第2章谐振功率放大器PPT课件

1、 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丙类谐振功率放大器第1页/共40页 、 ：输出并联谐振回路（作用：选频与阻抗匹配） 、 ：高频旁路电容与隔直作用 为了实现丙类工作，基极偏置电压 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1C2CrLrCcosBEBBbBBbmsvVvVVtBBV012CCcciIii012coscos2Cc msc msIItIt第2页/共40页 甲、乙、丙三种

2、工作状态下的转移特性分析 第3页/共40页 由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率 上，所以它对 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， 为回路总电容, 为回路谐振角频率, 为回路有载品质因数。sCi220rreLrLLLRRCRtLrtLC CCCC01srrL C001reLrLLQRC R第4页/共40页 谐振回路对 中的其他分量呈现的阻抗很小，所以产生的电压可忽略。所以 的波形为余弦波 （其中 ）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。丁类和戊类谐振功率放大器Cicevco

3、scecmsvVtcosCECCcmsvvvt1cmc meVIR第5页/共40页 丁类谐振功率放大器原理电路及其波形第6页/共40页 功率与效率V-2VP =VIR2VPVIVVRVPVVPVV2CCCE(sat)0LmLm2CCDCCCCCE(sat)2CE(sat)0CCCCE(sat)DCCCC2()12(2)21(2)1LL第7页/共40页 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 电路与丙类谐振功放相似 ，不同点在于 谐振在上。 特点：谐振在 上， n 不宜过大，否则电流太小； LC选频网络选出 分量，滤除大

4、于或小于 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。rr1nLCrrL Csnsnsn第8页/共40页 2.2 谐振功率放大器的性能特点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 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 转换成 。）BiBEvcoscosBEBBbmCECCcmvVVtvVVt第9页/共40页 谐振功率放大器的近似分析方法第10页/共40页第11页

5、/共40页 四个电量 、 、 、 的变化对集电极电流脉冲波形均会产生影响，从而 及其它功率参数也会发生相应的变化。 下面讨论这四个电量是如何影响放大器性能的。欠压、临界和过压状态 讨论 、 、 一定时，改变 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 和 的大小，当 和一定时，集电极电流脉冲的宽度近似一定，几乎不随 的大小而变化。但波形的形状会产生一定的变化。BBVbmVCCVcmVeRBBVbmVCCVcmVBBVbmVbmVBBVcmV第12页/共40页 第13页/共40页第14页/共40页 根据傅立叶级数理论， 中的平均分量 和基波分量振幅 分别表示为 所以， 脉

6、冲越宽，高度越高， 和 就越大， 出现凹陷时，凹陷越深， 和 就越小。Ci0CI1c mI01121cosCCc mCIi dtIitdtCi0CI0CI1c mI1c mICi第15页/共40页第16页/共40页 由小增大时，放大器由欠压进入 过压状态，相应的 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 的取值使管子工作在临界 状态，则 最大， 较大， 较小， 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 表示。 负载特性eRCieRoPCCPeoptR第17页/共40页 二、调制特性 集

7、电极调制特性 定义：若 、 、 不变，放大器随 的变化特性。BBVbmVeRCCV第18页/共40页 调制特性曲线结论： 欲想改变 能有效控制 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。CCVcmV第19页/共40页 基极调制特性 定义：若 、 、 不变，放大器随 的变化特性。bmVCCVeRBBV第20页/共40页 结论：改变 欲想有效控制 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BBVbmV第21页/共40页 集电极调幅与基极

8、调幅 调制特性是晶体三极管调幅电路的基本特性a) 集电极调幅电路： ；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。 VVCCCC+tvt（）（）第22页/共40页 第23页/共40页 b) 基极调幅电路 丙类谐振功放的基极调制是基极调幅的原理依据。( )( )BBBBVtVvt第24页/共40页 三、放大特性 定义：若VCC、VBB、Re不变，放大器随Vbm变化特性。第25页/共40页 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

9、压状态。第26页/共40页第27页/共40页 集电极串、并馈电路形式第28页/共40页 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。第29页/共40页第30页/共40页 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

10、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。滤波匹配网络 对输出匹配网络的要求 将外接RL 转化成功率管集电极要求的匹配负载Re。 选出基波分量，滤除谐波分量。 将功率管给出的信号功率高效率地传送到外接负载上。 设计 LC 匹配网络的基本依据 串并支路阻抗变换公式第31页/共40页 常用匹配网络设计 i L 形匹配网络 定义：用两个异型电抗连接成 L 形RR =R1+QXX =X11+QXQ =Rpsp2epsp2eses()()R = R

11、1+QR1X = X 1+XQRQ =X2psespss2epep()()第32页/共40页 结构：设计举例：（如图所示L形网络，已知 ，且 ，求xs、xp）RRLe及R RLe第33页/共40页 21LseeRRRQ10ssLLessepxxRRQRRRx seepLexR QxRQ第34页/共40页 ii 形匹配网络设计 定义：用两个同性抗和一个异性抗连接成形网络。 结构： 设计实现的条件 （a） 变换原则 型变成二个L形 第二个 L 形把 RL 变换为假想电阻 Rs 第一个 L 形把 RS 变换为匹配电阻 Re第35页/共40页 （b） 设计方法已知：RL、Re ，求结论： 实现条件： ； 已知 、 确定，但 、 不是唯一的选择，可以合理组合使 达到最佳状态的匹配网络，所以型网络得到广泛应用。XXXsp1p2、21(1)1LeeRQRLReR1eQ2eQk第36页/共40页 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 若串臂为两个同性电抗，则并臂分成 T形两个L形 两个同性电抗 若半臂为异性电抗，则并臂分成两个异性电抗 第二个L形 假想电阻Rp 第一个L形 匹配电阻 RS第37页/共40页 b） 设计方法：已知