谐振功率放大器

电子元件

谐振功率放大器是一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器，一般丙类工作，主要应用在无线电发射机中，用来对载波信号或高频已调波信号进行功率放大。

电路组成

该电路由高频大功率晶体管VT、LC谐振回路和直流馈电电源组成。改变基极的直流电源电压UBB可以改变放大器的工作类型，该电路设置在丙类工作状态。实际负载RL通过变压器耦合到谐振回路。滤波匹配网络L、C构成并联谐振回路，调谐在输入信号频率上，作为晶体管集电极负载，滤除高频脉冲电流ic中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。

LC谐振网络为放大器的并联谐振网络。

谐振网络的谐振频率为信号的中心频率。

作用：滤波、匹配。

UBB:基极直流电压

作用:保证三极管工作在丙类状态。

UBB的值应小于放大管的导通电压UBZ；通常取UBB≤0。

UCC：集电极直流电压

作用：给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。

工作原理

谐振高频功率放大器的发射结在UBB的作用下处于负偏压状态，当无输入信号电压时，晶体管处于截止状态，集电极电流ic=0。当输入信号为ui=Ubmcoswt时，基极与发射极之间的电压uBE=UBB+Ubmcoswt，为分析电路的工作波形，先对晶体管的特性曲线进行折线化处理。处理后分析与计算大大简化，但误差也大，所以实际电路工作时需要调整。

特性曲线的折线化

对于高频谐振功率放大器进行精确计算是十分困难的，为了研究谐振功率放大器的输出功率、管耗、效率，并指出一个大概变化规律，可采用近似估算的方法，即对特性曲线进行折线化处理：

①忽略高频效应，晶体管按照低频特性分析；

②忽略基区宽变效应，输出特性水平、平行且等间隔；

③忽略管子结电容和载流子基区渡跃时间；忽略穿透电流，在截止区ICEO=0。

晶体管输出电流、电压波形

当基极输入一余弦高频信号ui=Ubmcoswt时，基极与发射极之间的电压为uBE=UBB+ui=UBB+Ubmcoswt

当uBE的瞬时值大于晶体管的导通电压UBZ时，晶体管导通，产生基极脉冲电流，由转移特性可得集电极流过的电流ic也为脉冲波形。将ic用傅里叶级数展开可得：

其中，Ic0为集电极电流直流分量，Ic1m、Ic2m、···、Icnm分别为集电极电流的基波、二次谐波及高次谐波分量的幅度。

当集电极回路调谐于高频输入信号频率w时，由于LC回路的选择性，对集电极的基波分离来说，回路等效为纯电阻Re；对各次谐波来说，回路失谐，呈现很小的阻抗，回路两端可近似认为短路；二直流分量只能通过回路电感支路，其直流电阻很小，也可近似认为短路。这样，脉冲形状的集电极电流ic经谐振回路时，只有基波电流才产生电压降，因此LC谐振回路两端输出不失真的高频信号电压uc=-ReIc1mcoswt=-Ucmcoswt

其中Ucm=ReIc1m，为基波电压幅度

所以晶体管的输出电压为uCE=UCC-Ucmcoswt

丙类放大器在一个信号周期内只有小于半个周期的时间内有集电极电流流过，形成了余弦脉冲电流，将icmax称为余弦脉冲电流的最大值。丙类放大器的导通角θ小于90°。余弦脉冲电流依靠LC谐振回路的选频作用，滤除直流及各次谐波，输出电压uc与基极输入电压ui相反。ic只在uCE很低的时间内出现，故集电极损耗很小，功率放大器的效率比较高。

技术指标

三、功率关系

直流功率：PV=UCCICO

输出功率：PO= Ic1mUcm

放大管功耗：PT=PV-PO

效率：η= PO/PV

丙类谐振功率放大器的性能分析

一、丙类谐振功率放大器的工作状态

欠压状态：管子导通时均处于放大区；

临界状态：管子导通时从放大区进入临界饱和；

过压状态：管子导通时将从放大区进入饱和区；

在实际工作中，丙类放大器的工作状态不但与Ubm有关，还与UCC、UBB和R有关。

在丙类谐振功放中，工作状态不同，放大器的输出功率和管耗就大不相同，因此必须分析各种工作状态的特点，以及Ubm、UCC、UBB和R的变化对工作状态的影响，即对丙类谐振功放的特性进行分析。

二、丙类谐振功率放大器的动态线

1.基本概念：

大信号的功率放大器一般采用图解法进行分析，为此就要在输出特性曲线上作出交流负载线。

由于谐振功放的集电极负载是谐振回路，且共集电极电压与集电极电流的波形截然不同，因此其交流负载线已不是直线了，是一条曲线，又称为动态线。

2.动态线的作法：

三极管的输出特性曲线转上的参变量iB换成uBE，在UBB、UCC、Ucm和Ubm保持不变的情况下，假设ωt取不同的值，根据式uBE=UBB+ UbmCOSωt和uCE=UCC-uc=UCC-UcmCOSωt可得以相对应的uBE和uCE值，从而确定输出特性曲线上的各个“动态点”，然后依次连接各个“动态点”就可以得到动态线。

3.根据动态线分析放大器的特性

（1）放大器工作在过压状态时，ic波形会出现下凹。

（2）动态线、放大器的工作状态与UBB、UCC、Ucm和Ubm的大小有关系。

三、丙类谐振功率放大器的特性

负载特性：

基极调制特性：

调制特性

集电极调制特性：

放大特性：

1.负载特性：

负载特性是指放大器在UBB、UCC和Ubm不变时，随Re变化的特性

工作状态的变化：随着R从小变大，放大器将由欠压状态→临界状态→过压状态变化