高頻電子課件

2.3

諧振功率放大器電路

在諧振功率放大器中，它的管外電路由直流饋電電路和濾波匹配網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。2.3.1直流饋電電路1.串饋與并饋

考慮到濾波匹配網(wǎng)絡(luò)元件的安裝方便，饋電電路(PowerSupplyCircuit)

對(duì)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的影響。直流饋電電路分為

(1)串饋：直流電源VCC、濾波匹配網(wǎng)絡(luò)和功率管在電路形式上為串接的一種饋電方式。

LC——高頻扼流圈，與CC構(gòu)成電源濾波電路。

在信號(hào)頻率上LC

的感抗很大，接近開(kāi)路；CC的容抗很小，接近短路，目的是避免信號(hào)電流通過(guò)直流電源而產(chǎn)生級(jí)間反饋，造成工作不穩(wěn)定。

(2)并饋：直流電源VCC、濾波匹配網(wǎng)絡(luò)和功率管在電路形式上為并接的一種饋電方式。LC

——高頻扼流圈，CC1

——隔直電容，CC2

——電源濾波電容

要求在信號(hào)頻率上，LC

的感抗很大，接近開(kāi)路，CC1、CC2的容抗很小，接近短路。

此時(shí)，雖然電源與濾波匹配網(wǎng)絡(luò)在形式上是并聯(lián)的，但濾波匹配網(wǎng)絡(luò)兩端電壓vc(t)直接反映在LC上，因而有。與串饋電路相同。2.基極偏置電路

(1)作用：為放大電路提供合適的偏置電壓，使功率管工作在丙類(lèi)。(2)常用類(lèi)型：三種常用的基極偏置電路。

①圖(a)，基極偏置電壓由

VCC通過(guò)RB1和

RB2

分壓提供，為保證丙類(lèi)工作，其值應(yīng)小于功率管的導(dǎo)通電壓。②圖(b)、（c），自給偏置電路。

圖(b)

偏置電路：LB、RB、CB1。RB

——產(chǎn)生壓降，提供自偏電壓；LB——避免RB、CB1

對(duì)輸入濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的旁路影響圖(c)

偏置電路：LB

——產(chǎn)生壓降，提供自偏電壓；3.自給偏置電路(1)自給偏壓IB0

的產(chǎn)生

以圖(b)為例，ib為脈沖電流，可分解為IB0、Ib1m、Ib2m…由基爾霍夫定律得

電流

i2

通路有高頻扼流圈

LB，只有直流電流可以通過(guò)，而ib中的直流分量為IB0，故i2為IB0。ibi2i1(3)自給偏置電路的作用：

①

用于放大等幅載波信號(hào)的功率放大器，可以在輸入信號(hào)振幅變化時(shí)起到自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓振幅的作用。②

用于正弦振蕩器，可以提高振蕩幅度的穩(wěn)定性。

③

若用于線(xiàn)性功率放大器，會(huì)使放大器偏離乙類(lèi)工作，造成輸出信號(hào)失真，應(yīng)當(dāng)避免。1.串聯(lián)諧振回路(1)電路：r

——

固有損耗電阻(2)分析式中，。稱(chēng)為諧振頻率。此時(shí)，回路電流達(dá)到最大，并且與電壓同相。引入?yún)?shù)——有載品質(zhì)因數(shù)Qe

越大，頻率選擇性越強(qiáng)，濾波效果越好?！逃衅焚|(zhì)因數(shù)令回路總電導(dǎo)為0，求得諧振角頻率

，此時(shí)，輸出電壓V

最大，并與I

同相。令

——有載品質(zhì)因數(shù)——固有品質(zhì)因數(shù)要增大的電流源，的負(fù)載。2.3.2濾波匹配網(wǎng)絡(luò)

1.位置：對(duì)交流通路而言，濾波匹配網(wǎng)絡(luò)(Filter-MatchedNetwork)介于功率管T和外接負(fù)載RL之間。2.對(duì)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的要求（3條）

(1)變換——將外接負(fù)載RL

變換為放大管所要求的負(fù)載Re，以保證放大器高效率地輸出所需功率。

(2)濾波——充分濾除不需要的高次諧波分量，以保證在外接負(fù)載上輸出所需基波功率(在倍頻器中為所需的倍頻功率)。工程上用諧波抑制度Hn表示濾波性能的好壞。

設(shè)

IL1m

和ILnm分別為通過(guò)外接負(fù)載電流中基波和n

次諧波分量的振幅，相應(yīng)的基波和n

次諧波功率分別為PL和PLn，則對(duì)n

次諧波的諧波抑制度定義為

Hn

越小，網(wǎng)絡(luò)對(duì)n

次諧波的抑制能力越強(qiáng)。通常n

選2，即對(duì)二次諧波的抑制度。

圖中L和C

為濾波網(wǎng)絡(luò)(在諧振功放中，簡(jiǎn)稱(chēng)L型網(wǎng)絡(luò))，rL

為L(zhǎng)

中的固有損耗電阻，RL

為外接負(fù)載電阻。令

為回路固有品質(zhì)因數(shù)，在高Q

條件下，它的有載品質(zhì)因數(shù)

Qe近似為

顯然，當(dāng)Q0一定時(shí)，Qe越小，即RL

越大于rL，相應(yīng)的ηK就越大。但Qe越小，回路諧振曲線(xiàn)越平坦，對(duì)諧波的抑制能力就越差。諧振功放匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的基本形式兩種（F2-3-4，F(xiàn)2-1-4）。其作用：阻抗匹配、選頻濾波。滿(mǎn)足上述要求的匹配濾波網(wǎng)絡(luò)形式有多種。不論形式有何不同，均可由下述串-并聯(lián)阻抗變換公式將其等效為上述兩種基本網(wǎng)絡(luò)的組合。常用濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、組成元件的表達(dá)式參閱教材表2-3-1。4.串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式

若將一個(gè)由電抗和電阻相串接的電路與相并接的電路等效轉(zhuǎn)換，根據(jù)等效原理，令兩者的端導(dǎo)納相等，即

(1)串轉(zhuǎn)并公式由此得5.濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

在諧振功率放大器中，為了提高傳輸效率，回路的有載品質(zhì)因數(shù)都較小，一般在10以下?？紤]到諧波抑制度，常用的濾波匹配網(wǎng)絡(luò)除了上述最簡(jiǎn)單的L型外，更多的是由三個(gè)電抗元件組成的、T型以及由它們組成的多級(jí)混合網(wǎng)絡(luò)。下面就介紹濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換特性。

假設(shè)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的固有損耗電阻為零，即回路傳輸效率趨近于1，外接負(fù)載電阻為RL，要求與Re和C0

的串接或并接阻抗相匹配，C0

為功率管的分布電容。利用串并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式，就可以導(dǎo)出各種濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的元件表達(dá)式。

例1:

圖(a)為T(mén)型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，要求與Re

和

C0串接阻抗匹配，求各元件表達(dá)式。(注意XC2含負(fù)號(hào))

解：將T型網(wǎng)絡(luò)分割成兩個(gè)串接的L型網(wǎng)絡(luò)，圖中。再對(duì)這兩個(gè)L型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。在后一個(gè)L型網(wǎng)絡(luò)中，將XC2

和RL的串接阻抗轉(zhuǎn)換為Xp2

和Rp2

的并接阻抗，分別取值為再來(lái)分析前一個(gè)L型網(wǎng)絡(luò)，它的負(fù)載電阻為

。將和的并接阻抗轉(zhuǎn)換為Xs1和Rs1的串接阻抗，分別為

其中。令，回路串聯(lián)諧振，則L型網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)的諧振電阻

或，由于

Qe2為正實(shí)數(shù)，因而根號(hào)內(nèi)的值應(yīng)大于零，故有相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)元件的表達(dá)式為

若已知Re、C0

與RL，并選定Qe1，則

T

型網(wǎng)絡(luò)的各元件值由下列各式確定：

式中，

例2：圖示

型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，要求與Re、C0的并接阻抗匹配，求各元件表達(dá)式。解：首先取，L1和C0

并聯(lián)諧振，網(wǎng)絡(luò)得到簡(jiǎn)化，然后將XL2

用虛線(xiàn)分成兩個(gè)串聯(lián)電感，即。在由與XC2

組成的L型網(wǎng)絡(luò)中，它的負(fù)載為RL，現(xiàn)將XC2與RL

并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換為串聯(lián)阻抗Xs2

和Rs2。并令，網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)諧振，結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)的諧振電阻為：且

在由XC1

和

組成的網(wǎng)絡(luò)中，它的負(fù)載為，現(xiàn)令回路串聯(lián)諧振，因而

或

由于恒為正實(shí)數(shù)，故有RL＞

設(shè)，則，

若已知Re、C0

和RL，并選定，則網(wǎng)絡(luò)元件值下列各式確定

該網(wǎng)絡(luò)適用于

RL＞的匹配要求。

160MHz、13W諧振功率放大器

該功率放大器功率增益達(dá)9dB，向負(fù)載提供13W功率?；鶚O采用近似零偏壓電路（IB0在Lb直流電阻上產(chǎn)生很小的反偏壓），使放大器工作在丙類(lèi)，集電極采用并饋電路。LC為高頻扼流圈，CC為高頻旁路電容。C1、C2、L1構(gòu)成輸入T型匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)C1和C2可使本級(jí)輸入阻抗等于前級(jí)放大器要求的50Ω匹配電阻，以傳輸最大功率。L2、C3、C4構(gòu)成輸出L型匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)C3、C4可使50Ω的負(fù)載阻抗變換為功率放大器所要求的匹配電阻Re。175MHzVMOS場(chǎng)效晶體管諧振功放電路

該電路功率增益10dB，效率大于60%，可向負(fù)載提供10W功率。柵極采用并饋，