谐振功率放大器的工作原理

晶体管的功率放大作用

三极管（或场效应管），利用输入到基极（栅极）的信号，来控制集电极（或阳极）的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去，这是晶体管功率放大器工作的基本原理，不同的连接方式，得到的功率放大效果也不同。

低频功率放大器和高频功率放大器的共同特点是输出功率（ $p_0$ ）大，效率（ $η$ ）高；不同点在于两者的工作频率和相对频宽不同，因此负载网络与工作状态也不同。（高频采用丙类放大器就是让大部分时间集电极电流不通）

放大器的种类

根据电流通角的不同，将放大器分为甲（ $360^。$ ）、乙（ $180^。$ ）、甲乙( $>180^。< 360^。$ )、丙（ $<180^。$ ）这几种工作状态；通常高频功率放大器工作于丙类工作状态，属于非线性电路，因此不能用低频电路的线性等效电路来分析，丙类工作状态的输出功率和效率是其中最高者，但丙类放大器的电流波形失真太大（绝大部分时间不通），因而不能用于低频功率放大，只能用于采用谐振回路作为负载的谐振功率放大。

工作在过流区或是过压区会烧坏管子；工作于过损区会造成实际耗散功率 $>$ 集电极最大耗散功率；管子应工作在接近极限状态以保证最大功率。

如何获得高功效

在这里插入图片描述
无论是晶体管放大器还是电子管放大器，其原理都是利用输入到基集（或栅极）的信号，来控制集电极（或阳极）的直流电源所供给的直流功率（ $P_=$ ），使之转变为交流信号功率输出去。这种转换当然不是100%的，因为直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率（ $P_o$ ）的那一部分外，还有一部分功率以热能的形式消耗在集电极（或阳极）上，成为集电极（或阳极）耗散功率。（ $P_c$ ）

根据能量守恒定律则有： $\bm{P_==P_o + P_c}$

集电极工作效率为： $\bm{η=\frac{P_o}{P_=}=\frac{P_o}{P_o+P_c}}$

$\qquad\qquad\qquad$ 故 $\bm{P_o=\frac{ηP_c}{1-η}}$

显然，为了提高输出功率，我们要争取减小集电极耗散，增大效率。

功率关系

晶体管耗散功率受集电极电流大小的影响，为了获得高的集电极效率，放大器的集电极电流的理想状态应该是脉冲状，当电流流通角小于 $180^。$ 时，即为丙类工作状态。

丙类工作状态的转移特性曲线图中， $θ_c为半流通角（或截止角，简称通角）$

$\bm{V_{bM}cosθ_c=V_{BB}+V_{BZ}}$ ，（ $V_{BZ}为管子的导通电压$ ）

基级电压 $V_{be}=-V_{BB}+V_{bM}cosθ_c$ ，通过转移特性得到 $i_c$

集电极电流 $i_c$ 虽然是脉冲状，包含很多谐波，失真很大，但由于在集电极电流内采用的是并联谐振回路（或其他形式的选频网络），如使此并联回路谐振于基频，那么它对基频呈现很大的纯电阻性阻抗（相当于断路，被阻碍，产生压降），而对谐波的阻抗则很小，（走一圈没了，不产生压降）可以看作短路，因此，并联谐振电路由于通过所产生的电位降 $v_c$ 也几乎只包含基频，这样， $i_c$ 的失真虽然很大，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形输出。

同样，谐振电路谐振在 $v_c$ 的频率上，负载上的电压 $v_{CE}=V_{CC}-V_{cm}cos{wt}$ ，方向与输入电压相反。

由于谐振回路的选频作用，高次谐波被过滤掉，只留下与输入电压同频的正弦波，即 $i_c里的基频w$ 。

$V_{CC}$ 和基波分量以及高次谐波分量相乘做积分求平均都为0（周期信号积分均值是0，不同频的电流和电压分量积分值为0）， $P_=就只剩下了和直流分量i_{c0}的乘积$ 。

波形系数用以表述总电流中电流谐波分量中基频分量和直流分量的大小关系；同样集电极电压利用系数实质上也是用以表述电压谐波分量中基频分量的大小。