谐振功率放大器的工作原理

谐振功率放大器的工作原理

课题:

4.1 概述

4.2 谐振功率放大器的工作原理教学目的:

1.了解高频功率放大器的基本概念和类型

2.掌握高频谐振功率放大器的特点

3.掌握高频谐振功率放大器的工作原理教学重点:

高频功率放大器的基本概念和类型

高频谐振功率放大器的特点教学难点:

高频谐振功率放大器的工作原理教学方法:

讲授

课时:

2学时教学进程

单元四功率放大器概述及电路

4.1 概述

顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率, 常又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它广泛用于发

射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。一、高频放大器的分类根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。

1. 窄带型高频功率放大器

通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。为了提高效率，谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态，近年来出

现了工作在开关状态的丁类状态的谐振功率放大器。 2. 宽带型高频功率放大器

采用传输线变压器作负载。

传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。二、谐振功率放大器的特点

1.采用谐振网络作负载。

2.一般工作在丙类或乙类状态。

3.工作频率和相对通频带相差很大。

4.技术指标要求输出功率大、效率高。

三、高频功率放大器的技术指标

1.输出功率:P O

2.效率:η

3.功率增益:Ap

4.2 谐振功率放大器的工作原理一、丙类谐振功率放大器电路

电路图如4-1所示

图4-1 丙类谐振功率放大器

LC谐振网络为放大器的并联谐振网络。谐振网络的谐振频率为信号的中心频率。作用:滤波、匹配。

V:基极直流电压 BB

作用:保证三极管工作在丙类状态。 V的值应小于放大管的导通电压U;通常取V?0。 BBonBBV:集电极直流电压 CC

作用:给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。

二、丙类谐振功率放大器的工作原理 ???? uuiiuiBEBCC

u为余弦电压，可表示为u=UCOSωt iiimc则:u= V+u= V+ UCOSωt BEBBiBBimc

根据三极管的转移特性可得到集电极电流i，为余弦脉冲波，如图4-2所示: C

图4-2 i波形 C根据傅立叶级数的理论，i可分解为: C

ic=Ico+i+i+i+………+i+……… C1C2C3Cn

式中:Ico为直流电流分量

i为基波分量;i=ICOSωt C1C1cm1c为二次谐波分量;i=ICOS2ωt C2C2cm2ci 为n次谐波分量;i=ICOSnωt CnCncmnci

其中，它们的大小分别为:

Ico=i?α(θ) Cmax0

I=i?α(θ) cm1Cmax1

I=i?α(θ) cmnCmaxn

i是ic波形的脉冲幅度。 Cmax

α(θ)的大小可根据余弦脉冲分解系数表查。 n

Ic信号的导电角可以用下面的公式进行计算

UU,onBBcos,, Ubm UU,onBBarccos,, Ubm

当i信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网络压降为: C u=RICOSωt=UCOSωt ccm1ccmc

u=V-u=V-UCOSωt CECCcCCcmc

各信号的波形如图4-3所示:

图4-3 波形图三、功率关系

直流功率:P=VI VCCCO1

输出功率:P= IU Ocm1cm2

放大管功耗:P=P-P TVO

效率:η= P/P OV

本课小结:

1. 高频功率放大器有宽带型和窄带型两大类。

2. 谐振功率放大器具有输出功率大、效率高、采用谐振网络作负载等特点。

3. 高频功率放大器的技术指标有输出功率、效率、功率增益等。

4. 讲解了丙类谐振功率放大器的工作原理及脉冲电流的分解特点。

5. 讨论了直流功率、输出功率、管耗功率三者之间的功率关系及效率的计

算方式。

本课作业:

1. 为什么低频功率放大器不能工作于丙类,而高频功率放大器可以工作于丙类,

2. 为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态,为什么采用谐振回路

作负载,谐振回路为什么要调谐在工作频率,

3. 简述丙类谐振功率放大器电路中各部分的作用。

4. 一谐振功放的输出功率P=5W,V=24V。 occ

(1)当集电极效率=60%时,求其集电极功耗P和集电极电流直流分量I; cco

(2)若保持P不变,将η提高到80%,问此时P为多少? oc

课题:

4.3丙类谐振功率放大器的性能分析

教学目的:

1.了解丙类谐振功率放大器的工作状态

2.掌握丙类谐振功率放大器的动态线

3.掌握集电极余弦电流脉冲的分解

教学重点:

丙类谐振功率放大器的工作状态

教学难点:

丙类谐振功率放大器的动态线

集电极余弦电流脉冲的分解

教学方法:

讲授

课时:

2学时

教学进程

4.3丙类谐振功率放大器的性能分析

一、丙类谐振功率放大器的工作状态

欠压状态:管子导通时均处于放大区;

临界状态:管子导通时从放大区进入临界饱和;

过压状态:管子导通时将从放大区进入饱和区;

在实际工作中，丙类放大器的工作状态不但与U有关，还与V、V和R有bmCCBB关。

在丙类谐振功放中，工作状态不同，放大器的输出功率和管耗就大不相同，因此必须分析各种工作状态的特点，以及U、V、V和R的变化对工作状态的bmCCBB 影响，即对丙类谐振功放的特性进行分析。

二、丙类谐振功率放大器的动态线

1.基本概念:

大信号的功率放大器一般采用图解法进行分析，为此就要在输出特性曲线上作出交流负载线。