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1、2.3 谐振功率放大器电路,在谐振功率放大器中，它的管外电路由直流馈电电路和滤波匹配网络两部分组成。,2.3.1 直流馈电电路,1. 串馈与并馈,考虑到滤波匹配网络元件的安装方便，馈电电路(Power Supply Circuit) 对滤波匹配网络的影响。,直流馈电电路分为,(1) 串馈：直流电源 VCC、滤波匹配网络和功率管在电路形式上为串接的一种馈电方式。,LC高频扼流圈，与 CC 构成电源滤波电路。,在信号频率上 LC 的感抗很大，接近开路；CC 的容抗很小，接近短路，目的是避免信号电流通过直流电源而产生级间反馈，造成工作不稳定。,(2) 并馈：直流电源 VCC、滤波匹配网络和功率管在电
2、路形式上为并接的一种馈电方式。,LC 高频扼流圈，CC1 隔直电容， CC2 电源滤波电容,要求在信号频率上，LC 的感抗很大，接近开路，CC1、CC2 的容抗很小，接近短路。,此时，虽然电源与滤波匹配网络在形式上是并联的，但滤波匹配网络两端电压 vc (t) 直接反映在 LC 上，因而有,。与串馈电路相同。,2. 基极偏置电路,(1) 作用：为放大电路提供合适的偏置电压，使功率管工作在丙类。,(2) 常用类型：三种常用的基极偏置电路。,图(a)，基极偏置电压由 VCC 通过 RB1 和 RB2 分压提供，为保证丙类工作，其值应小于功率管的导通电压。,图 (b)、（c），自给偏置电路。,图 (
3、b) 偏置电路：LB、RB、CB1。RB 产生压降，提供自偏电压；LB 避免 RB、CB1 对输入滤波匹配网络的旁路影响,图 (c) 偏置电路：LB 产生压降，提供自偏电压；,3. 自给偏置电路,(1) 自给偏压 IB0 的产生,以图(b) 为例，ib 为脉冲电流，可分解为 IB0、Ib1m、Ib2m,由基尔霍夫定律得,电流 i2 通路有高频扼流圈 LB，只有直流电流可以通过，而 ib 中的直流分量为 IB0，故 i2 为 IB0。,ib,i2,i1,(2) 称为自给偏置的原因：当未加输入信号时，偏置为零；当输入信号由小增大时，由于 IB0 相应增大，加到 B-E 间的偏置电压 VBE = I
4、B0RB 均将向负值方向增大。这种偏置电压随输入信号电压振幅而变化的效应称为自给偏置效应。,(3) 自给偏置电路的作用：, 用于放大等幅载波信号的功率放大器，可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅的作用。, 用于正弦振荡器，可以提高振荡幅度的稳定性。, 若用于线性功率放大器，会使放大器偏离乙类工作，造成输出信号失真，应当避免。,1. 串联谐振回路,(1) 电路：,r 固有损耗电阻,(2) 分析,Qe 越大，频率选择性越强，滤波效果越好。, 固有品质因数,由于 R0、RC 使 Qe 小于 Q0，增加了通频带宽，要改善必须增大 Re，除选用 Q0 大的电压外，还要电压源 RS 小，并限制
5、 RL。,2. 并联谐振回路,(1) 电路,(2) 分析,令回路总电导为 0，求得谐振角频率,，此时，输出电压 V 最大，并与 I 同相。,令, 有载品质因数, 固有品质因数,2.3.2 滤波匹配网络,1. 位置：对交流通路而言，滤波匹配网络(Filter-Matched Network)介于功率管 T 和外接负载 RL 之间。,2. 对滤波匹配网络的要求（3条）,(1) 变换将外接负载 RL 变换为放大管所要求的负载 Re，以保证放大器高效率地输出所需功率。,(2) 滤波充分滤除不需要的高次谐波分量，以保证在外接负载上输出所需基波功率(在倍频器中为所需的倍频功率)。,工程上用谐波抑制度Hn表
6、示滤波性能的好坏。,设 IL1m 和 ILnm 分别为通过外接负载电流中基波和 n 次谐波分量的振幅，相应的基波和 n 次谐波功率分别为 PL 和 PLn，则对 n 次谐波的谐波抑制度定义为,Hn 越小，网络对 n 次谐波的抑制能力越强。通常n 选 2，即对二次谐波的抑制度。,(3) 高效将功率管给出的信号功率 Po 高效地传送到外接负载上，即要求网络的传输效率,接近 1。,3. 讨论,(1) 谐波抑制度Hn和传输效率K 间的矛盾,在实际滤波匹配网络中，提高谐波抑制度 Hn，就会牺牲传输效率K，反之亦然。,(2) 说明,通过 LC 并联谐振回路来简要说明。,图中 L 和 C 为滤波网络(在谐振
7、功放中，简称 L 型网络)，rL 为 L 中的固有损耗电阻，RL 为外接负载电阻。令,为回路固有品质因数，在高 Q 条件下，它的有载品质因数 Qe 近似为,显然，当 Q0 一定时，Qe 越小，即 RL 越大于rL，相应的K就越大。但 Qe 越小，回路谐振曲线越平坦，对谐波的抑制能力就越差。,谐振功放匹配滤波网络的基本形式两种（F2-3-4，F2-1-4）。 其作用：阻抗匹配、选频滤波。 满足上述要求的匹配滤波网络形式有多种。 不论形式有何不同，均可由下述串-并联阻抗变换公式将其等效为上述两种基本网络的组合。 常用滤波匹配网络的结构、组成元件的表达式参阅教材表2-3-1。,4. 串、并联阻抗转换
8、公式,若将一个由电抗和电阻相串接的电路与相并接的电路等效转换，根据等效原理，令两者的端导纳相等，,即,(1) 串转并公式,由此得,(2) 并转串公式,(3) 说明, 式中，, Xp 和 Xs 为实数, 电容： X,电感： XLL,上述各式表明，Qe 取定后，Rp 和 Rs，Xp 和 Xs 之间可以相互转换。转换前后的电抗性质不变( Xs 和 Xp 有相同的正负号)。,5. 滤波匹配网络的设计,在谐振功率放大器中，为了提高传输效率，回路的有载品质因数都较小，一般在 10 以下。考虑到谐波抑制度，常用的滤波匹配网络除了上述最简单的 L 型外，更多的是由三个电抗元件组成的 、T 型以及由它们组成的多
9、级混合网络。下面就介绍滤波匹配网络的阻抗变换特性。,假设滤波匹配网络的固有损耗电阻为零，即回路传输效率趋近于 1，外接负载电阻为 RL，要求与 Re 和 C0 的串接或并接阻抗相匹配，C0 为功率管的,分布电容。利用串并联阻抗转换公式，就可以导出各种滤波匹配网络的元件表达式。,例 1: 图(a)为 T 型滤波匹配网络，要求与 Re 和 C0 串接阻抗匹配，求各元件表达式。,(注意 XC2 含负号),解：将 T 型网络分割成两个串接的 L 型网络，图中 。,再对这两个 L 型网络进行分析。,在后一个 L 型网络中，将 XC2 和 RL 的串接阻抗转换为 Xp2 和 Rp2 的并接阻抗，分别取值为
10、,其中，,令，回路并联谐振，则 L 型网络呈现的谐振电阻为,且网络元件的表达式为,，,或,，由于 Qe2 为正实数，因而,根号内的值应大于零，故有,相应网络元件的表达式为,若已知 Re、C0 与 RL，并选定 Qe1，则 T 型网络的各元件值由下列各式确定：,式中，,例 2：图示 型滤波匹配网络，要求与 Re、C0的并接阻抗匹配，求各元件表达式。,结果是网络呈现的谐振电阻为：,且,在由 XC1 和,组成的网络中，它的负载为,，现令,回路串联谐振，因而,或,设,，则,，,160MHz、13W谐振功率放大器,该功率放大器功率增益达9dB，向负载提供13W功率。 基极采用近似零偏压电路（IB0在Lb
11、直流电阻上产生很小的反偏压），使放大器工作在丙类，集电极采用并馈电路。 LC为高频扼流圈，CC为高频旁路电容。C1、C2、L1构成输入T型匹配网络，调节C1和C2可使本级输入阻抗等于前级放大器要求的50匹配电阻，以传输最大功率。 L2、C3、C4构成输出L型匹配网络，调节C3、C4可使50的负载阻抗变换为功率放大器所要求的匹配电阻Re。,175MHzVMOS场效晶体管谐振功放电路,该电路功率增益10dB，效率大于60%，可向负载提供10W功率。 栅极采用并馈，漏极采用串馈。 栅极采用C1、C2、C3、L1组成的T形匹配网络。 漏极采用L2、L3、C5、C7、C8组成的形匹配网络。 电路优点：a)动态范围大，其转移特性线性范围大。b）输入阻抗高（可达108），要求输入信号功率小，栅偏流小。c)工作频率高（多子导电，不存在少子储存效应）。d）漏极电流的负温度系数可以防止二次击穿。 谐振功率放大器可以用作倍频器。如实现n倍频，只要将输出LC回路调谐在n频率上（为输入信号频率）。,
