諧振功率放大器是一種用諧振系統作為匹配網路的功率放大器，一般丙類工作，主要套用在無線電發射機中，用來對載波信號或高頻已調波信號進行功率放大。
基本介紹
- 中文名：諧振功率放大器
- 外文名：resonance Power Amplifier
作用,分類,特點,技術指標,
作用
顧名思義,高頻功率放大器用於放大器高頻信號並獲得足夠大的輸出功率,常又稱為射頻功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它廣泛用於發射機、高頻加熱裝置和微波功率源等電子設備中。
分類
根據相對工作頻帶的寬窄不同，高頻功率放大器可分為窄帶型和寬頻型兩大類。
1. 窄帶型高頻功率放大器
通常採用諧振網路作負載，又稱為諧振功率放大器。
為了提高效率，諧振功率放大器一般工作於丙類狀態或乙類狀態，近年來出現了工作在開關狀態的丁類狀態的諧振功率放大器。
2. 寬頻型高頻功率放大器
採用傳輸線變壓器作負載。
傳輸線變壓器的工作頻帶很寬，可以實現功率合成。
特點
1.採用諧振網路作負載。
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。
技術指標
1.輸出功率:PO
2.效率:η
3.功率增益:Ap
1.2 諧振功率放大器的工作原理
一、丙類諧振功率放大器電路
電路圖如1-1所示
圖1-1 丙類諧振功率放大器
LC諧振網路為放大器的並聯諧振網路。
諧振網路的諧振頻率為信號的中心頻率。
作用：濾波、匹配。
VBB:基極直流電壓
作用:保證三極體工作在丙類狀態。
VBB的值應小於放大管的導通電壓Uon；通常取VBB≤0。
VCC：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。
二、丙類諧振功率放大器的工作原理
ui→uBE→iB→iC→uC
ui為餘弦電壓， 可表示為ui=UimCOSωct
則：uBE= VBB+ui= VBB+ UimCOSωct
根據三極體的轉移特性可得到集電極電流iC，為餘弦脈衝波，如圖4-2所示：
圖1-2 iC波形
根據傅立葉級數的理論，iC可分解為：
ic=Ico+iC1+iC2+iC3+………+iCn+………
式中：Ico為直流電流分量
iC1為基波分量；iC1=Icm1COSωct
iC2為二次諧波分量；iC2=Icm2COS2ωct
iCn為n次諧波分量；iCn=IcmnCOSnωct
其中，它們的大小分別為：
Ico=iCmax·α0（θ）
Icm1=iCmax·α1（θ）
Icmn=iCmax·αn（θ）
iCmax是ic波形的脈衝幅度。
αn（θ）的大小可根據餘弦脈衝分解係數表查。
Ic信號的導電角可以用下面的公式進行計算
當iC信號通過諧振網路時，由於諧振網路的作用，可得其諧振網路壓降為：
uc=RIcm1COSωct=UcmCOSωct
uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct
各信號的波形如圖1-3所示：
圖1-3 波形圖
三、功率關係
直流功率：PV=VCCICO
輸出功率：PO= Icm1Ucm
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VCC、VBB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、VCC、VBB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：
三極體的輸出特性曲線轉上的參變數iB換成uBE，在VBB、VCC、Ucm和Ubm保持不變的情況下，假設ωct取不同的值，根據式uBE=VBB+ UbmCOSωct和uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct可得以相對應的uBE和uCE值，從而確定輸出特性曲線上的各個“動態點”，然後依次連線各個“動態點”就可以得到動態線。其圖形如1-4所示。
圖1-4 動態線
3.不同工作狀態的動態線
如圖1-5所示
圖1-5 不同狀態的動態線
丙類諧振功放在不同狀態的動態線動畫演示請點擊
4.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，ic波形會出現下凹。
（2）動態線、放大器的工作狀態與VBB、VCC、Ucm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VBB、VCC和Ubm不變時，隨R變化的特性
(1)工作狀態的變化
隨著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)ic波形的變化
隨著R增大，ic的變化如圖1-6所示
圖1-6 ic隨R變化的特性
(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性
如圖1-7所示
圖1-7 Ucm、Ico、Icm1隨R的變化
(4)PO、PV、Pc、η的變化特性
如圖1-8所示
圖1-8 PO、PV、Pc、η的變化特性
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2.基極調製特性
基極調製特性是指放大器在R、VCC和Ubm不變時，隨VBB變化的特性
(1)工作狀態的變化
隨著VBB從小變大，放大器將由欠壓狀態→臨界狀態→過壓狀態變化
(2)ic波形的變化
如圖4-9所示
圖1-9 ic隨VBB的變化特性
(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性 如圖1-10所示
圖1-10 Ucm、Ico、Icm1的變化特性
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3.集電極調製特性
集電極調製特性是指放大器在VBB、R和Ubm不變時，隨VCC變化的特性
(1)工作狀態的變化
隨著VCC從小變大，放大器將由過壓狀態→臨界狀態→欠壓狀態變化
(2)ic波形的變化
如圖1-11所示
圖1-11 ic隨VCC變化的特性
(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性
如圖1-12所示
圖1-12 Ucm、Ico、Icm1的變化特性
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4.放大特性
放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不變時，隨Ubm變化的特性
(1)工作狀態的變化
隨著Ubm從小變大，放大器將由欠壓狀態→臨界狀態→過壓狀態變化
(2)ic波形的變化
如圖1-13所示
圖1-13 ic隨Ubm的變化特性
(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性
如圖1-14所示
圖1-14 Ucm、Ico、Icm1的變化特性
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