谐振功率放大器的工作原理.ppt

选频网络,1.选频定义和作用 所谓选频就是选出需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量 前端选择性电路、高频功率放大器负载、混频器负载、正弦波振荡器回路、调制电路负载等。2.选频网络的分类,单振荡回路,耦合振荡回路,振荡回路（由L、C组成）,各种滤波器,LC集中滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器,一、串联谐振回路,1.阻抗,谐振条件：,当回路谐振时的感抗或容抗，称之为特性阻抗，用表示,2.谐振特性,1)谐振时回路呈现纯电阻特性,2)谐振时电流最大且与电压源同相,3),品质因数Q：谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻R 的比值称为回路的品质因数，以Q表示，它表示回路损耗的大小。,因此串联谐振时，电感L和电容C上的电压达到最大值且为输入信号电压的Q倍，故串联谐振也称为电压谐振。因此，必须预先注意回路元件的耐压问题。,当谐振时：,4.广义失谐系数：广义失谐是表示回路失谐大小的量，其定义为：,当 0即失谐不大时：当谐振时：=0。,5.谐振曲线和通频带,串联谐振回路中电流幅值与外加电动势频率之间的关系曲线称为谐振曲线。可用N(f)表示谐振曲线的函数。,Q值与谐振曲线关系：Q值不同即损耗R不同时，对曲线有很大影响，Q值大曲线尖锐，选择性好，Q值小曲线钝，通带宽。,通频带定义:回路外加电压的幅值不变时，改变频率，回路电流I下降到Io 的 时所对应的频率范围称为谐振回路的通频带,用B表示,6.能量关系 串联单振荡回路由电感线圈（包括其损耗电阻）和电容器构成，电抗元件电感和电容不消耗外加电动势的能量，电路进入稳定状态后，二者只储存和交换能量，消耗能量的只有损耗电阻。,电容和电感的瞬时功率,电容和电感的瞬时储能(设起始储能为零),电容和电感的伏安特性方程,谐振时,电容的瞬时能量:,回路总的瞬时储能,电感的瞬时能量:,W 是一个不随时间变化的常数。这说明回路中储存的能量是不变的，只是在线圈与电容器之间相互转换。且电抗元件不消耗外加电动势的能量，外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。所以回路谐振时电流最大。,电路R上消耗的平均功率为：,每一周期时间内消耗在电阻上的能量为：,信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响,其中R为回路本身的损耗，RS为信号源内阻，RL为负载,通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q值叫做无载Q（空载Q值）如式,通常把接有信号源内阻和负载电阻时回路的Q值叫做有载QL,如式,可见结论：串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs很小(恒压源）和负载电阻RL也不大的情况。,二、并联谐振回路,其中由于外加信号源内阻很大，为了分析方便，采用恒流源。,对于信号源内阻和负载比较大的情况，宜采用并联谐振回路。,1.阻抗,一般 L R,换成导纳形式,2.谐振条件,并联谐振时呈现纯阻性质，且阻抗为最大值,谐振时Z为实数,故,谐振条件,若 不成立,3.品质因数,谐振时电感支路或者电容支路的电流幅值为外加电流源IS的QP倍。因此，并联谐振又称为电流谐振。,一般Q为几十到几百，因此信号源的电流不是很大，而支路内的电流却是很大。,4.谐振曲线 串联回路用电流比来表示，并联回路用电压比来表示。回路端电压 谐振时回路端电压 由此可作出谐振曲线,当回路端电压下降到最大值的 时所对应的频率范围即 绝对通频带,相对通频带,5.通频带,信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响,z=R+jx=R+j(L-)=,广义失谐系数：,谐振曲线：,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,2.4高频功率放大器,使用谐振功率放大器的目的：放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。功率信号放大器使用中需要解决的两个问题：高效率输出高功率输出谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,其工作状态通常选为丙类工作状态(c90)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。非谐振功率放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法,第 2 章 谐振功率放大器,谐振功放：一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。,图 2-2-1(a)谐振功率放大器原理电路,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,种类：丙类谐振功放 丁类、戊类谐振功放 倍频器,本章内容：工作原理、性能分析、电路。,第 2 章谐振功率放大器,2.1谐振功率放大器的工作原理,丙类谐振功率放大器,丁类和戊类谐振功率放大器,倍频器,丙类谐振功率放大器,1电路组成,图 211谐振功率放大器原理电路,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,图 212,输入vb(t)=Vbmcos st,据vBE=VBB+vb(t)=VBB+vbmcos st,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。傅里叶级数展开,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 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 中的其他分量呈现的)，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。,因此，丙类谐振功率放大器谐振回路的功能：,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。,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,图 213脉冲宽度变化的示意图,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。但需警惕管发射结反向击穿。,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丁类谐振功率放大器,(1)电路,Tr 二次侧两绕组相同，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，vA1=VCC VCE(sat),vi 0 时，T2 饱和导通，T1 截止，vA2=VCE(sat),A 点最大振幅值：,vA=vA1 vA2=VCC 2VCE(sat),加到串联谐振回路，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回路，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，而其他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)晶体管倍频器,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。,