第二章 谐振功率放大器

第二章谐振功率放大器第一页，共四十六页，2022年，8月28日§2.1概述定义

：是一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器工作状态：丙类应用：无线电发射机输入信号：载波信号、或高频已调波信号

第二页，共四十六页，2022年，8月28日§2.2谐振功率放大器的工作原理一、丙类谐振功率放大器

+vo(t)_+vc_原理电路第三页，共四十六页，2022年，8月28日——导通角，流通角输入则（根据晶体管转移特性曲线，可得到集电极电流波形）导通时刻A点：电流波形导通角计算（余弦）如图第四页，共四十六页，2022年，8月28日

返回ub0AuBE返回Uj=VBE(on)第五页，共四十六页，2022年，8月28日——N次谐波的分解系数设谐振电阻为Re，则ic为周期性脉冲电流谐振回路调谐在上，谐振电阻最大。各次谐波分量产生的电压可以忽略。

为余弦只有分量

第六页，共四十六页，2022年，8月28日能量关系输出功率直流功率集电极耗散功率效率（兼顾功率、效率，选左右）

（习题）第七页，共四十六页，2022年，8月28日二、倍频器原理电路输入fsfo=nfs第八页，共四十六页，2022年，8月28日二倍频的主要波形uCE第九页，共四十六页，2022年，8月28日实际并联谐振回路第十页，共四十六页，2022年，8月28日谐振频率

谐振阻抗

固有（空载）品质因数

LC串联谐振回路：谐振频率、品质因数——同上谐振电阻为r第十一页，共四十六页，2022年，8月28日§2.3谐振功率放大器的性能特点一、近似分析方法1.准静态分析法(P86)分析性能：

①设定，，，

确定，②据，值→找对应动态点，确定

动态线——动态点的连线

画出波形

第十二页，共四十六页，2022年，8月28日③对分解，求出确定谐振电阻功率性能可见：不同的、、、集电极电流波形、数值不同，Re值不同，功率性能不同（作业：2－5）第十三页，共四十六页，2022年，8月28日晶体管特性的折线化2.折线近似分析法（只限于共发射极状态）转移特性曲线输出特性曲线uBEuCEuBE

斜率gcr第十四页，共四十六页，2022年，8月28日

临界线是一条斜率为gcr的通过原点的直线。临界线方程理想静态转移特性（这里，AB斜率为g，导通电压Uj=VBE(on)）激励信号uBE足够大，放大器工作在放大区和截止区，集电极电流是周期性的余弦脉冲（波形如下）第十五页，共四十六页，2022年，8月28日uBEuCEminuCE第十六页，共四十六页，2022年，8月28日时，ic=0，即

在Uj-VBB一定时，激励越强（即Ubm大），则导通角愈大。通过调整VBB就可控制导通角到所需值。集电极电流余弦脉冲电流的幅度（当时）导通角将uBE表达式代入得：第十七页，共四十六页，2022年，8月28日【例】已知某晶体管的转移特性如图。已知Uj=0.6V，转移特性曲线斜率g=10mA/V，Eb=－1V，激励信号电压幅值Ubm=3.2V，求：电流ic的Ico、Ic1m、Ic2m分量的值。【解】求Icmax

:=16mA余弦脉冲分解系数曲线如下图0.63.2uBE(v)ub第十八页，共四十六页，2022年，8月28日第十九页，共四十六页，2022年，8月28日查曲线得：则：基波电流ic1为第二十页，共四十六页，2022年，8月28日§2.3谐振功率放大器的性能特点一、近似分析方法1.准静态分析法

据，值→找对应动态点，确定

动态线——动态点的连线

画出波形

折线近似分析法转移特性折线化、输出特性折线化第二十一页，共四十六页，2022年，8月28日uBEuCEmin第二十二页，共四十六页，2022年，8月28日工作状态

欠压状态

晶体管在任何时刻都工作在放大状态

（集电极最大点电流在放大区，交流输出电压较低）

过压状态

晶体管工作时有部分时间进入饱和区

（集电极最大点电流在饱和区，交流输出电压较高）

临界状态

刚刚进入饱和区的边缘

（集电极最大点电流落在临界线上）根据功放在工作时是否进入饱和区，可将放大器的工作状态分为三种——欠压、过压、临界工作状态这三种工作状态取决于：电源电压Vcc（或Ec）、偏置电压VBB（或EB）、激励电压Ubm、负载阻抗RC（或RL）第二十三页，共四十六页，2022年，8月28日二、动态特性和外部特性（一）、动态特性是实际放大器的工作特性（晶体管内部、外部特性结合起来）内部特性是无载情况下，晶体管的输出特性和转移特性外部特性是在有载情况下，晶体管输入、输出电压同时变化时，集电极电流随电压变化的特性放大区动态特性方程：内部特性方程外部特性方程第二十四页，共四十六页，2022年，8月28日将uBE代入得即表明

放大器的动态特性

是一条直线（只需定两个点，如：静态工作点Q和起始导通点B，绘动态线）静态工作点Q，特征是：代入得：Q点坐标为：Q[]（电流为负，不可能，是假想点）第二十五页，共四十六页，2022年，8月28日起始导通点B，特征是：代入得：解方程得（连接Q、B点的延长线与ubemax相交于C点，BC段就是晶体管处于放大区的动态线。AB段是晶体管处于截止状态的动态线。）

动态线是由AB、BC组成的折线（负载、导通角的函数）沿着动态线即可画出相应的集电极电流ic的波形另：动态电阻（动态线的斜率的倒数）此时，晶体管刚好处于截止到导通的转折点，B点坐标为：B[]第二十六页，共四十六页，2022年，8月28日QuCEuCEuBEmax第二十七页，共四十六页，2022年，8月28日（二）、外部特性1.负载特性

一定，放大器的集电极电流、电压、输出功率、效率等性能随晶体管等效负载电阻Re（或Rc）变化的特性。不同负载电阻时，做出不同动态特性负载特性指放大器的性能随放大器的外部参数变化的规律第二十八页，共四十六页，2022年，8月28日不同负载电阻时的动态特性uCEuBEuCEA1－欠压A2－临界A3－过压第二十九页，共四十六页，2022年，8月28日临界状态——最佳工作状态：Pomax，且效率较高；匹配负载Reopt欠压状态：视为恒流源（负载不要太小，使Pc<PCM）过压状态：视为恒压源（但集电极电流波形下凹，谐波多，应用较少）负载特性ReRe第三十页，共四十六页，2022年，8月28日2.调制特性（1）集电极调制特性指当Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能随集电极电源电压Ec变化的特性。

uBEmax=Eb+Ubm

不变（因Eb、Ubm不变）动态负载特性曲线斜率不变（因Rc不变）但uCEmin

=Ec-Ucm

变化集电极电流脉冲宽度一定放大器工作状态变化如图第三十一页，共四十六页，2022年，8月28日uCEuBEmaxuCEmin

Ec改变对工作状态的影响返回第三十二页，共四十六页，2022年，8月28日集电极调制特性由图可见，只有在过压状态，Ec对Ucm才能有较大的控制作用，所以，集电极调幅应工作在过压状态第三十三页，共四十六页，2022年，8月28日（2）基极调制特性指当Ec、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能随基极偏置电压Eb变化的特性。UBEmax=Eb+UbmEb从负值向正值方向增大时UBEmax随之增大集电极电流脉冲宽度增大、高度增加放大器工作状态由欠压进入过压UBEmax增大A’AicUCE第三十四页，共四十六页，2022年，8月28日基极调制特性由图可见，改变基极偏置电压Eb，即可控制输出电压振幅Ucm的大小。只有工作在欠压状态，Eb才对Ucm有较强的控制作用。所以，基极调幅应工作于欠压状态第三十五页，共四十六页，2022年，8月28日3.放大特性（振幅特性）指当Eb、Ec、Rc保持恒定，放大器的性能随激励振幅Ubm变化的特性。uBEmax=Eb+Ubm改变Ubm的情况和改变Eb的情况类似集电极电流脉冲宽度增大、高度增加放大器工作状态由欠压进入过压Ubm增加第三十六页，共四十六页，2022年，8月28日由图可见，在欠压区，高频振幅Ucm基本随Ubm成线性变化，放大器必须在Ubm变化范围内工作在欠压状态。而当谐振功放用作限幅器，将振幅Ubm在较大范围内变化的输入信号变化为振幅恒定的输出信号时，由图可以看出，放大器波形在Ubm变化范围内，工作在过压状态放大特性第三十七页，共四十六页，2022年，8月28日§2.4谐振功率放大器电路一、直流馈电电路保证集电极回路电压uCE=Ec－uc基极回路电压uBE=Eb+ub要求直流有直流通路、交流有交流通路，且：高频信号不要流过直流电源（有内阻，损耗功率）需要

正确使用扼流圈、旁路电容包括直流馈电电路，偏置电路，输入、输出匹配电路第三十八页，共四十六页，2022年，8月28日并馈串馈（集电极）第三十九页，共四十六页，2022年，8月28日Re=Eb/Ieo二、自给偏压环节

1.射极电流自给偏压环节第四十页，共四十六页，2022年，8月28日2.基极电流自给偏压环节第四十一页，共四十六页，2022年，8月28日三、输入、输出匹配网络1.并联谐振回路匹配电路ub第四十二页，共四十六页，2022年，8月28日2.滤波器型匹配网络广泛利用L、C变换网络实现调谐和阻抗匹配第四十三页，共四十六页，2022年，8月28日第四十四页，共四十六页，2022年，8月28日四、高频功率放大器实用电路实例1工作频率：140180MHz，输出功率：30WL4、L5、C4、C5、L6——T型网络，C6、L7、C