4.4 谐振功率放大器的折线近似分析法.ppt

1、信息与电气工程学院电子信息教研室李征明syaulzm,通信电子线路,第4章高频功率放大器,4.1概述,1、使用谐振功率放大器的目的放大高频信号使发射机末级获得足够大的发射功率。2、功率信号放大器使用中需要解决的问题高效率的输出高功率的输出3、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的共同特点都要求输出功率大和效率高,4.1概述,4、工作状态,谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路。,丙类,4.2谐振功率放大器的原理,1、原理电路（1）晶体管的作用是将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起到开关的作用。（2）谐振回路LC是晶体管的负载（3）电路工作在丙类状态。是基极偏置，为集电极电源。

2、由于基极为负偏压，其工作状态为丙类工作状态。,4.2谐振功率放大器的原理,外部电路关系式,晶体管的内部特性（转移特性方程）,（式4-1）,故晶体管的转移特性曲线表达式,（式4-2）,（式4-3）,故得,必须强调，集电极电流虽然是脉冲状，但由于谐振回路得这种滤波作用，仍然得到正弦波形得输出。,（式4-4）,（式4-5）,4.2谐振功率放大器的原理,2、电流与电压波形,ic为一串通角等于c的余弦脉冲,谐振功率放大器各部分得电压与电流的波形图,输出近似为不失真的余弦电压,4.2谐振功率放大器的原理,3、LC回路的能量转换过程当晶体管由截止转入导电时，由于回路电感L的电流不能突变，因此，输出脉冲电流的

3、大部分流过电容C，即使C充电，充电电压的方向是下正上负，这是直流电源给出的能量储存在电容C之中。过了一段时间，当电容两端的电压增大到一定程度（接近电源电压），晶体管截止，电容通过电感放电，下一周期到来重复以上过程。由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡器。,4.3谐振功率大器的功率关系和放大器的效率,功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。这种转换不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率的那一部分外，还有

4、一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。设P=直流电源供给的直流功率；Po=交流输出信号功率；Pc=集电极耗散功率；那么，根据能量守恒定律应有P=Po+Pc为了说明晶体管放大器的转换能力，采用集电极效率，其定义为,（式4-5）,（式4-6）,4.3谐振功率大器的功率关系和放大器的效率,由上式可以得出以下两点结论：（1）设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则集电极效率自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出功率Po就会增大；（2）由式(4-6)得可知，如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定值，那么，提高集电极效率，将使交流输出功率Po大为增加。,4.3谐振功率大器的功

5、率关系和放大器的效率,如何减小集电极耗散功率呢？因为晶体管的集电极耗散功率在任何瞬间总是等于瞬时集电极电压与瞬时集电极电流的乘积。其平均耗散功率为Pc=，如果使ic只有在最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功率自然会大为减小。由此可见，要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。此时，电流的导通角小于180，即为丙类工作状态，这时基极直流偏压使基极处于反向偏置状态，对于NPN管来说，只有在激励信号vb为正值的一段时间(+)内才有集电极电流产生。由图可知，2是在一周期内的集电极电流导通角，因此，可称为半导通角或截止角(意即=时，电流被截止)。,4.3谐振功率大器的功率关系和放

6、大器的效率,谐振功率放大器工作在丙类工作状态时90，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：,因此，谐振功率放大器中的各功率关系如下：直流电源所供给的直流功率为：,输出交流功率：,回路两端的基频电压,基频电流,回路的谐振阻抗,（式4-7）,（式4-8）,4.3谐振功率大器的功率关系和放大器的效率,放大器的集电极效率,集电极电压利用系数,波形系数。通角的函数，越小越大,越大（即越大或越小）越小效率越高，因此，丙类谐振功率放大器提高效率的途径为：减小角使LC回路谐振在信号的基频上，即的最大值应对应的最小值。,（式4-9）,4.3谐振功率大器的功率关系和放大器的效率,故谐振功率放大器的特点：放大高频信号，属于非线性工作状态基极偏置为负值，半导通角0，所以该匹配网络只适用于rARe的场合，可采用如下匹配网络,4.5高频功率放大器的电路组成,3）型匹配网络和T型匹配网络型网络可视作是两节L型匹配网络的级联，因而阻抗变换特点是：高低高。,4.5高频功率放大器的电路组成,T型网络同样可视作两节L型匹配网络的级联。但与型匹配网络相反，T型匹配网络的阻抗变换特点是：低高低。,总