第二章谐振功率放大器PPT学习教案

1、会计学1第二章谐振功率放大器第二章谐振功率放大器 线性功放：集电极为纯电阻，可用交流负载线来分析；而谐振功放的集电极的电流为脉冲波、电压为余弦波，不能用上述方法。设谐振回路具有理想滤波特性：只有W=W0的基波分量、Vcnm=0ib：脉冲波、ic：脉冲波；Vbe：余弦波、Vce：余弦波Vbe=VBB+VbmcoswtVce=Vcc-VcmcoswticIcoIc1mVc1mRe=Vc1mIc1mPD=VCCICOPO=IC1mVC1m/2PC=PD-PO=PO/PD输出特性曲线ic（Vbe，Vce）来分析谐振功放的性能忽略高频效应icVbewtwtVBBBVceAA/A/AB为动态曲线，当Vbe

2、从最大值0时，ic与Vce从AB点。集电极电流为脉冲波形。 从图中可得到，设定不同的VBB、Vbm、VCC、Vcm得到Ic的脉冲波形极其数值就不同，由此所需的Re值及相应的功率性能也不同。 因此必须了解这四个参量的变化对电路功率性能的影响。第1页/共18页icVbewtwtVBBBVceAA/A/A点在特性曲线放大区欠压（Undervoltage）状态A点在特性曲线临界点临界（Critical）状态A点在特性曲线饱和区过压（Overvoltage）状态1、负载特性： 在VBB、Vbm、VCC、一定时，性能随Re变化特性ReVc1micwticwtwticwticRe欠压临界过压状态wtdwti

3、IdwtiIcmcccocos21121Ic1m、Ico与Re关系ReVc1micmax Ic1m、Ico欠压临界 过压ReIcoIc1mReRe2121mcOIPVc1mIc1m icmax 很小Ic1mIco很小欠压区：过压区：ReVc1m很小Ic1m （ic凹）Ic1m Ico mcmcoVIP1121很小VccIcoPD、cPVccIcoPD很小Pc很小Re欠压临界 过压PoVc1mPDPcReoptRe在临界状态时的取值（Po最大）称为匹配负载PoVVPoVeoptcesccccR222121）（第2页/共18页icVbewtwtVBBBVceAA/A/ VBB、Vbm一定VBEma

4、x、ic的脉宽一定，Vcemin的动态点在VBE=VBEmax的那条输出曲线上移动VccVcemin=（Vcc-Vc1m）（过压欠压）icicicic过压 临界 欠压VccIc1m Ico Vc1m VccIc1m 慢Ico 慢Vc1m 慢VccIc1mIcoVc1m过压欠压结论：要使输出信号幅度Vc1m，放大器应工作在过压状态，通过控制Vcc Vc1m，实现集电极调幅电路。 放大器工作在欠压状态时，由于输出信号幅度Vc1m变化很小，因此可用来实现等幅电路限幅电路。集电极调幅电路VccVc1mVc1mVo（t）LC+-Vb（t）-VBBVcco-+V（t）+-Vcc（t）twtVtVcmcoc

5、os1）（）（第3页/共18页Vbm、Vcc、Re一定时，一定时， 性能随性能随VBB变化特性变化特性：Vbm、 Vcc、Re 一定：VBB、ic的脉宽（Ico、Ic1m、VBEmax） Vc1m （欠压过压）icicicic欠压 临界 过压 VBBicIc1m Ico Vc1m VBBic凹Ic1m 慢Ico 慢Vc1m 慢VBB0欠压临界 过压IcoIc1mVc1m结论： VBB ，要使输出信号幅度Vc1m，放大器应工作在欠压状态，通过控制VBB Vc1m，实现基极调幅电路或振幅放大电路。 放大器工作在过压状态时，由于VBB ，输出信号幅度Vc1m变化很小，因此可用来实现等幅电路限幅电路。

6、基极调幅电路：基极调幅电路：VBBVc1mVc1mVBB0VVo（t）Vo（t）LC+-Vb（t）-VccVBB0-+V（t）+-VBB（t）icVbewtwtVBBBVceAA/A/第4页/共18页VBB、Vcc、Re一定时，一定时， 性能随性能随Vbm变化特性变化特性：icicicic欠压 临界 过压 VbmicIc1m Ico Vc1m Vbmic凹Ic1m 慢Ico 慢Vc1m 慢Vbm0欠压临界 过压IcoIc1mVc1m结论： Vbm ，要使输出信号幅度Vc1m，放大器应工作在欠压状态，Vbm Vc1m，实现振幅放大电路。 放大器工作在过压状态时，由于Vbm ，输出信号幅度Vc1m

7、变化很小，因此可用来实现等幅电路限幅电路（输入信号振幅的最小值应大于临界状态所对应的Vbm 的值）。放大电路：放大电路：VbVc1mVoVBB0VbmVc1m临界Vo线性功率放大器振幅限幅器、四个特性在电路调试中的应用 若一个丙类谐振放大器，没有达到所设计的临界状态时应如何调整？ RePo欠压。应分别增大Re、Vbm、VBB或同时增大或两两增大临界（Po、也会同时增大）RePo 过压。应Vcc 同时增大Re、Vbm、VBB 临界（Po、也会同时增大）第5页/共18页直流馈电电路、滤波匹配网络串馈、并馈1、串联馈电电路 （Series Supply）Vcc、滤波匹配网络和功率管T在形式上串接Lc

8、：高频扼流圈Cc：电源滤波电容，作用：隔直流（开路）；通交流（短路）作用：通直流（短路）；阻交流（开路）Lc、Cc阻止信号通过直流电源而产生级间反馈。L+LcVcc-CcVo（t）+-cVccTVc特点：滤波网络处于高电位，网络不能接地，且馈电元件Lc、Cc的分布参数对电路的影响小。2、并联馈电电路（Parallel Supply）L+LcVcc-Cc2Vo（t）+-cVccTCc1+-Vcc+-VcVcc、滤波匹配网络和功率管T在形式上并接Cc1：隔直流（开路）；通交流（短路）特点：滤波网络接地，且馈电元件Lc、Cc的分布参数对影响网络的调谐无论串馈和并馈电路：Vce=Vcc+Vc（t）第6

9、页/共18页L+LcVcc-Cc2Vo（t）+-cVccTCc1+-Vcc+-VcIBOCB1LBRB1RB2Vb（t）CB2基极偏置电路LB：高频扼流圈，对高频开路，对直流短路CB1：滤波电容，对高频短路，对直流开路VonRBRRVBBcc221工作在丙类当Vb（t）=0时，基极偏置为正值；当Vb（t）0时，IB脉动的，有平均电流IBO 通过LBVbq分压偏置电路自给偏置电路自给偏置电路IBOCB1LBRBVb（t）CB2IBOLBVb（t）CB 偏置电压由iB脉冲的平均值分量IBO在RB或LB的固有电阻上产生的压降。 LB可避免RB、CB1对输入滤波匹配网络的影响当Vb（t）=0时，Vbq

10、=0当Vb（t）0时， Vbq由IBO产生，且为负值，VbmVbq越负，可对输出幅度起负反馈作用，稳定输出幅度；提高电路的稳定性。第7页/共18页接在功率管与外接负载之间滤波匹配网络ReRLIc1mIcnmPL将RLRe使输出功率Po最大或输出所需的功率充分滤除高次谐波分量，在RL上得到基波分量或所需的 倍频分量谐波抑制度要小（对n次谐波抑制能力）mlLnmLmLLLnmLLnIIRIRIPPnH1212lg20lg20lg10Hn越小对n次谐波抑制能力越强。通常以H2表示网络的滤波能力要求将给定的输出功率Po高效地传送到外接负载上，因此网络的效率要高1oLPPk但谐波抑制度与网络的效率是相矛

11、盾的例如：LC并联谐振回路网络LCRLrLiLiCrL：L中的固有损耗电阻Rl：外接负载Q0：回路的固有品质因数rLwQ00Qe：有载品质因数LLLLRrrRrLweQQ00 当Q0一定时，QeRL越大于rLK即RL得到的功率越大，rL损耗的功率相对小。 但Qe 回路的谐振曲线越平坦，即Hn对高次谐波的抑制能力也越差。Qe1Qe2Qe1Qe2w第8页/共18页RL 与Re、Co串联的阻抗匹配网络滤波匹配网络ReRLCoCo为功率管的分布电容要求RL与Re和Co的串接或并接阻抗匹配 RL 与Re、Co并联的阻抗匹配网络滤波匹配网络ReRLCoCo为功率管的分布电容串并转换公式XPRPXSRSSS

12、PPjXRjXR111222211SSSSSSPPXRXXRRXRjjSSSSSSXXRPRXRPXR2222SSPPRXXReQ|并接串接串并SPSSeSeXRRXQRPSPXQRR）（）（22121并串PPSePXRRSQRSXR21只要设定Qe，RS、Xs与RP、XP可相互转换，且XsXP具有相同性质的电抗。第9页/共18页ReCoXL1XC2XC1RLT型XC1XC1/XL1/并接两个并接的L型网络ReCoXL1Xc2XC1/RLXL1/XC2RLXP2RP2并接ReCoXL1XC1/XL1/XP2RP2Re/并联谐振ReCoXL1XC1/Re/XC1/Re/XS1RS1串接ReCoX

13、L1XS1RS1CoXL1XS1与构成串联谐振Re/= RP2Re= RS1设：2222PPLcXRRXeQ/1/0111Re1CeCLSSXRXXRXeQ1ReSR21/1eeQR2121ePQR212211eeLQQR）（）（）（2121Re21Re11eLeReQRQQL1121Re22）（eRLeLcQRQRXL/111/LcXXXc2222212/1eeLePQQRQRPLXX）（122121/1/1eeLePeeQQRQRQRcX）（ 111Re121Re121）（）（eLReeQQQcXRe1101eScLQXXX当ReRL时，Xc1 C10难实现， Re不宜接近RL。已知Re、

14、Co、Rl、Qe1就可求得各元件表达式。第10页/共18页LRLCrReXLPrPXcpRPRe固有品质因数Q0LCowRerLwQQ1010；20020011rQrQQQrrPP时即高当）（LLCweRCwRLeLPeLPRQRRQQRR220220111211211）（时当）（010200rQXQQrQrLPp）（LXLw0同理若Qe11时，XCPXC当XCP= -XLP时产生并联谐振LCLwwCw10010rLwrLwPrrQr20222002）（LcowReLPQRR2121）（当RLr时，rP RPLLCRLRCwPR201Re）（第11页/共18页ReCoXL1XC1XL2XC2R

15、LReCoXL1XC1XL2/XS2RS2XL2/Re/ReXCOXL1并联谐振XC1XL2及XL2/XS2串联谐振解：取XL1+XCO=0 XL1= - XCO/21Re1eLCRXXeQeLeLSSCLRXRXRXXReQ/2/222222212/ReeLQRSeRR）：（要求ReReRe2RQLReLRe22LeeLRRLQRcRX11ReeCQX21/222ScLXXXXXLL2Re121ReCLXRCeCXQX已知Re、Co、RL、选定Qe1就可求出XL1、 XC1、XL2、 XC2的值。第12页/共18页ReCoXL1XC2XC1RLT型XL1=Qe1Re XCO XC2= -AR

16、L111Re2Re22111）（）（其中eLeQAQBXReQABC211ReeLQR条件ReCoXL1XL2XC1RLT型XL1=Qe1Re XcoXL2=-ARLAQBCeX11111Re2Re221）（）（其中eLQAQBRe211ReeLQR条件ReCoXL1XC2XC1RL型）（）（）（）（211/ReRe1Re/1Re/2Re11Re2121211eLQXRQLRQRLCQCQRXRXXcoXeCLeLeLe第13页/共18页ReCoXL2XC2XC1RL型XL12Re12ReRe21101ReCLLXRCLRLCLeCCLXXRXRQXXX条件：RLReCoXL1XC2XC1L型

17、LCOXRCLRLCCOeCRXXXRXXQXCLLReRe2Re11ReRe211条件：第14页/共18页50C168PFL12TC2100PC380PLB10uHCc10.01uFCc230uFVccLc10uHL21TL32TC4100PC5100PC668P50TTLTT50C139PFL12TC220PC339PLB4.7uHCc10.01uFCc2VccL32TL23TL44TC447PC510PC650T2SC2196RB22CB0.01uFRC1000.01uFCc3100uF10.8VC740PL5C8LC22P22P2TT50C1100PFL12TC2100P39PCD11

18、000PVDDC52.5TL22TL3C460PC339PC450TMFR136R250K100uF28V40PC624PR2150KLD1LD2CD2CD31000P680PTL工作频率50MHZ，功率70W，增益11dB工作频率150MHZ，功率3W，增益10dB工作频率400MHZ，功率15W，增益14dB第15页/共18页 谐振功率放大器工作频率几十兆赫兹，高到几百兆赫兹的谐振放大器称为高频（射频）功率放大器（Radio Frequency Power Amp.） 高频工作时，功率管的特性已不能仅由静态特性曲线表示，而必须考虑其间存在的非线性电容特性，引线电感等分布参数以及大注入效应等的影响，这些将导致放大器的功率增益，最大输出功率和效率急剧下降。静态特性曲线分析法有助于了解谐振功率放大器的性能变化特性，并指导功率放大器的调试。但不能用这种方法来分析和设计高频功率放大器。工程上采用借助功率管大信号输入和输出阻抗的一种设计方法。高频功率管结构大信号输入和输出 阻抗从手册上得到参数： 极限参数ICM、PCM、VCEO等；