高频电子线路非线性部分第四版谢家奎第二章

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1、第2章谐振功率放大器2.1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2.3谐振功率放大器电路谐振功放：一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。特点：负载匹配网络为谐振系统。应用状态：丙类（或丁类、乙类）用途：对载波或已调波进行功率放大本章内容：工作原理、性能分析、电路种类：丙类谐振功放丁类、戊类谐振功放倍频器2.1谐振功率放大器的工作原理2.1.1丙类谐振功率放大器1.电路组成ZL——外接负载，呈阻抗性，用CL与RL串联等效电路表示。Lr和Cr——匹配网络，与ZL组成并联谐振回路。调节Cr使回路谐振在输入信号频率。VBB——基极偏置电

2、压，使功率管Q点设在截止区，以实现丙类工作。2.集电极电流iC输入据由静态转移特性(iC-vBE)，得集电极电流iC波形：脉宽小于半个周期的脉冲序列。付里叶级数展开：为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。3.输出电压vo(1)对基波分量：阻抗最大，为谐振电阻Re(谐振回路调谐在输入信号频率上，因而对iC中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻)；在高Q回路中，其值Re近似为式中，——回路总电容——回路谐振角频率——回路有载品质因数(2)对非基波分量，阻抗很小（谐振回路对iC中的其它分量呈现的），产生的电压均可忽略。既然仅有由基波分量产生的电压vc

3、输出，负载获得的信号功率不失真。可见：丙类谐振功率放大器谐振回路的功能：(1)选频：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为不失真的输出电压。(2)阻抗匹配：调节Lr和Cr，谐振回路将含有电抗分量的外接负载变换为谐振电阻Re，并阻抗匹配。所以，谐振功率放大器中，谐振回路起到选频和匹配负载的双重作用。4.功率特性分析(1)丙类功放的问题若提高C，管子导通角c应继续减小；但引起iC中基波分量Icm1减小，导致输出功率减小。(2)解决方法VBB负向增大(c减小)同时，提高输入激励电压Vbm，以维持输出功率不变。但需警惕管射结反向击穿

4、。为进一步提高效率，可采用开关工作的丁类、戊类谐振功率放大器。2.1.2丁类和戊类谐振功率放大器1.丁类谐振功放(1)电路Tr次级两绕组相同，极性相反。T1和T2特性配对，为同型管。(2)原理若vi足够大，则vi<0时，T1饱和导通，T2截止，vi>0，T2饱和导通，T1截止，A点最大振幅值：vA=vA1vA2=VCC2vCE(sat)加到串谐回路，若谐振回路工作在输入信号角频率上，可近似认为输出得电流iL是角频率为的余弦波，RL上获得不失真输出功率。(3)讨论①vCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高(90%以上)；②因结电容、分布电容

5、等影响，实际波形不理想，使管耗增大，丁类功放效率受限。2.戊类放大器为了克服这个缺点，在开关工作的基础上采用一个特殊设计的集电极，保证vCE为最小值的一段期间内，才有集电极电流流通——戊类放大器。2.1.3倍频器1.概念倍频器(FrequencyMultiplier)：将输入信号的频率倍增n倍的电路。2.原理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n次谐波上，则输出谐振回路上仅有iC中的n次谐波分量产生的高频电压，而其它分量产生的电压均可忽略，因而RL上得到了频率为输入信号频率n倍的输出信号功率。3.实现办法(1)三极管倍频器倍频次

6、数不能太高，一般为二倍或三倍频。原因：①效率。集电极电流脉冲中包含的谐波分量的幅度随着n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。②滤波。谐振回路需滤除高于n和低于n的各次分量。低于n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。(2)变容二极管、阶跃二极管构成参量倍频器，适用于倍频次数较高时。2.2谐振功率放大器的性能特点2.2.1近似分析方法非谐振功放丙类谐振功放集电极负载纯电阻谐振回路，含电抗元件求功率性能图解法准静态分析法要点求负载线求动态线1.使用条件——两假设(1)谐振回路滤波

7、特性理想，即尽管集电极、基极电流为脉冲波，但两回路只产生基波（余弦）电压，其它分量的电压均可忽略。有：(2-2-1)(2)功率管特性用输入和输出静态特性曲线表示，其参变量采用vBE（而不是通常的iB）。2.分析步骤(1)求动态点，画波形(2)连动态线，画iC波形(3)图解积分求分量(4)计算功率性能(1)求动态点，画波形设定VBB、Vbm、VCC、Vcm，将t按等间隔(t=0º，15º，30º，……)给定数值，由式2-2-1便可确定vBE和vCE(图a)。(2)连动态线，画iC波形：根据vBE和vCE值，在输出特性曲线上（以vBE为参变量

8、）找对应的动态点，画动态线（动态点的连线），由此可确定iC的波形。.(3)图解积分求得分量IC0和Ic1m谐振电阻(4)计算功率性能四变