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高频LC谐振功率放大器的设计

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1 高频LC谐振功率放大器原理

1.1原理电路

图1 谐振功率放大器的基本电路

图1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路。除电源和偏置电路外,它是由晶体管,谐振回路和输入回路三部分组成。高频功放中常采用平面工艺制造的NPN高频大功率晶体管,它能承受高电压和大电流,并有较高的特征频率

。晶体管作为一个电流控制器件,它在较小的激励信号电压作用下,形成基极电流iB,iB控制了较大的集电极电流iC,iC流过谐振回路产生高频功率输出,从而完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务。为了使高频功放以高效输出大功率,常选在丙类状态下工作,为了保证在丙类工作,基极偏置电压应使晶体管工作在截止区,一般为负值,即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号,一般在0.5V以上,可达1到2V,甚至更大。

晶体管的作用是将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。

线路特点:

(1) LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。

(2)电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高;基极负偏压(或零偏压)。

关系式:

(1)外部电路关系式:

(2)晶体管的内部特性:

(3)(半)导通角: 根据晶体管的转移特性曲线可得:

即集电极的导通角是由输入回路决定的。

必须强调指出:集电极电流ic虽然是脉冲状,但由于谐振回路的这种滤波作用,仍然能得到正弦波形的输出。

1.2高频功率放大器的特性曲线

图2 谐振功率放大器的转移特性曲线

功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率

,使之一部分转变为交流信号功率

输出去,另一部分功率以热能形式消耗在集电极上,成为集电极耗散功率

根据能量守衡定理:

直流功率:

输出交流功率:

-回路两端的基频电压 -基频电流

-回路的负载阻抗

图解分析法的步骤:

(1)测出晶体管的转移特性曲线及输出特性曲线,并将这两组曲线折线化处理;

(2)作出不同工作状态下的动态特性曲线;

(3)根据激励电压

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