谐振功率放大器详解

Re
= ω02 Lr 2
RL
=
Lr Ct RL
式中， Ct
=
CrCL Cr + CL
—— 回路总电容
Qe = ω0 Lr / RL —— 回路有载品质因数
(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。
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不失真信号功率。
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，则在输入信号电 压 vb (t ) = Vbmcosωst 的作用下， 根据 vBE = VBB + vb (t ) = VBB + Vbmcosωst ， 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。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 = IC0 + ic1 + ic2 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
= IC0 + Ic1mcosωst + Ic2mcos2ωst + ⋅ ⋅ ⋅
3. 输出电压 vo (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，称 为谐振电阻，在高 Q 回路中，其值 Re 近似为
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。
角为 θ = 180o AB（甲乙）类：导通角为 θ > 90 o B（乙）类：导通角为 θ = 90o C（丙）类：导通角为 θ < 90o
近年来双出现了D类、E类及S类等开关功率放大器
转移特性曲线
( ) i c = f u BE uCE = 常量
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，这是 正在发展的戊类放大器。
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
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
集电极效率的做法往往是不现实的。为进一步提高效
率，可采用开关工作的谐振功率放大器——丁类。
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) 原理
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、乙类），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：放大器件＋匹配网络（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
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。
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。
频率为 ω 的余弦波，RL 上获得不
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。(90% 以上)
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
在高频范围内，为了获得足够大的高频 输出功率，必须采用高频调谐功率放大 器，这是发射设备的重要组成部分。
• 对高频功率放大器的一般要求同低频功放 相同：
输出功率大 效率高
特点
(1)工作频率高，相对频带窄; (2)采用选频网络作为负载回路; (3)放大器一般工作在C（丙）类工作状
态，属于非线性电路 ; (4)不能用线性模型电路分析，一般采用图
ic
饱和区
输出特性曲线
( ) ic = f uCE
iC
u BE = 常量
•Q
截止区
−UBB
•
• UBZ
uBE
A 类：
θ = 18O0 o
Q 位于放大区
B 类：θ = 90 o
UBB = UBZ
•Q
•
ICEO
•EC
uCE
C 类： θ < 90o , UBB < UBZ 。
2.1 谐振功率放大器的工作原理
若 vi 足够大，则 vi ＜ 0时，T1 饱和导通，T2 截止， vA1 = VCC − vCE(sat) vi ＞ 0，T2 饱和导通，T1 截止，
vA2 = 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 是角
4. 丙类功放的功率特性分析 (1) 丙类功放的问题 若提高集电极效率，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。