谐振功率放大器

1、第二章 谐振功率放大器2-1 谐振功率放大器概述谐振功率放大器概述一、引入谐振功放的必要性一、引入谐振功放的必要性二、分类二、分类线性谐振功放线性谐振功放丙类谐振功放丙类谐振功放高效率功放高效率功放)1809090180(0000 或或或或放大标准的调幅波（或称已调幅波）放大标准的调幅波（或称已调幅波）放大高频等幅波放大高频等幅波(载波载波/调频波调频波/调相波调相波)90(0 )90(0 功率管工作开关状态功率管工作开关状态 2-2 丙类谐振功率放大器丙类谐振功率放大器一、一、 原理电路及各元件作用原理电路及各元件作用原理电路原理电路 Atr/CCC Arrrr 元件作用元件作用L1C1：输

2、入并谐回路，谐振电阻输入并谐回路，谐振电阻Re1LrCr：输出并谐回路，输出并谐回路，谐振电阻谐振电阻C1、C2：高频旁路电容及隔直作用高频旁路电容及隔直作用errQrCLR erCrLQCLrrerr 1 特性阻抗特性阻抗品质品质因数因数Lr、Cr并谐回路的作用：选频、阻抗匹配并谐回路的作用：选频、阻抗匹配二、工作原理二、工作原理1) 在激励信号为在激励信号为is=Ismcost, ,看各级电压电流看各级电压电流: : ib的波形：的波形： ib为一串余弦脉冲为一串余弦脉冲 ic的波形：的波形： ic为一串余弦脉冲为一串余弦脉冲 vCE的波形：的波形： 负载是具有选频作用的负载是具有选频作用

3、的Lr、Cr并谐回路；并谐回路； vce = -Vcm cost （其中（其中Vcm= ic1mRe）2. 工作原理（续）工作原理（续）2) 结论：结论： 工作原理描述：在工作原理描述：在is为余弦信号的激励下，丙类为余弦信号的激励下，丙类 谐振功放的谐振功放的ib、ic均是余弦脉冲，而均是余弦脉冲，而vb、vc是完整是完整 的余弦波。（因为输入输出均为的余弦波。（因为输入输出均为LC选频网络）选频网络） 管外特性方程：管外特性方程：1em1bsmbmbmBBBE)(VcosVRIItV 其其中中 vem1ccmcmCCCEVcosVRItV其其中中 v3. 能量关系能量关系)(max 00c

4、CCCCCDiVIVP )(21)(2121211max1maxe cCCccmmccmmcOiViVRIVIP 211ODCPPP )()(/)(21110 gPPDOC21 2-3 丙类谐振功放工作状态的分析丙类谐振功放工作状态的分析一、一、 工作状态的划分方法工作状态的划分方法(按工作区域划分按工作区域划分)欠压状态：管子导通时，动态点处在放大区欠压状态：管子导通时，动态点处在放大区临界状态：管子导通时，动态点处在临界饱和区临界状态：管子导通时，动态点处在临界饱和区过压状态：管子导通时，动态点进入饱和区过压状态：管子导通时，动态点进入饱和区二、二、 如何求动态线如何求动态线1. 依据：管

5、外特性方程依据：管外特性方程 2. 方法：近似静态特性分析方法方法：近似静态特性分析方法3. 波形：波形：因为集电极电压因为集电极电压 从欠压（反偏）从欠压（反偏）二、二、 如何求动态线如何求动态线4. 结论：结论： 动态线由一根曲线与线段构成动态线由一根曲线与线段构成 集电极电流是一集电极电流是一串串余弦脉冲（或凹陷脉冲）余弦脉冲（或凹陷脉冲） 过压状态电流显现凹陷是过压状态电流显现凹陷是:（ ） cmVCEvCEBEvv cmV一部分电流被折回到基极一部分电流被折回到基极临界时临界时过压（正偏）致使到达集电极的过压（正偏）致使到达集电极的cmI工作状态变化工作状态变化三、三、 工作状态分析

6、工作状态分析讨论讨论VCC、 VBB 、Vbm、Vcm或或Re对工作状态的影响对工作状态的影响1. 负载特性负载特性 定义：若定义：若VCC、 VBB 、Vbm不变，不变， 放大器随放大器随Re 变化的特变化的特性性 负载特性分析负载特性分析三、三、 工作状态分析工作状态分析1. 负载特性负载特性（续）（续） 画出负载特性曲线：画出负载特性曲线：注意注意：Ic1m、ICQ在欠压区下降慢，在欠压区下降慢，在过压区下降快；在过压区下降快；Vcm则相反！则相反！ 结论：结论：实际负载应取在弱过压状态。实际负载应取在弱过压状态。（因（因PC最小，管子最安全、最小，管子最安全、C增大、增大、 Po 也较

7、大）也较大）三、三、 工作状态分析工作状态分析2. 调制特性调制特性1) 集电极的调制特性集电极的调制特性 定义：若定义：若VBB、Vbm、Re不变，不变， 放大器随放大器随VCC变化的特性。变化的特性。 集电极调制特性分析集电极调制特性分析三、三、 工作状态分析工作状态分析2. 调制特性调制特性（续（续1）1) 集电极的调制特性集电极的调制特性(续续1) 画出调制特性曲线画出调制特性曲线 结论：结论：l欲想改变欲想改变VCC能有效控制能有效控制Vcm实现集电极调制，则实现集电极调制，则 放大器应工作在过压状态；放大器应工作在过压状态；l集电极调制是实现集电极调幅的原理依据。集电极调制是实现集

8、电极调幅的原理依据。三、三、 工作状态分析工作状态分析2. 调制特性调制特性（续（续2）1) 集电极的调制特性集电极的调制特性（续续2） 集电极调幅电路：集电极调幅电路： )()(tVtCCCC vvl 电路与工作原理：电路与工作原理：l 电压电流波形：电压电流波形：三、工作状态分析三、工作状态分析2 调制特性调制特性（续（续3）2) 基极的调制特性基极的调制特性 定义：若定义：若VCC、Vbm、Re不变，不变， 放大器随放大器随VBB的变化特性。的变化特性。 基极调制特性分析基极调制特性分析三、三、 工作状态分析工作状态分析2 调制特性调制特性（续（续4）2) 基极的调制特性基极的调制特性（

9、续（续1） 画出调制特性曲线画出调制特性曲线 结论：结论：l 改变改变VBB欲想有效控制欲想有效控制 Vcm实现基极调制，则放大器实现基极调制，则放大器应工作在欠压状态；应工作在欠压状态；l 基极调制是实现基极调幅的原理依据。基极调制是实现基极调幅的原理依据。三、三、 工作状态分析工作状态分析2 调制特性调制特性（续（续5）2) 基极的调制特性基极的调制特性（续（续2） 基极调幅电路基极调幅电路l电路与工作原理电路与工作原理)()(tVtBBBB vvl电压电流波形电压电流波形三、三、 工作状态分析工作状态分析2. 调制特性调制特性（续（续6）3) 放大特性放大特性 定义：若定义：若VCC、

10、VBB、Re不变，不变， 放大器随放大器随Vbm的变化特性。的变化特性。 放大调制特性分析放大调制特性分析三、三、 工作状态分析工作状态分析2. 调制特性调制特性（续（续7）3) 放大特性放大特性（续（续1） 画出调制特性曲线画出调制特性曲线 结论：结论：l若想改变若想改变 Vbm有效控制有效控制Vcm实现放大，则放大器应工作在欠压实现放大，则放大器应工作在欠压状态；可以放大高频等幅波（载波、调频波、调相波）。状态；可以放大高频等幅波（载波、调频波、调相波）。 l欲想改变欲想改变Vbm ，使，使 Vcm基本不变，实现限幅，则放大器应工作基本不变，实现限幅，则放大器应工作在过压状态。在过压状态。

11、2-4 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 一、一、 直流馈电直流馈电 馈电原则：馈电原则： 对直流呈短路对直流呈短路 对基波分量呈现最大阻抗对基波分量呈现最大阻抗 对其他谐波分量基本呈现短路对其他谐波分量基本呈现短路一、一、 直流馈电直流馈电1. 集电极馈电集电极馈电若功率管若功率管C-E结结、VCC、 LC回路三者是串联回路三者是串联(或并联或并联)，则称为集电极串馈（或并馈）电路。则称为集电极串馈（或并馈）电路。 集电极集电极串、并馈电串、并馈电路形式路形式一、直流馈电一、直流馈电1. 集电极馈电集电极馈电（续）（续） 串并电路的异同点串并电路的异同点（i） 共同点共同点：供电效果相同

12、；：供电效果相同； （ii）不同点不同点： 并馈：并馈：LC回路两端均是直流低电位端，且有一端接地；回路两端均是直流低电位端，且有一端接地； 串馈：串馈：LC回路两端均是直流高电位端，且没有一端接地；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（馈电附加元件（ RFC、CC） 并馈：并馈： RFC 、CC加在加在LC回路高电位端，造成分布参数回路高电位端，造成分布参数 并到并到LC回路上，影响频率稳定。回路上，影响频率稳定。 串馈：串馈： RFC 、 CC加在加在LC回路低电位端，不影响频率稳定。回路低电位端，不影响频率稳定。 一、直流馈电一、直流馈电2. 基极馈电基极馈电若功率管

13、的发射结、若功率管的发射结、vi 、VBB 三者是串联（或三者是串联（或并联），则称为基极串馈（或并馈）电路。并联），则称为基极串馈（或并馈）电路。 基极馈电形式基极馈电形式:有串馈与并馈两种形式有串馈与并馈两种形式一、直流馈电一、直流馈电2. 基极馈电基极馈电（续（续1） 常用基极馈电电路常用基极馈电电路一、直流馈电一、直流馈电2. 基极馈电基极馈电（续（续2）常用基极馈电电路常用基极馈电电路一、直流馈电一、直流馈电3. 自给反偏压电路的作用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。放大器中引入自给反偏压是稳定工作点。丙类谐振功放引入基极自给反偏压是稳定工丙类谐振功放引入基极自

14、给反偏压是稳定工 作状态，克服非线性失真。作状态，克服非线性失真。振荡器中自给偏压是稳定振幅用。振荡器中自给偏压是稳定振幅用。切不可在乙类变压器耦合推挽功率放大电路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或线性谐振功率放大电路中加自给反偏压电 路路，否则可能导致非线性失真。否则可能导致非线性失真。二、二、 匹配网络匹配网络1.对输出匹配网络的要求对输出匹配网络的要求 将外接将外接RL转化成功率管集电极要求的匹配负载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。用选出基波分量，滤除谐波分量。用 描述描述 滤波性能。滤波性能。Kn 、二、

15、匹配网络二、匹配网络2. 设计设计LC匹配网络的基本依据匹配网络的基本依据 串并支路阻抗变换公式串并支路阻抗变换公式二、匹配网络二、匹配网络3. 常用匹配网络设计常用匹配网络设计1） L型匹配网络设计型匹配网络设计 定义：用两个异型抗连接成定义：用两个异型抗连接成L型型 结构：结构：或或 设计举例：设计举例：如图所示如图所示L型网络，已知型网络，已知RL及及Re，且，且RLRe，求求xs、xp二、匹配网络二、匹配网络3. 常用匹配网络设计常用匹配网络设计（续（续1）2） 型匹配网络设计型匹配网络设计 定义：用两个同型抗和一个异型抗连接成定义：用两个同型抗和一个异型抗连接成型网络。型网络。 结构

16、：结构： 设计举例：设计举例：如图所示如图所示型网络，型网络，已知已知RL、Re ，求求xs、xp1、xp2二、匹配网络二、匹配网络 结论：结论：3. 常用匹配网络设计常用匹配网络设计（续（续2）l 已知已知RL、Re确定，但确定，但Qe1、 Qe2不是唯一的选择不是唯一的选择可以合理搭配使可以合理搭配使 、 ，达到最佳状态的匹配，达到最佳状态的匹配网络，所以网络，所以型网络得到广泛应用。型网络得到广泛应用。 n K l 实现条件：实现条件： ； 1)(11eeL 2QRR2） 型匹配网络设计型匹配网络设计（续）（续）二、匹配网络二、匹配网络 定义：用两个同型抗与一个异型抗连接成定义：用两个同

17、型抗与一个异型抗连接成T型网络。型网络。3. 常用匹配网络设计常用匹配网络设计（续（续3）3） T型匹配网络设计型匹配网络设计 结构：结构： 设计举例：设计举例：如图所示如图所示T型网络，型网络，已知已知RL、Re ，求求xs1、xs2、xp二、匹配网络二、匹配网络 结论：结论：3. 常用匹配网络设计常用匹配网络设计（续（续4）3） T型匹配网络设计型匹配网络设计（续）（续）l 实现条件：实现条件： ； 1)(12eeL 2QRRl 已知已知RL、Re确定，确定，T型匹配可取型匹配可取Qe1、 Qe2不同不同值组合，使值组合，使 、 达到最佳状态，所以达到最佳状态，所以滤波性滤波性能好，能好，

18、得到广泛应用。得到广泛应用。 n K 二、匹配网络二、匹配网络 互感耦合双调谐回路如下图所示：互感耦合双调谐回路如下图所示：3. 常用匹配网络设计常用匹配网络设计（续（续5）4） 互感耦合双调谐回路互感耦合双调谐回路 初次级回路都谐振在初次级回路都谐振在上上 结论：可调节结论：可调节Qe1、M使使 达到最佳匹配状态。达到最佳匹配状态。kn ,实现高效率功放的途径实现高效率功放的途径 实现高效率功放的途径实现高效率功放的途径2-5 晶体管倍频器晶体管倍频器一、一、 倍频类型倍频类型 三极管倍频器（几十兆周以下）三极管倍频器（几十兆周以下） 参量倍频（参量倍频（100兆周以上）兆周以上）二、二、 晶体管倍频原理电路、晶体管倍频原理电路、 工作状态及其特点工作状态及其特点1. 电路：电路： 与丙类谐振功放相似与丙类谐振功放相似 不同点在于不同点在于rr1CLn 2. 工作状态：工作状态： 应工作在欠压或临界状态应工作在欠压或临界状态 一般不工作在过压状态的原因：一般不工作在过压状态的原因：3. 特点：特点：谐振在谐振在ns上，上， n不宜过大，否则电流太小不宜过大，否则电流太小LC选频网络选出选频网络选出 ns分量，滤除大于或小于分量，滤除大于或小于ns的的分量，要求滤波条件苛刻。分量，要求滤波条件苛刻。