电子线路_非线性部分(第四版)谢嘉奎_第2章谐振功率放大器

1、第第 2 章章谐振功率放大器谐振功率放大器2.1谐振功率放大器的工作原理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谐振功率放大器的性能特点2.3谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路2.4高频功率放大器高频功率放大器第第 2 章章 谐振功率放大器谐振功率放大器谐振功放：谐振功放：一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。器。 图图 2- -2- -1( (a) )谐振功率放大器谐振功率放大器原理电路原理电路 特点：特点：负载匹配网络为谐振系统负载匹配网络为谐振系统应用状态：应用状态：丙类丙类( (或丁类、乙类或丁类、乙类) )用途：用途：对载波或已调

2、波进行功率放大对载波或已调波进行功率放大 种类：种类：丙类谐振功放丙类谐振功放 丁类、戊类谐振功放丁类、戊类谐振功放 倍频器倍频器 本章内容：本章内容：工作原理、性能分析、工作原理、性能分析、电路。电路。 第第 2 章章谐振功率放大器谐振功率放大器2.1谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理2.1.1丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器2.1.2丁类和戊类谐振功率放大器丁类和戊类谐振功率放大器2.1.3倍频器倍频器2.1.1丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器1电路组成电路组成 图图 211谐振功率放大器原理电路谐振功率放大器原理电路ZL 外接负载外接负载，呈阻，呈阻抗性，用抗性，用

3、 CL 与与 RL 串联等效串联等效电路表示。电路表示。Lr 和和 Cr 匹配网匹配网络络，与，与 ZL 组成并联谐振组成并联谐振回路。调节回路。调节 Cr 使回路谐使回路谐振在输入信号频率。振在输入信号频率。 VBB 基极偏置电压基极偏置电压，使功率管，使功率管 Q 点设在截止区，点设在截止区，以实现丙类工作。以实现丙类工作。2集电极电流集电极电流 iC 图图 212输入输入vb(t) = Vbmcos st 据据vBE = VBB + vb(t) = VBB + vbmcos st由静态转移特性由静态转移特性( (iC-vBE) )，得集电极，得集电极电流电流 iC 波形：波形：脉宽小于半

4、个周期的脉脉宽小于半个周期的脉冲序列冲序列。傅里叶级数展开。傅里叶级数展开 tItIIisc2msc1m0CCcos2cos 为为平均分量、基波分量平均分量、基波分量和和各次谐波分量各次谐波分量之和之和。3输出电压输出电压 vo ( (1) )对基波分量对基波分量阻抗最大，为谐振电阻阻抗最大，为谐振电阻 Re( (谐振回路调谐在输入信号频谐振回路调谐在输入信号频率上，因而对率上，因而对 iC 中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻阻) )。在高在高 Q 回路中，其回路中，其 Re 近似为近似为LtrL2r20eRCLRLR 式中，式中，LrLrtCCCCC

5、回路总电容回路总电容 trs01CL 回路谐振角频率回路谐振角频率Lr0eRLQ 回路有载品质因数回路有载品质因数( (2) )对非基波分量对非基波分量阻抗很小阻抗很小( (谐振回路对谐振回路对 iC 中的其他分量呈现的中的其他分量呈现的) )，产生，产生的电压均可忽略。的电压均可忽略。既然仅有由既然仅有由基波分量产生的电压基波分量产生的电压 vc 输出，负载获得的输出，负载获得的信号功率信号功率不失真不失真。 因此，因此，丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器谐振回路谐振回路的功能：的功能： 选频：选频：利用谐振回路的选频作用，可将失真的集电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

6、为不失真的输出电压。极电流脉冲变换为不失真的输出电压。 阻抗匹配：阻抗匹配：调节调节 Lr 和和 Cr ，谐振回路将含有电抗分，谐振回路将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻量的外接负载变换为谐振电阻 Re，并阻抗匹配。，并阻抗匹配。 所以，谐振功率所以，谐振功率放大器中，谐振回路放大器中，谐振回路起到起到选频选频和和匹配负载匹配负载的双重作用。的双重作用。 4功率特性分析功率特性分析 ( (1) )丙类功放的问题丙类功放的问题 图图 213脉冲宽度变化的示意图脉冲宽度变化的示意图若提高若提高 C，管子导通角，管子导通角 c 应应继续减小；但引起继续减小；但引起 iC 中基波分量中基波分量 I

7、cm1 减小，导致输出功率减小。减小，导致输出功率减小。 ( (2) )解决方法解决方法 VBB 负向增大负向增大( ( c 减小减小) )同时，提高输入激励电压同时，提高输入激励电压 Vbm，以维持输出功率不变。以维持输出功率不变。但需警惕管发射结反向击但需警惕管发射结反向击穿。穿。为进一步提高效率，可采用开关工作的为进一步提高效率，可采用开关工作的丁类、戊类丁类、戊类谐谐振功率放大器。振功率放大器。2.1.2丁类和戊类谐振功率放大器丁类和戊类谐振功率放大器1丁类谐振功率放大器丁类谐振功率放大器 ( (1) )电路电路 Tr 二次侧两绕组相同，极性相反。二次侧两绕组相同，极性相反。T1 和和

8、 T2 特性配对，为特性配对，为同型管同型管。( (2) )原理原理 若若 vi 足够大，则足够大，则vi 0 时时，T2 饱和导通，饱和导通，T1 截止，截止，vA2 = VCE(sat)A 点最大振幅值：点最大振幅值： vA = vA1 vA2 = VCC 2VCE(sat)加到串联谐振回路，若谐振回路工作在输入信号角频加到串联谐振回路，若谐振回路工作在输入信号角频率上，可近似认为输出电流率上，可近似认为输出电流 iL 是角频率为是角频率为 的余弦波，的余弦波，RL 上获得不失真输出功率。上获得不失真输出功率。 ( (3) ) 讨论讨论 VCE(sat)小，小，管耗小，放大器的效率高管耗小

9、，放大器的效率高 ( (90% 以上以上) ) ； 因结电容、分布电容等影响，实际波形不理想，使因结电容、分布电容等影响，实际波形不理想，使管耗增大，丁类功放效率受限。管耗增大，丁类功放效率受限。 2戊类放大器戊类放大器 为了克服这个缺点，在开关为了克服这个缺点，在开关工作的基础上采用一个特殊设计工作的基础上采用一个特殊设计的集电极回路，保证的集电极回路，保证 vCE 为最小为最小值的一段期间内，才有集电极电值的一段期间内，才有集电极电流流通流流通戊类放大器戊类放大器。 2.1.3倍频器倍频器1概念概念倍频器倍频器( (Frequency Multiplier) )：将输入信号的频率倍将输入信

10、号的频率倍增增 n 倍的电路。倍的电路。2原理原理 在丙类谐振放大器中，将输出谐振回路调谐在输入信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号频率的 n 次谐波上，则输出谐振回路上仅有次谐波上，则输出谐振回路上仅有 iC 中的中的 n 次次谐波分量产生的高频电压，而其他分量产生的电压均可忽谐波分量产生的高频电压，而其他分量产生的电压均可忽略，因而略，因而 RL 上得到了频率为输入信号频率上得到了频率为输入信号频率 n 倍的输出信倍的输出信号功率。号功率。 3实现方法实现方法( (1) )晶体管倍频器晶体管倍频器 倍频次数不能太高，一般为倍频次数不能太高，一般为二倍或三倍频二倍或三倍

11、频。原因：原因： 效率。效率。集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度随集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度随着着 n 的增加而迅速减小。倍频次数过高，倍频器的输出功的增加而迅速减小。倍频次数过高，倍频器的输出功率和效率就会过低。率和效率就会过低。 滤波。滤波。谐振回路需滤除高于谐振回路需滤除高于 n 和低于和低于n 的各次分量。的各次分量。低于低于 n 的分量幅度较大，滤除较难。倍频次数越高，对谐的分量幅度较大，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。振回路提出的滤波要求越苛刻，不易实现。 ( (2) )变容二极管、阶跃二极管变容二极管、阶跃二极管构成构成参量倍频器参量

12、倍频器，适用于，适用于倍频次数较高时。倍频次数较高时。 第第 2 章章谐振功率放大器谐振功率放大器2.2谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点2.2.1近似分析方法近似分析方法2.2.2欠压、临界和过压状态欠压、临界和过压状态2.2.3四个电压量对性能影响的定性讨论四个电压量对性能影响的定性讨论2.2.1近似分析方法近似分析方法非谐振功放非谐振功放丙类丙类谐振功放谐振功放集电极负载集电极负载纯电阻纯电阻谐振回路，含电抗元件谐振回路，含电抗元件求求功率性能功率性能图解法图解法准静态分析法准静态分析法要要 点点求负载线求负载线求动态线求动态线 1使用条件使用条件两假设两假设 谐振回路滤波

13、特性理想谐振回路滤波特性理想，即尽管集电极、基极电流，即尽管集电极、基极电流为脉冲波，但两回路只产生基波为脉冲波，但两回路只产生基波( (余弦余弦) )电压电压，其他分量的，其他分量的电压均可忽略。电压均可忽略。有有tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE 功率管特性用功率管特性用输入输入和和输出静态特性曲线输出静态特性曲线表示，其表示，其参变量采用参变量采用 vBE( (而不是通常的而不是通常的 iB) ) 。 2分析步骤分析步骤 图图 221谐振功率放大器的近似分析方法谐振功率放大器的近似分析方法( (b) ) 求动态点，画波形；求动态点，画波形； 连动态线，画连动态线，画

14、iC 波形；波形； 图解积分求分量；图解积分求分量； 计算功率性能。计算功率性能。 ( (1) )求动态点，画波形求动态点，画波形图图 221谐振功率放大器的近似分析方法谐振功率放大器的近似分析方法( (a) )设定设定 VBB、Vbm、VCC、Vcm ，将将 t 按等间隔按等间隔( ( t = 0， 15， 30， ) ) 给定数值，给定数值，由由便可确定便可确定 vBE 和和 vCE ( (图图 a) )。tVVvtVVv coscoscmCCCEbmBBBE ( (2) )连动态线，连动态线，画画 iC 波形波形：图图 221谐振功率放大器的近似分析方法谐振功率放大器的近似分析方法( (

15、b) )根据根据 vB E 和和vCE 值，在输出特值，在输出特性曲线上性曲线上( (以以 vBE 为参变量为参变量) )找对应找对应的动态点，画动的动态点，画动态线态线( (动态点的连动态点的连线线) )，由此可确定，由此可确定 iC 的波形。的波形。 不到不到 VCC，因为，因为导通角小于导通角小于 ( (3) ) 图解积分求得分量图解积分求得分量 IC0 和和 Ic1m谐振电阻谐振电阻c1mcme/ IVR ( (4) ) 计算功率性能计算功率性能DoCoDCm1Ccmo0CCCD/2/PPPPPIVPIVP 四变量四变量 VBB、Vbm、VCC、Vcm 不同，不同，iC 的波形和数值就

16、的波形和数值就不同，由此求得的不同，由此求得的 Re 及相应的功率性能就不同。应了解四及相应的功率性能就不同。应了解四变量的影响。变量的影响。2.2.2欠压、临界和过压状态欠压、临界和过压状态1当当 VBB、Vbm、VCC 不变，不变， Vcm 由小变大，由小变大，动态动态点点左移左移 欠压欠压状态状态Vcm 的取值，使所对应的动态点均处在放大区。的取值，使所对应的动态点均处在放大区。 临界临界状态状态Vcm 增大，使增大，使 t = 0 所对应所对应的动态点的动态点 A 处在临界点，处在临界点，iCmax 略微减小。略微减小。 过压过压状态状态Vcm 继续增大，使继续增大，使 A ( ( t

17、 = 0) )动态点处在饱和区，动态点处在饱和区，iC 迅速减小，迅速减小，电流脉冲出现凹陷，电流脉冲出现凹陷，Vcm 增大，增大，凹陷加深。凹陷加深。2 iC 的平均分量的平均分量 IC0 与基波分量与基波分量 Ic1m tiI d21C0C ttiI dcos1Cc1m iC 脉冲越宽，高度越高，脉冲越宽，高度越高，IC0 和和 Ic1m 就越大就越大。如果出现。如果出现凹陷，则凹陷越深，凹陷，则凹陷越深，IC0 和和 Ic1m 就越小就越小。由此可求功率性能由此可求功率性能DoCoDCm1Ccmo0CCCD/ 2/ PPPPPIVPIVP 2.2.3四个电压量对性能影响的定性讨论四个电压

18、量对性能影响的定性讨论一、负载特性一、负载特性 1定义定义指指 VBB、Vbm 和和 VCC 一定，放大器性能随一定，放大器性能随 Re 的变化特的变化特性。性。 2特性特性 Re 的增加势必将引起的增加势必将引起 Vcm 增大增大( (Vcm = ReIcm)Re Vcm vCEmin 功功放放欠压欠压 过压过压 iC 波波形出现形出现凹陷凹陷。据此可以画出据此可以画出 Ic0 和和 Ic1m 随随 Re 变化的特性。变化的特性。 3 Vcm、Po、PD、PC、 C 随随 Re 变化的曲线变化的曲线图图 2- -2- -4负载特性负载特性 Vcm = ReIc1m ， Po = Ic1m2R

19、e/2 PD = VCCIC0 ， PC = PDPo C = Po/ PD3讨论讨论( (1) ) 欠压区欠压区e2c1mRI Re ，iC 脉冲高度略有减小，相应的脉冲高度略有减小，相应的 IC0、Ic1m 也略有减也略有减小，因而小，因而 Vcm( (= ReIc1m) )和和 Po( ( ) )近似线性增大，而近似线性增大，而 PD( (= VCCIC0) )略有减小，略有减小， C 增大，增大，PC 减小。减小。( (2) )过压区过压区Re ，电流脉冲高度减小，凹陷加深，相应的，电流脉冲高度减小，凹陷加深，相应的 IC0、Ic1m 减小，结果使减小，结果使 Vcm 略有增加，略有增

20、加，Po、PD 减小，且减小，且 Po 比比 PD 减减小的慢，从而小的慢，从而 C 略有增加，略有增加，PC 略有减小。略有减小。( (3) )匹配负载匹配负载 ReoptRe = Reopt 时，管子工作在临界状态，时，管子工作在临界状态， Po 最大，最大， C 较大，较大，PC 较小，放大器性能接近最佳。此时的较小，放大器性能接近最佳。此时的 Re 称为谐振功放的称为谐振功放的匹配负载。匹配负载。 3讨论讨论( (3) )匹配负载匹配负载 ReoptRe = Reopt 时，管子工作在临界状态，时，管子工作在临界状态， Po 最大，最大， C 较大，较大，PC 较小，放大器性能接近最佳

21、。此时的较小，放大器性能接近最佳。此时的 Re 称为谐振功放的称为谐振功放的匹配负载。匹配负载。 o2CE(sat)CCo2cmeopt)(2121PVVPVR 二、调制特性二、调制特性 图图 225集电极调制特性集电极调制特性两种调制特性：两种调制特性：集电极调制集电极调制和和基极调制特性基极调制特性。 1集电极调制特性集电极调制特性 ( (1) )含义含义VBB、Vbm 和和 Re一定，放大器性能随一定，放大器性能随 VCC 变化的特性。变化的特性。( (2) )调制特性调制特性 欠压状态：欠压状态：随随 VCC 减减小小，集电极电流脉冲高度略，集电极电流脉冲高度略有减小，因而有减小，因而

22、 IC0 和和 Ic1m 也将也将略有减小，略有减小，Vcm( (= ReIc1m) )也也略略有减小有减小。 过压状态：过压状态：随随 VCC 减小减小，集电极电流脉冲的高度降，集电极电流脉冲的高度降低，凹深加深，因而低，凹深加深，因而 IC0、Ic1m、Vcm 将将迅速减小迅速减小。 ( (3) ) 集电极调幅原理电路集电极调幅原理电路 图中：图中： tVtvcbmbcos)( 载波载波tVv cosm 调制信号调制信号ttVtvccmo)cos()( 为为谐振回路上的输出电压谐振回路上的输出电压。 与谐振功放区别：与谐振功放区别：集电极回路接入调制信号电压集电极回路接入调制信号电压。图图

23、 227集电极调幅电路集电极调幅电路令令 VCC(t) = VCC0 + v (t) 作为放大器的作为放大器的等效集电极电源等效集电极电源电压电压。若要求。若要求 Vcm(t) 按按 VCC(t) 的规律变换，根据集电极调的规律变换，根据集电极调制特性，放大器必须在制特性，放大器必须在 VCC(t) 的变化范围内工作在的变化范围内工作在过压状过压状态态。 2基极调制特性基极调制特性 图图 226基极调制特性基极调制特性( (1) )含义含义Vbm、VCC、Re 一定，放大器性能随一定，放大器性能随 VBB 变化的特性。变化的特性。 ( (2) )调制特性调制特性当当 Vbm 一定，一定，VBB

24、 ，iC宽宽度、高度度、高度 ， IC0 Ic1m 、Vcm ，VCEmin ，放大器欠压，放大器欠压 过过压压。过压后，随过压后，随 VBB ，iC 宽度、宽度、高度高度 ，凹陷加深，凹陷加深，IC0 和和 Ic1m、Vcm 均增加缓慢，可认为近似均增加缓慢，可认为近似不变。不变。( (3) )基极调幅原理电路基极调幅原理电路 图图 228基极调幅电路基极调幅电路)()(BB0BBtvVtV 基极偏置电压基极偏置电压 使使 Vcm 按按 VBB(t) 的规律变化，放大器工作在的规律变化，放大器工作在欠压状态欠压状态。三、放大特性三、放大特性图图 229放大特性放大特性1含义含义当当 VBB、

25、VCC 和和 Re 一定一定，放大器性能随放大器性能随 Vbm 变化的特性。变化的特性。2特性特性固定固定 VBB，增大，增大 Vbm 与上与上述固定述固定 Vbm 增大增大 VBB 的情况类的情况类似，它们都使似，它们都使 iC 的宽度和高的宽度和高度增大，放大器由欠压进入过度增大，放大器由欠压进入过压，压，图图 229( (a) )。( (1) )谐振功放作为线性功放谐振功放作为线性功放图图 2210 ( (a) ) 线性线性功率放大器的功率放大器的作用作用为了使输出信号振幅为了使输出信号振幅 Vcm 反反映输入信号映输入信号 Vbm 的变化，放大器的变化，放大器必须在必须在 Vbm 变化

26、范围内变化范围内工作在欠工作在欠压状态压状态。( (2) ) 谐振功放作为振幅限幅器谐振功放作为振幅限幅器( (Amplitude Limiter) )图图 2210 ( (b) ) 振幅限幅器的振幅限幅器的作用作用作用：作用：将将 Vbm 在较大范围内的变化转换为在较大范围内的变化转换为振幅恒定的振幅恒定的输出信号输出信号。 特点：特点：根据放大特性，放大器必须在根据放大特性，放大器必须在 Vbm 的变化范围的变化范围内内工作在过压状态工作在过压状态，或，或 Vbm 的最小值应大于临界状态对应的最小值应大于临界状态对应的的 Vbm 限幅门限电压。限幅门限电压。 若若增大增大 Re，Po 减小

27、减小，放大器实际工作在，放大器实际工作在过压状态过压状态，可可增大增大 VCC( (同时，适当同时，适当增大增大 Re 或或 Vbm 或或 VBB) )，需，需注意管注意管子安全子安全。 实际上放大器的工作状态除了改变实际上放大器的工作状态除了改变 Re 外还可以根据外还可以根据实际情况通过改变实际情况通过改变 VCC、Vbm、VBB 来判断，不过改变来判断，不过改变 Re 较普遍，但不论改变哪个量都必须保证回路谐振在工作频较普遍，但不论改变哪个量都必须保证回路谐振在工作频率上。率上。 四、四个特性在调试中的应用四、四个特性在调试中的应用 在调试谐振功放时，上述在调试谐振功放时，上述四个特性四

28、个特性十分有用。十分有用。 例如，例如，设一个丙类谐振功率放大器，设计在临界状态，设一个丙类谐振功率放大器，设计在临界状态，若制作出后，若制作出后，Po 和和 C 均不能达到要求，则应如何进行调均不能达到要求，则应如何进行调整。整。 Po 达不到要求，表明放大器达不到要求，表明放大器没在临界没在临界。若增大。若增大 Re 能使能使 Po 增大，增大，则根据负载特性，断定放大器工作则根据负载特性，断定放大器工作在在欠压状态欠压状态，此时分别增大，此时分别增大 Re、Vbm 和和 VBB 或同时或两两增大均可或同时或两两增大均可使放大器使放大器由欠压由欠压进入进入临界临界。 第第 2 章章谐振功率

29、放大器谐振功率放大器2.3谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路2.3.1直流馈电电路直流馈电电路2.3.2滤波匹配网络滤波匹配网络2.3.3谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路谐振功放管外电路：谐振功放管外电路： 直流馈电电路直流馈电电路 滤波匹配网络滤波匹配网络2.3.1直流馈电电路直流馈电电路考虑因素：滤波匹配网络安装方便；考虑因素：滤波匹配网络安装方便；馈电电路馈电电路( (Power Supply Circuit) )对滤波匹配网络的影响。对滤波匹配网络的影响。直流馈电电路分为直流馈电电路分为串串馈馈并并馈馈1串馈与并馈串馈与并馈( (1) )串馈串馈三者三者( (直流电源直流电源 V

30、CC、滤波匹配网络和功率管、滤波匹配网络和功率管) )在电路在电路形式上为形式上为串接串接的馈电方式。的馈电方式。 ( (a) )图图 231集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路cCCCEvVv LC高频扼流圈高频扼流圈，与，与 CC 构成构成电源滤波电路。电源滤波电路。在信号频率上在信号频率上 LC 的感抗很大，的感抗很大，接近开路；接近开路；CC 的容抗很小，接近短的容抗很小，接近短路，避免信号电流通过直流电源而路，避免信号电流通过直流电源而产生级间反馈，造成工作不稳定。产生级间反馈，造成工作不稳定。( (2) )并馈并馈三者三者( (直流电源直流电源 VCC、滤波匹配网络和功率管、滤波匹

31、配网络和功率管) )在电路在电路形式上为形式上为并接并接的馈电方式。的馈电方式。 ( (b) )图图 231集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路LC 高频扼流圈；高频扼流圈；CC1 隔直电容；隔直电容；CC2 电源滤波电容。电源滤波电容。在信号频率上，在信号频率上，LC 感抗感抗很大，接近开路，很大，接近开路，CC1、CC2 的容抗很小，接近短路。的容抗很小，接近短路。虽然电源与滤波匹配网络虽然电源与滤波匹配网络在形式上是并联的，但滤波匹在形式上是并联的，但滤波匹配网络两端电压配网络两端电压 vc (t) 直接反映在直接反映在 LC 上，因而上，因而vCE = VCC + vc。与。与串馈电路

32、串馈电路相同。相同。( (3) )串馈与并馈的比较串馈与并馈的比较相同点：相同点：两种馈电方式，两种馈电方式，VCC 都能全部加到集电极上。都能全部加到集电极上。不同点：不同点：滤波匹配网络的接入方式。滤波匹配网络的接入方式。( (a) () (b) )图图 231集电极直流馈电电路集电极直流馈电电路 串馈：串馈：滤波匹配网络处于直流高电位上，网络元件滤波匹配网络处于直流高电位上，网络元件不能直接接地。不能直接接地。 并馈：并馈： CC1 隔直流，匹配网络处于直流地电位上，隔直流，匹配网络处于直流地电位上，网络元件可直接接地，安装比串馈方便。但网络元件可直接接地，安装比串馈方便。但 LC 和和

33、 CC1 与与匹配网络匹配网络相并联，它们的分布参数影响网络调谐。相并联，它们的分布参数影响网络调谐。2基极偏置电路基极偏置电路( (1) )作用作用为放大电路提供合适的偏置电压，使功率管工作在丙为放大电路提供合适的偏置电压，使功率管工作在丙类。类。( (2) )常用类型常用类型三种三种。图图 232基极偏置电路基极偏置电路 图图 232( (a) )，基极偏置电压基极偏置电压由由 VCC 通过通过 RB1 和和 RB2 分压提供，为保证丙类工作，其值应小于功率管的导通电分压提供，为保证丙类工作，其值应小于功率管的导通电压。压。 图图 232 ( (b) )、( (c) )，自给偏置电路。自给

34、偏置电路。图图 232 ( (b) )偏置电路：偏置电路：LB、RB、CB1。RB ：产生压降，提供自偏电压；产生压降，提供自偏电压；LB ：避免避免 RB、CB1 对对输入滤波匹配网络的旁路影响。输入滤波匹配网络的旁路影响。3自给偏置电路自给偏置电路ibi2i1( (1) )自给偏压自给偏压 IB0 的产生的产生图图 232 ( (b) )，vb 0 ib 0，为为脉冲电流，可分解为脉冲电流，可分解为 IB 0、Ib 1 m、Ib2m 、由基尔霍夫定律由基尔霍夫定律ib = i1 + i2i2 通路有高扼圈通路有高扼圈 LB，仅直流电流可以通，仅直流电流可以通过，过， ib 中的直流分量为中

35、的直流分量为 IB0，故，故 i2 为为 IB0。( (2) )自给偏置自给偏置Vb(t) = 0， VBE = 0；Vb(t) 由小至大由小至大 IB0 随之增大随之增大 VBE = IB0RB 负向增大。负向增大。自给偏置效应：自给偏置效应：这种偏置电压随输入信号电压振幅而这种偏置电压随输入信号电压振幅而变化的效应。变化的效应。( (3) ) 自给偏置电路的作用自给偏置电路的作用 用于载波功放，可以在输入信号振幅变化时起到自用于载波功放，可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅的作用。动稳定输出电压振幅的作用。 用于正弦波振荡器，可以稳定振荡幅度。用于正弦波振荡器，可以稳定振荡幅度

36、。 若用于线性功率放大器，会使放大器偏离乙类工作，若用于线性功率放大器，会使放大器偏离乙类工作，造成输出信号失真，应当避免。造成输出信号失真，应当避免。2.3.2滤波匹配网络滤波匹配网络1位置位置对交流通路而言，滤波匹配网络对交流通路而言，滤波匹配网络( (Filter-Matched Network) )介于功率管介于功率管 T 和外接负载和外接负载 RL 之间。之间。2对滤波匹配网络的要求对滤波匹配网络的要求( ( 2 + 1 条条) )( (1) )变换变换将外接负载将外接负载 RL 变换为放大管所要求的负载变换为放大管所要求的负载 Re，以保，以保证放大器高效率证放大器高效率地输出所需

37、功率。地输出所需功率。图图 233基极偏置电路基极偏置电路( (2) )滤波滤波充分滤除不需要的高次谐波充分滤除不需要的高次谐波分量，以保证在外接负载上输出分量，以保证在外接负载上输出所需基波功率所需基波功率( (在倍频器中为所在倍频器中为所需的倍频功率需的倍频功率) )。谐波抑制度谐波抑制度 Hn：工程上表示滤波性能好坏的参数。：工程上表示滤波性能好坏的参数。设设 IL1m 和和 ILnm 分别为通过外接负载分别为通过外接负载电流电流中中基波基波和和 n 次谐波次谐波分量的振幅，相应的基波和分量的振幅，相应的基波和 n 次谐波次谐波功率功率分别为分别为 PL 和和 PLn，则对，则对 n 次

38、谐波的次谐波的谐波抑制度谐波抑制度定义为定义为L1mmLLLlg20lg10IIPPHnnn Hn 越小，网络对越小，网络对 n 次谐波的抑制能力越强。通常次谐波的抑制能力越强。通常n 选选 2，即，即对二次谐波的抑制度对二次谐波的抑制度。( (3) )高效高效将功率管给出的信号功率将功率管给出的信号功率 Po 高效地传送到外接负载上，高效地传送到外接负载上，即要求网络的即要求网络的传输效率传输效率 K = PL/ Po 接近接近 1。 3讨论讨论 ( (1) )谐波抑制度谐波抑制度 Hn 和和 K 间的矛盾间的矛盾 在实际滤波匹配网络中，提高在实际滤波匹配网络中，提高 Hn，就会牺牲传输效率

39、就会牺牲传输效率 K，反之亦然。，反之亦然。 ( (2) )说明说明 图图 234LC 谐振回路谐振回路如如图图 234 所示所示，L 和和 C 为滤波网络为滤波网络( (简称简称 L 型网络型网络) )，rL 为为 L 中的中的固有损耗电阻固有损耗电阻，RL 为外接为外接负载电阻负载电阻。令。令L00rLQ 为回路为回路固有品质因数固有品质因数，在高，在高 Q 条件下，它的条件下，它的有载品质因数有载品质因数 )(LLL0LL0eRrrQRrLQ )(LLL0LL0eRrrQRrLQ 显然，当显然，当 Q0 一定时，一定时， RL 越大于越大于 rL，相应，相应的的 K 就越大。但就越大。但

40、 RL 越大，越大，Qe 越小，回路谐越小，回路谐振曲线越平坦，对谐波的抑制能力就越差。振曲线越平坦，对谐波的抑制能力就越差。 ( (3) )谐振功放匹配滤波网络的基本形式谐振功放匹配滤波网络的基本形式LC 并联并联谐振回路谐振回路LC 串联串联谐振回路谐振回路具体电路形式有多种。具体电路形式有多种。作用：作用：阻抗匹配阻抗匹配、选频滤波选频滤波。不论形式有何不同，均可由不论形式有何不同，均可由串串- -并联阻抗变换公式并联阻抗变换公式将将其等效为上述两种基本网络的组合。其等效为上述两种基本网络的组合。常用滤波匹配网络的结构、组成元件的表达式参阅教常用滤波匹配网络的结构、组成元件的表达式参阅教

41、材表材表 2- -3- -1( (p101) )。4串、并联阻抗转换公式串、并联阻抗转换公式 若将一个由电抗和电阻相串接的电路与相并接的电路若将一个由电抗和电阻相串接的电路与相并接的电路等效转换，根据等效转换，根据等效原理等效原理，令两者的，令两者的端导纳相等端导纳相等，即即 ssppj1j11XRXR 由此得由此得( (1) ) 串转并公式串转并公式 )1(2ess2s2spQRRXRR ssps2e2ss2s2sp)1(XRRXQRXXRX ( (2) )并转串公式并转串公式 2eps1QRR ppssXRRX ( (3) )说明说明 式中式中，ppsseXRRXQ Xp 和和 Xs 为实

42、数为实数 电容：电容： XC 1 电感：电感： XL = L 上述各式表明上述各式表明，Qe 取定后，取定后，Rp 和和 Rs，Xp 和和 Xs 之间可之间可以相互转换。转换前后的电抗性质不变以相互转换。转换前后的电抗性质不变( ( Xs 和和 Xp 有相同的有相同的正负号正负号) )。 5滤波匹配网络的设计滤波匹配网络的设计 在谐振功率放大器中，为了提高传输效率，回路的有在谐振功率放大器中，为了提高传输效率，回路的有载品质因数都较小，一般在载品质因数都较小，一般在 10 以下。考虑到谐波抑制度，以下。考虑到谐波抑制度，常用的滤波匹配网络除了上述最简单的常用的滤波匹配网络除了上述最简单的 L

43、型型外，更多的是外，更多的是由三个电抗元件组成的由三个电抗元件组成的 、T 型型以及由它们组成的多级混以及由它们组成的多级混合网络。下面就介绍合网络。下面就介绍滤波匹配网络的阻抗变换特性滤波匹配网络的阻抗变换特性。 假设滤波匹配网络的固有损耗假设滤波匹配网络的固有损耗电阻为零，即电阻为零，即回路传输效率回路传输效率趋近于趋近于 1，外接负载电阻外接负载电阻为为 RL，要求与，要求与 Re 和和 C0 的串接或并接阻抗相匹配，的串接或并接阻抗相匹配，C0 为为功率管的分布电容功率管的分布电容。利用串、并联阻抗转换公式，就可以导出各种滤波匹利用串、并联阻抗转换公式，就可以导出各种滤波匹配网络的元件

44、表达式。配网络的元件表达式。图图 237基极偏置电路基极偏置电路例例 1：图图 2- -3- -7( (a) )为为 T 型滤波匹配网络型滤波匹配网络，要求与，要求与 Re 和和 C0 串接阻抗匹配，串接阻抗匹配，求各元件表达式求各元件表达式。 111/LCCXXX 解：解：将将 T 型网络型网络分割成两个串接的分割成两个串接的 L 型网络型网络，图，图中中 。再对这两个再对这两个 L 型网络型网络进行分析。进行分析。在后一个在后一个 L 型网络型网络中，将中，将 XC2 和和 RL 的串接阻抗转换的串接阻抗转换为为 Xp2 和和 Rp2 的并接阻抗的并接阻抗，分别取值为分别取值为)1(2e2

45、Lp2QRR e2p22Lp2p2QRXRRXC ( (注意注意 XC2 含负号含负号) ) (b)图图 237基极偏置电路基极偏置电路0p21 XXL令令 ，回路并联谐振，则，回路并联谐振，则 L 型网络型网络呈现呈现的的谐振电阻谐振电阻为为)1(2e2Lp2eQRRR 其中，其中，L2e2/ RXQC 且网络元件的表达式为且网络元件的表达式为 XC2 = - - Qe2RL，e2p2p21/QRXXL 再来分析前一个再来分析前一个 L型网络型网络，它的负载电阻，它的负载电阻为为 。将。将和和的并接阻抗转换为的并接阻抗转换为 Xs1 和和 Rs1 的串接阻抗，分的串接阻抗，分别为别为eR 1

46、CX eR 2e1es11QRR s1e11e1s1s1RQXRRXC 1ee1/CXRQ 0s110 XXXLC其中其中。令。令，回路串，回路串联谐振，则联谐振，则 L 型网络型网络呈现的谐振电阻呈现的谐振电阻2e12e2L2e1es1e111QQRQRRR 1)1(2e1Lee2 QRRQ或或，由于由于 Qe2 为正实数，因而为正实数，因而L2e1e)1(RQR 根号内的值应大于零，故根号内的值应大于零，故有有相应网络元件的表达式相应网络元件的表达式为为e1e1/QRXC ee1s1e1s101RQRQXXXCL 所以，所以，若已知若已知 Re、C0 与与 RL，并选定，并选定 Qe1，则

47、，则 T 型网络型网络的各元件值由下列各式确定的各元件值由下列各式确定0ee11CLXRQX L2ARXC AQBQBABABQBXXXLCC e1e1e1111)/()/()/)(/(/式中式中，1)1(2e1Le QRRA)1(2e1eQRB 讨论：讨论：该网络仅适用于该网络仅适用于 的 匹 配 要的 匹 配 要求。但由于求。但由于 Re 越接近越接近 RL，A 越趋近越趋近 Qe1，XC1 就越大，就越大，相应相应 C1 就越小，而过小的就越小，而过小的 C1，在实践上是难以实现的，在实践上是难以实现的，故此处，故此处，Re 不易接近不易接近 RL。 )1/(2e1LeQRR 例例 2：

48、图图 2- -3- -8 示示 型滤波匹配网络型滤波匹配网络，要求与，要求与 Re、C0 的并接阻抗匹配，求各元件表达式。的并接阻抗匹配，求各元件表达式。 图图 238 形滤波匹配电路形滤波匹配电路解：解：首先取首先取 XL1 + XC0 = 0，L1 和和 C0 并联谐振，网络得并联谐振，网络得到简化，然后将到简化，然后将 XL2 用虚线分成两个串联电感，即用虚线分成两个串联电感，即222LLLXXX 在由在由与与 XC2 组成的组成的 L 型网络型网络中，它的负载为中，它的负载为 RL，现将现将 XC2 与与 RL 并联阻抗转换为串联阻抗并联阻抗转换为串联阻抗 Xs2 和和 Rs2。并令。

49、并令，网络串联谐振网络串联谐振。2LX 0s22 XXL结果是网络呈现的结果是网络呈现的谐振电阻谐振电阻为为22eLs2e1QRRR 且且e2Ls2Le2QRXRRXC Le22Le2RQXRRXCL eR 021 LCXX在由在由 XC1 和和 组成的网络中，它的负载为组成的网络中，它的负载为 ，现令，现令，回路串联谐振，回路串联谐振，因而因而 2LX 22eLee1QRRR 或或 eeLe2RRRQ 由于由于 Qe2 恒为正实数，故有恒为正实数，故有 RL Ree1e1/ RXQC ee10RQXC ee112RQXXCL 设，则设，则 ， ，若已知若已知 Re、C0 和和 RL，并选定，

50、并选定 Qe1 ，则网络元件值，则网络元件值由由下列各下列各式确定式确定01CLXX ee11RQXC eLeL2RRRRXC 2Le12CCLXRRXX 该网络适用于该网络适用于 RL Re 的匹配要求。的匹配要求。2.3.3谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 1电路电路( (p102 103) )2分析分析 直流馈电直流馈电( (集电极、基极集电极、基极) )电路，元件作用电路，元件作用 滤波、匹配网络滤波、匹配网络( (输入、输出输入、输出) )第第 2 章章谐振功率放大器谐振功率放大器2.4高频功率放大器高频功率放大器2.4.1高频功率管及大信号输入和输出阻抗高频功率管及大信号输入和

51、输出阻抗2.4.2高频功率放大器设计举例高频功率放大器设计举例工作频率在几十兆赫兹至几百兆赫兹范围的谐振功率工作频率在几十兆赫兹至几百兆赫兹范围的谐振功率放大器统称为高频功率放大器。功率管的特性已不能仅用放大器统称为高频功率放大器。功率管的特性已不能仅用静态特性曲线表示。还需要考虑非线性电容，引线电感等静态特性曲线表示。还需要考虑非线性电容，引线电感等分布参数和大注入效应等。工程上广泛采用借助功率管的分布参数和大注入效应等。工程上广泛采用借助功率管的大信号输入和输出阻抗的设计方法。大信号输入和输出阻抗的设计方法。 2.4.1高频功率管及大信号输入和输出阻抗高频功率管及大信号输入和输出阻抗 一、高频功率管结构一、高频功率管结构 高频功率管的内部结构如图高频功率管的内部结构如图 2- -4- -1 所示。所示。内部结构内部结构外部结构外部结构( (a) )和和( (b) )为四引线结构，其中两