电子线路高频非线性部分21

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实现办法实现办法 ( (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