2.1.3 倍频器
在谐振功率放大器中，若将输出谐振回路调谐在输入信号频率的n次谐波上，则可近似认为，输出谐振回路上仅有iC中的n次谐波分量产生的高频电压，而其他分量产生的电压均可忽略。因而在负载RL上得到了n倍频于输入信号频率的输出信号功率，这种倍增输入信号频率的电路称为倍频器，广泛应用于无线电发射机等电子设备中。
显然，倍频器电路的一个主要性能参数就是倍频数n。根据所选用的器件组成的电路不同，倍频数n有所局限。
首先，由晶体三极管构成的倍频器，其倍频次数不能太高，一般只用作二倍频或三倍频。更高倍频次数的倍频器性能很难提高。因为集电极电流脉冲中包含
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的谐波分量幅度随谐波次数增大而迅速减小。倍频次数过高，输出的功率和效率会显著降低。另外，n倍频器需要集电极回路滤除低于或高于n的各次谐波，而低于n的谐波分量幅度都高于n次分量（基波分量更高），这对滤波性能提出了苛刻的要求而难以实现。
因此，当倍频次数较高时，一般都采用变容二极管、阶跃二极管构成的参量倍频器，它们的倍频次数可以高达40倍以上。另外，利用锁相环的频率合成技术，可以得到更高的倍频次数。
2.2 谐振功率放大器的性能特点
根据前述谐振功率放大器的工作原理，由于管子非线性特性和集电极谐振回路特性，精确地定量分析将变得非常困难。工程上通常采用近似的方法，着重定性的了解放大器的性能特点，获得电路设计制作和调试时的指导性参考。 2.2.1 准静态近似分析法
在线性功率放大电路中，集电极负载是纯电阻。负载电阻阻值确定后，在放大管输出特性曲线上可画出相应的负载线。当集电极电流随输入信号变化时，根据负载线可得到相应变化的集电极电压，从而求出放大器的功率性能。而在丙类谐振功率放大器中，集电极电流是非余弦电流脉冲序列，集电极电压却是由于集电极谐振回路的滤波作用得到的余弦波电压，二者截然不同。另外，在大信号范围工作，基区宽度调制效应的影响也较为明显，同时在高频率工作时，管子特性曲线不同于静态时的特性曲线。这些都对精确分析谐振功率放大器的性能带来较大的困难。近似的方法称为准静态分析法，它有两个近似假设条件：
假设一：谐振回路具有理想的滤波特性，在其上只能产生基波电压，而其它
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各次分量均可忽略。所以，当输入为余弦电压时，尽管集电极电流为脉冲波，但集电极电压却是余弦波。输入输出相同的余弦波可为分析带来方便。它们分别表示为
vBE?VBB?Vbmcos?t vCE?VCC?Vcmcos?t
假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线表示，忽略高频效应的影响。另外，由于根据输入和输出的余弦波电压之间的关系分析电路性能，因此，将输出特性曲线上的参变量由iB电流转换成vBE电压。
在上述两个假设条件下，分析谐振功率放大器性能时，主要讨论输入输出两个电压中的VBB、Vbm、VCC、Vcm四个电压对性能的影响。先设定这四个电压值，再通过取等间隔相角ωt（例如，ωt=0°，15°，30°，······），求出相同相角上vBE和vCE的值，如图2-2-1(a)所示。然后，根据该值在输出特性曲线上找出对应的动态点并作出连线来确定iC电流，由此画出iC波形。例如，在对应vBEmax峰值时的输出特性曲线上，找到对应vCEmin最小峰值的点，由此可确定iCmax峰值大小，如图2-2-1(b)所示。
对iC电流脉冲波形进行傅里叶级数分解，可求出其中的平均分量IC0和基波分量振幅Icm1，根据和设定的Vcm就可确定所需的集电极谐振回路谐振电阻Re的值
Re?Vcm Icm1谐振功率放大器的功率性能亦可计算出来，包括直流电源提供功率PD、输出信号功率Po、集电极耗散功率PC以及集电极效率ηc
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P1PD?VCCIC0，Po?VcmIcm1，PC?PD?Po，?C?o
2PDvBE vBEmax 15° · 30° ° ·45 60° ·75 ° VBB O iC iCmax iC vBEmax 15· ° ωt Vbm vCE O ωt O 30° 45° · vCEmin 60° ·75 °VCC O VCC Vcm vCE vc · · vCEmin · O (a)
ωt (b)
ωt 图2-2-1 谐振功率放大器的近似分析方法
可见，设定不同的VBB、Vbm、VCC、Vcm值，画出的集电极电流脉冲波形及其数值大小就不同，由此求出所需的Re值和相应的功率性能也就不同。设定不同的值也可理解为假定放大器的工作状态。因此，要了解谐振功率放大器的性能变化的特点，就必须了解这四个电量是如何影响放大器工作状态和相关性能的。 2.2.2 谐振功率放大器的工作状态
显然，前述四个电量的设定值不同，将影响放大器的工作状态，分别为欠压、临界和过压三个状态。首先，假设VBB、Vbm、VCC为确定值，这时通过改变Vcm的大小，观察集电极电流脉冲波形的变化特点，主要是波形的宽度和高度。
集电极电流脉冲的宽度主要取决于管子导通时间，与基极输入VBB、Vbm的
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大小有关。当VBB、Vbm一定时，集电极电流脉冲宽度随Vcm的大小变化可以忽略，认为基本不变。
集电极电流脉冲的高度主要对应ωt=0°时iCmax的值。当Vcm变化时，iCmax值随之变化，如图2-2-2所示。对应ωt＝0°时的电压分别为，vBE＝vBEmax＝VBB＋Vbm，vCE = vCEmin = VCC－Vcm。随着Vcm由小增大，则vCEmin由大减小，与之对应的点将沿着vBE＝vBEmax的那条特性曲线向左移动（如自A’移向A”）。由于基区宽度调制效应，这时处于放大区的集电极电流脉冲的峰值iCmax随之略有减小。A”为由放大区进入饱和区的临界点。当Vcm进一步增大，vCEmin对应的点将由A”移向A”’进入饱和区。在饱和区内，集电极电流iCmax迅速减小且波形出现凹陷，凹陷程度随Vcm增大而加深。可见，vCEmin对应的点处于不同的工作区，集电极电流波形产生明显的变化，表明功率管的工作状态发生了变化。通常将该点处于放大区时称为欠压状态，处于饱和区时称为过压状态，处于放大区和饱和区之间的临界点时称为临界状态。
过压状态下，iC电流波形出现凹陷，是由于集电极负载性质不同于纯电阻负载。当集电极接纯电阻负载且阻值选定后，输出特性曲线上的负载线是一条确定的直线，集电极电流和集电极电压之间的变化关系是由这条负载线确定，与电流和电压大小本身无关。但在谐振功率放大器中，集电极负载是谐振回路，理想条件下，其上产生完整的基波余弦电压，与集电极电流波形截然不同，取决于谐振特性。而谐振特性又受到功率管集电极特性的影响。在放大区内，集电极呈现出电流源特性，输出电阻很大（见特性曲线的斜率），因而集电极输出回路主要取决于谐振回路负载。当vBE电压增大（或减小）时，vCE电压增大（或减小），电流也增大（或减小）；在饱和区内，集电极呈现电压源特性，输出电阻很小，因
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