(整理)丙类谐振功率放大器电路设计

目录1前言 1

2 丙类谐振功率放大器 (1)

2.1 BJT使用注意事项 (1)

2.1.1 集电极最大允许电流I CM (2)

2.1.2 集电极最大允许耗散功率P CM (2)

2.1.3 二极管击穿耐量P SB (2)

2.1.4 发射极开路,集电极-基极间反向击穿电压U(BR)CEO (2)

2.2 丙类谐振功率放大器电路 (2)

2.3 丙类谐振功率放大器工作原理 (4)

2.4 丙类谐振功率放大器电路分析 (4)

2.4.1 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 (5)

2.4.2 丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 (5)

2.4.3 匹配网络 (6)

2.4.4 V BB、V CM、V BM、V CC对丙类谐振功率放大器性能影响分析 (6)

3 丙类谐振功率放大器电路的设计 (11)

3.1 丙类谐振功率放大器设计 (11)

3.1.1 晶体管的选择 (11)

3.1.2 判别三极管类型和三个电极的方法 (12)

3.1.3 电容的选择 (12)

3.2 电路设计与分析 (13)

3.2.1电路设计基本事项 (13)

3.2.2 电路设计与分析 (14)

3.3 电路仿真 (15)

3.3.1 ELECTRONICS WORKBENCH EDA 简介 (15)

3.3.2 基于EWB电路仿真用例 (15)

4 对丙类谐振功率放大器的展望 (17)

结论 (17)

谢辞 (18)

参考文献 (19)

.................

1前言

电子技术迅猛发展。由分立元件发展到集成电路，中小规模集成电路，大规模集成电路和超大规模集成电路。基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。

高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗，要求发射机具有较大的输出功率，而且，通信距离越远，要求输出功率越大。所以，为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。丙类谐振功率放大器在人类生活中得到了广泛的应用，而且能高效率的将电源供给的直流能量转换为高频交流输出，研究它具有很高的社会价值。

这里主要介绍放大器核心部件BJT，丙类谐振功率放大器的电路组成及其原理，设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真，以及对丙类谐振功率放大器发展的展望。

2 丙类谐振功率放大器

2.1 BJT使用注意事项

晶体管作为放大器的核心部件，为使电路发挥其更高价值，一定要注意，在使用晶体管时，让其工作在安全工作区内，安全工作区如图2-1-1所示。

图2-1-1 晶体管安全工作区

2.1.1 集电极最大允许电流I CM

当I

C 超过I

CM

后，放大器性能降低，若I

C

过大也可能烧坏晶体管。

2.1.2 集电极最大允许耗散功率P CM

晶体管在集电极上产生的功耗使集电结发热，超过集电结的最大耗散功率后，晶体管可能会被烧坏，大功率管中为提高P

CM

，一般外装散热器。

2.1.3 二极管击穿耐量P SB

由于二次击穿是不可逆的,在使用时必须要求不发生二次击穿。

2.1.4 发射极开路,集电极-基极间反向击穿电压U(BR)CEO

使用时,集电结电压超过U

(BR)CEO

后,会使晶体管造成永久性损坏或功能下降。

2.2 丙类谐振功率放大器电路

在放大器原理上，功率放大器与其他放大器一样，都是能量转换器件，最主要是安全、高效和不失真（失真在允许范围内）地输出所需信号功率，为高效率输出信号且不失真（或失真在允许的范围内），通常采用丙类谐振功率放大器。本章主要介绍丙类谐振功率放大器的电路组成和工作原理并对各种状态进行分析。

在丙类谐振功率放大器中，管外电路由直流馈电电路和自给偏自电路两部分组成。

如图2-2-1所示为集电极直流馈电电路（串馈），图中，L

C 为高频扼流圈,它与C

C

构成电源

滤波电路,需要在信号频率上，L

C 的感抗很大，接近于开路，C

C

容抗很小，接近于短路，目

的是避免信号通过直流电源而发生极间反馈，造成工作不稳定。

由于自给偏置效应可以使输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅,因此,在基极通常采用自给偏置电路,如图2-1-2所示，提高的偏置电压是由基极电流脉冲i

B

中的

平均分量I

BO 在高频扼流圈L

B

中固有直流电阻上产生的压降，电路中L

B

为功率管基极电路

提供直流通路。滤波匹配网络介于晶体管和外接负载之间,充分滤除不需要的高次谐波,以保证负载上的输出基波功率。

图2-2-1集电极直流馈电电路（串馈）

图2-2-2 自给偏置电路

图2-2-3为丙类谐振功率放大器的简单基本电路,输入端采用自给偏置电路,输出端为集电极直流馈电电路(串馈)。

图2-2-3 丙类谐振功率放大器的简单基本电路

2.3 丙类谐振功率放大器工作原理

图2-3-1为丙类谐振功率放大器原理图,为实现丙类工作,基极偏置电压V

BB

应设置在功率的截止区。

输入回路

由于功率管处于截止状态，基极偏置电压V

BB

作为结外电场，无法克服结内电场，没有达到晶体管门坎电压，从而，导致输入电流脉冲严重失真，脉冲宽度小于90o。

由i

C ≈βi

B

知，i

C

也严重失真，且脉宽小于90o。

输出回路

若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响,在静态转移特性曲线(i

C ～V

BE

)上

画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列,脉冲宽度小于半个周期。

图2-3-1 丙类谐振功率放大器原理图

由Dirichlet收敛定理可知,可将电流脉冲序列i

C

分解成平均分量、基波分量和各次谐波分量之和,即

i

C =I

CO

+ I

c1m

cosωSt+ I

c2m

cos2ωSt+…

由于集电极谐振回路调制在输入信号频率上因而它对i

C

中的基波分量呈现的阻抗很大，且为纯电阻。而对其他谐波分量和平均分量阻抗均很小，可以忽略，这样，在负载上得到了所需的不失真的信号功率。

2.4 丙类谐振功率放大器电路分析

本节主要在丙类谐振功率放大器管外电路进行分析，谈论V

BB 、V

bm

、V

CC

和V

cm

对放大器

的影响。