第2章 諧振功率放大器

1、 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2.2 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)2.3 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調(diào)制調(diào)制音頻或音頻或視頻視頻放大放大高頻高頻功放功放高頻高頻放大放大中頻中頻放大放大混頻混頻解調(diào)解調(diào)音頻或音頻或視

2、頻視頻功放功放高頻放大高頻放大倍頻倍頻高頻高頻振蕩振蕩本地本地振蕩振蕩音頻或音頻或視頻信視頻信號(hào)號(hào) 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) 功率管丙類工功率管丙類工作（調(diào)作（調(diào)VBB在截止在截止區(qū)）。區(qū)）。( )cosbbmsv tVt2.1 諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原理ZLCLRL( )cos

3、BEBBbBBbmsvVv tVVt(2) 負(fù)載：諧振回負(fù)載：諧振回路。其中路。其中Lr、Cr為為匹配網(wǎng)絡(luò)，匹配網(wǎng)絡(luò)，ZL為為外接負(fù)載。外接負(fù)載。vo(t)+ +- -vb(t)+ +- -CrLrVBBVCC+ + +- - -vc+ +- -VbmvBEiC0vBE0VBE(on)VBBiC0t二、工作原理（圖解法）二、工作原理（圖解法）ICmax+2cos+cos+=sc2msc1mC0CtItIIicc1mescmscoscosvIRtVt iC頻譜頻譜0C0Isc1mI2sc2mI3sc3mIc4mI4sLC回路回路阻抗阻抗sRe0推廣：將諧振回路調(diào)諧在推廣：將諧振回路調(diào)諧在 上上

4、倍頻器倍頻器sniCtic1ic2ic3IC0ICmaxc1mcmeIVR 諧振電阻：諧振電阻：cc1mescmscoscosvIRtVt siC頻譜頻譜0C0Ic1mI2sc2mI3sc3mIc4mI4sLC回路回路阻抗阻抗Re推廣：將諧振回路調(diào)諧在推廣：將諧振回路調(diào)諧在 上上 倍頻器倍頻器sniCtic1ic2ic3IC0ICmaxcmec1mVRI諧振電阻：諧振電阻：220rretLLLLRC RRc1msCC0c2mscoscos2ItiIItRevo(t)+ +- -vb(t)+ +- -CrLrVBBVCC+ + +- - -CLRLvc+ +- -iCib丙類諧振功率放大器集電極

5、電流和電壓波形丙類諧振功率放大器集電極電流和電壓波形VBBVBE(on)vCEvcVCCVcmvc 集 電 極 電 流 失 真集 電 極 電 流 失 真（周期性脈沖）（周期性脈沖） 集電集電極諧振回路選頻極諧振回路選頻 不不失真集電極電壓。失真集電極電壓。vBEiCVBE(on)vBEVbmVBB00tvb vBEtttt+ +- -CrLrVBBVCC+ + +- -CLRLvc+ +- -vbccmscosvVt CECCcvVv一、性能指標(biāo)一、性能指標(biāo)DCC C022cmoc1mcmc1meeoc1mcmc1mC11DC0CCC0CDo1122211( ) ,( )22-PV IVPIV

6、IRRPIVIggPI VIPPP 波形系數(shù)波形系數(shù) 要提高效率，需增大要提高效率，需增大Ic1m或減小或減小IC0(減小減小IC0即減小集電即減小集電極平均電流，通過(guò)降低靜態(tài)工作點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)極平均電流，通過(guò)降低靜態(tài)工作點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn))。2.2 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)一般一般 1Cg，減小導(dǎo)通角可以提高效率。，減小導(dǎo)通角可以提高效率。，增大導(dǎo)通角可以提高功率。，增大導(dǎo)通角可以提高功率。一般有：一般有： Po 一般以左右作為最佳導(dǎo)通角。 70oc1mcm1DC0CC11( )22CPIVgPI V vb(t)vc(t)BEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVt設(shè)定設(shè)

7、定VBB、Vbm、VCC、Vcm四個(gè)值四個(gè)值畫動(dòng)態(tài)線畫動(dòng)態(tài)線畫集電極電畫集電極電流波形流波形二、近似分析法（二、近似分析法（圖解分析法）圖解分析法）BBVBEvtCEvCCVt1530456075BEmaxvCEminvOABICmaxcvCiCCEvBEmaxvCEminvtOiCcmV1530456075OtCCV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)畫動(dòng)態(tài)線畫動(dòng)態(tài)線畫畫 波形波形分解出分解出 求性能指標(biāo)求性能指標(biāo) 。ooot30,15,0BECE,vvCic1mC0,IIoCe,PR結(jié)論：結(jié)論： 四個(gè)電量影

8、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？BBbmCCcm,VVVV動(dòng)態(tài)線：動(dòng)態(tài)線：ABC（交流負(fù)載線），（交流負(fù)載線），A點(diǎn)（點(diǎn)（ ）B點(diǎn)（求點(diǎn)（求 角），角），C點(diǎn)（求點(diǎn)（求 ）。）。BEmaxCEminCmax,vviCEmaxV1. 高頻諧振功率放大器主要任務(wù)是用來(lái)放大高頻大信號(hào)。高頻諧振功率放大器主要任務(wù)是用來(lái)放大高頻大信號(hào)。 其目的是為了獲得高功率和高效率輸出。其目的是為了獲得高功率和高效率輸出。2. 高頻諧振功率放大器的特點(diǎn)是高頻諧振功率放大器的特點(diǎn)是 工作于丙工作于丙(C)類工作狀態(tài)，負(fù)載為類工作狀態(tài)，負(fù)載為L(zhǎng)C諧振回路。諧振

9、回路。3. 高頻功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。高頻功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。4. 為了提高效率，常采用減小管子導(dǎo)通角和保證負(fù)載回路諧振。為了提高效率，常采用減小管子導(dǎo)通角和保證負(fù)載回路諧振。5. 為了兼顧效率和輸出功率：為了兼顧效率和輸出功率： 通常選通常選 在在 范圍。范圍。007565 小結(jié)小結(jié)OiC /mACEvBE740mVv720mV700mV680mV660mV640mV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）ICmaxCCVAtOiC90904545Ocvt90454590一定時(shí)，改變 對(duì) 脈沖波的影響B(tài)BbmCC,VV

10、VcmVCiA A根據(jù)A點(diǎn)的位置確定工作狀態(tài)：A在放大區(qū)欠壓A在臨界點(diǎn)臨界A在飽和區(qū)過(guò)壓AAE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，高度減小。中間凹陷脈沖，高度減小。BBbmCC,VVVcmVCCCiiiCmaxi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. 為什么討論為什么討論 的波形變化？的波形變化？CCii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Re變化的特性。

11、VBB、VCC一定Q點(diǎn)一定；VBB 、Vbm一定 一定iC寬度一定；VBB、Vbm一定vBEmax一定。 Re增大必將引起Vcm增大。BEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVtOiC /mACEvBEBEmaxvvICmaxCCVAtOiC90904545Ocvt90454590A AE欠壓：ReVcm從欠壓臨界過(guò)壓 Ic1mIC0CiCitttCitCiCieR增大變化時(shí)的 波形eRCi最佳工作狀態(tài)：臨界（ 最大， 較大）oPC匹配負(fù)載：eoptRIcoRe欠壓欠壓過(guò)壓過(guò)壓Ic1m臨界臨界PDCPoPCVcmRe欠壓欠壓過(guò)壓過(guò)壓臨界臨界OeoptReoptRODCCC0PVI2oc

12、1me12PIRCDoPPPoCDPPcmc1meVIReR 從欠壓臨界c1mC0II略下降過(guò)壓c1mC0II明顯下降2. 調(diào)制特性調(diào)制特性(1) 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 VBB、Vbm、 Re 一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨VCC變化的特性。變化的特性。BEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVtvBEmax一定VBB、Vbm一定一定iC寬度一定OiC /mACEvBEBEmaxvvCCVAA AEICmaxtOiC90904545 欠壓 VCCvCEmin 從欠壓臨界過(guò)壓Cc1mC0,iIIcmV過(guò)壓 臨界 欠壓OCCVc1mIc0Icmc1mC0,VII(b)集電極調(diào)

13、制特性tCitCitCiCitCitCCV增大(a)OOOOO 過(guò)壓區(qū)，Vcm與VCC成正比。控制VCC的變化，實(shí)現(xiàn)輸出高頻電壓幅度相應(yīng)變化。（集電極調(diào)幅）（集電極調(diào)幅）)(otvtOOcmVcm0VtO)(cmtVCCVt)(CCtVCC0Vv(b)cos()()(ccmottVtv(a)集電極調(diào)幅原理電路+-)(btvBBVCC0V( )vt)(CCtVTLC調(diào)制信號(hào)：調(diào)制信號(hào)：載波信號(hào)：載波信號(hào)：等效集電極電源電壓等效集電極電源電壓:LC調(diào)諧在調(diào)諧在 上，則上，則mbbmc( )cos( )cosvtVtv tVtCCCC0( )( )VtVvtcocmc( )( )cosv tVtt調(diào)

14、幅波調(diào)幅波調(diào)制過(guò)程：調(diào)制過(guò)程：CCcm( )( )( )vtVtVt控制放大器在調(diào)制信號(hào)變化范圍內(nèi)過(guò)壓工作。控制放大器在調(diào)制信號(hào)變化范圍內(nèi)過(guò)壓工作。CC0V(2) 基極調(diào)制基極調(diào)制bmCCeVVR一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨 變化的特性。變化的特性。 BBV放大器由欠壓進(jìn)入過(guò)壓工作狀態(tài)放大器由欠壓進(jìn)入過(guò)壓工作狀態(tài)BEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVt10CEmincmmcCCCBBbmVVIIiivBEmaxVV寬度高度一定，VBB2vBEicvBEmax1vBEmax2VBB3vbVBB1vBEmax3VBE(on)ict飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)123BBV

15、增大tCiOtOtOtOtOCiCiCiCi 在欠壓區(qū)，集電極電壓幅度 與 成正比。控制 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出高頻電壓幅度的控制。cmVBBVBBV（基極調(diào)幅）（基極調(diào)幅）VcmIC0Iclm臨界VBB過(guò)壓欠壓OVcm，Iclm，IC0基極調(diào)制特性基極調(diào)幅電路)(btv(a)OtcmVcm0VtO)(cmtVBBVBB( )Vtv)(otvtO(b)BB0V)cos()()(ccmottVtv+-+-+-BB0VCCV( )vtBB( )VtVBB一定，Vbm10CEmincmmcCCCVVIIiivBEmax寬度高度3. 放大特性放大特性BBCCeVVR、一定，放大器性能隨一定，放大器性能隨 變化的

16、特性。變化的特性。 bmVBEBBbmCECCcmcoscosvVVtvVVt放大器由欠壓進(jìn)入過(guò)壓工作狀態(tài)放大器由欠壓進(jìn)入過(guò)壓工作狀態(tài)vBEicvBEmax1vBEmax2vbVBBvBEmax3vBE(on)ict飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)123bmV增大tCiOtOtOtOtOCiCiCiCiVcmIc0Iclm臨界Vbm過(guò)壓欠壓OVcm， Iclm，Ic0放大特性(1) 在欠壓區(qū)， 與 成正比，實(shí)現(xiàn)線性功率放大。(2) 在過(guò)壓區(qū)，無(wú)論 如何變化， 近似恒定，實(shí)現(xiàn)振幅限幅器。cmVbmVcmVbmV線性功率線性功率放放 大大 器器+-+-)(btvo( )v tVbmVcmOvb

17、(t)tOvo(t)tO振幅振幅限幅器限幅器+-+-)(btvo( )v tVbmVcmOvb(t)tOvo(t)OVcmt(a)(b)(a)線性功率放大器 (b)振幅限幅器振幅限幅器限幅振幅限幅器限幅門限如何確定？門限如何確定？臨界值4. 小結(jié)小結(jié) 根據(jù)對(duì)丙類諧振功放的性能分析，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：根據(jù)對(duì)丙類諧振功放的性能分析，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： (1) 若對(duì)等幅信號(hào)進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在臨界狀若對(duì)等幅信號(hào)進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在臨界狀態(tài)，此時(shí)輸出功率最大，效率也接近最大。比如對(duì)第態(tài)，此時(shí)輸出功率最大，效率也接近最大。比如對(duì)第5章將介章將介紹的調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行功率放大。紹的調(diào)頻信號(hào)進(jìn)

18、行功率放大。 (2) 若對(duì)非等幅信號(hào)進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在欠壓若對(duì)非等幅信號(hào)進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在欠壓狀態(tài)，但線性較差。若采用乙類工作，則線性較好。比如對(duì)第狀態(tài)，但線性較差。若采用乙類工作，則線性較好。比如對(duì)第4章將介紹的調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行功率放大。章將介紹的調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行功率放大。 (3) 丙類諧振功放在進(jìn)行功率放大的同時(shí)，也可進(jìn)行振幅丙類諧振功放在進(jìn)行功率放大的同時(shí)，也可進(jìn)行振幅調(diào)制。若調(diào)制信號(hào)加在基極偏壓上，功放應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)；調(diào)制。若調(diào)制信號(hào)加在基極偏壓上，功放應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)；若調(diào)制信號(hào)加在集電極電壓上，功放應(yīng)工作在過(guò)壓狀態(tài)。若調(diào)制信號(hào)加在集電極電壓上，功放應(yīng)工作在過(guò)壓狀態(tài)。習(xí)

19、題：習(xí)題：2.1 一諧振功率放大器，若選擇甲、乙、丙三種不同工作狀一諧振功率放大器，若選擇甲、乙、丙三種不同工作狀態(tài)下的集電極功率轉(zhuǎn)換效率分別為：態(tài)下的集電極功率轉(zhuǎn)換效率分別為： ， ， 。試求。試求 ：(1) 當(dāng)輸出功率當(dāng)輸出功率Po=5W時(shí)，三種不同狀時(shí)，三種不同狀態(tài)下的集電極功率損耗態(tài)下的集電極功率損耗PC各為多大？各為多大？(2) 若保持晶體管的集電極功率損耗若保持晶體管的集電極功率損耗PC=1W時(shí)，求三種不時(shí)，求三種不同工作狀態(tài)下的輸出功率同工作狀態(tài)下的輸出功率Po各為多少？各為多少？ 50%c甲75%c乙85%c丙2.2 兩管并聯(lián)工作的丙類諧振功放，若一管損壞相當(dāng)于開路。兩管并聯(lián)工

20、作的丙類諧振功放，若一管損壞相當(dāng)于開路。 假如放大器原來(lái)工作于臨界狀態(tài)，管子損壞后的輸出功假如放大器原來(lái)工作于臨界狀態(tài)，管子損壞后的輸出功率、效率將如何變化？（假設(shè)輸入激勵(lì)率、效率將如何變化？（假設(shè)輸入激勵(lì)Vbm不變）不變）(1)(2) 假如放大器原來(lái)工作于過(guò)壓狀態(tài)，管子損壞后的輸出假如放大器原來(lái)工作于過(guò)壓狀態(tài)，管子損壞后的輸出功率、效率將如何變化？（假設(shè)輸入激勵(lì)功率、效率將如何變化？（假設(shè)輸入激勵(lì)Vbm不變）不變）2.3 已知一諧振功放工作在欠壓狀態(tài)，如果要將它調(diào)整到臨已知一諧振功放工作在欠壓狀態(tài)，如果要將它調(diào)整到臨界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？不同調(diào)整方法所得到的輸出界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？

21、不同調(diào)整方法所得到的輸出功率功率Po怎樣變化？怎樣變化？ 直流饋電電路直流饋電電路 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. 直流饋電電路直流饋電電路 由于電路中各電極電流是脈沖形狀，包括直流、基頻由于電路中各電極電流是脈沖形狀，包括直流、基頻及各次諧波分量，所以饋電電路原則：及各次諧波分量，所以饋電電路原則： (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，但不要應(yīng)使基頻分量流過(guò)負(fù)載回路產(chǎn)生輸出功率，但不要通過(guò)直流電源。通過(guò)直流電源。 (3) 有效地濾除高次諧波分量。有效地濾除高次諧波分量。2.3

22、 諧振功率放大器電路諧振功率放大器電路 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，直流偏壓與交流電壓總是串聯(lián)迭加的，即無(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，即 tVVvtVVvcmCCCEbmBBBEcoscos (1)集電極饋電集電極饋電(a) 串饋 (b) 并饋 LC：高頻扼流圈（大電感）對(duì)高頻開路，阻止高頻信號(hào)流過(guò)：高頻扼流圈（大電感）對(duì)高頻開路，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。直

23、流電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：隔直電容，以免電感將直流電源短路。直電容，以免電感將直流電源短路。L+-vc-+VCCCC2LC+-BCC1VCCVCCC+-vcLA-+VCCVCCCCCLC(2) 基極饋電線路基極饋電線路 基極饋電也有串饋與并饋兩種形式，基極的偏壓既可以是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)外加的，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（自給偏置）。生（自給偏置）。 外加分壓偏置外加分壓偏置 為減小分

24、壓電路的功為減小分壓電路的功耗，分壓電阻數(shù)值應(yīng)適當(dāng)耗，分壓電阻數(shù)值應(yīng)適當(dāng)大些。大些。串聯(lián)饋電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 BEB0bVIR BEE0eVI R BE0VCb2LbRbCb1CbLbReCeCbLb(a)(b)(c)B0IB0IE0I 在無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，自給偏壓電路的偏置為零。在無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，自給偏壓電路的偏置為零。 隨著輸入隨著輸入信號(hào)的逐漸增大，加在晶體管信號(hào)的逐漸增大，加在晶體管BE結(jié)之間的偏置電壓向負(fù)值方結(jié)之間的偏置電壓向負(fù)值方向增大。向增大?？梢?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)電壓振幅變化自給偏置