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3.3谐振功放电路


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3.3 谐振功率放大器电路

3.3 谐振功率放大器电路
主要要求: 主要要求:
了解谐振功放常用的直流馈电电路及其特点。 了解谐振功放常用的直流馈电电路及其特点。 掌握谐振功放中滤波匹配网络的作用, 掌握谐振功放中滤波匹配网络的作用,了解其 主要要求。 主要要求。 了解基本滤波匹配网络的组成、分析与设计

。 了解基本滤波匹配网络的组成、分析与设计。
EXIT

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3.3.1 直流馈电电路
一、集电极直流馈电电路 CC2 + uCE C


L CC1



VCC

LC +

LC + uCE


+

C

L

VCC – CC1
并馈电路

串馈电路

LC 、CC1构成电源滤波器,避免信号电流 构成电源滤波器, 通过直流电源而产生级间反馈 EXIT

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3.3.1 直流馈电电路
一、集电极直流馈电电路 + L uc


CC2 LC + uCE CC1


+ uCE C


LC VCC +

+

C

+ L uc




VCC – CC1
并馈电路

串馈电路

虽然电路结构形式不同,但都实现了: 虽然电路结构形式不同,但都实现了:

uCE = VCC + uc = VCC ? U cm cos ω t
EXIT

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3.3.1 直流馈电电路
一、集电极直流馈电电路 CC2 + uCE C


L CC1



VCC

LC +

LC + uCE


+

C

L

VCC – CC1
并馈电路

串馈电路

串馈电路特点: 回路处于直流高电位,谐振元件不能直接接地。 串馈电路特点: LC 回路处于直流高电位,谐振元件不能直接接地。 并馈电路特点: 回路处于直流低电位, 并馈电路特点: LC 回路处于直流低电位,谐振元件能直 接 接地,易安装。 并联于回路, 接地,易安装。但LC 、CC1 并联于回路, 其分布参数直接影响谐振回路的调谐。 其分布参数直接影响谐振回路的调谐。

EXIT

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二、基极偏置电路 欲晶体管工作于丙类, 欲晶体管工作于丙类,基极应加反向偏压或小于 UBE(on)的正向偏压。 的正向偏压。

IB0 LB + CB VBB

IB0

LB CB

LB

RB1



RB
自给偏置电路

+ RB2 VBB



+VCC

分压式基极偏置电 路

利用I 流经R 产生偏压电压: 利用 B0 流经 B产生偏压电压:VBB= -IB0 RB 调节R 可调节反偏电压大小。 调节 B ,可调节反偏电压大小。 利用L 利用 B中的固有直流电阻获得偏压电压 EXIT

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二、基极偏置电路

IB0 LB + CB VBB

IB0

LB CB

LB

RB1



RB
自给偏置电路

+ RB2 VBB



+VCC

分压式基极偏置电 路

自给偏置电路中,未加输入信号时, 自给偏置电路中,未加输入信号时,iB=0,因此 , 偏置电压也为零。当输入信号幅度由小加大时, 偏置电压也为零。当输入信号幅度由小加大时,iB增 也增大,反向偏压随之增大。 大,其直流分量 IB0 也增大,反向偏压随之增大。这 种偏置电压随输入信号幅度而变化的现象称为自给偏 置效应。 置效应。 EXIT

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二、基极偏置电路

IB0 LB + CB VBB

IB0

LB CB

LB

RB1



RB
自给偏置电路

+ RB2 VBB



+VCC

分压式基极偏置电 路

由于自给偏压效应, 由于自给偏压效应,该图中基极偏置电压动态值 要比静态值小。 要比静态值小。

EXIT

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3.3.2 滤波匹配网络
一、滤波匹配网络的作用和要求 滤波和匹配 主 要 要 求 在所需频带内进行有效的阻抗变换, 在所需频带内进行有效的阻抗变换,给放大器提供 Rpopt 有效滤除不需要的谐波成分 将有用功率有效地传送给负载,因此其固有损耗要小。 将有用功率有效地传送给负载,因此其固有损耗要小。
注意: 注意: 在丙类谐振功放中, 在丙类谐振功放中,把RL变换为Rpopt ,以获得最大输出 变换为 功率的作用,称为阻抗匹配。 功率的作用,称为阻抗匹配。 而线性电路中的阻抗匹配, 而线性电路中的阻抗匹配,指负载阻抗与信号源的 输出阻抗相等时,负载可从信号源取得最大功率。 输出阻抗相等时,负载可从信号源取得最大功率。

EXIT

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二、LC网络的阻抗变换作用 网络的阻抗变换作用 1. 串并联网络的阻抗变换 YS XS RS RP XP YP

RS jX S 1 YS = = 2 ? 2 2 RS + jX S R S + X S R S + X 2 S 1 1 1 j YP = + = ? RP jX P RP X P X 2S R 2S + X 2S = RS (1 + 2 ) = RS (1 + Q 2 ) RP = R S RS 2 2 2 R S 1 R S+X S = X S (1 + 2 ) = X S (1 + 2 ) XP = X S Q XS

EXIT

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二、LC网络的阻抗变换作用 网络的阻抗变换作用 1. 串并联网络的阻抗变换 YS XS RS RP XP YP

RP = RS (1 + Q 2 )
X P = X S (1 + 1 Q2 )

串并联网络变换后, 串并联网络变换后,电抗性质不变

EXIT

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例3.3.1 下图中,已知 f = 100 MHz,求 LP 和 RP 。 下图中, , 100nH LS 10? ? RS

LP

RP

解:

RP = RS (1 + Q 2 ) = 10(1 + 6.28 2 ) = 404 ? 1 1 LP = LS (1 + 2 ) = 100(1 + ) 2 = 102.5 nH Q 6.28 1 1 X P = X S (1 + ), ωLP = ωLS 1 + ( ) 2 Q2 Q

EXIT

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例3.3.2 下图中,已知 f = 50 MHz,求 CS 和 RS 。 下图中, , CS CP 50 pF RP 200? ? RS

解:

RP 1 RS = ) = 18.4 ? = 200(1 + 2 2 1+ Q 3.14 1 1 C S = C P (1 + 2 ) = 50(1 + ) = 55 pF 2 Q 3.14 1 1 1 1 X P = X S (1 + 2 ), (1 + 2 ) = Q C P CS Q

EXIT

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2. L型滤波匹配网络的阻抗变换 型滤波匹配网络的阻抗变换 (1)低阻变高阻型 ) L C

RP

RL

RP C

L’

R’L

电路在工作频率上达到并联谐振, 电路在工作频率上达到并联谐振,即



RP = R'L = RL (1 + Q 2 )
RP ?1 RL

应用中,根据阻抗匹配要求确定 , 应用中,根据阻抗匹配要求确定Q,即 Q =

EXIT

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例3.3.3

已知某谐振功放的f 已知某谐振功放的 = 50 MHz,RL= 10 ?,所需的 , 匹配负载为R 试确定L型滤波匹配网络 匹配负载为 P = 200 ? ,试确定 型滤波匹配网络 的参数。 的参数。

解:应采用低阻变高阻型 型滤波匹配网络,其参数设计如下 应采用低阻变高阻型L型滤波匹配网络 型滤波匹配网络,
Q = RP / RL ? 1 = 19 = 4.36

L= =

QR = L

ω

4.36×10 2×3.14×5×107 =139 nH
2 2

L'= L(1+1/ Q ) = 139(1+1/ 19 ) =146 nH

EXIT

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(2) 高阻变低阻型 )
L RP C RL RP L C’

R’L

电路在工作频率上达到串联谐振, 电路在工作频率上达到串联谐振,即

Q根据阻抗匹配要求确定,即 根据阻抗匹配要求确定, 根据阻抗匹配要求确定

Q=

RL ?1 RP
EXIT

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作业
3.8

EXIT

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3. π型和 滤波匹配网络 型和T滤波匹配网络 型和
因为 Q =

RL ?1 RP



Q=

RP ?1 RL

故在RL和R’L相差不大时,Q只能很小,会使滤波性能很差 故在 相差不大时, 只能很小, 只能很小 这时可采用 Π型或 滤波匹配网络 型或T滤波匹配网络

EXIT

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3. π型和 滤波匹配网络 型和T滤波匹配网络 型和
L1 RP C1 C2 RL RP L1 L2 C1
T型滤波匹配网络 型滤波匹配网络

RL

π型滤波匹配网络 型滤波匹配网络

L11 RP C1
低阻变高阻

L12 R’L C2 RL

恰当选择两个 L型网络的 值,就 型网络的Q值 型网络的 可兼顾滤波和阻抗 匹配的要求。 匹配的要求。 EXIT

高阻变低阻

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例3.3.4

已知 f = 50 MHz,RL= 50 ?,欲RP = 150 ? , , 采用π型滤波匹配网络,试确定C1、C2、L1 值。 采用 型滤波匹配网络,试确定 型滤波匹配网络 L1 解: 选取 Q2 = 4 C1 C2 RL

RP

L11 RP C1 L12 R’L

L12 R’L C2 RL

C’2

RL Q2 = 1 ωC 2
EXIT

R’L

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例3.3.4

已知 f = 50 MHz,RL= 50 ?,欲RP = 150 ? , , 采用π型滤波匹配网络,试确定C1、C2、L1 值。 采用 型滤波匹配网络,试确定 型滤波匹配网络 L1 解: 选取 Q2 = 4 C1 C2 RL

RP

L11 RP C1 L12 R’L

L12 R’L C2 RL

C’2

Q2 =

ωL12
' RL

R’L
EXIT

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例3.3.4

已知 f = 50 MHz,RL= 50 ?,欲RP = 150 ? , , 采用π型滤波匹配网络,试确定C1、C2、L1 值。 采用 型滤波匹配网络,试确定 型滤波匹配网络 L1 解: 选取 Q2 = 4 C1 L11 C2 L12 R’L C2 RL RL

RP

RP

C1

Q1 = RP / R'L ?1 = 7.07
L11 RP C1

R’L
EXIT

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例3.3.4

已知 f = 50 MHz,RL= 50 ?,欲RP = 150 ? , , 采用π型滤波匹配网络,试确定C1、C2、L1 值。 采用 型滤波匹配网络,试确定 型滤波匹配网络 L1 解: 选取 Q2 = 4 C1 C2 RL

RP

RP

RP Q1 = 1 ω C 1 RP C1 L’11
Q1 = RP / R'L ?1 = 7.07

EXIT

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3.3.3 谐振功率放大器电路举例
一、例1

电路性能: 输出功率13W,功率增益 电路性能:160MHz,负载 ?,输出功率 ,负载50 , 9dB

Po AP = 20log (dB) Pi

EXIT

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3.3.3 谐振功率放大器电路举例
一、例1

输出匹配网络

基极采用自给偏压。集电极采用并馈电路。 基极采用自给偏压。集电极采用并馈电路。 L2、C3和C4构成 型输出匹配网络,调C3和C4 构成L型输出匹配网络 型输出匹配网络, 可在工作频率上实现阻抗匹配。 可在工作频率上实现阻抗匹配。 EXIT

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3.3.3 谐振功率放大器电路举例
一、例1

输入匹配网络

功放的输入阻抗很低, 功放的输入阻抗很低,且随着放大器工作状 态的改变而变化。 态的改变而变化。为了减小其对前级放大器的影 需要有输入匹配网络。 响,需要有输入匹配网络。 EXIT

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3.3.3 谐振功率放大器电路举例
一、例1

输入匹配网络 输入匹配网络作用: 输入匹配网络作用:把低且变化的功放输入阻抗变为前级所需要的较稳定 的高阻抗,并使前级工作于过压区,从而使功放获得较稳定的激励电压 较稳定的激励电压。 的高阻抗,并使前级工作于过压区,从而使功放获得较稳定的激励电压。

工作于过压区时,输出电压几乎不随负载变化。 工作于过压区时,输出电压几乎不随负载变化。

EXIT

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3.3.3 谐振功率放大器电路举例
一、例1

输入匹配网络 输入匹配网络作用: 输入匹配网络作用:把低且变化的功放输入阻抗变为前级所需要的较稳定 的高阻抗,并使前级工作于过压区,从而使功放获得较稳定的激励电压 较稳定的激励电压。 的高阻抗,并使前级工作于过压区,从而使功放获得较稳定的激励电压。 通过增大匹配网络的损耗, 通过增大匹配网络的损耗,可使功放输入阻抗在匹配网络总等效损耗中的 比例减小,以减小功放输入阻抗对中间级的影响。 比例减小,以减小功放输入阻抗对中间级的影响。

EXIT

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3.3 谐振功率放大器电路

3.3.3 谐振功率放大器电路举例
一、例1

输入匹配网络

图中输入匹配网络作用: 图中输入匹配网络作用:将功率管的输入阻抗在工作频率上变 换为前级放大器需要的50 ?匹配电阻。C1 调匹配, C2 调谐振。 换为前级放大器需要的 匹配电阻。 调匹配, 调谐振。 EXIT

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二、例2

输入匹配网络

输出匹配网络

电路性能: 输出功率25W,功率增益 电路性能:50MHz,负载 ?,输出功率 ,负载50 ,功率增益7dB 基极馈电电路和输入匹配网络类例1。 基极馈电电路和输入匹配网络类例 。集电极采用串馈电

路、L 、C 、C 构成 型输出匹配网络,调C 和 L 构成π型输出匹配网络 型输出匹配网络,
C4可调谐在工作频率上,并实现阻抗匹配。 可调谐在工作频率上,并实现阻抗匹配。
2 3 3 4 3

EXIT

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3.3 谐振功率放大器电路

总结

常用的LC滤波匹配网络有 型 型和T型 常用的 滤波匹配网络有L型、 π型和 型。 滤波匹配网络有 型和 EXIT


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