第二章 谐振功率放大器案例

用途：对载波或已调波进行功率放大
2.1 谐振功率放大器的工作原理
在谐振功率放大器中，它的管外电路由直流馈电电 路和滤波匹配网络两部分组成。
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——基极偏置电压，设置在功率管的截止区， 以实现丙类工作。
(1) 三极管倍频器 倍频次数不能太高，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) 变容二极管等构成参量倍频器，适用于倍频次数 较高时。
③ 后果：加到基极 上的最大反向电压(VBB －Vbm)可能使功率管发 射结反向击穿。
在维持输出功率 的条件下，一味地减 管子导通时间来提高 可采用开关工作的谐振功率放大器——丁类。
集电极效率的做法往往是不现实的。为进一步提高效率，
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
1. 丁类简介 (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。
2.2 谐振功率放大器的性能特点
2.2.1 近似分析方法
1. 概述 非谐振功率放大器：集电极负载为纯电阻，在特性 曲线上作负载线，画出激励信号下的集电极电流和电压 求出功率性能 丙类谐振功率放大器：集电极负载为包含电抗元件 的谐振回路，使得集电极电压，电流波形不同。但二者 又互为确定。
要精确分析谐振功放，要解非线性方程，繁琐。
用付里叶级数可将电流脉冲序列分解为平均分量、
基波分量和各次谐波分量之和，即
iC I C0 ic1 ic2 I C 0 I c1mcos s t I c2mcos2 s t
3. 输出电压 vc (1) 对基波分量 由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而 它对 iC 中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻,基 波电流分量产生的相应基波电压的幅度将很大 (2) 对非基波分量 谐振回路对 iC 中的其它分量呈现的阻抗均很小，平 均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略。
(2) 原理
若 vi 足够大，则 vi ＞ 0时，T1 饱和导通，T2 截止，
v A1 VCC vCE(sat)
vi ＜ 0，T2 饱和导通，T1 截止，
v A2 v CE(sat)
A 点幅值： vA = vA1 vA2 = VCC 2vCE(sat) 该电压加到 L、C、R 串联谐振 回路上，若谐振回路工作在输入信 号角频率上， 且其 Q 值足够高，则 可近似认为通过回路的电流 iL 是
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
第2章
谐振功率放大器
谐振功放是一种用谐振系统作为匹配网络的功率
放大器，一般工作在丙类（或丁类），主要用在无线
电发射机中，用来对载波或已调波进行功率放大。
构成：匹配网络为谐振系统 应用状态：丙类（或丁类）
角频率为 的余弦波，RL 上获得
基本不失真输出功率。
(3) 性能特点 ① T1、T2 尽管导通电流很大，但相应的管压降很 小( v CE(sat)) ，管耗小，放大器的效率高。 ② 考虑结电容、分布电容等影响，实际波形如 vA 虚线所示，管子动态管耗增大，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。
小结：丙类谐振功率放大器的功能 (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余弦电压。
(2) 阻抗匹配：谐振回路将含有电抗分量的外接负 载变换为谐振电阻 Re，而且调节 Lr 和 Cr 还能保持回 路谐振时使 Re 等于放大管所需的集电极负载值，实现 阻抗匹配。
结论：回路上仅有由基波分量产生的电压vc，因而 在负载上可得到所需的基本不失真的信号功率。
Re
0 Lr
2
2
RL
Lr C t RL
CrCL 式中， C t —— 回路总电容 Cr CL
0 s 1 / Lr C t —— 回路谐振角频率
Qe 0 Lr / RL —— 回路有载品质因数
2.1.3 倍频器
1. 概念 倍频器 (Frequency Multiplier)：将输入信号的频 率倍增 n 倍的电路。 2. 实现原理 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. 倍频电路
2. 谐振功放的近似分析方法——准静态分析法 (1) 方法基于下面的两个假设 假设一：谐振回路具有理想的滤波特性，只能产 生基波电压（在倍频器中，只能产生特定次数的谐波 电压），其它分量的电压均可忽略。所以，尽管集电 极电流为脉冲波，但集电极电压却是余弦的。同理， 放大器输入端也有谐振回路，尽管基极电流为脉冲波， 但基极电压是余弦的，可表示为：
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. 丙类功放的功率特性分析 (1) 丙类功放效率提升问题 若提高集电极效率，可使 管子导通时间减小；但引起 iC 中基波分量幅度 Icm 减小，从 而导致输出功率减小。 (2) 解决方法 ① 将基极偏置电压 VBB 向负值方向增大，减少管 子导通时间。 ② 增大集电极脉冲高度，即提高输入激励电压幅 度 Vbm，使减小导通时间的同时维持输出功率不变。
2. 集电极电流 ic
若忽略基区宽度调制效应及管子结电 容的影响，则 vb ( t ) Vbm cos s t
v BE VBபைடு நூலகம் vb ( t ) VBB Vbm cos s t
在静态转移特性曲线 (ic～vBE)上画出的 集电极电流波形是一串周期重复的脉冲 序列，脉冲宽度小于半个周期。