第五章高頻功率放大器

1、第五章高頻功率放大器 第五章第五章 高頻功率放大器高頻功率放大器 第五章高頻功率放大器 知識(shí)結(jié)構(gòu)：知識(shí)結(jié)構(gòu)： 5.1 概述概述 5.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理 5.3 高頻功率放大器的折線近似分析法高頻功率放大器的折線近似分析法 5.5 高頻功率放大器的電路組成高頻功率放大器的電路組成 5.9 功率合成器功率合成器 5.10 晶體管倍頻器晶體管倍頻器 第五章高頻功率放大器 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)： 掌握高頻功率放大器的工作原理掌握高頻功率放大器的工作原理 掌握高頻功率放大器的折線近似分析法掌握高頻功率放大器的折線近似分析法 熟悉高頻功率放大器的電路組成原則熟悉高頻功率放大

2、器的電路組成原則 掌握功率合成器的工作原理掌握功率合成器的工作原理 了解倍頻器的工作原理了解倍頻器的工作原理 第五章高頻功率放大器 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： 諧振功率放大器的工作原理諧振功率放大器的工作原理 高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性和負(fù)載特性高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性和負(fù)載特性 高頻功率放大器的電路組成高頻功率放大器的電路組成 功率合成器的工作原理功率合成器的工作原理 本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)： 高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性和負(fù)載特性的分析高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性和負(fù)載特性的分析 功率合成器的工作原理功率合成器的工作原理 第五章高頻功率放大器 5.1 概述概述 5.1.1 功放的分類功放的分類 5.1.2 高

3、頻功放的分類和特點(diǎn)高頻功放的分類和特點(diǎn) 5.1.3 高頻功放的技術(shù)指標(biāo)和分析方法高頻功放的技術(shù)指標(biāo)和分析方法 5.1.4 高頻功放與其他放大器的比較高頻功放與其他放大器的比較 第五章高頻功率放大器 5.1.1 功放的分類功放的分類 A（甲甲）類類：導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為 o 180 AB（甲甲乙乙）類類：導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為 o 90 B（乙乙）類類：導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為 o 90 C（丙丙）類類：導(dǎo)導(dǎo)通通角角為為 o 90 按工作狀態(tài)分：按工作狀態(tài)分： 按工作頻率分：按工作頻率分：低頻功率放大器低頻功率放大器 高頻功率放大器高頻功率放大器 甲類放大器適用于小信號(hào)低功率放大；乙類和丙類適用甲類放大器適用于小

4、信號(hào)低功率放大；乙類和丙類適用 于大功率放大；甲乙類放大器當(dāng)小信號(hào)時(shí)工作在甲類，當(dāng)大于大功率放大；甲乙類放大器當(dāng)小信號(hào)時(shí)工作在甲類，當(dāng)大 信號(hào)時(shí)工作在乙類。信號(hào)時(shí)工作在乙類。 第五章高頻功率放大器 高頻功放分類：高頻功放分類：1）窄帶型：以諧振回路作為負(fù)載，選頻范圍）窄帶型：以諧振回路作為負(fù)載，選頻范圍 很窄。主要用于放大等幅信號(hào)，很窄。主要用于放大等幅信號(hào)， 例如載波信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)；例如載波信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)； 2）寬帶型：采用工作頻帶很寬的傳輸線變壓）寬帶型：采用工作頻帶很寬的傳輸線變壓 器或者其他寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)器或者其他寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)作為負(fù) 載。主要用于實(shí)現(xiàn)功率合成。載。主要用于實(shí)現(xiàn)功率合

5、成。 高頻功放特點(diǎn)：高頻功放特點(diǎn)：1)放大高頻大信號(hào)；放大高頻大信號(hào)； 2)工作在丙類狀態(tài)會(huì)伴隨嚴(yán)重的失真問題工作在丙類狀態(tài)會(huì)伴隨嚴(yán)重的失真問題; 3)重點(diǎn)解決失真與效率問題；重點(diǎn)解決失真與效率問題； 4)采用諧振負(fù)載解決失真。采用諧振負(fù)載解決失真。 5.1.2 高頻功放的分類和特點(diǎn)高頻功放的分類和特點(diǎn) 第五章高頻功率放大器 放大器處于非線性工作狀態(tài)，高頻小信號(hào)諧振放放大器處于非線性工作狀態(tài)，高頻小信號(hào)諧振放 大器的一套線性模型在這里已完全不能用，只能用圖大器的一套線性模型在這里已完全不能用，只能用圖 解法或折線近似分析法來分析功率放大器。解法或折線近似分析法來分析功率放大器。 技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)

6、指標(biāo)： 功率與效率功率與效率 分析方法：分析方法： 5.1.3 高頻功放的技術(shù)指標(biāo)和分析方法高頻功放的技術(shù)指標(biāo)和分析方法 分析方法分析方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn) 圖解法圖解法利用電子器件的特性曲線來利用電子器件的特性曲線來 對(duì)它的工作狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算對(duì)它的工作狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算 從客觀實(shí)際出發(fā)，從客觀實(shí)際出發(fā)， 計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確 對(duì)工作狀態(tài)的對(duì)工作狀態(tài)的 分析不方便，分析不方便， 手續(xù)較復(fù)雜手續(xù)較復(fù)雜 折線近折線近 似分析似分析 法法 將電子器件的特征曲線用折將電子器件的特征曲線用折 線段來表示，然后對(duì)放大器線段來表示，然后對(duì)放大器 的工作狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算的工作狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算 物理概念清楚，

7、分物理概念清楚，分 析工作狀態(tài)方便析工作狀態(tài)方便 計(jì)算準(zhǔn)確度較計(jì)算準(zhǔn)確度較 低低 第五章高頻功率放大器 5.1.4 高頻功放與其他放大器的比較高頻功放與其他放大器的比較 與低頻功放的比較：與低頻功放的比較： 高高選頻網(wǎng)選頻網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 丙類丙類窄窄 百分之零點(diǎn)幾百分之零點(diǎn)幾 到百分之幾到百分之幾 高高（一個(gè)（一個(gè) 工作中心工作中心 頻率頻率 ） 高頻高頻 功放功放 低低無調(diào)諧無調(diào)諧 負(fù)載負(fù)載 甲類、甲甲類、甲 乙類、推乙類、推 挽乙類挽乙類 寬寬 低低 （20Hz- 30KHz） 低頻低頻 功放功放 效率效率負(fù)載負(fù)載工作狀態(tài)工作狀態(tài)相對(duì)帶寬相對(duì)帶寬 工作頻率工作頻率 maxmin / 1000 f

8、f 0 f 0 / ff 共同點(diǎn)：輸出功率大、效率高共同點(diǎn)：輸出功率大、效率高 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)： 第五章高頻功率放大器 與高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器比較：與高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器比較： 放大放大 對(duì)象對(duì)象 諧振網(wǎng)絡(luò)的作用諧振網(wǎng)絡(luò)的作用工作工作 狀態(tài)狀態(tài) 分析方分析方 法法 質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo) 高頻功高頻功 率放大率放大 器器 高頻高頻 大信大信 號(hào)號(hào) 從失真的集電極電流從失真的集電極電流 脈沖中選出基波、濾脈沖中選出基波、濾 除諧波，從而得到不除諧波，從而得到不 失真的信號(hào)輸出失真的信號(hào)輸出 丙類丙類圖解法圖解法 或者解或者解 析近似析近似 分析法分析法 功率和效率功率和效率 高頻小高頻小 信號(hào)放信號(hào)放

9、 大器大器 高頻高頻 小信小信 號(hào)號(hào) 抑制干擾信號(hào)抑制干擾信號(hào)甲類甲類線性等線性等 效電路效電路 增益、通頻帶、增益、通頻帶、 選擇性、穩(wěn)定選擇性、穩(wěn)定 性和噪聲系數(shù)性和噪聲系數(shù) 共同點(diǎn)：放大的都是高頻信號(hào)，且負(fù)載均為諧振網(wǎng)絡(luò)共同點(diǎn)：放大的都是高頻信號(hào)，且負(fù)載均為諧振網(wǎng)絡(luò) 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)： 第五章高頻功率放大器 5.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理 5.2.1 基本電路結(jié)構(gòu)基本電路結(jié)構(gòu) 5.2.2 工作原理分析工作原理分析 5.2.3 功率關(guān)系功率關(guān)系 第五章高頻功率放大器 晶體管的工作情況與頻率有極其密切的關(guān)系，把其晶體管的工作情況與頻率有極其密切的關(guān)系，把其 工作頻率范

10、圍劃分為三個(gè)區(qū)域：工作頻率范圍劃分為三個(gè)區(qū)域： 低頻區(qū)：低頻區(qū)： 中頻區(qū)：中頻區(qū)： 高頻區(qū)：高頻區(qū)： ff5 . 0 T fff2 . 05 . 0 TT fff2 . 0 ff T 中頻區(qū)要考慮晶體管各個(gè)結(jié)電容的作用中頻區(qū)要考慮晶體管各個(gè)結(jié)電容的作用 高頻區(qū)需進(jìn)一步考慮引線電感的作用高頻區(qū)需進(jìn)一步考慮引線電感的作用 分析和計(jì)算分析和計(jì)算 相當(dāng)困難。相當(dāng)困難。 低頻區(qū)可以不考慮其等效電路中的電抗分量等影響，可低頻區(qū)可以不考慮其等效電路中的電抗分量等影響，可 以用與分析電子管高頻功率放大器類似的方法來分析。以用與分析電子管高頻功率放大器類似的方法來分析。 第五章高頻功率放大器 除除電電源源和和偏

11、偏置置電電路路外外， 主主要要由由三三個(gè)個(gè)部部分分組組成成： 晶晶體體管管： 輸輸入入激激勵(lì)勵(lì)電電路路：提提供供所所需需信信號(hào)號(hào)電電壓壓； 輸輸出出諧諧振振回回路路：（1）濾濾波波選選頻頻，(2)阻阻抗抗匹匹配配。 5.2.1 基本電路結(jié)構(gòu)基本電路結(jié)構(gòu) 大功率晶體管，大功率晶體管， 能承受高電壓，大能承受高電壓，大 電流。電流。 第五章高頻功率放大器 1.功率放大器的作用原理：功率放大器的作用原理： 利用輸入到基級(jí)的信號(hào)，來控制集電極的直流電源所供給利用輸入到基級(jí)的信號(hào)，來控制集電極的直流電源所供給 的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘?hào)功率輸出出去。的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘?hào)功率輸出出去。 假設(shè)

12、：假設(shè)：P= =直流電源供給的直流功率直流電源供給的直流功率 Po= =交流輸出信號(hào)功率交流輸出信號(hào)功率 Pc= =集電極耗散功率集電極耗散功率 則，由能量守恒定律可則，由能量守恒定律可 得：得：P= =Po+ +Pc 為了說明放大器的轉(zhuǎn)換能力，采用集電極效率為了說明放大器的轉(zhuǎn)換能力，采用集電極效率c ，其定義為：其定義為： co oo c PP P P P 兩點(diǎn)結(jié)論：兩點(diǎn)結(jié)論： 1）降低）降低Pc則則c提高，提高， P=一定時(shí)，一定時(shí)， Po增大增大 2）若）若Pc不超過規(guī)定值，則不超過規(guī)定值，則c提高，將使提高，將使Po大為增加，大為增加， P= 也相應(yīng)提高。也相應(yīng)提高。 c c c o

13、PP) 1 ( 5.2.2 工作原理分析工作原理分析 第五章高頻功率放大器 常常數(shù)數(shù) ce v BE c c V i g VBE ic -VBB VBZ Vb C C ic C C iC 設(shè)設(shè)輸輸入入信信號(hào)號(hào)電電壓壓: tVV bmb cos Vbm 則則加加 到到 晶晶 體體管管 基基 極極 ,發(fā)發(fā)射射級(jí)級(jí) 的的 有有效效電電壓壓為為: tVVVVV bmBBBBbBE cos 由由晶晶體體管管的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性曲曲線線可可以以看看出出： 當(dāng)當(dāng) BZBE VV ， 0ic 當(dāng)當(dāng) BZBE VV ， BZBEcc VVgi 式中式中 c g為： 為： gC 折折線線的的斜斜率率 有有 BZb

14、mBBcc VtcosVVgi + VBE _ 2.集電極電流集電極電流ic 第五章高頻功率放大器 iC + VBE _ BZbmBBcc VtVVgicos 由由于于當(dāng)當(dāng) c t 時(shí)時(shí)，0ic BZBBcbm VVVcos cbmc cbmbmc BZBBbmcc costcosVg cosVtcosVg )VV(tcosVgi 又又當(dāng)當(dāng)0t 時(shí)時(shí)， cbmcmaxc cos1Vgi VBE ic -VBB -VBZ Vb C C ic C C Vbm gC icmax c maxc bmc cos1 i Vg 代代入入c i 有有： c c maxcc cos1 costcos ii 尖尖

15、頂頂余余弦弦脈脈沖沖的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)表表達(dá)達(dá)式式 2.集電極電流集電極電流ic 第五章高頻功率放大器 c c maxcc cos1 costcos ii 若若對(duì)對(duì) c i 分分解解為為付付里里葉葉級(jí)級(jí)數(shù)數(shù)為為： ntItItIIi cmncmcmcc cos2coscos 210 其其中中各各系系數(shù)數(shù)分分別別為為： cc c cccc cc i i tdiI 0max max 0 cos1 cossin )( 2 1 cc c ccmc cccm i i ittdiI c c 1maxmax1 ) cos1 cos1 ()(cos 2 1 cnc c ccccc cccmn i nn nn itt

16、dniI c c max 2 max ) cos11 sincoscossin2 )(cos 2 1 式式中中：(1) c 0 ， c 1 ， cn 稱稱為為尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖的的分分解解系系數(shù)數(shù)。 一一般般可可以以根根據(jù)據(jù) c 的的數(shù)數(shù)值值查查表表求求出出各各分分解解系系數(shù)數(shù)的的值值。 (2)0c I ，1cm I ， 2cm I ，cmn I 為直流及基波和各次諧波的振幅。為直流及基波和各次諧波的振幅。 iC iC1 iC2 ICO 2.集電極電流集電極電流ic 第五章高頻功率放大器 例題：試求高頻功率放大器的基本電路中并聯(lián)諧振回路各次諧波例題：試求高頻功率放大器的基本電路中并聯(lián)諧振

17、回路各次諧波 與基頻的阻抗值之比。已知回路與基頻的阻抗值之比。已知回路Q10，回路諧振于基頻?；芈分C振于基頻。 解：并聯(lián)諧振回路的諧振阻抗為：解：并聯(lián)諧振回路的諧振阻抗為：LQpRZ pp 2 )( 對(duì)于諧波對(duì)于諧波n的阻抗為：的阻抗為： ) 1 ( 1 )( )( 2 Cn LnjR Cjn LjnR pZ np )( ) 1( ) 1 () 1 () 1 ( 1 )( 2 2 22 p np Z nQ n j Q Cn LnCn LQnp j Cn LnCn Ln jp Cn Lnj Cjn Ljn pZ 可知，回路對(duì)高次諧波呈電容性阻可知，回路對(duì)高次諧波呈電容性阻 抗。且各次諧波的阻抗與

18、基頻阻抗抗。且各次諧波的阻抗與基頻阻抗 之比很小，可認(rèn)為是短路的。之比很小，可認(rèn)為是短路的。 iC + VBE _ ，所以上式可化簡(jiǎn)為：，同時(shí)，故由于1110/ 2 LCRLnRLQ 第五章高頻功率放大器 結(jié)論：結(jié)論： iC呈脈沖狀，且包含很多諧波，失真很大。呈脈沖狀，且包含很多諧波，失真很大。 集電極電路內(nèi)采用并聯(lián)諧振回路，如使其諧振集電極電路內(nèi)采用并聯(lián)諧振回路，如使其諧振 于基頻，那么將對(duì)基頻呈現(xiàn)很大的純電阻性阻于基頻，那么將對(duì)基頻呈現(xiàn)很大的純電阻性阻 抗，而對(duì)諧波的阻抗則很小，可視為短路?？?，而對(duì)諧波的阻抗則很小，可視為短路。 并聯(lián)諧振回路由于并聯(lián)諧振回路由于iC所產(chǎn)生的電壓降所產(chǎn)生的電

19、壓降vC也幾乎只也幾乎只 包含基頻。包含基頻。 能得到正弦波形的輸出。能得到正弦波形的輸出。 第五章高頻功率放大器 3.集電極輸出電壓集電極輸出電壓 故故回回路路輸輸出出的的基基波波電電壓壓： tV tRI RiV cm pcm pcc cos cos 1 1 11 iC + VBE _ 第五章高頻功率放大器 4.集電極電壓、電流和基級(jí)電壓的波形集電極電壓、電流和基級(jí)電壓的波形 tVVV cmCCCE cos 1 tVVV bmBBBE cos 晶體管集電極電壓：晶體管集電極電壓： 晶體管基級(jí)電壓：晶體管基級(jí)電壓： 晶體管集電極的電流：晶體管集電極的電流： c c maxcc cos1 cos

20、tcos ii iC + VBE _ 第五章高頻功率放大器 第五章高頻功率放大器 5.2.3. 高頻功放的功率關(guān)系高頻功放的功率關(guān)系 (1) 集集電電極極電電源源提提供供的的直直流流功功率率： 0CCC IVP (2) 集集 電電 極極 輸輸 出出 交交 流流 功功 率率 （ 負(fù)負(fù) 載載 上上 得得 到到 的的 功功 率率 ） P 1Cm 2 P 1Cm 2 1Cm1Cm0 R2 V RI 2 1 IV 2 1 P （注注意意 P R 為為回回路路諧諧振振阻阻抗抗） (3) 集集電電極極耗耗散散功功率率 c P ， oc PPP (4) 集集電電極極能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換效效率率 c ： c1 CO

21、CC 1Cm1Cm co oo c g 2 1 IV IV 2 1 PP P P P 1 0 0 1 2 3 0 1 n, 0 0.2 0.3 0.4 0.1 0.5 20o40o60o80o100o120o140o160o180o 第五章高頻功率放大器 討討論論： (2) CO 1Cm c1 I I g ，一一般般有有： cc1c g 當(dāng)晶體管允許的耗散功率一定時(shí)，當(dāng)晶體管允許的耗散功率一定時(shí)， Po c (3) Pc 1 Po PcPo Po c c c c1 COCC 1Cm1Cm co oo c g 2 1 IV IV 2 1 PP P P P CC 1Cm V V CO 1Cm c1

22、 I I g )( )( 0 1 c c 第五章高頻功率放大器 5.3 晶體管諧振功率放大器的晶體管諧振功率放大器的 折線近似分析法折線近似分析法 n5.3.1 晶體管特性曲線的理想化及其解析式晶體管特性曲線的理想化及其解析式 n5.3.2 集電極余弦電流脈沖的分解集電極余弦電流脈沖的分解 n5.3.3 高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性 n5.3.4 高頻功率放大器的負(fù)載特性高頻功率放大器的負(fù)載特性 n5.3.5 各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響 第五章高頻功率放大器 5.3.1 晶體管特性曲線的理想化晶體管特性曲線的理想化 及其解析式及其解析式 n1、折線法、

23、折線法 所謂折線法，是將電子器件的特性曲線理想化，用一所謂折線法，是將電子器件的特性曲線理想化，用一 組折線代替晶體管特性曲線后進(jìn)行分析和計(jì)算的方法。組折線代替晶體管特性曲線后進(jìn)行分析和計(jì)算的方法。 實(shí)質(zhì)：用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)解析式來代表電子器件的特性實(shí)質(zhì)：用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)解析式來代表電子器件的特性 曲線。曲線。 n2、工程上都采用近似估算和實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的、工程上都采用近似估算和實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的 方法對(duì)高頻功率放大器進(jìn)行分析和計(jì)算。方法對(duì)高頻功率放大器進(jìn)行分析和計(jì)算。 關(guān)鍵在于求出電流的直流分量和基頻分量。關(guān)鍵在于求出電流的直流分量和基頻分量。 第五章高頻功率放大器 n3、晶體管靜態(tài)特性曲線折線化、晶體

24、管靜態(tài)特性曲線折線化 兩種曲線：輸出特性曲線、轉(zhuǎn)移特性曲線。兩種曲線：輸出特性曲線、轉(zhuǎn)移特性曲線。 輸出特性曲線：輸出特性曲線：基極電流（電壓）恒定，集電極基極電流（電壓）恒定，集電極 電流與集電極電壓的關(guān)系曲線。電流與集電極電壓的關(guān)系曲線。 轉(zhuǎn)移特性曲線：轉(zhuǎn)移特性曲線：集電極電壓恒定，集電極電流與集電極電壓恒定，集電極電流與 基極電壓的關(guān)系曲線。基極電壓的關(guān)系曲線。 第五章高頻功率放大器 n4、折線分析法的主要步驟：、折線分析法的主要步驟： 測(cè)出晶體管的輸出特性曲線與轉(zhuǎn)移特性曲線，測(cè)出晶體管的輸出特性曲線與轉(zhuǎn)移特性曲線， 并將這兩組曲線作理想化折線處理并將這兩組曲線作理想化折線處理 作出動(dòng)態(tài)

25、特性曲線作出動(dòng)態(tài)特性曲線 根據(jù)激勵(lì)電壓的大小在已知理想特性曲線上根據(jù)激勵(lì)電壓的大小在已知理想特性曲線上 作出對(duì)應(yīng)電流脈沖作出對(duì)應(yīng)電流脈沖iC和輸出電壓和輸出電壓vC的波形的波形 求出求出iC的各次諧波分量，結(jié)合給定的負(fù)載諧的各次諧波分量，結(jié)合給定的負(fù)載諧 振阻抗的大小，求得放大器的輸出電壓、輸振阻抗的大小，求得放大器的輸出電壓、輸 出功率、直流供給功率、效率等指標(biāo)。出功率、直流供給功率、效率等指標(biāo)。 第五章高頻功率放大器 5、晶體管特性曲線的理想化及其解析式、晶體管特性曲線的理想化及其解析式 CcrC ig v () CcBBZ ig vV 第五章高頻功率放大器 5.3.2 集電極余弦電流脈沖

26、的分解集電極余弦電流脈沖的分解 n1、余弦電流脈沖的表達(dá)式、余弦電流脈沖的表達(dá)式 n2、余弦電流脈沖的分解系數(shù)、余弦電流脈沖的分解系數(shù) 第五章高頻功率放大器 5.3.3 高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性 n1、動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性 1）晶體管的靜態(tài)特性是在集電極電路內(nèi)沒有負(fù)載阻）晶體管的靜態(tài)特性是在集電極電路內(nèi)沒有負(fù)載阻 抗的條件下獲得的。例如抗的條件下獲得的。例如vC不變，不變，iCvB的關(guān)系的關(guān)系 曲線就是靜態(tài)特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線。曲線就是靜態(tài)特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線。 2）動(dòng)態(tài)特性：如果集電極電路有負(fù)載阻抗，則當(dāng)改）動(dòng)態(tài)特性：如果集電極電路有負(fù)載阻抗，則當(dāng)改

27、 變變vB使使iC變化時(shí)，由于負(fù)載上有電壓降，就必然變化時(shí)，由于負(fù)載上有電壓降，就必然 引起引起vC的變化。即在考慮了負(fù)載的反作用后，所的變化。即在考慮了負(fù)載的反作用后，所 獲得的獲得的vC、vB與與iC的關(guān)系曲線就是動(dòng)態(tài)特性曲線。的關(guān)系曲線就是動(dòng)態(tài)特性曲線。 最常用的是當(dāng)最常用的是當(dāng)vC、vB同時(shí)變化時(shí)，同時(shí)變化時(shí)， iCvC關(guān)系的關(guān)系的 動(dòng)態(tài)特性曲線。動(dòng)態(tài)特性曲線。 第五章高頻功率放大器 n2、當(dāng)晶體管靜態(tài)特性曲線理想化為折線而且放大器當(dāng)晶體管靜態(tài)特性曲線理想化為折線而且放大器 工作于負(fù)載回路諧振狀態(tài)（即負(fù)載為純電阻性）時(shí)，工作于負(fù)載回路諧振狀態(tài)（即負(fù)載為純電阻性）時(shí)， 動(dòng)態(tài)特性曲線也是一

28、條直線。動(dòng)態(tài)特性曲線也是一條直線。 cos BBBbm vVVt cos CCCcm vVVt 證明：放大器負(fù)載諧振時(shí)外部電路關(guān)系為證明：放大器負(fù)載諧振時(shí)外部電路關(guān)系為 整理可得：整理可得： CCC BBBbm cm Vv vVV V 將其代入內(nèi)部關(guān)系式將其代入內(nèi)部關(guān)系式 () ccBBZ ig vV iC + VBE _ 第五章高頻功率放大器 0 () () () () ccBBZ CCC cBBbmBZ cm bmbmCCBZcmBBcm cC cmbm dC ig vV Vv gVVV V VV VV VV V gv VV gvV bm cmBBcmBZCCb V VVVVVV V 0

29、其中：其中： bm dc cm V gg V 表示斜率（放大器相當(dāng)于一個(gè)負(fù)表示斜率（放大器相當(dāng)于一個(gè)負(fù) 電阻電阻/一個(gè)交流電能發(fā)生器，輸出一個(gè)交流電能發(fā)生器，輸出 電能至負(fù)載）電能至負(fù)載） 表示截距表示截距 第五章高頻功率放大器 vc ic 畫畫 法法 一一 ： Vo A BO 畫畫 法法 二二 ： VCC Q Vcm c vcmin gd 在靜態(tài)特征曲線的在靜態(tài)特征曲線的vc軸上取軸上取B點(diǎn)，點(diǎn)， 使使OB=V0，由由B點(diǎn)作斜率為點(diǎn)作斜率為gd的的 直線直線BA，即得動(dòng)態(tài)特征曲線。即得動(dòng)態(tài)特征曲線。 3、動(dòng)態(tài)特性曲線、動(dòng)態(tài)特性曲線 動(dòng)態(tài)特性曲線的畫法：動(dòng)態(tài)特性曲線的畫法： 取取Q（t=900

30、 ，vc=VCC，vb= VBB ）、A（t=00 ，vc=VCC Vcm， ，vb= VBB Vbm） ）兩點(diǎn)，兩點(diǎn)， 連成直線連成直線 vBmax=-VBB+Vbm 第五章高頻功率放大器 4.同理，可求出同理，可求出iC-vB平面內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性曲線。平面內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性曲線。 在實(shí)際工作中，晶體管工作于放大區(qū)和截止在實(shí)際工作中，晶體管工作于放大區(qū)和截止 區(qū)時(shí)，區(qū)時(shí)，iC幾乎不受集電極電壓變化的影響，幾乎不受集電極電壓變化的影響， 因而在因而在iC-vB平面上的動(dòng)態(tài)特性曲線幾乎和靜平面上的動(dòng)態(tài)特性曲線幾乎和靜 態(tài)特性曲線重合。因此在態(tài)特性曲線重合。因此在iC-vB平面上可以用平面上可以用 靜態(tài)特性

31、來表示動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性來表示動(dòng)態(tài)特性。 第五章高頻功率放大器 vc ic Vo A BO VCC Q Vcm c vcmin gd vBmax=-VBB+Vbm 5、關(guān)于動(dòng)態(tài)特性曲線的幾點(diǎn)討論、關(guān)于動(dòng)態(tài)特性曲線的幾點(diǎn)討論 1）動(dòng)態(tài)特性曲線是直線還是直線段？）動(dòng)態(tài)特性曲線是直線還是直線段？ 答：直線段答：直線段 2）隨著集電極電壓的變化，集電極電）隨著集電極電壓的變化，集電極電 流如何變？流如何變？ 答：隨著集電極電壓的減小，集電極答：隨著集電極電壓的減小，集電極 電流增大。電流增大。 3）A點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)著點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)著 什么？什么？ 答：橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著集電極電壓的最

32、小答：橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著集電極電壓的最小 值，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著集電極電流的最值，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著集電極電流的最 大值。大值。 4）Q點(diǎn)和點(diǎn)和A點(diǎn)橫坐標(biāo)的差代表什么？點(diǎn)橫坐標(biāo)的差代表什么？ 答：交流輸出電壓的振幅。答：交流輸出電壓的振幅。 5）隨著動(dòng)態(tài)特性曲線斜率的變化，集電極電流的最大值和集電極）隨著動(dòng)態(tài)特性曲線斜率的變化，集電極電流的最大值和集電極 電壓的最小值以及交流輸出電壓的振幅將發(fā)生什么樣的變化？電壓的最小值以及交流輸出電壓的振幅將發(fā)生什么樣的變化？ 答：答：|gd|動(dòng)態(tài)特性曲線遠(yuǎn)離橫軸，動(dòng)態(tài)特性曲線遠(yuǎn)離橫軸，iCmax，vCmin，Vcm。 第五章高頻功率放大器 6、對(duì)應(yīng)于不同負(fù)載阻抗值、對(duì)應(yīng)于不

33、同負(fù)載阻抗值Rp的動(dòng)態(tài)特性曲線的動(dòng)態(tài)特性曲線 動(dòng)態(tài)特性曲線的斜動(dòng)態(tài)特性曲線的斜 率和率和Rp 有關(guān)，有關(guān)，Rp 越大，越大，Vcm越大，越大， 則則 越越 小，故放大器的工小，故放大器的工 作狀態(tài)會(huì)隨著作狀態(tài)會(huì)隨著Rp的的 變化而變化。變化而變化。 bm dc cm V gg V Rp和斜率、和斜率、iCmax、Vcm、vcmin以及以及 晶體管工作狀態(tài)的關(guān)系。晶體管工作狀態(tài)的關(guān)系。 1定義定義 2特性特性 n5.3.4高頻功率放大器的負(fù)載特性高頻功率放大器的負(fù)載特性 指指 V B B 、 V b m 和和 VCC一定，放大器性一定，放大器性 能隨能隨Rp的變化特性。的變化特性。 Rp 的增加

34、勢(shì)必將引的增加勢(shì)必將引 起起 Vcm 增大增大( (Vcm = RpIcm) Rp Vcm vCEmin iCmax ICm1和和 IC0 功功放欠壓放欠壓 過壓過壓 iC 波形出現(xiàn)凹陷。波形出現(xiàn)凹陷。 第五章高頻功率放大器 Rp 欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū) 臨界區(qū)臨界區(qū) Icm1 Ico Vcm 據(jù)此可以畫出據(jù)此可以畫出 Ic0 和和 Icm1 和和Vcm隨隨 Rp 變化的特性。變化的特性。 3 Po、P=、PC、 C 隨隨 Rp 變化的曲線變化的曲線 Vcm = RpIcm1 ， Po = VcmIcm1/2 P = VCCIC0 ， ， PC = P Po C = Po/ P Po Rp

35、欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū) 臨界區(qū)臨界區(qū) c P= Pc Rp 欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū) 臨界區(qū)臨界區(qū) Icm1 Ico Vcm 4討論討論 ( (1) ) 欠壓區(qū)欠壓區(qū) p 2 cm1R I Rp ，iC 脈沖高度略有減小，相應(yīng)的脈沖高度略有減小，相應(yīng)的 IC0、Ic1m 也略有減小，也略有減小， 因而因而 Vcm( (= RpIcm1) )和和 Po( ( ) )近似線性增大，而近似線性增大，而 P=( (= VCCIC0 略有減小，略有減小， C 增大，增大，PC 減小。減小。 ( (2) )過壓區(qū)過壓區(qū) Rp ，電流脈沖高度迅速減小，凹陷加深，相應(yīng)的電流脈沖高度迅速減小，凹陷加深，相應(yīng)的

36、 IC0、Ic1m 迅速減小，結(jié)果使迅速減小，結(jié)果使 Vcm 略有增加，略有增加，Po、P= 減小，且減小，且 Po 比比 P=減小減小 的慢，從而的慢，從而 C 略有增加，略有增加，PC 略有減小。略有減小。 Rp 欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū) 臨界區(qū)臨界區(qū) Icm1 Ico Vcm Po Rp 欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū) 臨界區(qū)臨界區(qū) c P= Pc 5.結(jié)論：結(jié)論： 1)、欠壓時(shí)、欠壓時(shí)Icm1幾乎不變，過壓時(shí)幾乎不變，過壓時(shí)Vcm幾乎不變。因而可以把欠壓狀態(tài)的放大器當(dāng)幾乎不變。因而可以把欠壓狀態(tài)的放大器當(dāng) 作一個(gè)恒流源，把過壓狀態(tài)的放大器當(dāng)作一個(gè)恒壓源。作一個(gè)恒流源，把過壓狀態(tài)的放大器當(dāng)作一

37、個(gè)恒壓源。 2)、三種工作狀態(tài)的優(yōu)缺點(diǎn)：、三種工作狀態(tài)的優(yōu)缺點(diǎn)： 臨界狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：輸出功率最大，效率較高，是最佳工作狀態(tài)。主要用于發(fā)射機(jī)末臨界狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：輸出功率最大，效率較高，是最佳工作狀態(tài)。主要用于發(fā)射機(jī)末 級(jí)。級(jí)。 過壓狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：過壓狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：Rp變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)，弱過壓時(shí)，效率最高。但輸出變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)，弱過壓時(shí)，效率最高。但輸出 功率有所下降。常用于需要維持輸出電壓比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，發(fā)射功率有所下降。常用于需要維持輸出電壓比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，發(fā)射 機(jī)的中間放大級(jí)。機(jī)的中間放大級(jí)。 欠壓狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：輸出功率和效率都很低，而且集電極耗損功率大，一般很少采用。欠壓狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：輸出功率和

38、效率都很低，而且集電極耗損功率大，一般很少采用。 Rp 欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū) 臨界區(qū)臨界區(qū) Icm1 Ico Vcm Po Rp 欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū) 臨界區(qū)臨界區(qū) c P= Pc 第五章高頻功率放大器 5.3.5 各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響 1.VCC對(duì)工作狀態(tài)的影響對(duì)工作狀態(tài)的影響 Rp、VBB、Vbm保持不變，當(dāng)保持不變，當(dāng) VCC發(fā)生變化時(shí)，對(duì)晶體管工作發(fā)生變化時(shí)，對(duì)晶體管工作 狀態(tài)的影響。狀態(tài)的影響。 因?yàn)橐驗(yàn)镽p、VBB、Vbm保持不變，保持不變， 所以動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率保持不所以動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率保持不 變，變，vBmax保持不變。保持不變。 VCC

39、變化時(shí)，變化時(shí)，Q點(diǎn)的位置產(chǎn)生點(diǎn)的位置產(chǎn)生 變化，對(duì)晶體管的工作狀態(tài)產(chǎn)生變化，對(duì)晶體管的工作狀態(tài)產(chǎn)生 影響。影響。 假如晶體管工作在臨界狀態(tài)，假如晶體管工作在臨界狀態(tài)，VCC變大時(shí)，動(dòng)態(tài)特性曲線右變大時(shí)，動(dòng)態(tài)特性曲線右 移，晶體管由臨界狀態(tài)變?yōu)榍穳籂顟B(tài)，移，晶體管由臨界狀態(tài)變?yōu)榍穳籂顟B(tài)， iCmax基本不變稍有增大；基本不變稍有增大； 變小時(shí)，左移，變?yōu)檫^壓狀態(tài)，變小時(shí)，左移，變?yōu)檫^壓狀態(tài)，iCmax迅速減小。迅速減小。 Q1 Q2 Q vC iC vBmax=-vBB+vbm VCCVCC1VCC2 第五章高頻功率放大器 過壓狀態(tài)：隨過壓狀態(tài)：隨 VCC 減小，集電極電流脈沖的高度迅減小，集

40、電極電流脈沖的高度迅 速降低，凹陷加深，因而速降低，凹陷加深，因而 IC0、Icm1、Vcm 將迅速減小。將迅速減小。 VCC對(duì)工作狀態(tài)的影響對(duì)工作狀態(tài)的影響 欠壓狀態(tài)：隨欠壓狀態(tài)：隨 VCC 減減 小，集電極電流脈沖高度略有小，集電極電流脈沖高度略有 減小，因而減小，因而 IC0 和和 Icm1 也將略也將略 有減小，有減小，Vcm( (= RpIcm1) )也略有也略有 減小。減小。 故，集電極調(diào)幅應(yīng)工作在過壓狀態(tài)。故，集電極調(diào)幅應(yīng)工作在過壓狀態(tài)。 第五章高頻功率放大器 2.VBB或或Vbm對(duì)工作狀態(tài)的影響對(duì)工作狀態(tài)的影響 Rp、 Vbm 、VCC保持不變，保持不變， 當(dāng)當(dāng)VBB 發(fā)生變化

41、時(shí)，對(duì)晶體管工發(fā)生變化時(shí)，對(duì)晶體管工 作狀態(tài)的影響。作狀態(tài)的影響。 因?yàn)橐驗(yàn)镽p、 Vbm 、VCC保持不保持不 變，所以動(dòng)態(tài)特性曲線暫時(shí)不變，所以動(dòng)態(tài)特性曲線暫時(shí)不 會(huì)發(fā)生變化。會(huì)發(fā)生變化。 若晶體管工作在臨界狀態(tài)，若晶體管工作在臨界狀態(tài)， -VBB或或vBmax變大，所對(duì)應(yīng)的變大，所對(duì)應(yīng)的iC vC靜態(tài)特性曲線上移，晶體管靜態(tài)特性曲線上移，晶體管 由臨界狀態(tài)變?yōu)檫^壓狀態(tài)，由臨界狀態(tài)變?yōu)檫^壓狀態(tài)， iCmax稍微變大；稍微變大； 當(dāng)變小時(shí)，下移，變?yōu)榍樊?dāng)變小時(shí)，下移，變?yōu)榍?壓狀態(tài)，壓狀態(tài)，iCmax迅速下降。迅速下降。 Q vC iC vBmax=-vBB+vbm VCC vBmax2=-

42、vBB2+vbm vBmax1=-vBB1+vbm 第五章高頻功率放大器 故，基極調(diào)幅應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)。故，基極調(diào)幅應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)。 過壓狀態(tài)：隨過壓狀態(tài)：隨 Vbm 變變 大，大，IC0 和和 Icm1、Vcm 均增加緩均增加緩 慢，可認(rèn)為近似不變。慢，可認(rèn)為近似不變。 欠壓狀態(tài)：隨欠壓狀態(tài)：隨 Vbm 變變 大大，集電極電流脈沖高度變化集電極電流脈沖高度變化 顯著，從而顯著，從而IC0 和和 Icm1、Vcm增增 加幅度大加幅度大。 -VBB或或Vbm對(duì)工作狀態(tài)的影響對(duì)工作狀態(tài)的影響 -VBB或或Vbm -VBB或或Vbm增大增大 第五章高頻功率放大器 5.5 高頻功率放大器的電路組成高

43、頻功率放大器的電路組成 5.5.1 饋電線路饋電線路 1.饋電方式的分類饋電方式的分類 2.饋電線路的組成三原則饋電線路的組成三原則 3.集電極饋電集電極饋電 4.基級(jí)饋電基級(jí)饋電 5.5.2 耦合回路耦合回路 要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸 出端還需接有：出端還需接有： 直流饋電線路：為晶體管各級(jí)提供合適的偏置；直流饋電線路：為晶體管各級(jí)提供合適的偏置； 交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號(hào)有效地傳輸。交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號(hào)有效地傳輸。 第五章高頻功率放大器 并聯(lián)饋電線路：直流電源、匹配網(wǎng)絡(luò)和晶體管并聯(lián)饋電線路：直流電源、匹配網(wǎng)絡(luò)和晶體

44、管 三者形成并聯(lián)連接的方式。三者形成并聯(lián)連接的方式。 串聯(lián)饋電線路：直流電源、匹配網(wǎng)絡(luò)和晶體串聯(lián)饋電線路：直流電源、匹配網(wǎng)絡(luò)和晶體 管三者形成串聯(lián)連接的方式。管三者形成串聯(lián)連接的方式。 5.5.1 饋電線路饋電線路 1.饋電方式的分類饋電方式的分類 根據(jù)直流電源連接方式的不同，可分為：根據(jù)直流電源連接方式的不同，可分為： 第五章高頻功率放大器 集電極電流的直流分量集電極電流的直流分量IC0是能量的來是能量的來 源，除了晶體管的內(nèi)阻外，應(yīng)予以短路，源，除了晶體管的內(nèi)阻外，應(yīng)予以短路， 以保證以保證VCC全部加在集電極上，避免管外全部加在集電極上，避免管外 電路消耗電源功率，即電路消耗電源功率，即

45、 P= = = IC0 VCC 集電極電流的基波分量集電極電流的基波分量Icm1通過負(fù)載回通過負(fù)載回 路，以產(chǎn)生所需的高頻輸出功率，只應(yīng)在路，以產(chǎn)生所需的高頻輸出功率，只應(yīng)在 負(fù)載回路上產(chǎn)生電壓降，其余部分電路都負(fù)載回路上產(chǎn)生電壓降，其余部分電路都 應(yīng)短路。應(yīng)短路。 集電極電流的的高次諧波分量集電極電流的的高次諧波分量Icmn不應(yīng)不應(yīng) 消耗功率，因此對(duì)晶體管外的電路應(yīng)盡可消耗功率，因此對(duì)晶體管外的電路應(yīng)盡可 能短路。能短路。 Ico VCC Icm1 C L Icmn 2.饋電線路的組成三原則饋電線路的組成三原則 第五章高頻功率放大器 LC CC CC1 VCC L C uc1 VT LC C

46、C VCC L C uc1 VT 以上兩個(gè)電路勻滿足：以上兩個(gè)電路勻滿足： tVVv cmCCc cos 1 ICO直流通路直流通路 ICO VCC LC CC CC1 VCC L C uc1 VT LC CC VCC L C uc1 VT ICm1交流通路交流通路 Icm1 LC CC CC1 VCC L C uc1 VT LC CC VCC L C uc1 VT ICmn交流通路交流通路 ICmn LC CC CC1 VCC L C vcm1 VT LC CC VCC L C Vcm1 VT 3.集電極饋電集電極饋電 常用的集電極串饋和并饋電路如下圖所示：常用的集電極串饋和并饋電路如下圖所

47、示： LC： ： 高頻扼流圈：通直流阻交流 高頻扼流圈：通直流阻交流 CC：高頻旁路電容：通交流隔直流高頻旁路電容：通交流隔直流 CC1：隔直電容：通交流隔直流隔直電容：通交流隔直流 第五章高頻功率放大器 CB LB LB LB CE Rb Re VT VT VT CBCB CB1 LB L L C C VT VT VBB VBB 4 基極饋電基極饋電 對(duì)對(duì)基基級(jí)級(jí)饋饋電電線線路路來來說說，也也有有串串聯(lián)聯(lián)和和并并聯(lián)聯(lián)兩兩種種形形式式。 在在實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用中中，由由于于基基極極饋饋電電電電路路中中采采用用單單獨(dú)獨(dú)電電源源 BB V 不不方方便便， 通通常常采采用用自自給給偏偏壓壓的的方方式式

48、提提供供基基極極偏偏置置。 IBO VBB IBO IEO + VBB - 以以上上基基極極自自給給偏偏壓壓電電路路中中，前前兩兩個(gè)個(gè)為為并并饋饋線線路路，后后一一種種為為串串饋饋 線線路路。 (3) 利用射極電流的直流分量利用射極電流的直流分量 EO I 在在 e R上產(chǎn)生偏壓上產(chǎn)生偏壓 e EO BB RIV ，而，而 且此電路能自動(dòng)維持放大器的工作穩(wěn)定。且此電路能自動(dòng)維持放大器的工作穩(wěn)定。 第五章高頻功率放大器 功功 率率 放大器放大器 輸入輸入 匹配匹配 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 輸出輸出 匹配匹配 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) RL RS vS (1) 使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù) 載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。 (2) 抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波作用。抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波