1、高频电子线路重点课程,第四章 谐振功率放大器,§6.1 概述,§6.2 谐振功率放大器的工作原理,§6.3 谐振功率放大器折线近似分析法,§6.4 谐振功率放大器电路,由上堂课折线化分析法可知：,由于晶体管基极偏置电压为负值，在输入信号的一个周期内，晶体管的导通时间小于半个周期。因此，工作于丙类工作状态。晶体管的集电极电流是一个脉冲电流串，产生了严重的非线性失真。,谐振功放的输入电压与输出电流,由于采用LC调谐回路作负载，若调谐回路谐振频率等于iC脉冲的基波频率，则在调谐回路两端，可获得良好的正弦波电压，而其它直流和谐波成分几乎被滤波掉。,当调谐负载的谐
2、振阻抗为适当值，晶体管可输出最大输出功率，故称谐振功率放大器。,谐振功率放大器中各部分电压与电流的波形,集电极效率：,可见，提高效率c的关键是减小集电极耗散功率Pc。,集电极耗散功率PC的计算式为：,可见，减小Pc的方法有三种： 减小半流通角c。 在2 c内，iC最大时，vCE最小。 在2 c内之外， 虽然vCE最大，但iC0。,由谐振功率放大器中各部分电压与电流的波形可知，iC于vCE正好满足上述几个条件。此即丙类谐振功率放大器效率高的原因。,假定负载回路调谐于激励信号频率，则有：,集电极电流脉冲可分解为傅里叶级数：,直流电源Vcc供给的直流功率：,回路可吸取的基频功率(交流功率)为 ：,式
3、中，RP为回路的谐振阻抗,集电极效率：,为波形系数，是半导通角c的函数。,的值通过P124面的表格求出。,注：,§4.2.2 最佳通角的选取 (P101), 为了兼顾功率与效率，最佳半导通角通常取700左右。 设计倍频器时，需特别注意的：,§4.3.1 输出特性曲线的折线化,（a）图所示的输出特性曲线，可用（b）图所示的折线族来近似。,饱和（过压）,放大（欠压）,截止,以直线1为临界线，晶体管的饱和区、放大区，分别对应于高频功放的过压工作状态、欠压工作状态。,三种工作状态的比较：,（1）临界状态：集电极最大点电流正好位于临界线上。此时，Po最大；c较高；为最佳工作状态 (对
4、应最佳负载RLcr)；主要用于发射机末级。临界线方程过原点，斜率为gcr，即：,（2）过压状态：集电极最大点电流正好位于临界线左方饱和区。此时，c较高（弱过压状态最高)；负载阻抗变化时，vCE基本不变；用于发射机中间级。,（3）欠压状态：集电极最大点电流正好位于临界线右放大区。Po较小； c较低；PC大；输出电压不稳定；很少采用，基极调幅电路工作于此状态。,§4.3.2 转移特性特性的理想化,抛物线形状的转移曲线，理想化后，可用交横轴于VBZ的直线来表示。 VBZ为截止电压。gC代表直线的斜率，称为跨导：,理想化后的静态特性可表示为：,（适用于 ）,§4.3.3 谐振功率放
5、大器的动态特性分析 (P102), 低频放大器的图解分析法中，直流负载线表示晶体管直流工作点（IB、IC、VCE）的运动轨迹，是一条直线；交流负载线表示交流工作点（iB、iC、vCE） ，也是一条直线。 谐振功率放大器因为工作状态为丙类，所以不存在直流工作点，但存在交流工作点（vB，iC，vCE），称为动态工作点。 当晶体管静态特性理想化时，谐振功放的动态工作点轨迹是一条直线，其斜率与负载回路谐振阻抗的负值成反比，称为动态线。 有了动态线，就可获得输出电压、电流的波形，进而求得各种功率和效率等参量。,动态线方程,谐振时，电路的外部关系为：,晶体管输入输出的内部关系为：,将外部关系式代入内部关系
6、式，有：,跨导,斜率,截距,动态线的作法 （P102）,方法1：在输出特性曲线的横轴上取B点，使OB=V0 ；再过B点作斜率为gd的直线BA，则BA即为欠压状态的动态线。,方法2：取几个特殊点，过这几个特殊点的直线即动态线。常用特殊点： A点： t0，此时：vBE=vBEmax=-VBB+Vbm vCE=vCEmin=VCC-Vcm 根据iC=gc(vBE-VBZ)=gc(-VBB+Vbmcost-VBZ)得： iC具有最大值。,动态线的作法 （P102）, B点： tc，此时：iC=0, 即满足：-VBB+Vbmcosc-VBZ0 Q点： t900，此时：vCE=VCC, vBE=VBB,i
7、C=IQ=gc（VBB-VBZ）注意：此时，IQ实际上不存在，称为虚拟电流，仅用来确定Q点。, C点： t1800，此时： vCE=VCC+Vcm, vBE=VBB-Vbm,iC=IQ=gc（VBBVbm-VBZ），实际上 不存在。,例4.1 设一理想化的晶体管静态输出特性如图所示，已知 VCC=24 V，Vcm=21V，基极偏压为零偏，Vbm=3 V。（1）试作出它的动特性曲线。此功放工作在什么状态？（2）计算此功放的c、P、P0、 Pc、 c及负载阻抗的大小。（3） 画出满足要求的基极回路。,解：1） 求动态负载线,2）求解c、P、P0、c及负载阻抗的大小。,3）符合要求的基极回路为：,如
8、图所示。,例4.2 某谐振功率放大器的转移特性曲线如图所示，已知该放大器所用晶体管的参数为：fT150MHz，功率增益Ap 13dB, ，管子允许通过的最大电流ICM=3A,最大集电极功耗为PCM=5W,管子的VBZ=0.6V. 。放大器的负偏置VBB=1.4V,c=700，VCC=24V,=0.9。试计算放大器的各参数。,解：1.根据右图可求得转移特性的斜率, 晶体管安全工作,4. 求交流电压的振幅,5. 求各功率与效率, 晶体管安全工作,6. 激励（输入）功率,例4. 3 某高频功率放大器工作在临界状态，已知其工作频率f520MHz，电源电压VCC=25v，集电极电压利用系数=0.8，输入
9、激励信号电压的幅度Vbm =6v，回路谐振阻抗RP=50，放大器的效率C75。求(1) Vcm 、Icm1、输出功率Po、集电极直流能源P及集电极功耗PC. (2) 当激励电压Vbm增加时，放大器过渡到何种工作状态？当负载阻抗Rp增 加时，放大器由临界状态过渡到何种工作状态？,解（1）,2. 当激励电压Vbm增加时，放大器过渡到过压工作状态.当负载阻抗RP增加时，放大器过渡到过压工作状态.,4.4 谐振功率放大器的实际电路,§4.4.1 馈电电源的馈电方式： 串联馈电 ：功率管、负载回路和直流电源三部分是串联的。 并联馈电 ：功率管、负载回路和直流电源三部分是并联的。,高频旁路电容,
10、电源滤波电感,LC负载回路,LC负载回路,隔直电容,电源滤波电容,集电极馈电电路,集电极馈电电路,馈电电路组成原则(P109) ：,（1）直流分量IC0流过的通道中，除了晶体管的内阻外，没有其他电阻消耗能量。 （2）基波分量Icm1 应只在负载回路上产生电压降，其余部分的外电路对于Icm1来说，都应该是短路的. （3）谐波分量Icmn 不应消耗功率 ( 倍频器除外 )，管外电路对 Icmn应该接近于短路。,§4.4.2 基极馈电电路,高频旁路电容,高频旁路电容,隔直电容,实际上，,实际中，VBB单独用电池供电很不方便，常常采用自给偏压电路产生。,§4.4.3 自给偏压电路产
11、生 VBB的方法,(a)图：在基极偏置电阻RB上，利用基极电流的直流分量，产生所需的偏置电压：VBB= - IB0RB(b)图：利用 IB0在基区电阻 上产生所需的：VBB= - IB0。,很小，所得到的VBB很小，且不稳定，一般不采用。,(c)图: 利用发射极电流的直流分量 IE0, 在RE上产生所需的VBB= - REIE0,例4.4 谐振功率放大器工作在临界状态，f010MHz， VCC=13.5V, c=700，P0=3W;功率管VBZ=0.8V,VCEsat1.5V, V(BR)EB0=4V,=50。试选择并设计自给偏压电路。（P111）,解：设计自给偏压电路，主要应考虑两个问题，一是要使发射结反向偏压不超过其反向击穿电压V(BR)EB0 ;二是要看直流分量IB0或IE0的大小。,1）自偏压VBB的大小：,得：,的变化范围有限 。VBB的取值一般较小。,2）自偏压电路的选择与设计,在欠压或临界状态下，导通时，晶体管工作在放大区，故基极和集电极电流脉冲形状相同，各谐波分量大小也是近似相差倍。因此，要根据IE0 或IB0的大小来选择和设计偏压电路。,若选择P110 图4.4.4 (c) 作自给偏压电路，则有:,若选择P110 图 4.4.4 (a)，则有,
