高頻電子技術(shù)：第2章 諧振功率放大器

1、 2.諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原理 2. 諧振功率放大器的性能特點(diǎn)諧振功率放大器的性能特點(diǎn) 2. 諧振功率放大器電路諧振功率放大器電路 第第2章章 諧振功率放大器諧振功率放大器 功能：對(duì)高頻信號(hào)（載波或已調(diào)波）進(jìn)行窄帶功率放大功能：對(duì)高頻信號(hào)（載波或已調(diào)波）進(jìn)行窄帶功率放大 研究的目標(biāo)：高效率大功率輸出研究的目標(biāo)：高效率大功率輸出 工作狀態(tài)：丙類、丁類、戊類工作狀態(tài)：丙類、丁類、戊類 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：諧振回路作負(fù)載電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：諧振回路作負(fù)載 諧振功率放大器諧振功率放大器 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 負(fù)載特性負(fù)載特性 功率放大功率放大 諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原

2、理 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 調(diào)制特性調(diào)制特性 調(diào)幅調(diào)幅 放大特性放大特性 線性放大線性放大 限幅限幅 直流饋電直流饋電 電路組成電路組成 實(shí)用電路實(shí)用電路 匹配濾波網(wǎng)路匹配濾波網(wǎng)路 2.1 諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原理 一、原理電路一、原理電路 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):(1)功率管丙類功率管丙類 工作工作 （調(diào)（調(diào) VBB在截止區(qū)）在截止區(qū)） (2)負(fù)載：諧振回路，其負(fù)載：諧振回路，其 中中L、C為匹配網(wǎng)絡(luò)，為匹配網(wǎng)絡(luò)，ZL 為外接負(fù)載。調(diào)為外接負(fù)載。調(diào)C使回使回 路諧振在輸入信號(hào)的頻路諧振在輸入信號(hào)的頻 率上。率上。 tVVvVv tVtv sbmBBbBBBE sbmb cos c

3、os)( 二、工作原理（圖解法）二、工作原理（圖解法） 已知已知vBE和轉(zhuǎn)移特性畫(huà)出集和轉(zhuǎn)移特性畫(huà)出集 電極電流和電壓波形。電極電流和電壓波形。 集電極電流失真（周期性集電極電流失真（周期性 脈沖）脈沖） 傅立葉級(jí)數(shù)分傅立葉級(jí)數(shù)分 解解 集電極諧振回路選集電極諧振回路選 頻頻 不失真集電極電壓。不失真集電極電壓。 tItIIi smcsmcCC 2coscos 210 tVtRIv scmsemcc coscos 1 Re：諧振電阻諧振電阻 推廣：將諧振回路調(diào)諧在推廣：將諧振回路調(diào)諧在ns上上 倍頻器倍頻器（二倍頻或三倍頻）（二倍頻或三倍頻） 2.2 諧振功率放大器的性能特點(diǎn)諧振功率放大器的性

4、能特點(diǎn) 性能指標(biāo)：性能指標(biāo)： oDC CCC cmmc D o c e cm emccmmco CCCD PPP VI VI P P R V RIVIP IVP 0 1 2 2 11 0 2 1 2 1 2 1 2 1 要提高效率要提高效率, 需增大需增大Ic1m或減小或減小IC0 （增大（增大Ic1m即增大基波分量幅度，通過(guò)集電極脈沖電流高度實(shí)現(xiàn)，即增大基波分量幅度，通過(guò)集電極脈沖電流高度實(shí)現(xiàn)， 減小減小IC0即減小集電極平均電流即減小集電極平均電流, 通過(guò)降低靜態(tài)工作點(diǎn)實(shí)現(xiàn)）。通過(guò)降低靜態(tài)工作點(diǎn)實(shí)現(xiàn)）。 一、圖解分析法一、圖解分析法 tVVv tVVv cmCCCE bmBBBE cos

5、cos 設(shè)定設(shè)定VBB、Vbm、VCC、Vcm四個(gè)值四個(gè)值畫(huà)動(dòng)態(tài)畫(huà)動(dòng)態(tài) 線（交流負(fù)載線）線（交流負(fù)載線）畫(huà)集電極電流波形畫(huà)集電極電流波形 作圖過(guò)程：（描點(diǎn)法）取點(diǎn)作圖過(guò)程：（描點(diǎn)法）取點(diǎn) 確定確定 的值的值在輸出特性曲線上確定動(dòng)態(tài)點(diǎn)在輸出特性曲線上確定動(dòng)態(tài)點(diǎn)畫(huà)動(dòng)態(tài)線畫(huà)動(dòng)態(tài)線 畫(huà)畫(huà) 波形波形分解出分解出 求性能指標(biāo)求性能指標(biāo) ooo t30,15,0 CEBE vv, C i 01 , Cmc II eCo RP, 結(jié)論：結(jié)論： 四個(gè)電量影響放大器的性能。四個(gè)電量影響放大器的性能。 問(wèn)題：動(dòng)態(tài)線為什么是曲線？問(wèn)題：動(dòng)態(tài)線為什么是曲線？ cmCCbmBB VVVV, 動(dòng)態(tài)線：動(dòng)態(tài)線：ABC（交流負(fù)

6、載線），（交流負(fù)載線），A點(diǎn)（點(diǎn)（ ） B點(diǎn)，點(diǎn)，C點(diǎn)（點(diǎn)（ ） maxminmax , CCEBE ivv cm V 二、丙類諧振功放工作狀態(tài)（欠壓、臨界、過(guò)壓）二、丙類諧振功放工作狀態(tài)（欠壓、臨界、過(guò)壓） 根據(jù)根據(jù)A點(diǎn)的位置確定工作狀態(tài)：點(diǎn)的位置確定工作狀態(tài)： A在放大區(qū)在放大區(qū)欠壓欠壓 A在臨界點(diǎn)在臨界點(diǎn)臨界臨界 A在飽和區(qū)在飽和區(qū)過(guò)壓過(guò)壓 一定時(shí)，改變一定時(shí)，改變 CCbmBB VVV, cm V 上圖描述：保持上圖描述：保持 不變，不變， 變化對(duì)工作狀態(tài)的影響。變化對(duì)工作狀態(tài)的影響。 欠壓：欠壓： 余弦脈沖余弦脈沖 臨界：臨界： 余弦脈沖余弦脈沖 略略 過(guò)壓過(guò)壓 中間凹陷脈沖，高度減

7、小。中間凹陷脈沖，高度減小。 CCbmBB VVV, cm V C C C i i i maxC i 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1 過(guò)壓狀態(tài)下，過(guò)壓狀態(tài)下， 為什么出現(xiàn)凹陷？為什么出現(xiàn)凹陷？ 2 在不同工作狀態(tài)下交流負(fù)載線變化的原因？在不同工作狀態(tài)下交流負(fù)載線變化的原因？ 3 為什么討論為什么討論 的波形變化？的波形變化？ C i C i 三、性能分析三、性能分析 1、負(fù)載特性、負(fù)載特性 VBB、Vbm、VCC一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨Re變化的特性。變化的特性。 VBB、VCC一定一定Q點(diǎn)一定，點(diǎn)一定，Vbm一定一定iC寬度一定寬度一定 VBB、Vbm一定一定vBEmax一定一定 欠壓欠壓 Re

8、Vcm從欠壓從欠壓臨界臨界過(guò)壓過(guò)壓 Ic1mIC0 C i D o C oDC mccmo CCCD emccm P P PPP IVP IVP RIV 1 0 1 2 1 最佳工作狀態(tài)：臨界（最佳工作狀態(tài)：臨界（ 最大，最大， 較大）較大） o PC 匹配負(fù)載：匹配負(fù)載： eopt R 例題例題 2.1 某諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率某諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，輸出功率 PO=15W，且，且 VCC=24V，集電極飽和壓降集電極飽和壓降VCE(sat)=2V ，晶體管集電極電流中，晶體管集電極電流中 的直流分量的直流分量 IC0=0.8A。試問(wèn)：。試問(wèn)： 直流電源輸出功率直流電

9、源輸出功率PD ；集電極效率；集電極效率C ；基波電流；基波電流Ic1m 、諧振回、諧振回 路的諧振電阻路的諧振電阻Re 。 2.3 諧振功率放大器電路諧振功率放大器電路 直流饋電線路直流饋電線路 電路組成：電路組成： 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)濾波匹配網(wǎng)絡(luò) 1. 直流饋電線路直流饋電線路 饋電原則：饋電原則： 由于電路中各電極電流是脈沖形狀由于電路中各電極電流是脈沖形狀, 包括直流、基頻及各次包括直流、基頻及各次 諧波分量諧波分量, 所以饋電線路原則：所以饋電線路原則： （1）應(yīng)有效地將直流電壓加在晶體管的電極間。）應(yīng)有效地將直流電壓加在晶體管的電極間。 （2） 應(yīng)使基頻分量流過(guò)負(fù)載回路產(chǎn)生輸出功率應(yīng)使基

10、頻分量流過(guò)負(fù)載回路產(chǎn)生輸出功率, 但不要通過(guò)直但不要通過(guò)直 流電源。流電源。 （3）有效地濾除高次諧波分量。）有效地濾除高次諧波分量。 串聯(lián)饋電：晶體管、直流電源和諧振回路三部分串聯(lián)串聯(lián)饋電：晶體管、直流電源和諧振回路三部分串聯(lián) 饋電形式饋電形式 并聯(lián)饋電：晶體管、直流電源和諧振回路三部分并聯(lián)并聯(lián)饋電：晶體管、直流電源和諧振回路三部分并聯(lián) 無(wú)論哪種電路形式無(wú)論哪種電路形式, 直流偏壓與交流電壓總是串聯(lián)迭加的直流偏壓與交流電壓總是串聯(lián)迭加的, 即即 tVVv tVVv cmCCCE bmBBBE cos cos （1）集電極饋電）集電極饋電 串饋串饋并饋并饋 Lc：高頻扼流圈（大電感）對(duì)高頻開(kāi)路

11、，阻止高頻信號(hào)流過(guò)直流電：高頻扼流圈（大電感）對(duì)高頻開(kāi)路，阻止高頻信號(hào)流過(guò)直流電 源影響直流電源的穩(wěn)壓性能。源影響直流電源的穩(wěn)壓性能。 Cc、Cc2：電源濾波電容（旁路電容），高頻短路。：電源濾波電容（旁路電容），高頻短路。Cc1：隔直電：隔直電 容，以免電感將直流電源短路。容，以免電感將直流電源短路。 (2) 基極饋電線路?；鶚O饋電線路。 基極饋電也有串饋與并饋兩種形式基極饋電也有串饋與并饋兩種形式,基極的偏壓既可以是外加基極的偏壓既可以是外加 的的, 也可以由基極直流電流或發(fā)射極直流電流流過(guò)電阻產(chǎn)生（自給也可以由基極直流電流或發(fā)射極直流電流流過(guò)電阻產(chǎn)生（自給 偏置）。偏置）。 外加分壓偏置

12、外加分壓偏置 為減小分壓電路的功耗，為減小分壓電路的功耗， 分壓電阻數(shù)值應(yīng)適當(dāng)分壓電阻數(shù)值應(yīng)適當(dāng)大些大些 串聯(lián)饋電串聯(lián)饋電 Cb2 Lb RbCb1 Cb Lb ReCe Cb Lb (a)(b)(c) 自給偏置方式自給偏置方式 iB為余弦脈沖，利用為余弦脈沖，利用 iB的直流分量的直流分量IB0在電在電 阻阻Rb上產(chǎn)生的壓降上產(chǎn)生的壓降 負(fù)偏壓負(fù)偏壓 bBBE RIV 0 eEBE RIV 0 0 BE V 在無(wú)輸入信號(hào)時(shí)在無(wú)輸入信號(hào)時(shí), 自給偏壓電路的偏置為零。自給偏壓電路的偏置為零。 隨著輸入信號(hào)的隨著輸入信號(hào)的 逐漸增大逐漸增大, 加在晶體管加在晶體管BE結(jié)之間的偏置電壓向負(fù)值方向增大

13、。結(jié)之間的偏置電壓向負(fù)值方向增大。 可見(jiàn)：可見(jiàn)： (1)基極偏置電壓不等于靜態(tài)偏置電壓?；鶚O偏置電壓不等于靜態(tài)偏置電壓。 （2）乙類功放不能采用自給偏壓方式。）乙類功放不能采用自給偏壓方式。 （3）自給偏置效應(yīng)：偏置電壓隨輸入信號(hào)電壓振幅變化的）自給偏置效應(yīng)：偏置電壓隨輸入信號(hào)電壓振幅變化的 效應(yīng)。效應(yīng)。 2. 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)濾波匹配網(wǎng)絡(luò) 雙重作用雙重作用 選頻濾波選頻濾波 阻抗匹配阻抗匹配 要求要求 阻抗變換阻抗變換 品質(zhì)因數(shù)高品質(zhì)因數(shù)高 傳輸效率高傳輸效率高 eoptL RR )( e Q 1 k o L k P P 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：濾波匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：L型、型、T型、型、型型 （1）串、并

14、聯(lián)阻抗變換）串、并聯(lián)阻抗變換等效原理：等效原理： 端導(dǎo)納相等端導(dǎo)納相等 sp YY sspp jXRjXR 111 ) 1 1 ( )1 ( 2 2 e sp esp Q XX QRR s s p p e R X X R Q 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 說(shuō)明：（說(shuō)明：（1）串并聯(lián)轉(zhuǎn)換）串并聯(lián)轉(zhuǎn)換 值不變。值不變。 （2）轉(zhuǎn)換前后電抗性質(zhì)不變）轉(zhuǎn)換前后電抗性質(zhì)不變 （3） e Q1 s p e R R Q sp RR （2）L型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) Le RRa)( sLPe RRRR ps XX（當(dāng)（當(dāng) 較大時(shí)）較大時(shí)） e Q 11 L e s P e R R R R Q e L Ls s e Q R L R L R X Q e e e p p e R Q C C R X R Q 1 Le RRb)( sepL RRRR 11 e L s P e R R R R Q L e L p p e R Q C C R X R Q 1 e e es s e Q R L R L R X Q