谐振功率放大器

2. 滤波匹配网络
双重作用
选频滤波
阻抗匹配
阻抗变换 RL Reopt 要求
(Q e ) 传输效率高 k 1
品质因数高
PL k Po
滤波匹配网络结构：L型、T型、∏型
Re
RL
(a)
(b)
(c)
（1）串、并联阻抗变换
Xs Zp(j) Rp Xp Zs(j) Rs
(a)
(b)
等效原理： 端导纳相等
振频率；
优点： L、C元件可接地, 安装调整方便。
(2) 基极馈电线路 外加电源 基极馈电两种形式
自给偏置
T R1
串联馈电
外加分压偏置 为减小分压电路的功耗， 分压电阻数值应适当大些
R2 Cb
VCC
自给偏置电路 偏置电路：LB、RB、CB1
(1)自给偏压的产生
vb 0 ib 0，为脉冲电流，可分解 为 IB0、Ib1m、Ib2m 、·· · 直流分量IB0在电阻RB上产生的 压降→负偏压
L
RL R p
RL
Re Rs
L Cs
Re
C
(a)
Re (b)
Rs
Qe
RP 1 Rs
RL 1 Re
Qe
Rp Xp
RL 1 C
X s L Qe Rs Re L Re
Qe C RL

Qe
L型存在的问题：若Qe较高→RL与Re相差较大 要求：希望RL与Re差值不大，而Qe值又较高的网络。 措施：两段L型串联 低阻→高阻和高阻→低阻 高阻→低阻和低阻→高阻 （3）T型和∏型
在过压区，无论 Vbm 如何变化，Vcm近似恒定，实现振幅限幅器。
图 2–2–10 (b)
振幅限幅器的作用
问题：这种振幅限幅器限幅门限怎样确定。 临界状态对应的 Vbm
例 设两个谐振功放具有相同的回路元件参数，它们的输 出功率Po分别为 1W 和 0.6W。若增大两放大器的VCC，发现其 中Po=1W 的放大器输出功率增加不明显， Po= 0.6W的放大器 输出功率增加明显，试分析其原因。若要增大Po=1W 放大器的 输出功率，试问还应同时采取什么措施（不考虑功率管的安全 工作问题）？
负载特性曲线
Vcm I c1m Re PD VCC I C 0 1 Po Vcm I c1m 2 PC PD Po Po C PD
最佳工作状态：临界（ Po最大， C 较大）
匹配负载： Reopt
2、调制特性
（1）集电极调制特性
VBB、Vbm、 Re 一定，放大器性能随VCC变化的特性。 VBB、Vbm一定→ 一定→iC宽度一定，同时vBE max 一定 过压 VCC↑→ vCE min →从过压→临界→欠压→ iC I c1m , I C 0
iC I C 0 I c1m cosst I c 2 m cos2st
vc I c1m Re cosst Vcm cosst
推广：将谐振回路调谐在nωs上
Re：谐振电阻
倍频器
2.2 谐振功率放大器的性能特点
性能指标：
PD VCC I C 0
2 1 1 2 1 Vcm Po I c1mVcm I c1m Re 2 2 2 Re
若 Po=1w↑ ，需 VCC↑ 同时Re↑ 或VBB↑
集电极调制特性
4. 小结
根据对丙类谐振功放的性能分析, 可得出以下几点结论: (1) 若对等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在临界状态, 此时输出功率最大, 效率也接近最大。比如对第5章将介绍的调频 信号进行功率放大。 (2) 若对非等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在欠压状态, 但线性较差。若采用乙类工作, 则线性较好。比如对第4章将介绍 的调幅信号进行功率放大。
谐振功率放大器的近似分析方法
作图过程：（描点法）取点t
0 ,15 ,30
o o o
确定
的值→在输出特性曲线上确定动态点→画动态线→ 画 iC 波形→分解出 I c1m , I C 0 →求性能指标 Po ,C , Re
vBE , vCE
v 动态线：ABC（交流负载线），A点（ BE max , vCE min , iC max ）
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
谐振功率放大器
功能：对高频信号（载波或已调波）进行窄带功率放大 研究的目标：高效率大功率输出 工作状态：丙类、丁类、戊类 电路结构特点：谐振回路作负载
主要内容：
负载特性
谐振功率放大器的工作原理 性能特点 调制特性 放大特性
串联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分串联 馈电形式
并联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分并联
无论哪种电路形式, 直流偏压与交流电压总是串联迭加的, 即
vBE VBB Vbm cost vCE VCC Vcm cost
（1）集电极馈电
(a) 串馈
(b)
并馈
Lc：高频扼流圈（大电感）对高频开路，阻止高频信号流过直
对工作状态的影响。
电流 iC 波形的变化：
欠压： 余弦脉冲 临界： 余弦脉冲iC max 略↓
过压
中间凹陷脉冲，高度减小。
i 问题：1 过压状态下， C 为什么出现凹陷？
2 为什么讨论
iC 的波形变化？
三、性能分析
1、负载特性
VBB、Vbm、VCC一定，放大器性能随Re变化的特性。 VBB、Vbm一定→ 一定→iC宽度一定 VBB、Vbm一定→vBEmax一定 欠压 Re↑→Vcm↑→从欠压→临界→过压→ ↓→Ic1m↓IC0↓ iC
Y p Ys
1 1 1 R p jX p Rs jX s
R p Rs (1 Qe2 ) 1 X p X s (1 2 ) Qe
品质因数
Qe
Rp Xp
Xs Rs
Qe
说明：（1）串并联转换 Qe 值不变。 （2）转换前后电抗性质不变 （3） R p Rs
(3) 丙类谐振功放在进行功率放大的同时, 也可进行振幅调制。 若调制信号加在基电极电压上, 功放应工作在过压状态。
2.3 谐振功率放大器电路
直流馈电线路 电路组成
1. 直流馈电线路 馈电原则：
滤波匹配网络
（1）将直流电压加在晶体管的电极间，除晶体管外，没有其它 电阻消耗直流能量； （2） 应使基频分量流过负载回路产生输出功率, 但不要通过直 流电源。 （3）有效地滤除高次谐波分量。
Po 1 I c1mVcm c PD 2 I C 0VCC PC PD Po
波形系数
一、近似分析法
vBE vCE
设定VBB、Vbm、VCC、Vcm四个值→画动态 VBB Vbm cost 线（交流负载线）→画集电极电流波形 VCC Vcm cost
原理电路
基极调幅电路
VBB (t ) VBB0 v (t ) —— 基极偏置电压
使 Vcm 按 VBB(t) 的规律变化，放大器工作在欠压状态。
3、放大特性
VBB
VCC
Re 一定，放大器性能随Vbm变化的特性。
I C 0 I c1m Vcm VCE min
功率放大
调幅 线性放大 限幅
直流馈电
电路组成 匹配滤波网路 实用电路
2.1 谐振功率放大器的工作原理
一、原理电路
C
+ +
结构特点:(1)功率管丙类 工作 （调 VBB在截止区）
L
+
ZL
vb
+
(2)负载：谐振回路，其 vc 中L、C为匹配网络，ZL 为外接负载。调C使回 路谐振在输入信号的频 率上。
集电极调制特性
注意：过压区，Vcm与VCC成正比。 用调制信号控制VCC的变化，实现输出高频电压幅度相应变化。 集电极调幅原理电路
vb ( t ) Vbm cos c t —— 载波
v (t ) V m cos t —— 调制信号 vo ( t ) Vcm ( t )cos c t 为谐振回路上的输出电压。
VBB
VCC
vb (t ) Vbm coss t vBE VBB vb VBB Vbm coss t
二、工作原理（图解法）
图解过程：已知vBE和转移 特性，画出集电极电流和 电压波形。
集电极电流失真（周期性 脉冲） 傅立叶级数分 解 集电极谐振回路选 频 不失真集电极电压。
VBE I B 0 Rb
RB ：产生压降，提供自偏电压；LB ：避免 RB、CB1 对输入滤 波匹配网络的旁路影响。
(2)
自给偏置效应：偏置电压随输入信号电压振幅变化的效应。
在无输入信号时, 自给偏压电路的偏置为零。
随着输入信号的增大, 加在晶体管BE结的偏置电压向负值方 向增大。
利用自给偏置效应，放大等幅信号（载波）时，能自动稳定输 出电压振幅。 若放大调幅波（线性放大）时，会造成输出信号失真。
Rp Rs
1
（2）L型网络的设计
(a )
Re RL
Re RP
RL Rs
T
Xs Xp
RL
L
Re
C
RL
Re
C
Lp
Rp
(a)
(b)
Qe
RP 1 Rs
Re 1 RL
Qe
Rp Xp
X s L Qe Rs RL L RL
Re 1 C
Qe C Re

Qe
(b) Re RL
2、某谐振功率放大器工作在临界状态，分析当集电极负载电阻