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 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
器 。
图 2-2-1(a) 谐振功率放大器
原理电路
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,
电路 。
第 2 章 谐振功率放大器
2.1 谐振功率放大器的工作原理
2.1.1 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
图 2–1–1 谐振功率放大器原理电路
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 。
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 。
2,集电极电流 iC
图 2–1–2
输入 vb(t) = Vbmcos ?st
据 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
??????? tItIIi sc 2 msc 1 m0CC c o s 2c o s ??
为 平均分量、基波分量 和 各次谐波分量 之和 。
3,输出电压 vo
(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 )。
在高 Q 回路中，其 Re 近似为
Lt
r
L
2
r
2
0
e RC
L
R
LR ?? ?
式中,
Lr
Lr
t CC
CCC
?? —— 回路总电容
tr
s0
1
CL?? ?? —— 回路谐振角频率
L
r0
e R
LQ ??
—— 回路有载品质因数
(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 。
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
图 2–1–3 脉冲宽度变化的示意图
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 。
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 。
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 。
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 。
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 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
器 。
图 2-2-1(a) 谐振功率放大器
原理电路
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,
电路 。
第 2 章 谐振功率放大器
2.1 谐振功率放大器的工作原理
2.1.1 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
图 2–1–1 谐振功率放大器原理电路
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 。
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 。
2,集电极电流 iC
图 2–1–2
输入 vb(t) = Vbmcos ?st
据 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
??????? tItIIi sc 2 msc 1 m0CC c o s 2c o s ??
为 平均分量、基波分量 和 各次谐波分量 之和 。
3,输出电压 vo
(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 )。
在高 Q 回路中，其 Re 近似为
Lt
r
L
2
r
2
0
e RC
L
R
LR ?? ?
式中,
Lr
Lr
t CC
CCC
?? —— 回路总电容
tr
s0
1
CL?? ?? —— 回路谐振角频率
L
r0
e R
LQ ??
—— 回路有载品质因数
(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 。
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
图 2–1–3 脉冲宽度变化的示意图
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 。
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 。
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 。
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 。
