电子线路高频非线性部分2.1

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

第2章器。

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 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、 图 2-2-1(a) 电路。谐振功率放大器 原理电路

第2章2.1

谐振功率放大器

谐振功率放大器的工作原理

2.1.1 丙类谐振功率放大器2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器 2.1.3 倍频器

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。

图 2–1–1

谐振功率放大器原理电路

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。

输入据

2.集电极电流 iC

vb(t) = Vbmcos st

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iC I C0 I c1mcos s t I c2mcos2 s t

为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。

图 2–1–2

(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) 。

3.输出电压 vo

在高 Q 回路中，其 Re 近似为

Re 式中，

02 LrRL

2

Lr C t RL

Cr C L Ct —— 回路总电容 Cr C L 0 s 1 —— 回路谐振角频率 Lr C t RL (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。 Qe

0 Lr

—— 回路有载品质因数

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：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。 但需警惕管发射结反向击 穿。 图 2–1–3 脉冲宽度变化的示意图 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。

2.1.2 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 ① VCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高 (90% 以上) ; ② 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。

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.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： ① 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。 ② 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。