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。

• 中文名 谐振功率放大器
• 外文名 resonance Power Amplifier

概述

　　顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率,常又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。

分类

　　根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。

　　1. 窄带型高频功率放大器

　　通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。

　　为了提高效率，谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态，近年来出现了工作在开关状态的丁类状态的谐振功率放大器。

　　2. 宽带型高频功率放大器

　　采用传输线变压器作负载。

　　传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。

特点

　　1.采用谐振网络作负载。

　　2.一般工作在丙类或乙类状态。

　　3.工作频率和相对通频带相差很大。

　　4.技术指标要求输出功率大、效率高。

​技术指标

　　1.输出功率:PO

　　2.效率:η

　　3.功率增益:Ap

　　1.2 谐振功率放大器的工作原理

　　一、丙类谐振功率放大器电路

　　电路图如1-1所示

　　图1-1 丙类谐振功率放大器

　　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。

　　VBB:基极直流电压

　　作用:保证三极管工作在丙类状态。

　　VBB的值应小于放大管的导通电压Uon;通常取VBB≤0。

　　VCC: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。

　　二、丙类谐振功率放大器的工作原理

　　ui→uBE→iB→iC→uC

　　ui为余弦电压， 可表示为ui=UimCOSωct

　　则:uBE= VBB+ui= VBB+ UimCOSωct

　　根据三极管的转移特性可得到集电极电流iC，为余弦脉冲波，如图4-2所示:

　　图1-2 iC波形

　　根据傅立叶级数的理论，iC可分解为:

　　ic=Ico+iC1+iC2+iC3+………+iCn+………

　　式中:Ico为直流电流分量

　　iC1为基波分量;iC1=Icm1COSωct

　　iC2为二次谐波分量;iC2=Icm2COS2ωct

　　iCn为n次谐波分量;iCn=IcmnCOSnωct

　　其中，它们的大小分别为:

　　Ico=iCmax·α0(θ)

　　Icm1=iCmax·α1(θ)

　　Icmn=iCmax·αn(θ)

　　iCmax是ic波形的脉冲幅度。

　　αn(θ)的大小可根据余弦脉冲分解系数表查。

　　Ic信号的导电角可以用下面的公式进行计算

　　当iC信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网络压降为:

　　uc=RIcm1COSωct=UcmCOSωct

　　uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct

　　各信号的波形如图1-3所示:

　　图1-3 波形图

　　三、功率关系

　　直流功率:PV=VCCICO

　　输出功率:PO= Icm1Ucm

　　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VCC、VBB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、VCC、VBB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VBB、VCC、Ucm和Ubm保持不变的情况下，假设ωct取不同的值，根据式uBE=VBB+ UbmCOSωct和uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct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。其图形如1-4所示。

　　图1-4 动态线

　　3.不同工作状态的动态线

　　如图1-5所示

　　图1-5 不同状态的动态线

　　丙类谐振功放在不同状态的动态线动画演示请点击

　　4.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VBB、VCC、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VBB、VCC和Ubm不变时，随R变化的特性

　　(1)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

　　(2)ic波形的变化

　　随着R增大，ic的变化如图1-6所示

　　图1-6 ic随R变化的特性

　　(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性

　　如图1-7所示

　　图1-7 Ucm、Ico、Icm1随R的变化

　　(4)PO、PV、Pc、η的变化特性

　　如图1-8所示

　　图1-8 PO、PV、Pc、η的变化特性

　　负载特性动画演示请点击

　　2.基极调制特性

　　基极调制特性是指放大器在R、VCC和Ubm不变时，随VBB变化的特性

　　(1)工作状态的变化

　　随着VBB从小变大，放大器将由欠压状态→临界状态→过压状态变化

　　(2)ic波形的变化

　　如图4-9所示

　　图1-9 ic随VBB的变化特性

　　(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性 如图1-10所示

　　图1-10 Ucm、Ico、Icm1的变化特性

　　基极调制特性动画演示请点击

　　3.集电极调制特性

　　集电极调制特性是指放大器在VBB、R和Ubm不变时，随VCC变化的特性

　　(1)工作状态的变化

　　随着VCC从小变大，放大器将由过压状态→临界状态→欠压状态变化

　　(2)ic波形的变化

　　如图1-11所示

　　图1-11 ic随VCC变化的特性

　　(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性

　　如图1-12所示

　　图1-12 Ucm、Ico、Icm1的变化特性

　　集电极调制特性动画演示请点击

　　4.放大特性

　　放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不变时，随Ubm变化的特性

　　(1)工作状态的变化

　　随着Ubm从小变大，放大器将由欠压状态→临界状态→过压状态变化

　　(2)ic波形的变化

　　如图1-13所示

　　图1-13 ic随Ubm的变化特性

　　(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性

　　如图1-14所示

　　图1-14 Ucm、Ico、Icm1的变化特性

　　基极调制特性动画演示请点击