第2章 谐振功率放大器

结论：改变 VBB 欲想有效控制 Vbm
实现基极调制，则放大器应工作在欠 压状态； 基极调制特性是实现基极调幅的 原理依据。（因基极调幅非线性失真 大；需激励信号功率大；所以一般不 采用）
调制特性曲线
③ 集电极调幅与基极调幅 调制特性是晶体三极管调幅电路的基本特性 （）＝ t VCC +v （） t ； a) 集电极调幅电路： VCC 丙类谐振功放的集电极调制特性是实现集电极调幅的原理依据。
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
三个最主要的技术指标。 输出功率（大） 效率（高） 非线性失真（小）

因此，高频功放常采用效率较高的丙类工作状态，即晶 体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状 态。 同时，为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量， 采用LC谐振回路作为选频网络，故称为丙类谐振功率放大 电路。
2.2 谐振功率放大器的性能特点
2.2.1 近似分析方法
准静态分析法 假设一：放大器输入和输出端均接有谐振回路，且具有理想的滤波 特性。所以，基极和集电极电压均为余弦，其管外特性方程为
vBE VBB Vbm cos t vCE VCC Vcm cos t
假设二：管子的特性用输入和输出静态特性曲线表示，忽略其高频 效应。（注意：将输出特性曲线上的参变量通过输入特性曲线由 iB 转 换成 vBE 。）
2
2.1.3 倍频器
1.倍频器类型 晶体管倍频器（几十MHz以下）
参量倍频（100兆周以上）
2.晶体管倍频原理电路及其特点 ①电路与丙类谐振功放相似 ，不同点在于 Lr Cr 谐振在 n 1 L C r r 上。 ②特点：谐振在 ns 上， n 不宜过大，否则电流太小； LC选频网络 选出 ns 分量，滤除大于或小于 ns 的分量，要求滤波条件苛刻。 n 一般采取2或3，不宜过大。 高的倍频可以用 n 个二倍频或三倍频电路级连。
集电极串、并馈电路形式
串并馈电电路的异同点：
i 共同点： 供电效果相同，即具有相同的直流通路。
ii 不同点： 并馈：LC 回路两端均是直流低电位端，且有一端接地； 串馈：LC 回路两端均是直流高电位端，且没有一端接地； 馈电附加元件（ LC 、 CC ） 并馈： LC 、 CC 加在LC 回路高电位端，造成分布参数并 到LC 回路上，影响频率稳定。 串馈： LC 、 CC 加在LC 回路低电位端，不影响频率稳定。
b) 基极调幅电路
VBB (t ) VBB v (t )
丙类谐振功放的基极调制是基极调幅的原理依据。
三、放大特性 定义：若VCC、VBB、Re不变，放大器随Vbm变化特性。
画出放大特性曲线
结论: 欲想改变Vbm有效控制Vcm实现放大，则放大器应工作在欠压状态； 它可以放大高频等幅波（载波、调频波、调相波）。 欲想改变Vbm，使Vcm基本不变实现限幅，则放大器应工作在过压状态。
Re 不变，放大器随
变化的特性。
Re 由小增大时，放大器由欠压进入
过压状态，相应的 iC 由余弦脉冲变为 中间凹陷的脉冲波。 Ic1m、IC0在欠压区下降慢，在过压区明显
下降；Vcm变化趋势却相反。 结论：如果 Re 的取值使管子工作在临界 状态，则 P C 较小， o 最大， C 较大， P 放大器接近最佳性能。通常将相应的值 称为谐振功率放大器的匹配负载，用 Reopt 表示。 负载特性
xs1 、 xs 2 、 xp
结论：
R 实现条件： R
e L
1 Q 1
2
e2
；
Qe 2 不是唯一的选择，可以合理组合，使 已知 RL 、 Re 确定，但 Qe1 、
k 达到最佳状态、所以滤波性能好，得到了广泛应用。
谐振功放应用实例 例一 50 MHz，25W 谐振功放
例二 160 MHz，10W 谐振功放
vCE vCC vcm cos st
vce Vcm cos st
（其中
Vcm I c1m Re
）
在此，谐振回路起到了选频和阻抗匹配的双重作用。 为了进一步提高效率，可以采用开关工作的谐振功率放大器，即丁类 谐振功率放大器。
2.1.2* 丁类和戊类谐振功率放大器
丁类谐振功率放大器原理电路及其波形
二、调制特性 ① 集电极调制特性 Vbm 、 Re 不变，放大器随 VCC 的变化特性。 定义：若 VBB 、
结论： 欲想改变 VCC 能有效控制 Vcm 实现 集电极调制，则放大器应工作在过压状 态； 集电极调制特性是实现集电极调幅 的原理依据。 调制特性曲线
② 基极调制特性 VCC 、 Re 不变，放大器随 VBB 的变化特性。 定义：若 Vbm 、
1 IC 0 iC d t 2 1 I c1m iC cos td t


所以，iC 脉冲越宽，高度越高，I C 0 和 I c1m 就越大， iC 出现 凹陷时，凹陷越深，I C 0 和 I c1m 就越小。
2.2.3 四个电压量对性能影响的定性讨论
一、负载特性 定义：若 VBB Vbm 、VCC 、
2.3 谐振功率放大器电路
在谐振功率放大器中，其管外电路由直流馈电电路和滤波匹配网络 两部分组成。
2.3.1 直流馈电电路
馈电原则：对直流呈短路 对基波分量呈现最大阻抗 对其他谐波分量基本呈现短路 按电流流通路径划分馈电电路形式

集电极馈电电路 基极馈电电路
一、集电极馈电（串馈、并馈） 若功率管 C-E 结、 VCC 、 LC回路三者是串联（或并联），则 称为 集电极串馈（或并馈）电路。
iii
T形匹配网络设计 定义：用两个同性质的电抗与一个异形电抗连接成T形网络 结构形式：
设计与实现条件：
a） 设计原则
T形 两个L形 第二个L形 第一个L形

若串臂为两个同性电抗，则并臂分成 两个同性电抗
若串臂为异性电抗，则并臂分成两个异性电抗
假想电阻Rp 匹配电阻 RS
b） 设计方法：已知 RL、Re ，求
2.2.2 欠压、临界和过压状态 讨论 VBB、Vbm 、VCC 一定时，改变 Vcm 对集电极电流脉冲波形及
数值的影响。 集电极电流脉冲的宽度主要取决于 VBB和 Vbm 的大小，当 VBB 和 Vbm 一定时，集电极电流脉冲的宽度近似一定，几乎不随 Vcm 的大小而变化。 但波形的形状会产生一定的变化。
功率与效率
2(VCC - 2VCE(sat) ) 1 P0 = VLm I Lm 2 2 RL 2VCC PD VCC I 2 (VCC 2VCE(sat) ) RL 2VCE(sat) P0 1 ηC (VCC 2VCE(sat) ) 1 PD VCC VCC
工作状态的划分方法
结论：
动态线由一根曲线（因负载是电抗性质）与一根线段构成， 动态
线与横轴交在小于VCC地方（因导通角小于180度 ）； 集电极电流是一串余弦脉冲（或一串凹陷脉冲）；
过压状态电流出现凹陷原因是集电极负载是谐振回路所致。
根据傅立叶级数理论， iC 中的平均分量 I C 0 和基波分量振幅 I c1m 分别表示为
本章着重讨论丙类谐振功放的工作原理、动态特性和 电路组成。
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
Lr 、 Cr ：输出并联谐振回路（作用：选频与阻抗匹配） C1 、 C2 ：高频旁路电容与隔直作用
vBE VBB vb VBB Vbm cos st
为了实现丙类工作，基极偏置电压 VBB应设置在功率管的截止区内 （通常为负值）。 在静态转移特性曲线上画出的集电极电流波形是周期性的脉冲序 列，其宽度小于180度。利用傅立叶级数的理论，将其分解为平均分量 （直流）、基波分量和各次谐波分量之和。即
iC IC 0 ic1 ic 2
IC 0 Ic1m cos st Ic 2m cos 2st
甲、乙、丙三种工作状态下的转移特性分析
由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率 s 上，所以它对 iC 中 的基波分量呈现最大阻抗，且为纯电阻，称之为谐振电阻，在高Q值回 路中，
第一个 L 形把 RS 变换为匹配电阻 Re
（b） 设计方法已知：RL、Re ，求 X s、X p1、X p2
结论：
RL 实现条件： (1 Qe21 ) 1 ； Re
已知 RL 、Re 确定，但 Qe1 、Qe 2 不是唯一的选择，可以合理组合
使 k 达到最佳状态的匹配网络，所以π型网络得到广泛应用。
Rp
Rp = Rs (1+Qe2 ) Rs X p = X s (1+ Qe = Rp Xp 1 ) Xs 2 Qe
X Qe = s Rs
③ 常用匹配网络设计 i L 形匹配网络 定图所示L形网络，已知 RL及Re ，且 RL > Re ，求xs、xp）
二、基极馈电（串馈、并馈） 若功率管的发射结、vi、VBB三者是串联（或并联），则称为基 极串 馈（或并馈）电路。 常用基极馈电电路
自给反偏压电路的作用 放大器中引入自给反偏压是稳定工作点。 丙类谐振功放引入基极自给反偏压是稳定工作状态，克服非线性失真。 振荡器中自给偏压的作用是稳定输出电压的振幅。 切不可在乙类变压器耦合推挽功率放大电路或线性谐振功率放大电路中 加自给反偏压电路，否则可能导致非线性失真。
谐振功率放大器的近似分析方法
动态线由一根曲线（因负载是电抗性质）与一根线段构成， 动态线 与横轴交在小于VCC地方（因导通角小于180度），集电极电流是一串余弦 脉冲。 用傅立叶级数对集电极脉冲电流进行分解，求出其平均分量 I C 0 和 基波分量振幅 I c1m ，进而求得 集电极谐振回路谐振电阻 直流电源提供功率 输出信号功率 集电极耗散功率 集电极效率