第二章 諧振功率放大器(101)

1、 正確理解非線性電路的分析方法正確理解非線性電路的分析方法 熟練掌握高頻諧振功率放大器的工作原理、特性熟練掌握高頻諧振功率放大器的工作原理、特性 分析分析 正確理解饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)在高頻諧振功率放正確理解饋電電路和匹配網(wǎng)絡(luò)在高頻諧振功率放 大器中的應(yīng)用大器中的應(yīng)用 非線性電子線路的基本概念非線性電子線路的基本概念( (補(bǔ)充補(bǔ)充) ) 一、非線性電子線路的作用一、非線性電子線路的作用 非線性電子線路按其功能可分為：非線性電子線路按其功能可分為： 功率放大電路：功率放大電路：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行高效率的功率放大和輸對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行高效率的功率放大和輸 出盡可能大的信號(hào)功率，以滿足信號(hào)傳輸?shù)男枰?。例如：?/p>

2、盡可能大的信號(hào)功率，以滿足信號(hào)傳輸?shù)男枰?。例如?諧振功率放大器。諧振功率放大器。 振蕩電路：振蕩電路：產(chǎn)生某一頻率（或某一頻率范圍）的正弦信產(chǎn)生某一頻率（或某一頻率范圍）的正弦信 號(hào)。振蕩電路內(nèi)部非線性器件使得振蕩電路輸出穩(wěn)定的號(hào)。振蕩電路內(nèi)部非線性器件使得振蕩電路輸出穩(wěn)定的 正弦波信號(hào)。例如：正弦波信號(hào)。例如：正弦波振蕩器。正弦波振蕩器。 波形和頻率變換電路：波形和頻率變換電路：用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行變換，產(chǎn)生用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行變換，產(chǎn)生 與原輸入信號(hào)波形和頻譜不同的輸出信號(hào)。例如：與原輸入信號(hào)波形和頻譜不同的輸出信號(hào)。例如：調(diào)制、調(diào)制、 解調(diào)、混頻和倍頻電路等。解調(diào)、混頻和倍頻電路等。 二、

3、非線性器件的基本特性二、非線性器件的基本特性 線性元器件：線性元器件：元器件的參數(shù)為常數(shù)，與通過元器件的參數(shù)為常數(shù)，與通過 元器件的電流或加在其上的電壓無關(guān)。元器件的電流或加在其上的電壓無關(guān)。 非線性元器件：非線性元器件：元器件的參數(shù)不是常數(shù)，與元器件的參數(shù)不是常數(shù)，與 通過元器件的電流或加在其上的電壓有關(guān)。通過元器件的電流或加在其上的電壓有關(guān)。 以非以非線性電阻為例，討論非線性元件的特線性電阻為例，討論非線性元件的特 性。性。 特性特性 工作特性的非線性工作特性的非線性 不滿足疊加定理不滿足疊加定理 具有頻率變換能力具有頻率變換能力 所得結(jié)論也適用于其它所得結(jié)論也適用于其它非線性元件。非線性

4、元件。 非線性電阻非線性電阻( (如半導(dǎo)體二極如半導(dǎo)體二極 管管) )的伏安特性是一曲線；如圖的伏安特性是一曲線；如圖 2.1(b)2.1(b)所示。所示。 線性電阻的伏安特性為一直線性電阻的伏安特性為一直 線；如圖線；如圖2.1(a)2.1(a)所示。所示。 靜態(tài)（直流）電阻靜態(tài)（直流）電阻Rj： Q j Q U R = I 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)( (交流交流) )電阻電阻Rd： d udu R = idi QQQQ 時(shí)變增量電阻時(shí)變增量電阻 v0 t v0 i i 0 t 線性電阻：線性電阻： 非非線性電阻：線性電阻： v0 i v0 t i 0t 設(shè)伏安特性為：設(shè)伏安特性為： 2 avi ttvvv

5、 2121 coscos 21 2 2 2 1 2 21 2)(vavavavvvai 121212 1 (cos2cos2)cos()cos() 2 aattatt 非線性電路不滿足疊加定理非線性電路不滿足疊加定理 例如一例如一線性線性電路，其輸入、輸出關(guān)系可用一線性方程來描述電路，其輸入、輸出關(guān)系可用一線性方程來描述 io=aui 當(dāng)輸入為當(dāng)輸入為u ui i = =u u1 1+ +u u2 2 + +時(shí)，則輸出總響應(yīng)為： 時(shí)，則輸出總響應(yīng)為： io=auiau1 + au2 + 對(duì)于對(duì)于非線性非線性電路，若非線性器件的特性為：電路，若非線性器件的特性為： io =aui2 若輸入激勵(lì)信

6、號(hào)為若輸入激勵(lì)信號(hào)為ui=u1+u2，則輸出響應(yīng)為，則輸出響應(yīng)為: : io =aui2au12+2au1u2+au22 au12+au22 三、非線性電子線路的分析方法三、非線性電子線路的分析方法 v冪級(jí)數(shù)分析法冪級(jí)數(shù)分析法 v折線分析法折線分析法 v開關(guān)函數(shù)法開關(guān)函數(shù)法 冪冪 級(jí)級(jí) 數(shù)數(shù) 分分 析析 法法 對(duì)于非線性器件的伏安特性對(duì)于非線性器件的伏安特性i=f(u)來說，在靜態(tài)工作點(diǎn)來說，在靜態(tài)工作點(diǎn) UQ點(diǎn)展開為冪級(jí)數(shù)點(diǎn)展開為冪級(jí)數(shù)( (泰勒級(jí)數(shù)泰勒級(jí)數(shù)) )： 2 01Q2QQ 2 012 ( )()()()k k k k if uaa u Ua u Ua u U aa uauau 0

7、 () Q Qu U af Ui Q Q 1Q 2 2Q 2 11 () 1!1! 11 () 2!2! u U u U di af U du d i afU du Q Q 11 () ! u U k k k k d i afU kk du u=uUQ 其中其中 v0 i Q1 當(dāng)信號(hào)電壓較小時(shí)，當(dāng)信號(hào)電壓較小時(shí)， 01Q ( )()if uaa u U Q2 2 01Q2Q ( )()()if uaa u Ua u U 在在Q1附近時(shí)附近時(shí) 在在Q2附近時(shí)附近時(shí) v0 i 當(dāng)信號(hào)電壓較大時(shí)，當(dāng)信號(hào)電壓較大時(shí)， 23 01Q2Q3Q ( )()()()if uaa u Ua u Ua u U

8、折折 線線 分分 析析 法法 折線近似分析法折線近似分析法：是用幾條：是用幾條直線線段組成的折線直線線段組成的折線來代替非來代替非 線性器件的特性曲線。線性器件的特性曲線。 設(shè)三極管基極偏置電壓為設(shè)三極管基極偏置電壓為VBB， 輸入信號(hào)電壓為輸入信號(hào)電壓為 ui(t)=Uimcost，Ur1 為截止電壓為截止電壓，Ur2為飽和電壓為飽和電壓，BC 線段的斜率為線段的斜率為G，則可求出輸出電則可求出輸出電 流流iC(t) BBir1 BBir1r1BBir2 C r2r1r2BBi 0( ) ( )( )( ) ()( ) Vu tU i tG Vu tUUVu tU G UUUVu t 開開

9、關(guān)關(guān) 函函 數(shù)數(shù) 分分 析析 法法 開關(guān)函數(shù)分析法開關(guān)函數(shù)分析法的基礎(chǔ)是：加在的基礎(chǔ)是：加在非線性器件非線性器件輸入輸入 端的多個(gè)輸入信號(hào)中，有端的多個(gè)輸入信號(hào)中，有一個(gè)信號(hào)幅度較大一個(gè)信號(hào)幅度較大，直，直 接決定非線性器件的工作狀態(tài)，由于它的作用使接決定非線性器件的工作狀態(tài)，由于它的作用使 非線性器件工作于開關(guān)狀態(tài)非線性器件工作于開關(guān)狀態(tài)。 在圖在圖2.3(a)2.3(a)所示電路中，所示電路中， u1=U1mcos 1t，u2=U2mcos 2t，且且 U1mU2m，二極管處于大信號(hào)工二極管處于大信號(hào)工 作狀態(tài)，即在作狀態(tài)，即在u u1 1的作用下工作在的作用下工作在 管子的導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)

10、。管子的導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)。 開開 關(guān)關(guān) 函函 數(shù)數(shù) 分分 析析 法法 忽略二極管的開啟電壓，并設(shè)二極管的導(dǎo)通電阻為忽略二極管的開啟電壓，并設(shè)二極管的導(dǎo)通電阻為r，則，則 二極管的特性曲線可用兩段折線來近似，如圖二極管的特性曲線可用兩段折線來近似，如圖2.3(2.3(b) )所示。所示。 二極管的導(dǎo)通與否取決于二極管的導(dǎo)通與否取決于u1，二極管，二極管 相當(dāng)于受相當(dāng)于受u1控制的開關(guān)，其跨導(dǎo)為：控制的開關(guān)，其跨導(dǎo)為： g(t)gS(t)1/r S(t) S(t)為開關(guān)函數(shù)為開關(guān)函數(shù) 1 1 1cos0 ( ) 0cos0 t S t t S(t)波形如圖波形如圖2.42.4所示所示： 開開 關(guān)關(guān)

11、函函 數(shù)數(shù) 分分 析析 法法 將開關(guān)函數(shù)將開關(guān)函數(shù) S(t)用傅氏級(jí)數(shù)展開得：用傅氏級(jí)數(shù)展開得： 11 1 1 1 122 ( )coscos3 23 12 ( 1)cos(21) 2(21) n n S ttt nt n 開開 關(guān)關(guān) 函函 數(shù)數(shù) 分分 析析 法法 流過二極管的電流為：流過二極管的電流為： 1m 1 2 1 2m 1 121 12 n 1 1m2m 112 1 1m12m2 2 1 ( )( )() 2 ( 1)cos(21)(coscos) 2 1( 1)cos2 (2 )1 ( 1)cos(21)cos(21) 2(21) (coscos (2 ) 2 1) n n n n

12、 n ig t ugS t u gU n t n gU nt u gg nt Ut Ut n nt g Ut Ut n 輸出電流中含有輸出電流中含有2n 1角頻率分量和角頻率分量和(2n-1) 1 2角頻率分量。角頻率分量。 一、諧振功率放大器的定義及作用一、諧振功率放大器的定義及作用 定義：定義： 諧振功率諧振功率放大器是一種放大器是一種用用諧振諧振系統(tǒng)系統(tǒng)作為匹配網(wǎng)作為匹配網(wǎng) 絡(luò)的功率絡(luò)的功率放大器放大器，又稱，又稱窄帶高頻功率放大器窄帶高頻功率放大器。 工作狀態(tài)：工作狀態(tài)： 大信號(hào)大信號(hào) 非線性非線性 2.1 2.1 諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原理 作用：作用： 輸出足

13、夠的功率輸出足夠的功率 具有高效率的功率轉(zhuǎn)換具有高效率的功率轉(zhuǎn)換 減小非線形失真減小非線形失真 二、高頻功放與小信號(hào)調(diào)諧放大器、低頻放大器的比二、高頻功放與小信號(hào)調(diào)諧放大器、低頻放大器的比 較較 低頻放大器小信號(hào)調(diào)諧放大器高頻功放 工作頻率低高高 相對(duì)頻帶寬窄窄 負(fù)載非諧振負(fù)載諧振回路諧振回路 工作狀態(tài) 甲類、乙類、甲乙類、 小信號(hào)、線性 甲類、 小信號(hào)、線性 丙類、 大信號(hào)、非線性 技術(shù)指標(biāo) 放大倍數(shù)、輸入、輸 出電阻、不失真 諧振增益、通頻帶、 選擇性 輸出功率、效率、通 頻帶及選擇性 晶體管放大器按晶體管集電極電流在輸入信號(hào)晶體管放大器按晶體管集電極電流在輸入信號(hào) 一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間不同

14、，一般分為甲類、乙類、一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間不同，一般分為甲類、乙類、 甲乙類、丙類等工作方式。甲乙類、丙類等工作方式。 Lr Cr CL RL CL RL Cr Lr 2.1.1 2.1.1 丙類諧振功率放大器丙類諧振功率放大器 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振 等效開路等效開路 實(shí)際電感實(shí)際電感 理想電感理想電感 電感損耗電阻電感損耗電阻 晶體管轉(zhuǎn)移特性晶體管轉(zhuǎn)移特性 UonuBE0 ic 設(shè)輸入信號(hào)：設(shè)輸入信號(hào)： tUu bmb cos cos BEBBbm uVUt 結(jié)論：為實(shí)現(xiàn)丙類工作，結(jié)論：為實(shí)現(xiàn)丙類工作，VBB 應(yīng)該設(shè)置在功率管的截止區(qū)。應(yīng)該設(shè)置在功率管的截止區(qū)。 Ubm uBE t VBB 各極電

15、壓電流波形各極電壓電流波形 將將iB、iC用傅氏級(jí)數(shù)展開：用傅氏級(jí)數(shù)展開： iB=Ib0+Ib1mcos t+Ib2mcos2 t +Ibnmcosn t+ iC=Ic0+Ic1mcos t+Ic2mcos2 t +Icnmcosn t+ 當(dāng)集電極回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率當(dāng)集電極回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率 上時(shí)，調(diào)諧上時(shí)，調(diào)諧 回路對(duì)基波而言可等效為一純電阻回路對(duì)基波而言可等效為一純電阻; ; 負(fù)載兩端電壓負(fù)載兩端電壓 為：為： uc=ReIc1mcos t=Ucmcos t 問題：輸出電壓形狀？問題：輸出電壓形狀？ 晶體管集電極與發(fā)射極之間的瞬時(shí)電壓為：晶體管集電極與發(fā)射極之間的瞬時(shí)電壓為： uC

16、E=VCC-uc=VCC-Ucmcos t 問題：問題：UCE形狀？形狀？ 2 2、 集電極余弦脈沖分解集電極余弦脈沖分解 0t - icmax ic Icm 脈沖高度脈沖高度 通角通角 余弦電流的振幅余弦電流的振幅 iCmaxIcm-Icmcos =Icm(1-cos ) 集電極電流集電極電流iC為：為： kt ktt i tI i 20 2)cos(cos cos1 )cos(cos Cmax cm C Cmax n 2 Cmax Cmax Ccnm )( ) 1)(cos1 (2 sincos2cossin2 )(cos)cos(cos cos1 1 )(cos 1 i n nnn i

17、ttdnt i ttdniI Cmax1Cmax Cmax Cc1m )( )cos1 (2 2sin2 )(cos)cos(cos cos1 1 )(cos 1 ii ttdt i ttdiI tnItItIIi cnmmcmccoc cos2coscos 21 max0max 11 sincos () 21 cos coccc Ii d t ii 直流分解系數(shù)直流分解系數(shù) 基波分量分解系數(shù)基波分量分解系數(shù) n次諧波分量分解系數(shù)次諧波分量分解系數(shù) 不同通角不同通角 時(shí)各分量的分解系數(shù)時(shí)各分量的分解系數(shù) 結(jié)論：結(jié)論： 1.1.諧波次數(shù)越高，其振幅越小。諧波次數(shù)越高，其振幅越小。 2.2. =1

18、20 時(shí)，時(shí)， 1( )有最大值，基有最大值，基 波分量可得到最大振幅；波分量可得到最大振幅； 3.3. =60 時(shí)，時(shí)， 2( )有最大值，二有最大值，二 次諧波分量可得到最大振幅；次諧波分量可得到最大振幅； 4.4. =40 時(shí)，時(shí)， 3( )有最大值，三有最大值，三 次諧波分量可得到最大振幅。次諧波分量可得到最大振幅。 5.5.當(dāng)調(diào)諧功率放大器工作在丙類當(dāng)調(diào)諧功率放大器工作在丙類 狀態(tài)時(shí)（狀態(tài)時(shí)（90 ），）， 越大，基越大，基 波分量波分量Ic1m越大。越大。 問題：通角問題：通角 的選?。康倪x?。?3 3、 諧振功率放大器的功率和效率諧振功率放大器的功率和效率 放大器的輸出功率放大器

19、的輸出功率Po： 2 2 11e 111 R 222 cm oc mcmc m e U PI UI R 集電極電源供給功率集電極電源供給功率PD： Dco cc PI V 集電極耗散功率集電極耗散功率P PC C： PC= PD - Po 放大器集電極效率放大器集電極效率： 11 1 0 ( )111 ( ) 22( )2 ocmc m c Dccco PUI g PV I 波形系數(shù)波形系數(shù) 集電極電壓利用系數(shù)集電極電壓利用系數(shù) v在在 的條件下：的條件下：1 丙類工作狀態(tài)的效率最高丙類工作狀態(tài)的效率最高 甲類： ， ， ； 乙類： ， ， ； 丙類： ， ， ； 180 90 60 1)(

20、1 g 57.1)( 1 g 8 .1)( 1 g 50 c 5 .78 c 90 c 結(jié)論：結(jié)論： opt=60 80 ， C80左右左右 電流通角電流通角 的確定的確定 電流通角電流通角 主要與基極偏壓主要與基極偏壓VBB和激勵(lì)電壓和激勵(lì)電壓Ubm有關(guān)有關(guān) rBBbmcosUVU rBB bm cos UV U rBB 1 bm cos () UV U 例：諧振功率放大器，已知例：諧振功率放大器，已知V VCC CC=24V =24V，P PO O=5W=5W。 問問（1 1） C C=60% =60% ，P PC C及及I ICO CO是多少？ 是多少？ （2 2）若）若P PO O保持

21、不變，將保持不變，將 C C提高到提高到80%80%，P PC C減減 少多少？少多少？ 2.1.2 丁類和戊類諧振功率放大器 原理電路： uce Uce(sat) vi uL vb1 vb2 va ua ULm 2Uce(sat) Uce(sat) uL 波形圖： 2.1.3 倍頻器 倍頻器：使輸出頻率比輸入頻率高n倍（n1為正 整數(shù)）的電路。 常用的倍頻器有三類 一類是工作于丙類狀態(tài)的諧振功率放大器， 稱為丙類倍頻器； 一類是利用PN結(jié)電容的非線性變化實(shí)現(xiàn)倍頻 的電路，稱為參量倍頻器。 一類利用鎖相環(huán)路實(shí)現(xiàn)倍頻。 倍頻器的基本用途倍頻器的基本用途 1. 1. 降低無線電設(shè)備的主振頻率，提高

22、頻率穩(wěn)降低無線電設(shè)備的主振頻率，提高頻率穩(wěn) 定度。定度。 2. 2. 擴(kuò)展無線電設(shè)備的工作頻段。擴(kuò)展無線電設(shè)備的工作頻段。 3. 3. 在調(diào)角時(shí)，可增加頻偏或相偏，從而加深在調(diào)角時(shí)，可增加頻偏或相偏，從而加深 調(diào)角深度。調(diào)角深度。 oncnmcnmcnmncmax 11 ( ) 22 PUIUi cnmcnm oncnmn cn dCCc0CC0 1 ( )1 2 2( ) UI PU PVIV n n次倍頻器的輸出功率和效率都低于基波放大次倍頻器的輸出功率和效率都低于基波放大 器，器，n n越大，輸出功率和效率也越低越大，輸出功率和效率也越低。 n次倍頻器的輸出功率次倍頻器的輸出功率Pon和

23、效率和效率 Cn 考慮到輸出回路要濾除高于和低于考慮到輸出回路要濾除高于和低于n n的各次諧的各次諧 波分量，而低于波分量，而低于n n的各次諧波分量的幅度要比有用的各次諧波分量的幅度要比有用 分量大，要將它們分量大，要將它們?yōu)V除較為困難濾除較為困難。 n n次倍頻器的輸出功率和效率都低于基波放大次倍頻器的輸出功率和效率都低于基波放大 器器，n n越大，輸出功率和效率也越低。越大，輸出功率和效率也越低。 一般單級(jí)倍頻器取一般單級(jí)倍頻器取n n2 23 3，若要進(jìn)一步提高，若要進(jìn)一步提高 倍頻次數(shù)，可將倍頻器級(jí)聯(lián)使用。倍頻次數(shù)，可將倍頻器級(jí)聯(lián)使用。 2.2 2.2 諧振功率放大電路的性能特點(diǎn)諧振

24、功率放大電路的性能特點(diǎn) 諧振功率放大器工作在丙類，即非線性諧振功率放大器工作在丙類，即非線性 區(qū)；它的常用分析方法主要有兩種：區(qū)；它的常用分析方法主要有兩種： 圖解法圖解法 解析近似法（折線法）解析近似法（折線法） 2.2 2.2 諧振功率放大電路的性能特點(diǎn)諧振功率放大電路的性能特點(diǎn) 1 1、 折線法折線法 晶體管實(shí)際特性和理想折線晶體管實(shí)際特性和理想折線 ic gm UBE 0Ur ic 臨界線臨界線 UBE UCE 0 (a)(b) 理想化折線理想化折線 （虛線）（虛線） 2.2.1 2.2.1 近似分析法近似分析法 BErBEr m c BEr () 0 guUuU i uU 2 2、

25、調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性 在準(zhǔn)線性條件下，諧振功率放大器工作點(diǎn)（在準(zhǔn)線性條件下，諧振功率放大器工作點(diǎn)（iC、 uCE）變化的軌跡稱為動(dòng)態(tài)特性。）變化的軌跡稱為動(dòng)態(tài)特性。 當(dāng)放大器工作在諧振狀態(tài)時(shí)，當(dāng)放大器工作在諧振狀態(tài)時(shí)，uCE和和iC的表達(dá)式為的表達(dá)式為 uCE =VCCUcmcos t iC=gm(uBEUr)=gm(VBBUrUbmcos t ) 準(zhǔn)線性放大準(zhǔn)線性放大： CC CE BBrbm m C cm CCbm BBrbm mCE cmcm CCbm BBrbm mmCE cmcm () () () Vu ig VUU U VU g VUUu UU VU g

26、 VUUgu UU 消去參變量消去參變量cos t 放大器的動(dòng)態(tài)特性是一條直線，斜率為：放大器的動(dòng)態(tài)特性是一條直線，斜率為： bm m cm tan U g U 取兩個(gè)特殊點(diǎn)取兩個(gè)特殊點(diǎn)A和和Q畫出這條直線（動(dòng)態(tài)線）畫出這條直線（動(dòng)態(tài)線） A點(diǎn)：令點(diǎn)：令iC=0，則，則 t= uCE=VCCUcmcos Q點(diǎn)：令點(diǎn)：令UCE=VCC cos t=0 iC=gm(VBBUr) 工作點(diǎn)由工作點(diǎn)由A點(diǎn)沿動(dòng)態(tài)特性上升到點(diǎn)沿動(dòng)態(tài)特性上升到B點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)時(shí)，uCE達(dá)到最小達(dá)到最小 值值uCEmin，集電極余弦脈沖電流，集電極余弦脈沖電流iC達(dá)到最大值達(dá)到最大值iCmax iC=gm(uBEUr)=gm(VBB

27、UrUbmcos t ) uCE =VCCUcmcos t 丙類丙類 乙類乙類 甲類甲類甲乙類甲乙類 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻R RC C：動(dòng)態(tài)特性斜率負(fù)值的倒數(shù)。：動(dòng)態(tài)特性斜率負(fù)值的倒數(shù)。 e1 cmax ec1m cmax cm bm m cm c )cos1)( )cos1 ( )cos1 ( tan 1 R i RI i U Ug U R 1)1)欠壓欠壓工作狀態(tài)：工作狀態(tài)： 集電極最大點(diǎn)電集電極最大點(diǎn)電 流在臨界線的右方。流在臨界線的右方。 2.2.2 2.2.2 欠壓、臨界和過壓狀態(tài)欠壓、臨界和過壓狀態(tài) 3)3)過壓過壓工作狀態(tài)：工作狀態(tài)： 集電極最大點(diǎn)電流進(jìn)集電極最大點(diǎn)電流進(jìn) 入臨界線之

28、左的飽和區(qū)。入臨界線之左的飽和區(qū)。 2)2)臨界臨界工作狀態(tài)：工作狀態(tài)： 集電極最大點(diǎn)電集電極最大點(diǎn)電 流正好落在臨界線上，流正好落在臨界線上， 欠壓和過壓狀態(tài)的分欠壓和過壓狀態(tài)的分 界點(diǎn)。界點(diǎn)。 諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)諧振功率放大器的三種工作狀態(tài) 工作狀態(tài)工作狀態(tài)欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)過壓狀態(tài)過壓狀態(tài) 特征特征負(fù)載線在截止區(qū)負(fù)載線在截止區(qū) 和放大區(qū)，未到和放大區(qū)，未到 臨界飽和線臨界飽和線 負(fù)載線在截止區(qū)負(fù)載線在截止區(qū) 和放大區(qū)，到達(dá)和放大區(qū)，到達(dá) 臨界飽和線臨界飽和線 負(fù)載線在截止負(fù)載線在截止 區(qū)和放大區(qū)，區(qū)和放大區(qū)， 并到達(dá)飽和區(qū)并到達(dá)飽和區(qū) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻較小較小大大

29、最大最大 i iCmax Cmax 最大最大較大較大小小( (出現(xiàn)下凹出現(xiàn)下凹) ) 輸出電壓輸出電壓較小較小大大最大最大 三種工作狀態(tài)比較三種工作狀態(tài)比較 1 1、 負(fù)載特性負(fù)載特性 所謂負(fù)載特性是指在維持所謂負(fù)載特性是指在維持VBB、VCC、Ubm不變的情況下，不變的情況下， 諧振功率放大器的輸出電流、電壓、功率和效率等隨負(fù)載電諧振功率放大器的輸出電流、電壓、功率和效率等隨負(fù)載電 阻的變化關(guān)系。阻的變化關(guān)系。 電流電流iC波形隨負(fù)載波形隨負(fù)載Re的變化的變化 Ic1m Ic0 Ucm Ic1mUcmIc0 欠壓欠壓臨界臨界過壓過壓ReO 圖圖 Ic1m、Ic0、Ucm隨隨Re變化曲線變化曲

30、線 (1) (1) 電流電流Ic0、Ic1m及電壓及電壓 Ucm隨負(fù)載隨負(fù)載Re e的變化的變化 2.2.3 2.2.3 四個(gè)電壓量對(duì)性能影響的定性討論四個(gè)電壓量對(duì)性能影響的定性討論 輸出功率輸出功率Po： e 2 c1m o 2 1 R I P 輸出功率輸出功率Po在臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài) 最大最大，放大器工作在臨界狀，放大器工作在臨界狀 態(tài)時(shí)的負(fù)載電阻態(tài)時(shí)的負(fù)載電阻Re為為最佳負(fù)最佳負(fù) 載電阻載電阻( (匹配負(fù)載匹配負(fù)載) )Reopt。 直流功率直流功率PD： ： P D=Ic0VCC 集電極效率集電極效率 C： C=Po/PD PD Po Pc c Pom PD PC 欠壓欠壓臨界臨界 過

31、壓過壓ReO 圖圖 Pd、Pc、Po、 c隨隨Re變化曲線變化曲線 C 集電極耗散功率集電極耗散功率PC： PC=PDPo (2) (2) 功率、效率隨負(fù)載功率、效率隨負(fù)載Re的變化的變化 2 2、 集電極電壓集電極電壓VCC對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 2 2、 集電極電壓集電極電壓VCC對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 -集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 工作在過壓區(qū)工作在過壓區(qū) 3 3、 基極偏置電壓基極偏置電壓VBB對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 3 3、 基極偏置電壓基極偏置電壓VBB對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 -基極調(diào)制特性基

32、極調(diào)制特性 工作在欠壓區(qū)工作在欠壓區(qū) 4 4、 激勵(lì)電壓激勵(lì)電壓Ubm對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 4 4、 激勵(lì)電壓激勵(lì)電壓U Ubm bm對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 -放大特性放大特性 欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài) 過壓狀態(tài)過壓狀態(tài) (1) 改變改變Re (2) 改變改變VCC (3) 改變改變VBB (4) 改變改變Ubm 諧振功率放大器工作狀態(tài)諧振功率放大器工作狀態(tài) 調(diào)諧功率放大器三種工作狀態(tài)調(diào)諧功率放大器三種工作狀態(tài) PD Po Pc c Pom Pd PC 欠壓欠壓臨界臨界 過壓過壓ReO 圖圖2.14 Pd、Pc、Po、 c隨隨Re變化曲線變化曲線 C I

33、c1m Ic0 Ucm Ic1m Ucm Ic0 欠壓欠壓臨界臨界 過壓過壓ReO 圖圖2.13 Ic1m、Ic0、Ucm隨隨Re變化曲線變化曲線 集電極饋電電路集電極饋電電路 匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò) 2.3 2.3 諧振功率放大器電路諧振功率放大器電路 基極偏置電路基極偏置電路 匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò) 晶體管晶體管 2.3.1 2.3.1 直流饋電電路直流饋電電路 直流饋電電路直流饋電電路 基極偏置電路基極偏置電路 集電極饋電電路集電極饋電電路 串饋串饋 并饋并饋 饋電電路的組成原則：饋電電路的組成原則： 線路應(yīng)保證線路應(yīng)保證ic中的中的Ico只流過集電極直流電源只流過集電極直流電源VCC 基波分量基波

34、分量Ic1m只流過諧振回路，以便把變換后的只流過諧振回路，以便把變換后的 交流能量傳送回負(fù)載交流能量傳送回負(fù)載 應(yīng)保證外電路對(duì)高次諧波分量呈現(xiàn)短路，以免應(yīng)保證外電路對(duì)高次諧波分量呈現(xiàn)短路，以免 產(chǎn)生附加損耗產(chǎn)生附加損耗 C L V Ic1m V VCC Ic0 V Icnm (1) (1) 串饋形式串饋形式 所謂串饋形式是指所謂串饋形式是指直流電源直流電源、管子管子和和負(fù)載負(fù)載三部三部 分在電路形式上是分在電路形式上是串聯(lián)串聯(lián)連接的，如圖所示。連接的，如圖所示。 高頻扼流圈高頻扼流圈 (2) (2) 并饋形式并饋形式 所謂并饋形式是指所謂并饋形式是指直流電源直流電源、管子管子和和負(fù)載負(fù)載三部三

35、部 分在電路形式上是分在電路形式上是并聯(lián)并聯(lián)連接的，如圖所示。連接的，如圖所示。 CC1 CC2 CC1 CC2 優(yōu)點(diǎn)：高頻扼流圈優(yōu)點(diǎn)：高頻扼流圈L LC C和隔直電和隔直電 容容C CC C均處于高頻地電位，均處于高頻地電位，元件元件 對(duì)地的安裝分布電容不會(huì)影響對(duì)地的安裝分布電容不會(huì)影響 調(diào)諧回路的諧振頻率。調(diào)諧回路的諧振頻率。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：回路調(diào)諧電容回路調(diào)諧電容C C的動(dòng)片的動(dòng)片 不接地，電路安裝調(diào)試不方便。不接地，電路安裝調(diào)試不方便。 優(yōu)點(diǎn)：回路調(diào)諧電容優(yōu)點(diǎn)：回路調(diào)諧電容C C的動(dòng)片的動(dòng)片 接地，接地，電路安裝調(diào)試方便。電路安裝調(diào)試方便。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：LC、 C CC1 C1處于高頻高

36、電 處于高頻高電 位，位，元件對(duì)地的安裝分布電容元件對(duì)地的安裝分布電容 影響調(diào)諧回路的諧振頻率。影響調(diào)諧回路的諧振頻率。 調(diào)諧功率放大電路常用的基極偏置電路：調(diào)諧功率放大電路常用的基極偏置電路： uBE=VBB+ubuBE=VBB+ub=Ib0RBub 偏置電壓隨輸入偏置電壓隨輸入 信號(hào)電壓振幅而變化信號(hào)電壓振幅而變化 的效應(yīng)稱為自給偏置的效應(yīng)稱為自給偏置 效應(yīng)。效應(yīng)。 uBE=VBBub=(Ib0Ic0)REubuBE=VBB+ub=Ib0rBub 自給偏置效應(yīng)：自給偏置效應(yīng)：（1）輸入等幅信號(hào)時(shí)，起穩(wěn)幅作）輸入等幅信號(hào)時(shí)，起穩(wěn)幅作 用。（用。（2）輸入信號(hào)不是等幅時(shí)，失真。）輸入信號(hào)不是等

37、幅時(shí)，失真。 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸入匹配網(wǎng)絡(luò) 2.3.2 濾波匹配網(wǎng)絡(luò) 級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò)級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò) Ic1m和和I Icnm分別是放大器集電極電流中的基波分分別是放大器集電極電流中的基波分 量和量和n次諧波分量的振幅，次諧波分量的振幅，IL1m和和ILnm分別是通過實(shí)分別是通過實(shí) 際負(fù)載電阻際負(fù)載電阻RL電流中的基波分量和電流中的基波分量和n次諧波分量的次諧波分量的 振幅。振幅。 2 2、 串、并聯(lián)電路的阻抗變換串、并聯(lián)電路的阻抗變換 3 3、 常用匹配濾波網(wǎng)絡(luò)常用匹配濾波網(wǎng)絡(luò) L L型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) T T型匹配濾波網(wǎng)絡(luò)型匹配濾波網(wǎng)絡(luò) 型匹配濾波網(wǎng)絡(luò)型匹配濾波網(wǎng)絡(luò) 1

38、1、 對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)的要求對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)的要求 1 1、對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)的要求、對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)的要求 濾波：濾除不需要的各次諧波分量，選出所需的基波濾波：濾除不需要的各次諧波分量，選出所需的基波 分量；分量；工程上用諧波抑制度工程上用諧波抑制度Hn來表示網(wǎng)絡(luò)的濾波性能，來表示網(wǎng)絡(luò)的濾波性能， 定義為：定義為： 效率：效率：較高的傳輸效率較高的傳輸效率，即要求網(wǎng)絡(luò)能有效地將功率，即要求網(wǎng)絡(luò)能有效地將功率 管輸出的信號(hào)功率傳輸給實(shí)際負(fù)載。匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸效管輸出的信號(hào)功率傳輸給實(shí)際負(fù)載。匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸效 率定義為率定義為 n 1 10 lg20 lg LnLnm LL m PI H PI L k o P P 匹配網(wǎng)絡(luò)

39、：進(jìn)行匹配網(wǎng)絡(luò)：進(jìn)行阻抗變換阻抗變換，使外接負(fù)載與放大器所需，使外接負(fù)載與放大器所需 的最佳負(fù)載阻抗相匹配，以保證放大器輸出功率最大；的最佳負(fù)載阻抗相匹配，以保證放大器輸出功率最大； 2 1L k 2 o 1 1 2 1 2 L m A c me Ir P P IR 例：求所示輸出回路的諧波抑制度例：求所示輸出回路的諧波抑制度H Hn n和傳輸效率和傳輸效率 k k 1m e L1mc1m 22 0 0A ()() U R II L Lrr e A () L R C rr L k o A A rP Prr 00 e 0 A , LL QQ rr r 0 1 e Q Q e 0 A r QQ r

40、 r Lnm n L1m 20lg I H I e L1mc1m 0 R II L nm Lnm 22 0A ()() U I nLr r 11 n ee ( )( ) 20lg20lg 11 ()() cnmc mn II H nQ nnQ n nn e e 0 e 0 () 1() R Zj jQ e e 0 e () 1 1() R Zjn jQ n n e cnm 0 e 1 1 () R I n L Q n n 0 1 e k Q Q 結(jié)論：結(jié)論：Qe 越大，越大，HnHn越小，越小， K K越小，所以越小，所以Hn和和 K 的要求往往矛盾，的要求往往矛盾，QeQe一般取在一般取在3

41、 3 1010之間之間 。 濾波濾波 匹配匹配 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) Re CO RL 濾波濾波 匹配匹配 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) Re CO RL 22 SS P S RX R R 22 SS P S RX X X S S X Q R e 2 2、串、并聯(lián)電路的阻抗變換串、并聯(lián)電路的阻抗變換 ppss 111 RjXRjX 2 1 S RQ（） e 2 1 1 S X Q （） e 結(jié)論：當(dāng)結(jié)論：當(dāng)Qe確定后，確定后，Rp和和Rs s、Xp和和Xs是可以相互是可以相互 轉(zhuǎn)換的，轉(zhuǎn)換前后電抗的性質(zhì)不變。轉(zhuǎn)換的，轉(zhuǎn)換前后電抗的性質(zhì)不變。 P P R X p ss p+ p p RjX RjX R jX LR、CR 串、并

42、聯(lián)電路的阻抗變換串、并聯(lián)電路的阻抗變換 2 pse ps ps (1)RRQ LL CC 2 pse ps 2 e ps 2 e (1) 1 (1) 1 1 (1) RRQ LL Q CC Q 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路 p p 1L R = GrC 并聯(lián)諧振電阻：并聯(lián)諧振電阻： 3 3、常用匹配濾波網(wǎng)絡(luò)、常用匹配濾波網(wǎng)絡(luò) L型： 型： T型： jX1 （1 1）L型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) 低阻變高阻型低阻變高阻型 jX2 RL jX2 Rp RL和和jX2由串聯(lián)變?yōu)椴⒙?lián)由串聯(lián)變?yōu)椴⒙?lián) X1與與X2并聯(lián)諧振，即：并聯(lián)諧振，即： X1+X2=0 已知已知 RL和和Re, , 且且RLRe 則：則： L

43、 e e L 2 e 12 1 R Q R R X Q XX （1 1）L型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) L es 2 e 1 R RR Q jX2 低阻變高阻低阻變高阻 高阻變低阻高阻變低阻 RLX3 Re X1 Qe1 X2 X2X2 RL Qe2 （2） 型匹配網(wǎng)絡(luò) RL Re X1 X2X3X2 X2RL 2 1 eL 2 2 L 3 e2 e 1 e1 22231 1 1 () e e Q RR Q R X Q R X Q XXXXX （2 2） 型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) X2X3 高阻變低阻高阻變低阻 RL Re X1 X2 RL 低阻變高阻低阻變高阻 RL Re X1 （3 3）T型匹配網(wǎng)絡(luò)型

44、匹配網(wǎng)絡(luò) X2X2X2 X3 RL Qe2Qe1 X2 （3 3）T型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) 2 2 eL 2 1 3e2L 1e1e 22231 1 1 /()/() e e Q RR Q XQ R XQ R XXXXX 2 1 eL 2 2 L 3 e2 e 1 e1 222 31 1 1 () e e Q RR Q R X Q R X Q XXX XX 型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò)T T型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) 2 2 eL 2 1 3e2L 1e1e 222 31 1 1 / ()/() e e Q RR Q XQ R XQ R XXX XX 名名 稱稱 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 計(jì)計(jì) 算算 公公 式式 實(shí)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn)

45、 條條 件件 型型 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) RL X2 X1 X3 Re X R Q X R Q X R QQ Q Q R R Q 1 1 3 2 1 1 2 1 2 1 11 e e L e2 ee2e e e2 L e e () () R R Q L e e ()11 1 2 X1、X3為為同同性性電電抗抗元元件件 X1、X2為為異異性性電電抗抗元元件件 T 型型 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) RL X2 X1 X3 XQ R XQ R X RQ QQ Q R R Qe 3 1 2 2 1 2 1 11 e2L e1e L e2 e1e2 L e e2 () () R R Q e L e2 ()11 2 X1、X3為為同同性性電電抗抗元元件件 X1、X2為為異異性性電電抗抗元元件件 型和型和T T型匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換關(guān)系及元件計(jì)算公式型匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換關(guān)系及元件計(jì)算公式 例 題 諧振功率放大器工