谐振功率放大器课件

第2章谐振功率放大器

§2.1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

§2.3谐振功率放大器电路

三个最主要的技术指标。

因此，高频功放常采用效率较高的丙类工作状态，即晶体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态。同时，为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量，采用LC谐振回路作为选频网络，故称为丙类谐振功率放大电路。输出功率（大）效率（高）非线性失真（小）

本章着重讨论丙类谐振功放的工作原理、动态特性和电路组成。2.1谐振功率放大器的工作原理2.1.1丙类谐振功率放大器

甲、乙、丙三种工作状态下的转移特性分析

由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，所以它对中的基波分量呈现最大阻抗，且为纯电阻，称之为谐振电阻，在高Q值回路中，

为回路总电容,

为回路谐振角频率,

为回路有载品质因数。

谐振回路对中的其他分量呈现的阻抗很小，所以产生的电压可忽略。所以

的波形为余弦波

（其中）在此，谐振回路起到了选频和阻抗匹配的双重作用。为了进一步提高效率，可以采用开关工作的谐振功率放大器，即丁类谐振功率放大器。2.1.2*丁类和戊类谐振功率放大器

功率与效率

2.1.3倍频器

1.倍频器类型晶体管倍频器（几十MHz以下）参量倍频（100兆周以上）2.晶体管倍频原理电路及其特点

①电路与丙类谐振功放相似，不同点在于谐振在上。②特点：谐振在上，n不宜过大，否则电流太小；LC选频网络选出分量，滤除大于或小于的分量，要求滤波条件苛刻。n一般采取2或3，不宜过大。高的倍频可以用n个二倍频或三倍频电路级连。

2.2谐振功率放大器的性能特点2.2.1近似分析方法准静态分析法假设一：放大器输入和输出端均接有谐振回路，且具有理想的滤波特性。所以，基极和集电极电压均为余弦，其管外特性方程为假设二：管子的特性用输入和输出静态特性曲线表示，忽略其高频效应。（注意：将输出特性曲线上的参变量通过输入特性曲线由转换成。）

动态线由一根曲线（因负载是电抗性质）与一根线段构成，动态线与横轴交在小于VCC地方（因导通角小于180度），集电极电流是一串余弦脉冲。用傅立叶级数对集电极脉冲电流进行分解，求出其平均分量和基波分量振幅，进而求得

集电极谐振回路谐振电阻直流电源提供功率输出信号功率集电极耗散功率集电极效率

四个电量、、、的变化对集电极电流脉冲波形均会产生影响，从而及其它功率参数也会发生相应的变化。下面讨论这四个电量是如何影响放大器性能的。2.2.2欠压、临界和过压状态

讨论、、一定时，改变对集电极电流脉冲波形及数值的影响。集电极电流脉冲的宽度主要取决于和的大小，当和一定时，集电极电流脉冲的宽度近似一定，几乎不随的大小而变化。但波形的形状会产生一定的变化。

根据傅立叶级数理论，中的平均分量和基波分量振幅分别表示为所以，脉冲越宽，高度越高，和就越大，出现凹陷时，凹陷越深，和就越小。

2.2.3四个电压量对性能影响的定性讨论一、负载特性定义：若

、

、

不变，放大器随

变化的特性。

由小增大时，放大器由欠压进入过压状态，相应的由余弦脉冲变为中间凹陷的脉冲波。

Ic1m、IC0在欠压区下降慢，在过压区明显下降；Vcm变化趋势却相反。

结论：如果的取值使管子工作在临界状态，则最大，较大，较小，放大器接近最佳性能。通常将相应的值称为谐振功率放大器的匹配负载，用表示。

负载特性

调制特性曲线结论：欲想改变能有效控制实现集电极调制，则放大器应工作在过压状态；集电极调制特性是实现集电极调幅的原理依据。

②基极调制特性定义：若、、不变，放大器随的变化特性。

结论：改变欲想有效控制实现基极调制，则放大器应工作在欠压状态；

基极调制特性是实现基极调幅的原理依据。（因基极调幅非线性失真大；需激励信号功率大；所以一般不采用）调制特性曲线

b)基极调幅电路

丙类谐振功放的基极调制是基极调幅的原理依据。

2.3谐振功率放大器电路在谐振功率放大器中，其管外电路由直流馈电电路和滤波匹配网络两部分组成。2.3.1直流馈电电路馈电原则：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集电极馈电电路按电流流通路径划分馈电电路形式基极馈电电路一、集电极馈电（串馈、并馈）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

串并馈电电路的异同点：

i共同点：供电效果相同，即具有相同的直流通路。

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（LC

、CC）

并馈：LC

、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：LC

、CC加在LC回路低电位端，不影响频率稳定。

二、基极馈电（串馈、并馈）

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。常用基极馈电电路

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。振荡器中自给偏压的作用是稳定输出电压的振幅。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。2.3.2滤波匹配网络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。将功率管给出的信号功率高效率地传送到外接负载上。②设计LC匹配网络的基本依据——串并支路阻抗变换公式

③常用匹配网络设计

iL形匹配网络定义：用两个异型电抗连接成L形

结构：设计举例：（如图所示L形网络，已知，且，求xs、xp）

iiπ形匹配网络设计定义：用两个同性抗和一个异性抗连接成π形网络。结构：设计实现的条件（a）变换原则π型变成二个L形第二个L形把RL变换为假想电阻Rs

第一个L形把RS变换为匹配电阻Re

（b）设计方法已知：RL、Re

，求结论：实现条件：；

已知、确定，但、不是唯一的选择，可以合理组合使达到最佳状态的匹配网络，所以π型网络得到广泛应用。

iii