第二章 谐振功率放大器

(2-2-1)
① 由式 2-2-1 确定 vBE 和 vCE： 先设定VBB、Vbm、VCC、Vcm 四个电量数值，并将ωt 按等间隔 (ωt = 0º ，±15º ，±30 º，……) 给定不同的数 值，则 vBE 和 vCE 便确定(图 a)。
②由输出特性画 iC：根据不同间隔上的 vBE 和vCE 值， 在输出特性曲线上（以 vBE 为参变量）找到对应的动态 点，由此可以确定 iC 值的波形，其中动态点的连线称为 谐振功率放大器的动态线。
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。
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 欠压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲高度 略有减小，因而 IC0 和 Ic1m 也将略有减小，Vcm( = ReIc1m) 也略有减小。
② 过压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲的高 度降低，凹深加深，因而 IC0、Ic1m、Vcm 将迅速减小。
vBE VBB Vbm cost vCE VCC Vcm cost
(2-2-1)
假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲 线表示，其高频效应可忽略。分析时的输出特性曲线， 其参变量采用 vBE，而不是通常的 iB。
(2) 分析步骤 vBE VBB Vbm cost vCE VCC Vcm cost
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。
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。
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。
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
动态点A左移
情况 ① ——A：Vcm 的取值，使所对应的动态点 处在放大区。 情况 ② ——A：Vcm 增大，使 t = 0 所对应的动 态点处在临界点，iCmax 略微减小。 情况 ③——A：Vcm 继 续增大，使 t = 0 所对应的 动态点处在饱和区，iC 迅速减 小，电流脉冲出现凹陷，且随 Vcm 增大，凹陷加深。
据此可以画出 Ic0 和 Ic1m 随 Re 变化的特性。
Vcm = ReIc1m Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 PC = PD－Po C = Po/ PD
由 IC0 和 Ic1m 的变化就可以画出 Vcm、Po、PD、PC、 C 随 Re 变化的曲线。
3. 讨论 (1) 欠压区：由图(a)，Re 由小增大时，iC 脉冲的高度 略有减小，相应的 IC0、Ic1m 也略有减小，因而由图(b)， 2 Vcm (＝ReIc1m)和 Po( I c1m Re )近似线性增大，而
(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。
(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 vCE(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
2.2.3 四个电量对性能影响的定性讨论
一、负载特性
1. 含义：谐振功放的负载特性是指 VBB、Vbm 和 VCC 一定，放大器性能随 Re 的变化特性。
2. 特性
Re 的增加势必将引起 Vcm 增大( Vcm Re I c1m)
Re↑→Vcm↑→vCEmin↓→放大器欠压→过压→ iC 由接近 余弦变化的电流脉冲转变为中间有凹陷的脉冲波。
二、调制特性 包括集电极调制和基极调制两种特性。 1. 集电极调制特性 (1) 含义：VBB、Vbm 和 Re一定，放大器性能随 VCC 变化的特性。
(2) 调制特性：VBB、 Vbm一定，则 VBEmax 和 iC 脉宽一定。而对应于 VCEmin 的动态点必定在 vBE = VBEmax 的那条输出 特性曲线上移动。
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 C0 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。
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）
(2) iC 的值：
由 v BE VBB Vbmcost； vBE vBEmax VBB Vbm ,
当 t = 0 时，
vCE VCC Vcm cost
vCE VCEmin VCC Vcm
当 VBB、Vbm 即 vBEmax 为定值时，Vcm↑→vCEmin↓
2. 欠压、临界、过压 欠压 (Undervoltage)：vCEmin 对应的动态点处于放 大区。 临界 (Critical)：vCEmin 对应的动态点处于放大区和 饱和区之间的临界点。 过压(Overvoltage)：vCEmin 对应的动态点处于饱和 区。
3. iC平均分量IC0 与基波分量Ic1m iC 脉冲越宽，高度越高，IC0 和 Ic1m 就越大。如果 出现凹陷，则凹陷越深，IC0 和 Ic1m 就越小。
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( vCE(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。

Re Vcm / I c1m
② 功率性能
PD VCC I C0 Po Vcm I C1m / 2 PC PD Po C Po / PD
2.2.2 欠压、临界和过压状态
1. VBB、Vbm、VCC 不变，iC 随 Vcm 的变化规律
(1) iC 的宽度：由图所示，主要取决于 VBB、Vbm， VBB、Vbm 一定，iC 脉宽近似确定，与 Vcm 关系不大。
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