谐振功率放大器new

据 vBE VBB vb (t ) VBB Vbmcoss t ， 在静态转移特性曲线 (ic～vBE)上画 出的集电极电流波形是一串周期重 复的脉冲序列，脉冲宽度小于半周
用付里叶级数可将电流脉冲序列 分解为平均分量、基波分量和各 次谐波分量之和，即
iC I C0 ic1 ic2 I C0 I c1mcos s t I c2mcos2 s t
2.1.1 丙类谐振功率放大器
1. 电路组成 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， 设置在功率管的截止区，以 实现丙类工作。 2. 集电极电流 ic 若忽略基区宽度调制效应及管 子结电容的影响，则在输入信号电 压 vb ( t ) Vbm cos s t 的作用下，根
可近似认为通过回路的电流 iL 是 角频率为 的余弦波，RL 上获得 不失真输出功率。
(3) 性能特点 ① T1、T2 尽管导通电流很大，但相应的管压降很 小( vCE(sat)) ，管耗小，放大器的效率高。(90% 以上) ② 考虑结电容、分布电容等影响，实际波形如 vA 虚线所示，管子动态管耗增大，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，保证 vCE 为最小值的 一段期间内，才有集电极电流流 通，这是正在发展的戊类放大器。
.
不到VCC，因为 导通角小于
(a)
(b)
(3) 功率性能分析 ① 谐振电阻 用付里叶变换对 iC 脉冲波进行分解，求出其中的 平均分量 IC0 和基波分量 Ic1m。由此可以确定所需的集 电极谐振回路谐振电阻 Re。
Re Vcm / I c1m
(4) 讨论
② 功率性能
PD VCC I C 0 Po Vcm I C1m / 2 PC PD Po C Po / PD
Po Po c PD Po PC
式中：
Po —— 输出信号功率 (Output Signal Power)； PD —— 电源提供的功率； PC —— 管耗 (Power Dissipation) Po 一定，ηc 高→PD 小→PC 小 → 可选 PCM 小的 管子，以降低成本；同时减少能源消耗。
1.1.1 功率放大器
与其它放大器相比
相同点：均在输入信号作用下，将直流电源的直 流功率转换为输出信号功率。
不同点：性能要求和运用特性不同。 一、功率放大器的性能要求
1. 安全。输出功率大，管子大信号极限条件下运用。
2. 高效率。
用ηc 集电极效率 (Collector Efficiency) 衡量转换效 率：
四变量VBB、Vbm、VCC、Vcm 不同，iC 的波形和数值就不同， 由此求得的 Re 及相应的功率性能 就不同。应了解四变量的影响。
2.2.2 欠压、临界和过压状态
1. VBB、Vbm、VCC 不变，iC 随 Vcm 的变化规律
(1) iC 的宽度：由图所示，主要取决于 VBB、Vbm， VBB、Vbm 一定，iC 脉宽近似确定，与 Vcm 关系不大。
结论：回路上仅有由基波分量产生的电压vc，因而 在负载上可得到所需的不失真信号功率。 小结：丙类谐振功率放大器的功能 (1) 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余弦电压。 (2) 阻抗匹配：谐振回路将含有电抗分量的外接负 载变换为谐振电阻 Re，而且调节 Lr 和 Cr 还能保持回 路谐振时使 Re 等于放大管所需的集电极负载值，实现 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。
作业：
2.2 谐振功率放大器的性能特点
2.2.1 近似分析方法
1. 概述 非谐振功率放大器：集电极负载为纯电阻，在特性 曲线上作负载线，画出激励信号下的集电极电流和电压 求出功率性能
丙类谐振功率放大器：集电极负载为包含电抗元件 的谐振回路，使得集电极电压，电流波形不同。但二者 又互为确定(vCE 由 iC 产生，而 vCE 通过基极宽度调制效 应影响 iC)。
Re
0 Lr
2

RL
Lr C t RL
CrCL 式中， C t —— 回路总电容 Cr CL
0 s 1 / Lr Ct —— 回路谐振角频率 Qe 0 Lr / RL —— 回路有载品质因数
(2) 对非基波分量 谐振回路对 iC 中的其它分量呈现的阻抗均很小，平 均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略。
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
1.1 功率电子线路概述
作用：高效地实现能量变换和控制。 种类：根据应用领域和处理对象不同 (1) 功率放大电路：放大器的一类。用于通信、 音像等电子设备。 (2) 电源变换电路：对电源能量进行特定变换。 用于电源设备、电子系统、工业控制。
1.2.2 甲类、乙类功放的电路组成及功率性能
一、甲类变压器耦合功放 1. 电路
(1) 输入端： RB——偏置电阻 CB——旁路电容 Tr1——耦合变压器 (2) 输出端： Tr2——耦合变压器， 对交流，Tr2起阻抗变换作 用， L n2 RL R
二、乙类推挽功率放大器 乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波， 必须采用两管轮流导通的推挽 (Push-Pull) 电路。可有 多种实现方案： (1) 变压器耦合乙类推挽功放 (2) 互补推挽功放
要精确分析谐振功放，要解非线性方程，繁琐。 2. 谐振功放的近似分析方法——准静态分析法 (1) 方法基于下面的两个假设 假设一：谐振回路具有理想的滤波特性，只能产 生基波电压（在倍频器中，只能产生特定次数的谐波 电压），其它分量的电压均可忽略。所以，尽管集电 极电流为脉冲波，但集电极电压却是余弦的。同理， 放大器输入端也有谐振回路，尽管基极电流为脉冲波， 但基极电压是余弦的，可表示为：
(1) 三极管倍频器 倍频次数不能太高，一般为二倍或三倍频。原因： ① 效率。集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度 随着 n 的增加而迅速减小。倍频次数过高，倍频器的输 出功率和效率就会过低。
② 滤波。谐振回路需滤除高于 n 和低于n 的各次分 量。低于 n 的分量幅度较大，滤除较难。倍频次数越高， 对谐振回路提出的滤波要求越苛刻，不易实现。 (2) 变容二极管、阶跃二极管构成参量倍频器，适用 于倍频次数较高时。
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. 实现原理 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，而其它分量产生的 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。
4. 丙类功放的功率特性分析 (1) 丙类功放的问题 若提高集电极效率，管子 导通时间减小；但引起 iC 中基 波分量幅度 Icm 减小，从而导 致输出功率减小。 (2) 解决方法 ① 将基极偏置电压 VBB 向负值方向增大，减少管 子导通时间。 ② 增大集电极脉冲高度，即提高输入激励电压幅 度 Vbm，使减小导通时间的同时维持输出功率不变。
1 π 其中： I C0 -π iCdt 2π 3. 输出电压 vo 1 π I i cos tdt (1) 对基波分量 c1m π - π C 由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而 它对 iC 中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻， 称为谐振电阻，在高 Q 回路中，其值 Re 近似为
3. 失真小。输出功率越大，相应的动态电压电流越大， 器件特性非线性引起的非线性失真也越大。除采用反 馈技术外，还必须限制输出功率。
作为放大器，功率增益是重要的性能指标，但与上 述三个要求相比，安全、高效和小失真是第一位的。功 率增益可用增加前置级的级数或提高相应的增益来弥补。
二、功率管的运用特点 1. 功率管的运用状态 根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同， 功率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等 多种。
功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。
甲类：功率管在一个周期内导通 (如小信号放大)。 乙类：功率管仅在半个周期内导通。 甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通。 丙类：功率管小于半个周期内导通。
2. 不同运用状态下的ηC 管子的运用状态不同，相应的ηCmax 也不同。
Po c Po PC
减小 PC 可提高ηC。 假设集电极瞬时电流和电压分别为 iC 和 vCE，则 PC 为
1 2π PC o iCvCEdt 2π
讨论：若减少 PC，则要减少 iC × vCE 途径 1：由甲类→甲乙类→乙类→丙类，减小管子 在信号周期内的导通时间，即增大 iC ＝ 0 的时间。
途径 2：使管子运用在开关状态 (又称丁类)；管子 在半个周期内饱和导通，另半个周期内截止。饱和导通 时，vCE ≈ vCE (sat) 很小，因此导通的半个周期内，瞬时管 耗 iC × vCE 处在很小的值上。截止时，不论 vCE 为何值， iC 趋于 0，iC × vCE 也处在零值附近。结果 PC 很小，ηC 显著增大。
(2) iC 的值： 由 v BE
vCE
当 t = 0 时， VBB Vbmcost； vBE vBEmax VBB Vbm , vCE VCEmin VCC Vcm VCC Vcm cost
vBE VBB Vbm cost vCE VCC Vcm cost
(2-2-1)
假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲 线表示，其高频效应可忽略。分析时的输出特性曲线， 其参变量采用 vBE，而不是通常的 iB。