVVvtVVvcmCCCEbmBBBEcoscos (1)集电极馈电集电极馈电(a) 串馈 (b) 并馈 LC：高频扼流圈（大电感）对高频开路，阻止高频信号流过：高频扼流圈（大电感）对高频开路，阻止高频信号流过直流电源影响直流电源的稳压性能。直

23、流电源影响直流电源的稳压性能。CC、CC2：电源滤波电容（旁路电容），高频短路。：电源滤波电容（旁路电容），高频短路。CC1：隔：隔直电容，以免电感将直流电源短路。直电容，以免电感将直流电源短路。L+-vc-+VCCCC2LC+-BCC1VCCVCCC+-vcLA-+VCCVCCCCCLC(2) 基极馈电线路基极馈电线路 基极馈电也有串馈与并馈两种形式，基极的偏压既可以是基极馈电也有串馈与并馈两种形式，基极的偏压既可以是外加的，也可以由基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产外加的，也可以由基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生（自给偏置）。生（自给偏置）。 外加分压偏置外加分压偏置 为减小分

24、压电路的功为减小分压电路的功耗，分压电阻数值应适当耗，分压电阻数值应适当大些。大些。串联馈电自给偏置方式自给偏置方式iB为余弦脉冲，利用为余弦脉冲，利用 iB的直流分量的直流分量IB0在电在电阻阻Rb上产生的压降上产生的压降负偏压负偏压 BEB0bVIR BEE0eVI R BE0VCb2LbRbCb1CbLbReCeCbLb(a)(b)(c)B0IB0IE0I 在无输入信号时，自给偏压电路的偏置为零。在无输入信号时，自给偏压电路的偏置为零。 随着输入随着输入信号的逐渐增大，加在晶体管信号的逐渐增大，加在晶体管BE结之间的偏置电压向负值方结之间的偏置电压向负值方向增大。向增大。可见：可见： (1) 基极偏置电压不等于静态偏置电压。基极偏置电压不等于静态偏置电压。 (2) 乙类功放不能采用自给偏压方式。乙类功放不能采用自给偏压方式。 (3) 自给偏置效应：偏置电压随输入信号电压振幅变化自给偏置