高频谐振功率放大器的研究与分析

苏鸿远

摘要：本文主要介绍的是高频谐振功率放大器的基本工作原理、工作状态以及外部特性。高频谐振功率放大器一般用于各种无线电发送设备中，对高频载波或高频已调波进行功率放大。在通信电路中，由于信号在传输过程中有一定的衰耗，而且通信距离越远，要求输出功率越大。所以为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。

关键词：高频谐振功率放大器；工作状态；外部特性

1 高频谐振功率放大器工作原理

高频谐振功率放大器是采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器。高频谐振功率放大器的电路构成，除电源电路外，主要由晶体管、输入激励电路和输出谐振回路组成。

[ub]为输入交流信号，[EB]是基极偏置电压，调整[EB]，可以改变放大器的导通角，使放大器工作在导通角[θ≤900]的丙类状态。[EC]是集电极电源电压。集电极外接LC并联谐振回路的功用是作放大器负载，实现滤波选频和阻抗匹配

2 高频谐振功率放大器工作状态

高频谐振功率放大器根据集电极电流是否进入饱和区可以分为欠压、临界和过压三种状态。当谐振功率放大器的静态工作点、输入信号、负载发生变化时，谐振功率放大器的工作状态也将发生变化。

当C点落在输出特性（对应UBEmax的那条）的放大区时，功放工作在欠压状态；当C点正好落在临界点上时，功放工作在临界状态；当C点落在饱和区时，功放工作在过压状态。

3 高频谐振功率放大器外部特性

3.1 谐振功率放大器的负载特性

负载特性是指当保持Ec、EB、Ubm不变而改变Re时，谐振功率放大器的电流Ic0、IC1M，电压Ucm，输出功率Po，集电极损耗功率PC，电源功率PE及集电极效率ηC随之变化的曲线。根据特性曲线随Re变化的分析可以看出，Re由小到大，功放的工作状态由欠压状态到临界，再进入过压状态。相应的集电极电流由余弦脉冲变为凹陷脉冲

3.2 谐振功率放大器的集电极调制特性

集电极调制特性是指当保持EB、Ubm、Re不变而改变Ec时，功率放大器电流IC0、IC1M，电压UCM以及功率、效率随之变化的曲线。当Ec由小增大时，UCEmin=Ec-Ucm也将由小增大，动特性曲线将随Ec的变化左右平移，由特性的饱和区向放大区移动，功放的工作状态由过压工作状态到临界，再进入到欠压状态，集电极电流ic波形从凹顶的脉冲变化到一完整的余弦脉冲。

3.3谐振功率放大器的基极调制特性

基极调制特性是指当Ec、Ubm、Re保持不变，仅改变EB时，功率放大器电流Ico、Ic1m，电压Ucm、功率以及效率的变化特性。当增大EB时，同时会引起0、icmax的增大，从而引起Ico、Ic1m、Ucm的增大。因为Ec不变，所以UCEmin=Ec-Ucm会减小，这样就会导致工作状态由欠压变到临界再进入过压状态。当进入过压状态以后，集电极电流脉冲的高度会有增加，但凹陷也会不断的加深，ic波形。

3.4 谐振功率放大器的放大特性

放大特性是指当Ec、EB、Re保持不变，仅Ubm变化时，功率放大器的电流Ico、Ic1m，电压Ucm、功率以及效率的变化特性。Ubm的变化对谐振功率放大器性能的影响与基极调制特性基本相似。Ubm波形及Ico、Ic1m、Ucm、Po、PE随Ubm的变化曲线如图3.4-1所示。由图可知，在欠压区域，输出电压振幅与输入电压振幅基本成正比，即电压增益近似为常数。我们可以利用这个特点，将谐振功率放大器用作放大器，因此称这组曲线为放大特性曲线。

3.5 谐振功率放大器的调谐特性

一般我们都会认为高频功放的负载回路处于谐振状态，因而呈现为一电阻RL，其实在实际使用时需要进行调谐，这是通过改变回路原件来实现的。功放的外部电流Ico、Ic1和电压Uc等随回路电容C的变化特性称为调谐特性。

当回路谐振时，阻抗最大，此时，电路中Ico、Icm1最小，而Ucm最大。当回路参数变化后，将使LC回路失谐，则使阻抗Zp的模值减小，根据负载特性可知，功放的工作状态将由临界向欠压状态或过压状态变化，此时Ico和Icm1要增大，而Ucm将下降。

当回路失谐时，无论是容性失谐还是感性失谐，阻抗的模值Zp要减小，而且会出现一幅角，工作状态也将发生变化。如图3.5-1所示。可以利用Ico或Icm1最小，或者利用Ucm最大来指示放大器的调谐。通常因Ico变化明显，又只用直流电流表，故采用Ico指示调谐的较多。

由此可见，高功放的回路失谐后直流输入功率Po=IcoEc将随Ico的增加而增加，而输出功率Pc=Icm1Ucmcosφ将主要因为因子cosφ而下降，因此失谐后集电极功耗Pc将迅速增加。这表明高频功放必须经常保持在谐振状态。

4 结束语

高频谐振功率放大器研究的主要问题就是如何提高效率，减小损耗及获得大的输出功率。高频谐振功率放大器在很多领域和方面都有应用，并且涉及到很多方面的知识点。它主要用于发射机的末级，将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。实际上也不仅仅应用于发射机中，高频加热装置，高频换流器，微波炉等许多电子设备中都有广泛的应用。

参考文献：

[1] 曾兴雯：高频电路原理与分析，西安电子科技大学出版社，2013.1，P74-P92

[2] 张肃文：高频电子线路，高等教育出版社，2004.11，P135-P158endprint