諧振功率放大器

該電路由高頻大功率晶體管VT、LC諧振迴路和直流饋電電源組成。改變基極的直流電源電壓U_BB可以改變放大器的工作類型，該電路設置在丙類工作狀態。實際負載R_L通過變壓器耦合到諧振迴路。濾波匹配網絡L、C構成並聯諧振迴路，調諧在輸入信號頻率上，作為晶體管集電極負載，濾除高頻脈衝電流i_c中的諧波分量，同時實現阻抗匹配 ^[1]  。

LC諧振網絡為放大器的並聯諧振網絡。

諧振網絡的諧振頻率為信號的中心頻率。

作用：濾波、匹配。

U_BB:基極直流電壓

作用:保證三極管工作在丙類狀態。

U_BB的值應小於放大管的導通電壓U_BZ；通常取U_BB≤0。

U_CC：集電極直流電壓

作用：給放大管合理的靜態偏置，提供直流能量。

諧振高頻功率放大器的發射結在U_BB的作用下處於負偏壓狀態，當無輸入信號電壓時，晶體管處於截止狀態，集電極電流i_c=0。當輸入信號為u_i=U_bmcoswt時，基極與發射極之間的電壓u_BE=U_BB+U_bmcoswt，為分析電路的工作波形，先對晶體管的特性曲線進行折線化處理。處理後分析與計算大大簡化，但誤差也大，所以實際電路工作時需要調整。

對於高頻諧振功率放大器進行精確計算是十分困難的，為了研究諧振功率放大器的輸出功率、管耗、效率，並指出一個大概變化規律，可採用近似估算的方法，即對特性曲線進行折線化處理：

①忽略高頻效應，晶體管按照低頻特性分析；

②忽略基區寬變效應，輸出特性水平、平行且等間隔；

③忽略管子結電容和載流子基區渡躍時間；忽略穿透電流，在截止區I_CEO=0。

當基極輸入一餘弦高頻信號u_i=U_bmcoswt時，基極與發射極之間的電壓為u_BE=U_BB+u_i=U_BB+U_bmcoswt

當u_BE的瞬時值大於晶體管的導通電壓U_BZ時，晶體管導通，產生基極脈衝電流，由轉移特性可得集電極流過的電流i_c也為脈衝波形。將ic用傅里葉級數展開可得：

其中，I_c0為集電極電流直流分量，I_c1m、I_c2m、···、I_cnm分別為集電極電流的基波、二次諧波及高次諧波分量的幅度。

當集電極迴路調諧於高頻輸入信號頻率w時，由於LC迴路的選擇性，對集電極的基波分離來説，迴路等效為純電阻R_e；對各次諧波來説，迴路失諧，呈現很小的阻抗，迴路兩端可近似認為短路；二直流分量只能通過迴路電感支路，其直流電阻很小，也可近似認為短路。這樣，脈衝形狀的集電極電流i_c經諧振迴路時，只有基波電流才產生電壓降，因此LC諧振迴路兩端輸出不失真的高頻信號電壓u_c=-R_eI_c1mcoswt=-U_cmcoswt

其中U_cm=R_eI_c1m，為基波電壓幅度

所以晶體管的輸出電壓為u_CE=U_CC-U_cmcoswt

丙類放大器在一個信號週期內只有小於半個週期的時間內有集電極電流流過，形成了餘弦脈衝電流，將i_cmax稱為餘弦脈衝電流的最大值。丙類放大器的導通角θ小於90°。餘弦脈衝電流依靠LC諧振迴路的選頻作用，濾除直流及各次諧波，輸出電壓uc與基極輸入電壓u_i相反。i_c只在u_CE很低的時間內出現，故集電極損耗很小，功率放大器的效率比較高 ^[1]  。

直流功率：PV=U_CCICO

輸出功率：PO= I_c1mU_cm

放大管功耗：PT=PV-PO

效率：η= PO/PV

丙類諧振功率放大器的性能分析

一、丙類諧振功率放大器的工作狀態

欠壓狀態：管子導通時均處於放大區；

臨界狀態：管子導通時從放大區進入臨界飽和；

過壓狀態：管子導通時將從放大區進入飽和區；

在實際工作中，丙類放大器的工作狀態不但與Ubm有關，還與U_CC、U_BB和R有關。

在丙類諧振功放中，工作狀態不同，放大器的輸出功率和管耗就大不相同，因此必須分析各種工作狀態的特點，以及Ubm、U_CC、U_BB和R的變化對工作狀態的影響，即對丙類諧振功放的特性進行分析。

二、丙類諧振功率放大器的動態線

1.基本概念：

大信號的功率放大器一般採用圖解法進行分析，為此就要在輸出特性曲線上作出交流負載線。

由於諧振功放的集電極負載是諧振迴路，且共集電極電壓與集電極電流的波形截然不同，因此其交流負載線已不是直線了，是一條曲線，又稱為動態線。

2.動態線的作法：

三極管的輸出特性曲線轉上的參變量iB換成u_BE，在U_BB、U_CC、U_cm和Ubm保持不變的情況下，假設ωt取不同的值，根據式u_BE=U_BB+ UbmCOSωt和u_CE=U_CC-u_c=U_CC-U_cmCOSωt可得以相對應的u_BE和u_CE值，從而確定輸出特性曲線上的各個“動態點”，然後依次連接各個“動態點”就可以得到動態線。

3.根據動態線分析放大器的特性

（1）放大器工作在過壓狀態時，i_c波形會出現下凹。

（2）動態線、放大器的工作狀態與U_BB、U_CC、U_cm和Ubm的大小有關係。

三、丙類諧振功率放大器的特性

負載特性：

基極調製特性：

調製特性

集電極調製特性：

放大特性：

1.負載特性：

負載特性是指放大器在U_BB、U_CC和Ubm不變時，隨R_e變化的特性

工作狀態的變化：隨着R從小變大，放大器將由欠壓狀態→臨界狀態→過壓狀態變化

2.基極調製特性

基極調製特性是指放大器在R_e、U_CC和Ubm不變時，隨U_BB變化的特性

工作狀態的變化：隨着U_BB從小變大，放大器將由欠壓狀態→臨界狀態→過壓狀態變化

3.集電極調製特性

集電極調製特性是指放大器在U_BB、R_e和Ubm不變時，隨U_CC變化的特

工作狀態的變化：隨着U_CC從小變大，放大器將由過壓狀態→臨界狀態→欠壓狀態變化

4.放大特性

放大特性是指放大器在U_BB、U_CC和R_e不變時，隨Ubm變化的特性

工作狀態的變化：隨着Ubm從小變大，放大器將由欠壓狀態→臨界狀態→過壓狀態變化

1.採用諧振網絡作負載。

2.一般工作在丙類或乙類狀態。

3.工作頻率和相對通頻帶相差很大。

4.技術指標要求輸出功率大、效率高。