谐振功率放大器课件

谐振功率放大器2.1 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理一、原理电路一、原理电路结构特点结构特点:(1)功率管功率管丙类丙类工工作作（调（调 VBB在截止区）在截止区）(2)负载负载：谐振回路谐振回路，L、C为为匹配网络匹配网络，ZL为外接负载为外接负载调调C使回路谐振在输入信号的使回路谐振在输入信号的频率频率s上。上。vBEiCVBE(on)vBEiCVbmgmICmaxVBB二、工作原理（图解法）二、工作原理（图解法）集电极电流失真集电极电流失真（周期性脉冲）（周期性脉冲）傅立叶级数分解傅立叶级数分解 集电极谐振回路选频集电极谐振回路选频 不失真集电不失真集电极电压。极电压。Re：谐振电阻谐振电阻iC频谱频谱LC回路回路阻抗阻抗Re推广：将谐振回路调谐在推广：将谐振回路调谐在 上上 倍倍频器器iCtCCic1ic2ic3IC0ICmaxiCibVBBVBE(on)vCEvcVCCvcmvcvb vBE丙类谐振功率放大器集电极电流和电压波形：丙类谐振功率放大器集电极电流和电压波形：图解过程：图解过程：已知已知vBE和转移特性，画出集电极电流和电压波形。和转移特性，画出集电极电流和电压波形。2.2 谐振功率放大器的性能特点谐振功率放大器的性能特点性能指标：性能指标：设定设定VBB、Vbm、VCC、Vcm四个值四个值画动态线（交流负载线）画动态线（交流负载线）画集电极电流波形画集电极电流波形一、近似分析法一、近似分析法谐振功率放大器的近似分析方法谐振功率放大器的近似分析方法作图过程：作图过程：（描点法）取点（描点法）取点 确定确定 的值的值在输出特性曲线上确定动态点在输出特性曲线上确定动态点画动态线画动态线画画 波形波形动态线：动态线：ABC（交流负载线），（交流负载线），A点（点（）二、丙类谐振功放工作状态（欠压、临界、过压）二、丙类谐振功放工作状态（欠压、临界、过压）ICmaxOiC /mAOiCO一定时，改变一定时，改变 对对 脉冲波的影响脉冲波的影响E根据根据A点的位置确定工作状态：点的位置确定工作状态：A在放大区在放大区欠压欠压A在临界点在临界点临界临界A在饱和区在饱和区过压过压电流电流 波形的变化：波形的变化：欠压：欠压：余弦脉冲余弦脉冲临界：临界：余弦脉冲余弦脉冲 略略过压过压 中间凹陷脉冲，高度减小。中间凹陷脉冲，高度减小。OiC三、性能分析三、性能分析1、负载特性、负载特性VBB、Vbm、VCC一定，放大器性能随一定，放大器性能随Re变化的特性。变化的特性。VBB、Vbm一定一定 一定一定iC宽度一定宽度一定VBB、Vbm一定一定vBEmax一定一定增大变化时的变化时的 波形波形ICmaxOiC /mAOiCOE从欠压从欠压临界临界过压过压 Ic1m IC0欠压：欠压：ReVcm最佳工作状态：临界（最佳工作状态：临界（最大，最大，较大）较大）匹配负载：匹配负载：IcoRe欠压欠压过压过压Ic1m临界临界PDPoPCVcmRe欠压欠压过压过压临界临界2、调制特性、调制特性（1）集电极调制特性）集电极调制特性 VBB、Vbm、Re 一定，放大器性能随一定，放大器性能随VCC变化的特性变化的特性。VBB、Vbm一定一定 一定一定iC宽度一定，同时宽度一定，同时 一定一定过压过压 VCC 从过压从过压临界临界欠压欠压集电极调制特性集电极调制特性注意注意：过压区，：过压区，Vcm与与VCC成正比。成正比。用调制信号控制用调制信号控制VCC的变化，实现输出高频电压幅度相应变化。的变化，实现输出高频电压幅度相应变化。等效集电极电源电压等效集电极电源电压OOO(b)+-(a)集电极调幅原理电路集电极调幅原理电路TLC 载波载波 调制信号调制信号调制过程：调制过程：调幅波调幅波控制放大器在调制信号变控制放大器在调制信号变化范围内化范围内过压过压工作。工作。(2)基极调制基极调制一定，放大器性能随一定，放大器性能随 变化的特性。变化的特性。放大器由欠压进入过压工作状态放大器由欠压进入过压工作状态VBB2vBEicvBEmax1vBEmax2VBB3vbVBB1vBEmax3VBE(on)ict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区基极调制特性基极调制特性注意：注意：在在欠压欠压区，集电极电压幅度区，集电极电压幅度 与与 成正比。成正比。控制控制 ，实现对输出高频电压幅度的控制（，实现对输出高频电压幅度的控制（基极调幅）基极调幅）基极调幅电路基极调幅电路 基极偏置基极偏置电压 使使 Vcm 按按 VBB(t)的规律变化，放大器工作在的规律变化，放大器工作在欠压状态欠压状态。3.放大特性放大特性一定，放大器性能随一定，放大器性能随 变化的特性。变化的特性。放大器由欠压进入过压工作状态放大器由欠压进入过压工作状态vBEicvBEmax1vBEmax2vbVBBvBEmax3vBE(on)ict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区放大特性放大特性线性线性功率放大器的功率放大器的作用作用在在欠压欠压区，区，与与 成正比，实现线性功率放大。成正比，实现线性功率放大。应用：应用：(1)谐振功放作为线性功放谐振功放作为线性功放应用：应用：(2)谐振功放作为振幅限幅器谐振功放作为振幅限幅器(Amplitude Limiter)图图 2210(b)振幅限幅器的振幅限幅器的作用作用在在过压过压区，无论区，无论 如何变化，如何变化，近似恒定，实现振幅限幅器。近似恒定，实现振幅限幅器。问题问题：这种振幅限幅器限幅门限怎样确定。：这种振幅限幅器限幅门限怎样确定。临界状态对应的临界状态对应的 Vbm集电极调制特性集电极调制特性 例 设两个谐振功放具有相同的回路元件参数，它们的设两个谐振功放具有相同的回路元件参数，它们的输出功率输出功率Po分别为分别为 1W 和和 0.6W。若增大两放大器的若增大两放大器的VCC，发发现其中现其中Po=1W 的放大器输出功率增加不明显的放大器输出功率增加不明显，Po=0.6W的放的放大器输出功率增加明显，试分析其原因。大器输出功率增加明显，试分析其原因。若要增大若要增大Po=1W 放大放大器的输出功率，试问还应同时采取什么措施（不考虑功率管的器的输出功率，试问还应同时采取什么措施（不考虑功率管的安全工作问题）？安全工作问题）？若若 Po=1w，需，需 VCC 同时同时Re 或或VBB2.3 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 直流馈电线路直流馈电线路 电路组成电路组成 滤波匹配网络滤波匹配网络 1.直流馈电线路直流馈电线路馈电原则：馈电原则：（1）将直流电压加在晶体管的电极间，除晶体管外，没有其它）将直流电压加在晶体管的电极间，除晶体管外，没有其它电阻消耗直流能量；电阻消耗直流能量；（2）应使基频分量流过负载回路产生输出功率应使基频分量流过负载回路产生输出功率,但不要通过直但不要通过直流电源。流电源。串联馈电串联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分串联：晶体管、直流电源和谐振回路三部分串联馈电形式馈电形式 并联馈电并联馈电：晶体管、直流电源和谐振回路三部分并联：晶体管、直流电源和谐振回路三部分并联 无论哪种电路形式无论哪种电路形式,直流偏压与交流电压总是串联迭加的直流偏压与交流电压总是串联迭加的,即即（1）集电极馈电）集电极馈电串馈串馈并馈并馈Lc：高频扼流圈（大电感）对高频开路，阻止高频信号流过直：高频扼流圈（大电感）对高频开路，阻止高频信号流过直流电源。流电源。Cc、Cc2：电源滤波电容（旁路电容），高频短路。：电源滤波电容（旁路电容），高频短路。Cc1：隔直：隔直电容，以免电感将直流电源短路。电容，以免电感将直流电源短路。(b)(a)(2)基极馈电线路基极馈电线路 外加电源外加电源基极馈电两种形式基极馈电两种形式 自给偏置自给偏置外加分压偏置外加分压偏置为减小分压电路的功耗，为减小分压电路的功耗，分压电阻数值应适当分压电阻数值应适当大些大些串联馈电串联馈电偏置电路：偏置电路：LB、RB、CB1自给偏置电路自给偏置电路RB：产生压降，提供自偏电压；产生压降，提供自偏电压；LB：避免避免 RB、CB1 对输入滤对输入滤波匹配网络的旁路影响。波匹配网络的旁路影响。直流分量直流分量IB0在电阻在电阻RB上产生的上产生的压降压降负偏压负偏压 (1)自给偏压的产生自给偏压的产生vb 0 ib 0，为脉冲电流，可分解，为脉冲电流，可分解为为 IB0、Ib1m、Ib2m、2.滤波匹配网络滤波匹配网络双重作用双重作用选频滤波选频滤波阻抗匹配阻抗匹配要求要求阻抗变换阻抗变换品质因数高品质因数高传输效率高传输效率高滤波匹配网络结构：滤波匹配网络结构：L型、型、T型、型、型型（1）串、并联阻抗变换）串、并联阻抗变换等效原理：等效原理：端导纳相等端导纳相等品质因数品质因数说明：说明：（1）串并联转换）串并联转换 值不变。值不变。（2）转换前后电抗性质不变）转换前后电抗性质不变 （3）（2）L型网络的设计型网络的设计L型存在的问题型存在的问题：若：若Qe较高较高RL与与Re相差较大相差较大要求：要求：希望希望RL与与Re差值不大，而差值不大，而Qe值又较高的网络。值又较高的网络。措施：措施：两段两段L型串联型串联 低阻低阻高阻和高阻高阻和高阻低阻低阻（T型）型）高阻高阻低阻和低阻低阻和低阻高阻高阻（型）型）（3）3.谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路 分析分析 直流馈电直流馈电(集电极、基极集电极、基极)电路，元件作用电路，元件作用 滤波匹配网络滤波匹配网络(输入、输出输入、输出)50MHz谐振功率放大电路习题：1、一谐振功率放大器，试设计此谐振功率放大器的L型匹配滤波网络（画图）。2、某谐振功率放大器工作在临界状态，分析当集电极负载电阻 1）增大一倍、2)减小一半时，输出功率 变化多少？谢谢观赏谢谢观赏