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1、7.2 谐振功率放大器的原理与应用,7.2.1 谐振功率放大器 （Resonate Power Amplifier）的工作原理,一谐振功率放大器的工作原理分析,图7.2.1(a)(b)分别为发送设备的中间放大级和末级,7.2.1,路),(c)为相应的原理电路。,图7.2.1 丙类谐振放大器的电路组成,按工作状态分为,电路是以谐振系统作匹配网络（负载）。,1电路的基本组成,图7.2.1 丙类谐振放大器的电路组成,电路中各元件作用：,输入信号（又称为激励信号）经变压器耦合到晶体管的输入端得到,；,L、C组成并联谐振回路，作为集电极负载回路（或匹配网络），该回路又称为槽路，负载回路既可以实现选频滤波
2、的功能，又实现阻抗匹配；,图7.2.1 丙类谐振放大器的电路组成,7.2.1,放大后的信号通过变压器耦合到负载,上(图(a)或通过天线(图（b)向空间辐射。,回路的谐振总电阻。,图（c）中的 为L、C,图7.2.1 丙类谐振放大器的电路组成,称为晶体管的导通电压。,7.2.1,2电路特点：,余弦脉冲；, 谐振回路做负载。其作用是：阻抗匹配，选出余弦脉冲中的基波分量 。,二工作原理：,所以电路工作在丙类状态。,7.2.1,图7.2.1 丙类谐振放大器的电路组成,电路的工作波形如图 7.2.2所示。晶体管的集电极电流,脉冲。,均为周期性余弦脉冲，均可以展开为傅立叶级数。,（动画）,7.2.1,（动
3、画）,其中,量、基波分量、以及各高次谐波分量的振幅。,7.2.1,的关系曲线。,图7.2.3给出了导通角与各分解系数,由图可清楚地看到各次谐波分量随导通角,变化的趋,势。谐波次数越高，振幅就越小。因此，在谐振功率放大器中只需研究直流功率与基波功率。,见附录二。,图7.2.3 余弦脉冲分解系数曲线,（动画）,输出，即：,7.2.1,式中,结论：丙类谐振功率放大器，流过晶体管的各极电流均为余弦脉冲，但利用谐振回路的选频作用，其输出电压仍能反映输入电压的变化规律，即输出信号基本上是不失真的余弦信号，实现线性放大的功能。,图7.2.4 谐振功率放大器的各 极电压、电流波形,7.2.1,丙类谐振功率放大
4、器的电流、电压波形如图7.2.4所示。,二谐振功率放大器的质量指标,在保证功放管安全工作的条件下，在允许失真的范围内，高效率地输出足够大的信号功率，因此，高频功率放大器的主要技术指标有：,1电源电压提供的直流输入功率,7.2.1,对功率放大器的要求是：,2输出高频交流功率,3集电极损耗功率,根据能量守恒定律，集电极损耗功率应为,4集电极效率,7.2.1,7.2.2 谐振功率放大器的近似分析方法,一近似分析方法,近似分析方法（又称为准静态分析法），所作的近似如下：,近似一：谐振回路具有理想的选频滤波特性，其上只能产生基波电压，而其它分量的电压均可忽略。因而，尽管集电极电流为脉冲波，但是集电极电压
5、却是余弦的。,同理，放大器输入端也接有谐振回路，因而，尽管基极电流为脉冲波，但是加到基极上的电压却是余弦波，它们可分别表示为,近似二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线表示，其高频效应可忽略。,7.2.2,时，可先设定四个电量 、 、 、 的数值，并将按,在上述两个近似条件下，分析谐振功率放大器性能,间隔给定不同的数值（例如 ）则 和 便是确定的数值，如图7.2.5（a）所示。,图7.2.5 谐振功率放大器的近似分析方法,为工作路，负载线)，它是指输入信号的一个周期内，由管子的集电极电流 与集电极电压 共同决定的动态,点的运动轨迹。,动态线(Dynamic Line）：,动态点的连线称为谐振
6、功率放大器的动态线(又称,这是区别于乙类放大器之处。,（2）在输入信号变化一周的过程中，由晶体管的集电极电流,ABCDCBA轨迹移动。即动态线是条曲线，管子经历了导通截止导通的过程。,7.2.2,从图示的动态线可以看出以下几点：,（动画）,，则在选择功放管时，应保证集电极与发射极间,7.2.2,（4）丙类放大器是非线性放大器，不适合放大振幅变化的已调信号。如图7.2.6所示。显然，当幅度变化时，电流导通角,不同，造成输出电流的基波分量,正比，产生了失真。,图7.2.6 调幅波（AM）通过丙类放大器,7.2.2,二丙类谐振功率放大器的工作状态,图7.2.7 谐振功率放大器的工作状态,7.2.2,
7、见图7.2.2。,的交点确定。,图7.2.7 谐振功率放大器的工作状态,临界线：放大管输出特性曲线上由放大区进入饱和区的点称为临界点。,或,7.2.2,临界点的连线为临界线，临界线上满足,（1）欠压（Undervoltage）状态,7.2.2,图7.2.7 谐振功率放大器的工作状态,（2）临界（Critical）状态,对应的集电极电流脉冲波形如图7.2.7（b）中曲线所示，仍然是尖顶的余弦脉冲。,7.2.2,工作状态称为临界状态。,图7.2.7 谐振功率放大器的工作状态,（3）过压（Overvoltage）状态,7.2.2,如图7.2.7（a）所示的动态线。,（ 对应的点）转折，这种工作状态称
8、为过压状 态。,对应的集电极电流脉冲波形如图7.2.7（b）中曲线所示，是顶部凹陷的电流脉冲，E点对应电流脉冲的,图7.2.7 谐振功率放大器的工作状态,（改变Vcm对Ic脉冲波的影响动画）,波形才会出,电流脉冲出现凹陷是由于集电极负载性质造成的。它的负载是具有选频作用的LC并联谐振回路，其上只能产生基波余弦电压，因而沿动态线画出的,现中间凹陷。,7.2.2,图7.2.7 谐振功率放大器的工作状态,7.2.3 谐振功率放大器的外部特性,由谐振功率放大器的原理分析知：,所以，当晶体管确定后，放大器的工作状态及,也就唯一地确定了。,7.2.3,一负载特性,对工作状态的影响：,同时电路的工作状态经历
9、了从欠压状态到临界状态又到过压状态的变化。,图7.2.8 负载变化对电流脉冲的影响,7.2.3,（动画）,结论：在临界状态：,佳状态；发射机末级。,7.2.3,负载特性曲线（对功率、效率的影响）,图7.2.9 负载特性,(动画),增大。所以，一般不用，但基极调幅电路工作于欠压状态。,二放大特性,7.2.3, 对工作状态的影响（动画）,而增大，放大器的工作状态经历从欠压区、临界状态、最后到过压区的变化过程，导致集电极电流导通角,和高度都随之增大。如图7.2.10所示。, 放大特性曲线 （动画）,图7.2.11 放大特性曲线,7.2.3, 应用： 作为线性放大器和振幅限幅器。如图7.2.12所示。
10、,图7.2.12 放大特性的应用,7.2.3,（动画）,三调制特性,特性，后者称为基极调制特性。,7.2.3, 集电极调制特性,的变化使静态工作点左右平移，从而使欠压区内的动态线左右平移，动态线的斜率不变，于是工作状态在欠压，临界，过压中转换。,图7.2.13 集电极调制特性,减小，但是并非线性关系。,7.2.3,（动画）,E应用：使电路工作在过压状态，就可以起到振幅调制作用。,集电极调幅电路及其工作波形,7.2.3,（动画）1,（动画2）,的增大而增大，放大器的工作状态经历从欠压区、,临界状态、最后到过压区的变化过程，导致集电极电流导通角,7.2.3, 基极调制特性：,而增大。,线性增大，在
11、过压区，,基本不再增大。,在欠压区,（动画）,图7.2.14 基极调制特性,D调制特性：,类似的。调制特性曲线如图7.2.14(b)所示，显然，在过 压区无法完善调制，在欠压区可以实现调制。,E应用,（动画1）,（动画2）,(2) 若对非等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在欠压状态, 但线性较差。若采用甲类或乙类工作, 则线性较好。,7.2.3,根据以上对丙类谐振功放的性能分析, 可得 以下几点结论:,(1) 若对等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在临界状态, 此时输出功率最大, 效率也接近最大。,动态线斜率, 对功放的各项性能指标关系很大, 在分析和设计功放时应重视负载特性。,的变化范围内工作在欠压状态；若调制信号加在集电极电压上, 功放应工作在过压状态，且应保持放大器必须在,的变化范围内工作在过压状态。,(3) 丙类谐振功放在进行功率放大的同时, 也可进行振幅调制。若调制信号加在基极偏压上, 功放应工作在欠压状态，且应保持放大器必须在,
