2.1 谐振功率放大器的工作原理.ppt

1、选频网络,1.选频定义和作用 所谓选频就是选出需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量 前端选择性电路、高频功率放大器负载、 混频器负载、 正弦波振荡器回路、 调制电路负载等。 2.选频网络的分类,单振荡回路,耦合振荡回路,振荡回路（由L、C组成）,各种滤波器,LC集中滤波器 石英晶体滤波器 陶瓷滤波器 声表面波滤波器,一、串联谐振回路,1.阻抗,谐振条件：,当回路谐振时的感抗或容抗，称之为特性阻抗，用表示,2. 谐振特性,1) 谐振时回路呈现纯电阻特性,2) 谐振时电流最大且与电压源同相,3),品质因数Q：谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻R 的比值称为回路的品质因数，以Q表示，它表示回路

2、损耗的大小。,因此串联谐振时，电感L和电容C上的电压达到最大值且为输入信号电压的Q倍，故串联谐振也称为电压谐振。因此，必须预先注意回路元件的耐压问题。,当谐振时：,4.广义失谐系数： 广义失谐是表示回路失谐大小的量，其定义为：,当 0即失谐不大时： 当谐振时： = 0。,5. 谐振曲线和通频带,串联谐振回路中电流幅值与外加电动势频率之间的关系 曲线称为谐振曲线。 可用N(f)表示谐振曲线的函数。,Q值与谐振曲线关系：Q值不同即损耗R不同时，对曲线有很大影响，Q值大曲线尖锐，选择性好，Q值小曲线钝，通带宽。,通频带定义:回路外加电压的幅值不变时，改变频率，回路电流I下降到Io 的 时所对应的频率

3、范围称为谐振回路的通频带, 用B表示,6.能量关系 串联单振荡回路由电感线圈（包括其损耗电阻）和电容器构成，电抗元件电感和电容不消耗外加电动势的能量，电路进入稳定状态后，二者只储存和交换能量，消耗能量的只有损耗电阻。,电容和电感的瞬时功率,电容和电感的瞬时储能(设起始储能为零),电容和电感的伏安特性方程,谐振时,电容的瞬时能量:,回路总的瞬时储能,电感的瞬时能量:,W 是一个不随时间变化的常数。这说明回路中储存的能量是不变的，只是在线圈与电容器之间相互转换。且电抗元件不消耗外加电动势的能量，外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。所以回路谐振时电流最大。,电路R上消耗的平均

4、功率为：,每一周期时间内消耗在电阻上的能量为：,信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响,其中R为回路本身的损耗， RS为信号源内阻，RL为负载,通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q值叫做无载Q（空载Q值） 如式,通常把接有信号源内阻和负载电阻时回路的Q值叫做有载QL, 如式,可见 结论：串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs很小 (恒压源）和负载电阻RL也不大的情况。,二、并联谐振回路,其中由于外加信号源内阻很大，为了分析方便，采用恒流源。,对于信号源内阻和负载比较大的情况，宜采用并联谐振回路。,1.阻抗,一般 L R,换成导纳形式,2.谐振条件,并联谐振时呈现纯阻性质，且阻抗为最大值

5、,谐振时Z为实数,故,谐振条件,若 不成立,3.品质因数,谐振时电感支路或者电容支路的电流幅值为外加电流源IS的 QP倍。因此，并联谐振又称为电流谐振。,一般Q为几十到几百，因此信号源的电流不是很大，而支路内的电流却是很大。,4 . 谐振曲线 串联回路用电流比来表示，并联回路用电压比来表示。 回路端电压 谐振时回路端电压 由此可作出谐振曲线,当回路端电压下降到最大值的 时所对应的频率范围 即 绝对通频带,相对通频带,5 . 通频带,信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响,z = R + jx = R+j (L- ) =,广义失谐系数：,谐振曲线：,第 2 章谐振功率放大器,2.1谐振功率放大

6、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,2.4高频功率放大器,使用谐振功率放大器的目的： 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 功率信号放大器使用中需要解决的两个问题： 高效率输出高功率输出 谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,其工作状态通常选为丙类工作状态(c90)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。 非谐振功率放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。 谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法,第 2 章 谐振功率放大器,谐振功

7、放：一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。,图 2-2-1(a)谐振功率放大器 原理电路,特点：负载匹配网络为谐振系统,应用状态：丙类(或丁类、乙类),用途：对载波或已调波进行功率放大,种类：丙类谐振功放 丁类、戊类谐振功放 倍频器,本章内容：工作原理、性能分析、电路。,第 2 章谐振功率放大器,2.1谐振功率放大器的工作原理,2.1.1丙类谐振功率放大器,2.1.2丁类和戊类谐振功率放大器,2.1.3倍频器,2.1.1丙类谐振功率放大器,1电路组成,图 211谐振功率放大器原理电路,ZL 外接负载，呈阻抗性，用 CL 与 RL 串联等效电路表示。,Lr 和 Cr 匹配网络，与 ZL 组成并

8、联谐振回路。调节 Cr 使回路谐振在输入信号频率。,VBB 基极偏置电压，使功率管 Q 点设在截止区，以实现丙类工作。,2集电极电流 iC,图 212,输入vb(t) = Vbmcos st,据vBE = VBB + vb(t) = VBB + vbmcos st,由静态转移特性(iC-vBE)，得集电极电流 iC 波形：脉宽小于半个周期的脉冲序列。傅里叶级数展开,为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。,3输出电压 vo,(1)对基波分量,阻抗最大，为谐振电阻 Re(谐振回路调谐在输入信号频率上，因而对 iC 中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻)。,在高 Q 回路中，其 Re 近似为,式

9、中，, 回路总电容, 回路谐振角频率, 回路有载品质因数,(2)对非基波分量,阻抗很小(谐振回路对 iC 中的其他分量呈现的)，产生的电压均可忽略。,既然仅有由基波分量产生的电压 vc 输出，负载获得的信号功率不失真。,因此，丙类谐振功率放大器谐振回路的功能：, 选频：利用谐振回路的选频作用，可将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出电压。, 阻抗匹配：调节 Lr 和 Cr ，谐振回路将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻 Re，并阻抗匹配。,所以，谐振功率放大器中，谐振回路起到选频和匹配负载的双重作用。,4功率特性分析,(1)丙类功放的问题,图 213脉冲宽度变化的示意图,若提高 C，管子导

10、通角 c 应继续减小；但引起 iC 中基波分量 Icm1 减小，导致输出功率减小。,(2)解决方法,VBB 负向增大(c 减小)同时，提高输入激励电压 Vbm，以维持输出功率不变。但需警惕管发射结反向击穿。,为进一步提高效率，可采用开关工作的丁类、戊类谐振功率放大器。,2.1.2丁类和戊类谐振功率放大器,1丁类谐振功率放大器,(1)电路,Tr 二次侧两绕组相同，极性相反。,T1 和 T2 特性配对，为同型管。,(2)原理,若 vi 足够大，则,vi 0 时，T1 饱和导通，T2 截止， vA1 = VCC VCE(sat),vi 0 时，T2 饱和导通，T1 截止， vA2 = VCE(sat

11、),A 点最大振幅值：,vA = vA1 vA2 = VCC 2VCE(sat),加到串联谐振回路，若谐振回路工作在输入信号角频率上，可近似认为输出电流 iL 是角频率为 的余弦波，RL 上获得不失真输出功率。,(3) 讨论, VCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高 (90% 以上) ；, 因结电容、分布电容等影响，实际波形不理想，使管耗增大，丁类功放效率受限。,2戊类放大器,为了克服这个缺点，在开关工作的基础上采用一个特殊设计的集电极回路，保证 vCE 为最小值的一段期间内，才有集电极电流流通戊类放大器。,2.1.3倍频器,1概念,倍频器(Frequency Multiplier)：将输入信号的频率倍增 n 倍的电路。,2原理,在丙类谐振放大器中，将输出谐振回路调谐在输入信号频率的 n 次谐波上，则输出谐振回路上仅有 iC 中的 n 次谐波分量产生的高频电压，而其他分量产生的电压均可忽略，因而 RL 上得到了频率为输入信号频率 n 倍的输出信号功率。,3实现办法,(1)晶体管倍频器,倍频次数不能太高，