高频功率放大器电路

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3
3.2 谐振功率放大器的工作原理
3.2.1 基本工作原理
图3.1 高频谐振功率放大器原理电路图
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设输入信号 ui Uimcost ，从图3.1(c)电路可见，晶 体管基极与发射机之间的电压为：
u B E V B B u i V B B U im co t s（3.1）
VBB本身包含正负号。晶体管集电极与发射极之间的 电压为：
（3.22）
集电极耗散功率PC等于直流功率PD与交流功率Po之差，即：
PC PDPo
（3.23）
定义集电极效率为：
CP P D o 2 1IIcC10m U VC cm C 2 1g1()
（3.24）
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其中， U cm
V CC
称为集电极电压利用系数， 1 。
g1()IIcC10m01(()) 称为波形系数。
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图3.5 余弦脉冲电流分解系数
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3.2.3 输出功率与效率
放大器输出的交流功率等于集电极基波电流分量在负
载Re上的平均功率，即：
Po2 1Ic1U mcm2 1Ic21R me U 2c2eR m
（3.21）
电源输入的直流功率PD等于集电极直流分量IC0与VCC的乘
积，即：
PD IC0VCC
iCIC0 Icnm const n1
（3.14）
其中IC0为直流分量，Icnm为基波及各次谐波的振幅。应用 数学中求傅立叶级数的方法可以求出各个分量，它们都是
的函数。
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IC0
1
2
iCdt
1
2
iCdt
1
2
iCm ax
cost cos (1 cos )
dt
iCm ax
1
sin cos (1 cos )
uCEV CC uc
（3.2）
i C I C I c 0 c 1t m o I cc 2 s 2 m t o . . I s c. c n n m t o .. s （.3.3）
u c Ic1 R m eco t s U cm co ts
（3.4）
UcmIc1m Re
（3.5）
u C E V C C u c V C C U cm co t s
iCgc(uBE VBZ )
gc(VBBUimcotsVBZ )
g c U i( m c t c o ) o ss u B V E BZ （3.11）
i C 0
u B V E BZ （3.12）
由图3.4可见，当 t= 0时，iC = iCmax，由式（3.11）可得：
iCm g c U a im x ( 1 co ) s
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一般情况下，
Icn
1
m
iCcosntdt
iCmax2sinn(nnc2o1s)(1ncconosss)in
iCmaxn()
（3.19）
n() 2sin n (n c2n o 1 )s1 n (c cno o s)s sin
（3.20）
式中， ( ) 称为余弦脉冲电流分解系数，其大小是
导通角 的函数。
g1()是导通角 的函数，且是单调的，其关系如图3.5所示。
在 1 的条件下，可求得不同工作类型时放大器的效率：
甲类工作状态： 乙类工作状态： 丙类工作状态：
1 8 ， g 1 ( 0) 1 ， Cm 5 a% x0
9 ， 0 g 1 () 1， .C 5m 7 7 a .5 % x 8 7 ， 0 g 1 () 1， .C 7 8 3 .5 % 6
第 3 章 高频功率放大器电路
内容
3.1 高频功率放大器概述 3.2 谐振功率放大器的工作原理 3.3 谐振功率放大器的特性分析 3.4 谐振功率放大器电路与设计 3.5 丁类和戊类谐振功率放大器 3.6 集成射频功率放大器及其应用简介 3.7 宽带高频功率放大器概述
高频功率放大器是各种无线电发射机的重要组成部分， 主要用来对载波信号或高频已调波信号进行功率放大，其输 出功率小到几毫瓦，大到几百瓦，上千瓦，甚至兆瓦量级。 在高频功率放大领域内扮演重要角色的是高频谐振功率放大 器。本章主要介绍高频谐振功放的基本原理、动态特性、功 率和效率等指标和高频谐振功放电路的实际设计，并简要介 绍了集成和宽带高频功放与有关技术。
gcU im (1 iC cm o)asx
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这样，
co t sco s iCiCm a(1 x co)s
u B E V BZ
（3.13）
i C 0
u B V E BZ
式（3.13）是以 和iCmax为自变量的iC的表达式。上式实 质上就是式（3.3）尖顶电流脉冲的数学表达式，利用傅 立叶级数可展开为：
（3.6）
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5
3.2.2谐振功率放大器的近似分析
图3.4晶体管特性曲线折线化及集电极电流脉冲波形
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iCgc(u B E V B)Z iC0
u B EV B Z
u B EV B Z
（3.7）
式中，gc为折线化转移特性曲线的斜率。输入回路和输出
回路可以重新写为：
uBE V BB U im cots
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例3.1 在图3.1(c)所示谐振功率放大器电路中，VCC = 30 V，测得IC0 =100mV， Ucm = 28V， = 70 º，求该功率放大器的iCmax、Po、PD、PC、 C和回路谐振阻抗Re。
解：由图可查得 0(7)0 0 .2， 5 13 (7)0 0 .436
因此由式(3.15) 可求得
（3.8）
uCE V CC U cm cots
（3.9）
定义一个周期内导通角度的1/2为导通角（见图
3.4）。由图所示的几何关系，即当 t= 时，iC=0，可
以写出：
Uim co sV BZ V BB
cos VBZVBB
Uim
（3.10）
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需要注意的是，VBB可正可负，即 （VBZVBB就) 是图3.4中 VBZV的BB长度。将uBE代入式（3.7），并利用式（3.10）可得：
iCmax0()
0()1s
incos (1cos)
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（3.15） （3.16）
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同理，
Ic1m
1
iCcostdt
1
iCmax
cost cos (1 cos)
cost
dt
iCmax
1
sin cos (1 cos)
iCmax 1()
1()1 (1sicnocso)s
（3.17） （3.18）