Chapter3 高频谐振放大器(第2节)

谐振功率放大器

U ce 2 Ec i c g m ( E b E b ) 0, 位于图3-16 中的Q点， 3 18 这是一个假想的工作。点（2）当 t 时
ic 0 uce Ec U c cos , 位于图中B点，晶体管刚刚导通。（3）当 t 0时 U
P0 I c 0 Ec
1 1 2 1 U c2 P I c1U c I c1 RL 1 2 2 2 RL
Pc P P 0 1
P1 1 I c1 U c 1 P0 2 I c 0 Ec 2
称为集电极电压利用系数；称为波形系数。
4）集电极效率
其中， U c Ec
2 工作原理分析
i (1) 集电极电流 c 设输入信号电压:
ub U bm cost
+ ub + u be + uCE C _
ic
Rp
+ L u c1 -
ube ub Eb Eb U bm cost
由晶体管的转移特性曲线可以看出：
则加到晶体管基极,发射级的有效电压为:
-Eb
EC
c Uce
•
Q
Ucm1
c
uce Ec uc Ec Uc cos t Ec Ic1 RL cos t 外部特性决定,KVL ic gm (Ub cos t Eb Eb ) gmUb (cos t cos ) 内部特性决定（）当t 1 时：
高频电子线路
内容二、谐振功率放大器
第3章
高频谐振放大器
第二节谐振功率放大器
回顾：

高频小信号放大器

高频小信号放大器

通信电子线路第3章高频调谐功率放大器[精]

ui Uim cost,
发射结电压为：
uBE UBB Uim cost
图解可见，iB和iC的都是余弦脉冲，定义θ 为导通角，三极管只在（－θ ，θ）内导通，当θ<90o时，功率放大器工作于丙类状态。
UBB
-
UD
Uim
U D U BB Uim cos
cos U D U BB
F，G，H ；（特殊技术型）
分析方法：折线法近似分析
3.2 调谐功率放大器的工作原理
3.2.1 基本电路构成组成：BJT、LC谐振回路、馈电电源
特点：
1、NPN高频大功率晶体管，
高fT；改变UBB可以改变放大器的工作类型；
2、大信号激励：1—2V； 3、发射结在一个周期内只有部分时间导通，iB、iC均为一系列高频脉冲；
0 , 1 , 2 , 3
1 /0 = 1
0.5
1
0.4
0
2.0
0.3
0.2
1.0
0.1
3
2
0
-0.05 10 30 50 70 90 110 130 150 170
/
槽路电压
1.波形——基本正弦条件：1）槽路调谐于波 2）QL 足够高
2.大小
uceE cU cm cots
UcmIc1mRc Rc—— 抽头部分谐振电阻
Rc(N N1 0)2R(N N1 0)2QL.0L(N N1 0)2Q00L//N N (1 2)2RL
R —— 并联回路谐振电阻
3.3功率和效率
功率放大器输出功率大，电源供给、管子发热等问题也
大。为了尽量减小损耗，合理地利用晶体管和电源，必
TP PL o PoP oPT 1 2QU Lm 12LU m 2 1 2Q U 0m 2LQ0Q 0QL 2QLL

[高频电子线路].曾兴雯第3章__高频谐振放大器

第3章高频谐振放大器
六、高频集成放大器分类: (1)非选频的高频集成放大器，以电阻或宽带高频变压器作负载 (2) 选频的高频集成放大器，用于需要有选频功能的场合
集中放大与集中滤波的优点：（1）线路简单，性能可靠，调整方便；（2）可满足不同频率的要求，频率特性较稳定（3）可集成
第3章高频谐振放大器
第3章高频谐振放大器
. Uc N1 V Ce Cb1 Cn . Un Ec (a)中和法原理图 Cb N2
第3章高频谐振放大器
Cb ' c
V
. Uc N1 Ce
I ' Cb ' c

CN
AC
L1
L2ACN2I源自''Cn .
由电桥平衡条件（对臂阻抗乘积相等）有：
1 1 j0 L2 j0 L1 j0Cbc j0CN 调节CN，总可以使 I ' I '' L1 N1 调节CN或N1或N2可实现中和抵消。 CN L Cbc N Cbc 2 2
第3章高频谐振放大器
. Ib ＋ . Ic ＋ Yie Yo e . YfeUb . Uc － YL ′
③ 输出导纳Yo
. IS
YS
. Ub －
Ic Yo Uc
. YreUc
I S 0
Ic Ub Y Y oe fe 由（3-5b）有： U Uc c
由（3-5a、3-6a）以及Is=0，有：
+
Ube
Ib
b
c e
Ic
+
Uce
-
b
＋ . Ub e Yie . YreUce . YfeUb e Yo e

第三章高频谐振功率放大电路

80％
3.2.3 D类和E类功率放大器简介 1. D类功率放大器的原理分析 D类功率放大器有电压开关型和电流开关型两种基本电路，电压开关型D类功率放大器是已推广应用的电路 ub1和ub2是由ui通过变压器T1 VT E 产生的两个极性相反的输入激励 C i 电压 T u ui正半周时VT1管饱和导通， L uA C VT2管截止，电源EC对电容C充 u VT i 电，电容上的电压很快充至 uL R u （EC-UCES1）值，A点对地的电压uA=（EC-UCES1）。 ui负半周时VT2管饱和导通，VT1管截止。VT2管的直流电源由电容C上充的电荷供给，uA= UCES2≈0 uA近似为矩形波电压，幅值为（EC-2UCES）。若L、C和 RL串联谐振回路调谐在输入信号的角频率ω上，且回路的Q值足够高，则通过回路的电流ic1或ic2是角频率为ω的余弦波，RL 上可得相对输入信号不失真的输出功率。
1
+ ub -
+ uBE
_
+ uCE C -
ic
Rp
+ L u c1 -
UBB
EC
ic gc U bm cost (U BB U BZ ) gc U bm cost U bm cos c gcU bm cost cos c
g c U bm I c max 1 cos c
IC Q
O
iC
UCE
O
t
工作状态
功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。
表 2-1 不同工作状态时放大器的特点工作状态甲类乙类甲乙类半导通角 c=180° c=90° 90° ＜c＜180° c＜90° 开关状态理想效率 50% 78.5% 50%＜h＜78.5% h＞78.5% 90%~100% 负载电阻推挽，回路推挽应用低频低频，高频低频

高频功率放大器

信号较大时，所有实际的非线性元件，几乎都会进入饱和或截止状态。此时，元件的非线性特性的突出表现是截止、导通、饱和等几种不同状态之间的转换。在大信号条件下，忽略 iC—vB非线性特性尾部的弯曲，用由 AB、BC两个直线段所组成的折线来近似代替实际的特性曲线，而不会造成多大的误差，如图。
ic C
∫
= I cM
sin θ c − θ c cos θ c = I cM α o (θ c ) π (1 − cos θ c )
cos ωt − cos θ c 1 θc ic cos ωt dωt = I cM cos ωtdωt −π π −θ c (1 − cos θ c )
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第二节谐振高频功率放大器的工作原理
一、基本电路形式
无论中间级还是输出级电路都可以等效为：无论中间级还是输出级电路都可以等效为：输入回路、非线性器件和带通滤波器成。输入回路、非线性器件和带通滤波器成
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电路中各元件作用：电路中各元件作用输入信号（又称为激励信号）输入信号（又称为激励信号）经变压器耦合到晶体管的输入端得到 υb ；是集电极直流电源电压，是基极偏置电压； V VCC 是集电极直流电源电压， BB是基极偏置电压；为旁路电容，为电源滤波电容； CB为旁路电容， C为电源滤波电容； C L、C组成并联谐振回路，作为集电极负载回路、组成并联谐振回路组成并联谐振回路，（或匹配网络），该回路又称为槽路，负载回路既或匹配网络），该回路又称为槽路，），该回路又称为槽路可以实现选频滤波的功能，又实现阻抗匹配；可以实现选频滤波的功能，又实现阻抗匹配；放大后的信号通过变压器耦合到负载上或通过放大后的信号通过变压器耦合到负载上或通过天线向空间辐射。天线向空间辐射。

第三章高频功率放大器

第三节丙类高频功率放大器的折线分析法
其中，
U cm I 称为集电极电压利用系数；g1 c c1m 1 c 为波形系数。 I C0 0 c VCC
（五）几点说明 1、在ξ=1的理想条件下，
g 甲类放大器的导通角 c 1800 ， 1 c 1 ，故甲类放大器的理想效率 c 50%
c 1200，输出功率最大，但效率低
c 10 ~ 150 ，效率最高，但输出功率低
因此，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，通常取c 600 ~ 800
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第三节丙类高频功率放大器的折线分析法
例3-1 某谐振高频功率放大器，其中 VCC 24V，输出功率 Po 5W ，晶体管集电极电流
2 cm
输出电压有效值
I c1m 电流有效值 2
与基波
之积
（三）集电极损耗功率
P P= P c o
直流输入功率与高频输出功率之差
（四）集电极效率
c
Po 1 U cm I c1m 1 g1 ( c ) P= 2 VCC I C0 2
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输出功率与直流输入功率之比
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当集电极回路调谐于高频输入信号频率时，由于回路的选择性，对集电极电流的基波分量来说，回路等效为纯电阻 Rp 支路，其直流电阻很小，也可近似认为短路。这样，脉冲形状的集电极电流 i 流经
C
；对各次谐波来说回路失谐，
呈现很小的阻抗，回路两端可近似认为短路；而直流分量只能通过回路电感
谐振回路时，只有基波电流才产生电压
图3-6 余弦脉冲分解系数与c 的关系
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w第3章-高频功率放大器要点

LC并联回路两端的压降
晶体管c、 e极间压降
uc RpIc1m cost
uc电压符号的定义：
下为+，上为-
Ucm Ic1mRp
uce VCC uc VCC RpIc1m cost VCC Ucm cost
高频电子
uce VCC Ucm cost
Ucm Ic1m Rp
由于谐振回路的选频，集电极的输出电压仍是与输入电压相同的正弦波，相位相反，幅度增大。
高频电子推导第二个ic=f(uce)
当放大器工作在谐振状态时
ube uce
Vbb Vcc
Ubm U cm
cos t cos t
ube
Vbb
Ubm
Vcc uce U cm
晶体管外部电路约束，方程1
ic gc (ube Ubz )
ube≥Ubz，晶体管工作在线性区时，内部约束，方程2
9kHz,相对带宽0.6 ℅～1.7℅.
高频第电子二节谐振高频功放的工作原理
一、基本电路及其特点
电路形式：中间级（a）、输出级（b）
实际负载是天线
实际负载是下一级的输入阻抗
中间级、输出级的负载均可等效为并联谐振回路
天线等效阻
抗 CA 、rA
高频电子高频功率放大器的特点
特点1、为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为静态负偏压，由Vbb< 0来保证。流过晶体管的电流为失真的脉冲波型；非线性状态（非线性电路），且输入是大信号；
高频输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等。由于输出功率高，通常要求效率高，因此，高频功率放大器多选择工作在丙类工作状态。
三、高频功率放大器的分类

第3章__高频谐振放大器(2008.8)

+
+ Uc
+
Ub
N1
Yie
+
L
Yie

-
Yie
Yre Uc
Yfe U b
Y0e
C
-
-
g0
N2
U0
-
单管谐振放大器等效电路
+
+ Uc
+
Ub
N1
Yie
+
L
Yie

+

Yie
Yre Uc
Yfe U b
Y0e
C
-
-
g0
3
N2
U0
p2 gie
2
p1 C0e
Ub
2
+
g ie
Cie

回路总电容为
p1 Yfe U b

Ib
.
U ce
U b e 0
.
（3）Y参数与混Π参数之间的关系 G
ie、C ie分别称为晶
体管的输入电导和输入电容；G0e、C0e分别称为晶体管的输出电导和输出电容。
Y参数可以看作常数。晶体管可以用Y参数等效。得到晶体管Y参数等效电路的Y参数方程

I b Yie U b Yre U c I c Y fe U b Yoe U c
. YreUc
YL ′
矩形系数K 0.1=9.95
V C
2 L 4 1
RL
(b)
补充：
3 5 2 L 4 1 RL
V
C
(b)
+
Ub
+ Uc

高频电路第3章高频功率放大器

乙类工作状态： c 90

g1 ( c) 1
g1 ( c) 1.57
c 50%
c 78.5% c 78.5%
丙类工作状态： c 90
导通角的选择
g1 ( c) 1.57
在实际运用中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，谐振功率放大器导通角常取θc=60°～80°。
π
I c1m
1 π
π
ic cosωt dt
cos t cos c 1 c I cM costdt π c (1 cos c )

I cM
c sin c cos c I cM 1 ( c ) π(1 cos c )
cos t cos c 1 c I cM cosntdt π c (1 cos c )
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六、负载特性
1、负载特性定义 U bz 、 Vbb 、 U bm 一定的条件下，改变谐振回路的谐振电阻 R ， gc 、在 Vcc 、 P 高频功率放大器的工作状态、电流、电压、功率和效率随 R P的变化关系，称为负载特性
2、负载特性的分析 ①工作状态随 R P 的变化关系
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七、各级电压变化对工作状态的影响
U bm gc U Vbb 1、集电极电源电压Vcc 变化对工作状态的影响（在、、 bz、、RP 不变的条件下）
①随着Vcc的增加工作状态由过压→临界→欠压。
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②改变Vcc对电流、电压、功率、效率的影响
得正弦电压波形。