高频电子线路非线性部分第四版谢家奎第二章.ppt
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,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，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。,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。,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,vCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高(90%以上)；,因结电容、分布电容等影响，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。,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.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,倍频次数不能太高，一般为二倍或三倍频。原因：,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。,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,近似分析方法,1.使用条件两假设,(1)谐振回路滤波特性理想，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=0，15，30，)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）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,四变量 VBB、Vbm、VCC、Vcm 不同，iC 的波形和数值就不同，由此求得的 Re 及相应的功率性能就不同。应了解四变量的影响。,欠压、临界和过压状态,1.当VBB、Vbm、VCC 不变，Vcm由小变大，动态点左移。,欠压状态：Vcm 的取值，使所对应的动态点均处在放大区。,临界状态：Vcm 增大，使 t=0 所对应的动态点A处在临界点，iCmax 略微减小。,过压状态：Vcm 继续增大，使 A(t=0)动态点处在饱和区，iC 迅速减小，电流脉冲出现凹陷，Vcm 增大，凹陷加深。,2.iC的平均分量 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。,由此可求功率性能：,
