4高頻諧振功率放大器的效率和輸出功率

1、424高頻諧振功率放大器的效率和輸出功率功率放大電路實(shí)質(zhì)上是依靠激勵(lì)信號(hào)對(duì)基極電流以及集電極電流的控制，把集電極電源的直流功率轉(zhuǎn)換為負(fù)載回 路的交流功率，轉(zhuǎn)換效率越高，就可以在同樣的直流功率下 輸出更大的交流功率。追求高轉(zhuǎn)換效率是功率放大電路的基 本設(shè)計(jì)要求之一。由圖412可見，高頻諧振功放集電極輸出電壓 Uce中包 含直流分量與交流分量，其交流分量與 ub波形一樣，但相位相差放大器輸出的基波功率F0Po =2cmVcm 1 cm11V丨cm i cm121Vcm2(4221)電源提供的直流功率 Pd(4222)PD1 coVcc根據(jù)能量守恒定律，集電極耗散功率為FC(4223)集電極效率 C

2、12Vcc I co 2 g1()1 Vcm Icim(4224)I0( 4 ( 0 )式中6十稱為波形系數(shù)，是導(dǎo)通角畀勺函數(shù);上 _ Vcm二 石稱為集電極電壓利用系數(shù)，它總是小于由式(4224)可知，要提高效率c，有兩種途徑1)種是提咼集電極電壓利用系數(shù)，即提咼Vcm，而Vcm = lc1mR是輸出基波電壓的幅值，R = Qj 0L ,通過(guò)提高回路的有載品質(zhì)因數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)增大R ；2)另一種是提高波形系數(shù) gi。由圖411可知，導(dǎo)通角二越小，g1越大，效率 c越高，但J二卻越小，輸出功率p0也就越低。為了兼顧輸出功率F0和效率 c ,必須選取合適的導(dǎo)通角71。如取二=120時(shí),1 達(dá) 到最大值

3、，輸出功率最大，但g1二的值相對(duì)較小，集電極的效率僅為 64%左右；若取二-70，此時(shí)雖然 >1二的值相對(duì)減小，輸出功率有一定程度下降，但 集電極的效率可達(dá)到 85.9%。因此在工程設(shè)計(jì)中= 的 取值通常在6575之間。二二70左右為最佳導(dǎo)通角， 可兼顧輸出功率和效率兩個(gè)重要指標(biāo)。wbe|圖412諧振功率放大器各級(jí)電壓、電流波形d 0還有一個(gè)應(yīng)該注意的問(wèn)題， 集電極損耗Pc icUcEdt，減2兀 £小ic與UCE的乘積，可減小晶體管的瞬時(shí)損耗。由圖4 12可以看出，當(dāng)晶體管集電極電流 ic最大時(shí)，晶體管的集電結(jié) 壓降Uce最小，這時(shí)它們的乘積最小，也即晶體管的損耗最 小，而要

4、達(dá)到這個(gè)要求，晶體管的集電極負(fù)載回路必須工作 在諧振狀態(tài)?？梢?，一旦負(fù)載回路失諧，將導(dǎo)致放大器的損 耗功率增加，效率降低。425諧振功率放大器的效率與工作狀態(tài)諧振功率放大器的效率與其工作狀態(tài)有密切關(guān)系。圖412給出甲、乙、丙三種工作狀態(tài)的相應(yīng)波形。圖412甲、乙、丙三種工作狀態(tài)的波形(c)(d)F _ Vcm _ d二兀=1（這里做了什么近似?），從圖412可知1）選擇Qa為靜態(tài)工作點(diǎn)，功放工作于甲類工作狀態(tài)，整個(gè)周期內(nèi)晶體管都是導(dǎo)通，.=180，：()=(180) = 0.5。(180廠0.5g1 180 二 11 Vcm12VccVcmVCCncmax50%2）選擇 Qb 為靜態(tài)工作點(diǎn)，功

5、放工作在乙類工作狀態(tài)，晶體當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)Qa位于交流負(fù)載線中心時(shí)，Vcm二Vcc，管在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，二=90，: 1 1（90 ）= 0.5由式（4.2.15）、（ 4.2.16）可得3)max I1 CO 一，1 c1mjii cmax21 1 VIcmax12 2 VCC 1 CO1 Vcm /78.5%2Vcc 24選擇Qc為靜態(tài)工作點(diǎn)，功放工作于丙類工作狀態(tài)，晶體管只有很短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，二:90,：£）八1（ 90）0.5。/ 飛£）, C ，但rC 尺匸，所以提高輸出功率和提高效率是矛盾的，必 須折衷考慮。通過(guò)上述分析可得出如下結(jié)論:1）當(dāng)輸入信號(hào)，回路諧振電阻

6、R給定時(shí)，如希望得 到盡可能大的功率輸出，應(yīng)采用甲類或乙類功放。丙 類功率放大器效率的提高是以功率放大器的電壓增益 下降為代價(jià)的，隨著導(dǎo)通角不斷地減小，由甲類到甲 乙類，到乙類，再到丙類，諧振功率放大器的效率越 來(lái)越高，但電壓增益卻越來(lái)越低，因此對(duì)輸入信號(hào)的 幅度要求越來(lái)越高。2）對(duì)于丙類功率放大器，在回路諧振電阻R給定時(shí),如果要增大輸出功率，則需增大Ic1m,當(dāng)器件確定時(shí)， 就是要增大輸入信號(hào)振幅 Vbm ；如果要提高效率，需增 大Ic1m或減小I CO（減小ICO即減小集電極功耗，通過(guò)降低靜態(tài)工作點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)）。所以，增大輸入信號(hào)振幅 和降低靜態(tài)工作點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)大功率高效率的兩條重要途3）丙類功

7、放當(dāng)ic減小到使 心=0時(shí)，則有l(wèi)c° = O，也就是說(shuō)，當(dāng) 巳=0時(shí)，則有pd - 0，這對(duì)提高效率有 益。甲類的Pd只與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，而與輸出Po無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，即使功放輸出的交流信號(hào)為0,直流電源仍舊提供直流功率，這時(shí)電源提供的能量將全部被 晶體管消耗掉了，所以甲類效率最低。4.3高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性分析431高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)特性（課本P54）晶體管的靜態(tài)特性 是在集電極沒(méi)有接負(fù)載阻抗的條件下得到的三極管集電極電流ic與電壓Ube和Uce的關(guān)系曲線ic= f （Ube,Uce）,這是晶體管本身所固有的。本章4.2.2節(jié)中介紹的晶體管的輸入特性曲線、正向傳輸特性曲線和輸

8、出 特性曲線都是未接負(fù)載時(shí)的靜態(tài)特性曲線。當(dāng)基極加入激勵(lì) 信號(hào)，并且集電極接上負(fù)載阻抗時(shí)，三極管集電極電流ic與電壓Ube和Uce的關(guān)系曲線ic= f （Ube，Uce）稱為諧振功放的動(dòng) 態(tài)特性。諧振功率放大器的負(fù)載是并聯(lián)諧振回路，回路的諧 振頻率等于輸入信號(hào)頻率，回路的諧振電阻為R。諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性曲線就是指輸入激勵(lì)信號(hào)、負(fù)載和晶體 管（可用gc和Ubz表示）確定后，瞬時(shí)工作點(diǎn) QQc,Uce）在 輸入信號(hào)作用下移動(dòng)的軌跡，有時(shí)也叫負(fù)載線。1放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性方程工作于丙類放大狀態(tài)的高頻諧振功率放大器":90 ,集電極電流ic為周期性脈沖，屬于非線性電路，其動(dòng)態(tài)特性 曲線不是一

9、條直線，而是曲線。工程上采用折線法作近似估 算，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)調(diào)整來(lái)解決問(wèn)題。要將實(shí)際是一條曲線的諧 振功放動(dòng)態(tài)特性近似為一條直線，其前提條件是：1 ）晶體管的靜態(tài)特性曲線（轉(zhuǎn)移特性曲線，輸出特性曲線）理想化為直線；2）其二，功放的負(fù)載回路工作于諧振狀態(tài)（即負(fù)載為 純電阻）。在此條件下，放大器的外部電路方程UBE = VBB Ub = VBB Vbm COS t（4.3.1）Uce = Vcc Uc = VccVcm COS t（432）由上二式消去cos t可得UBE 二 VBBVcC UCE）（433）Vcm動(dòng)態(tài)特性應(yīng)同時(shí)滿足外部電路和內(nèi)部電路關(guān)系方程，而內(nèi)部電路方程是由晶體管理想化的正向傳輸

10、特性決定的。對(duì)于 導(dǎo)通段，即L 一 gc(UBE 一 U bz )將式（433）代入上式，可得gcVbm(UCEVcmVbmVcc - U BzVcmVBBVcm)=gd (uce 一 U o)(4.3.4)上式為截距式直線方程，在 UCE軸上的截距為UoVbmVcC 一 U BZm VBBVcm(435)斜率gdVbm gc_ c V cm負(fù)斜率的物理意義：對(duì)負(fù)載而言，放大器相當(dāng)于一個(gè)交流電 能發(fā)生器，可以提供能量給負(fù)載（正電阻消耗能量，負(fù)電阻 提供能量）。可知，在Ube，Ubz理想化晶體管輸出特性的放大區(qū)，動(dòng) 態(tài)特性為一條直線，ic由式（4.3.4）決定；而當(dāng)Ube “ Ubz時(shí)， ic

11、= 0。2動(dòng)態(tài)特性曲線假設(shè)：已知諧振功率放大器晶體管的理想化輸出特性和外 部電壓、Vbb、Vbm和Vcm的值，如何求出動(dòng)態(tài)特性曲線 及輸出電壓、電流波形。通?？梢圆捎?截距法和虛擬電流法。1）截距法在輸出特性的Uce軸上取一點(diǎn)B,滿足:VbmVcc 一 U BZVcm VBBVcmVbm過(guò)B點(diǎn)作斜率為gdgc/的直線交UBEmax二Vbb 論cm于A點(diǎn)，所以AB線為Ube Ubz時(shí)放大區(qū)的動(dòng)態(tài)特性曲線；在Ube ：；Ubz的截止區(qū)，雖然L二°，但由于諧振回路的作用， 回路電壓不為0，動(dòng)態(tài)特性為線段 BC。完整的動(dòng)態(tài)特性曲線 為AB BC折線。圖413給出截距法求解動(dòng)態(tài)特性曲線示 意圖

12、。（丙類功放的集電極電流為余弦脈沖，但輸出電壓卻為與輸入信號(hào)頻率相等的正弦波形）2）虛擬電流法 在晶體管輸出特性ic Uce坐標(biāo)系中確定 A、Q兩點(diǎn)，連接AQ即得集電極交流負(fù)載線，也即動(dòng)態(tài)特性曲線，如圖414所示。下面將分析如何確定該動(dòng)態(tài)特性曲線。U CE圖 413圖414虛擬電流法求解動(dòng)態(tài)特性首先確定虛擬工作點(diǎn)Q。31在Q點(diǎn)， = 2，由式（432）可知UCE = VCCUc = VCC - Vcm COSVCC2 ，由式（4.3.1）可知兀UBE = VBBub = VBB Vbm COS：二 VBB2 ，L 二 gc（UBE 一 U bz ）二 gcBB 一 U bz ）二 1 Q。該電

13、流為“負(fù)值”，晶體管電流是不能反向流動(dòng)的，因此1 Q實(shí)際上是不存在的，僅僅是為了確定Q點(diǎn)，我們稱其為虛擬工作點(diǎn)電流。確定動(dòng)態(tài)特性曲線上的另外一點(diǎn)A。在A點(diǎn)，i = 0，由式（4.3.2）可知UCE = UcEmin = VCC ' % = VCC 一 Vcm cos0 = VCC 一 Vcm（4.3.7）由式（4.3.1）可知UBE = UBEmax 二 VBBUb = VBB Vbm cOs0 二 VBBVbm（4.3.8）連接AQ可作出動(dòng)態(tài)特性曲線， 與UcE軸交于B點(diǎn)。在導(dǎo)通角2內(nèi)，晶體管導(dǎo)通，ic 0在導(dǎo)通角2之外，ic = 0 , 即晶體管截止。晶體管開始截止發(fā)生在 B點(diǎn)，B

14、點(diǎn)到Q點(diǎn)一 段虛線是為作圖需要而畫，實(shí)際上，此時(shí)晶體管截止，由動(dòng) 態(tài)線BC表示，因此整條動(dòng)態(tài)線由 AB BC構(gòu)成。（3）動(dòng)態(tài)負(fù)載電阻與導(dǎo)通角的關(guān)系動(dòng)態(tài)特性曲線斜率 gd的倒數(shù)，稱為丙類放大電路的動(dòng) 態(tài)負(fù)載電阻Rd。由圖414可知tg:ADi cmaxa ( 9cmax 1BD 如 一 VcmCOSVMCOS)廠1= 1R (1-cosr)Rd1 elm ：1=Vcm (1 - COS，) i p(439)所以Rd = R (1 cos )（4.3.10）由式（4.3.10）可見，丙類功率放大電路的動(dòng)態(tài)負(fù)載電阻Rd，不僅與回路的 諧振電阻R有關(guān)，還與導(dǎo)通角有關(guān)4.3.2高頻功率放大器的負(fù)載特性當(dāng)

15、放大器集電極電壓 Vcc，基極偏置電壓VBB及輸入信號(hào) 幅值Vbm保持不變時(shí)，回路負(fù)載電阻 R 變化，從而引起放 大器的集電極電流Ico、Ic1m、回路電壓Vcm、輸出功率Po、 效率c等發(fā)生變化。高頻功率放大器的這個(gè)特性稱為負(fù)載 特性，它是高頻功率放大器的重要特性之一。1丙類功率放大器的三種工作狀態(tài)當(dāng)丙類功率放大器的回路諧振電阻R變化時(shí)，動(dòng)態(tài)負(fù)載線的斜率1 _ 1凡=（1 - cos：）也會(huì)隨之改變。由式（4.2.10）可知， Vbb、Vbm確定后，r就不變了，這時(shí)Rd的變化完全由 R決1 定。當(dāng)Vcc、Vbb和Vbm確定后，R增加，則動(dòng)態(tài)線的斜率 Rd 減小，這時(shí)，動(dòng)態(tài)線上的Q點(diǎn)位置不變，

16、動(dòng)態(tài)線會(huì)以Q點(diǎn)為 軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，圖4 15表示在三種不同負(fù)載電阻時(shí)，所對(duì) 應(yīng)的三條動(dòng)態(tài)線及相應(yīng)的電流、電壓波形。根據(jù)晶體管在信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)是否進(jìn)入飽和區(qū)，將丙類功率放大器的工作狀態(tài)分為欠壓、臨界和過(guò)壓三種狀態(tài)。 若在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)， 晶體管工作部不進(jìn)入飽和區(qū)，也就是說(shuō)在任何時(shí)刻都工作在 放大區(qū)，稱功放工作在 欠壓狀態(tài)；若晶體管工作時(shí)有部分時(shí) 間進(jìn)入飽和區(qū)，則稱功放工作在過(guò)壓狀態(tài)。o31111 BEmaiI/CAOiOU CEmini圖415 R變化對(duì)動(dòng)態(tài)特性線的影響功放三種工作狀態(tài)的判別方法:UbeVBB Vbm COS t， Uce = Vcc 一 VCm COS t。當(dāng)- t = 0 時(shí)

17、，UBEU BE maxVBBVbm，UCEUCEminVCC VcmUBE max和 UCEmin同時(shí)發(fā)生，UcE很小時(shí)，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)。時(shí)，UBEUBE minVBB Vbm，UCEUCEmaxVCCVcm。UBEmin和UcEmax同時(shí)發(fā)生，UCE很大時(shí)，晶體管進(jìn)入截止區(qū)?？筛鶕?jù)UcE的大小判斷晶體管的工作狀態(tài)， 還可根據(jù)UCEmin的大小判斷功放所處的工作狀態(tài)。1)當(dāng)UcEmin A UcEsat時(shí)，在任何時(shí)刻晶體管都工作在放大區(qū)，對(duì)應(yīng)于UCE最小值和Ube最大值的A點(diǎn)處于放大區(qū)，這種工作狀態(tài)稱為|欠壓狀態(tài)，I對(duì)應(yīng)于圖415中的AQ， 此時(shí)R和Vcm都較小。式中UcEsat為臨界飽和

18、電壓，是UBEmax線與臨界飽和線 入。的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 UCE值。2)當(dāng) UCEmin = UCEsat 時(shí)，這種工作狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于圖415中的A2Q。3）當(dāng)UCEmin * UCEsat時(shí)，晶體管工作有部分時(shí)間進(jìn)入飽和區(qū)，得到相應(yīng)的動(dòng)態(tài)線 A3Q，此時(shí)ic出現(xiàn)凹陷。其原 因在于：丙類功放的負(fù)載是諧振回路，具有良好的選頻能力，諧振回路兩端的波形是連續(xù)的正弦波形，工作點(diǎn)達(dá)到Ab后，Ube還沒(méi)達(dá)到最大值， Vcm也未達(dá)到最大值，還未輸出完整 的正弦波形，Ube要繼續(xù)增大、Uce進(jìn)一步減小，一直達(dá)到由UcEmin與UBEmax決定的 A點(diǎn)，完成輸出連續(xù)的正弦波形，此時(shí)，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，如

19、圖415所示。進(jìn)入飽和區(qū)之后，Uce任何微小的變化會(huì)導(dǎo)致ic迅速下降，工作點(diǎn)沿著臨 界飽和線從 A3下移到 A點(diǎn)，A與A點(diǎn)具有相同的UcEmin。 實(shí)際上，A3點(diǎn)并不存在，畫出 A3點(diǎn)只是為了找出相對(duì)應(yīng)的 UcEmin，從而確定實(shí)際工作點(diǎn)為 A，這種工作狀態(tài)為過(guò)壓狀 態(tài)。對(duì)應(yīng)集電極電流是一個(gè)有凹陷的余弦脈沖。峰值對(duì)應(yīng)于 A，谷點(diǎn)對(duì)應(yīng)于A。如果負(fù)載是電阻，則電流波形不可能出 現(xiàn)凹陷。余弦電流脈沖一旦出現(xiàn)凹陷，余弦電流脈沖波形分解系數(shù)求直流分量、基波分量等不再適用。2丙類功率放大器的負(fù)載特性當(dāng)Vcc、Vbb、Vbm、gc、Ubz 定的條件下，Q點(diǎn)固定不變。 隨著R增加，A點(diǎn)由A移到A、A，如圖41

20、5所示， 也就是說(shuō)，隨著 R增加，丙類功率放大器的工作狀態(tài)由欠壓狀態(tài)變到臨界狀態(tài)，然后進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)。原因：cos日=(UBZ VB%bm不變，導(dǎo)通角0為常數(shù)，因 此gd的絕對(duì)值與R成反比。課本圖3.2.7丙類功率放大器的負(fù)載特性解釋圖3.2.7 在欠壓區(qū)，R增加，A點(diǎn)在UBEmax上由A移向A ,處于放大區(qū)。UCE對(duì)ic的影響很小，UBEmax基本與橫軸平行。所以iax變化不大， 略有下降，如圖415所示。iC1m, ic?；颈３植蛔?，VcmIC1mR隨R增加近似線性增大。P0Cm（2R ），所以在欠壓狀態(tài)下,R、Vcm均按線性增加，而P隨R;線性增加。Vcc不變,R增加時(shí)，Ico略有下降，

21、Pd =Vccico也略有下降。因?yàn)镕D基本不變，F(xiàn)0隨R線性增加，F(xiàn)c二Pd-P。，所以Pc隨R增加而減小 c =Pop隨R增加而增大，以上分析可得出如下結(jié)論：1）在欠壓工作狀態(tài)的大部分范圍內(nèi)，輸出功率F0和集電極效率都較低，在欠壓嚴(yán)重時(shí)，R很小，Vcm 很小，巳很小，ucE很大?；旧隙枷脑诩?結(jié)上，集電極損耗極大，會(huì)導(dǎo)致晶體管燒毀，必須 盡量避免諧振回路嚴(yán)重失諧導(dǎo)致負(fù)載短路。由圖 327可見，在欠壓區(qū)，電流Icim不隨R變化，因此欠壓狀態(tài)的放大器可看作一個(gè)恒流源。Cmax臨界狀態(tài)是丙2）臨界狀態(tài)時(shí)，ic仍為一余弦脈沖，其幅值icmax較大，和 欠壓區(qū)基本相同，但此時(shí) Vcm很大，Uc

22、e很小，因此，放大器在 臨界狀態(tài)下輸出功率大，放大器效率也較高。的值稱為諧振功率放大器的匹配負(fù)載， 個(gè)電阻值可以根據(jù)所需輸出信號(hào)功率類功放的最佳狀態(tài)，通常將功率放大器在臨界狀態(tài)時(shí)相應(yīng)RyP由下式近似確定(4311)用R）Pt表示。工程上這1Vm2 1 (VCC - VcEsat )22P 2 Pp3）過(guò)壓狀態(tài)弱過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，輸出電壓基本不隨R 變化，過(guò)壓狀態(tài)的放大器可視為恒壓源， 這時(shí)集電極效率最高，深度過(guò)壓時(shí)，ic波形出現(xiàn)嚴(yán)重凹陷，輸出基波減小，諧波增多，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免。4.3.3高頻功率放大器的調(diào)制特性 高頻功率放大電路的調(diào)制特性分為基極調(diào)制特性和集電極調(diào)制特性。1集電極調(diào)制特性 定義：在

23、Vbb、gC、UBZ、Vbm、R不變的條件下，放大器性能隨Vcc變化的特性，稱為集電極調(diào)制特性。課本圖3.2.10的解釋看掛在網(wǎng)上的 PPT結(jié)論很重要：由圖4 17(b)可見，在欠壓區(qū)，改變Vcc對(duì)Vcm 影響不大，只有在過(guò)壓區(qū)， Vcc才能有效的控制 Vcm ,從而 實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。所以集電極調(diào)幅電路應(yīng)工作在過(guò)壓區(qū)。圖417高頻功率放大器的集電極調(diào)制特性2基極調(diào)制特性定義：I在Vcc、gc、Ubz、Vbm、R不變的條件下，放 大器性能隨Vbb變化的特性，稱為 基極調(diào)制特性。為了使晶 體管工作在丙類狀態(tài)，基極電源Vbb : 0或0 VBB疳UBZ，增大VBB意 味著從負(fù)值向小于Ubz的正電壓變化。課

24、本圖3.2.9的解釋看掛在網(wǎng)上的PPT如圖4 17 (b)所示。進(jìn)入過(guò)壓工作狀態(tài)后，集電極電 流脈寬和高度均增加， 但ic出現(xiàn)凹陷，且隨Vbb增加凹陷加深， 使Ic1m減小，而UBEmax增加使得 也增加，這二種趨勢(shì)相互中和， 使Iclm和乂皿基本保持不變。結(jié)論很重要：由基極調(diào)制特性可看出，在過(guò)壓狀態(tài)下，基極電壓Vbb改變時(shí)，Vcm基本保持不變；只有在欠壓狀態(tài)時(shí)， Vcm隨Vbb單調(diào)變化。所以|高頻功放只有工作在欠壓區(qū)才能 有效地實(shí)現(xiàn)Vbb對(duì)輸出電壓Vcm的調(diào)制，也就是說(shuō)基極調(diào)幅 電路應(yīng)工作在欠壓區(qū)。圖417高頻功率放大器的基極調(diào)制特性4.3.4高頻功率放大器的放大特性定義：在Vcc、Vbb、

25、gc、Ubz、R不變的條件下，放大器性能隨Vbm變化的特性，稱為放大特性。Vbm改變時(shí)，對(duì) 功放性能的影響與基極調(diào)制特性相似。它們都使UBEmax隨之增大，對(duì)應(yīng)的集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大， 放大 器的工作狀態(tài)由欠壓工作狀態(tài)進(jìn)入到臨界工作狀態(tài)，最后進(jìn)入過(guò)壓工作狀態(tài)，如圖 4 18所示。在欠壓狀態(tài)時(shí)，Vcm隨Vbm近似線性地增大；進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)后，集電極電流出現(xiàn)凹 陷，且隨著Vbm的增大，脈沖寬度增加，凹陷加深。因此I co、 Icim和Vm隨Vbm變化的特性與基極調(diào)制特性類似。圖4佃給出線性功率放大器和振幅限幅器的作用。由放大特性可知，在欠壓區(qū)，當(dāng)Vbm增大時(shí)，Lmax和'都隨

26、之增加，導(dǎo)致 ICO、I cim和Vm隨Vbm的增大是非線性的，使放大特性產(chǎn)生失 真，所以丙類諧振功放只能放大高頻等幅信號(hào)（如載波、調(diào)頻和調(diào)相波）。若把諧振功率放大器作為線性功率放大器， 用來(lái)放大調(diào)幅信號(hào)，如圖 4 18所示，為了使輸出信號(hào)振幅 Vcm線性的反映輸入信號(hào)振幅 Vbm的變化，不僅應(yīng)使放大器 必須在Vbm變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)，還應(yīng)設(shè)法消除丙類 功放由于Vbm的增大而產(chǎn)生的放大特性失真。實(shí)際電路中除 了采用負(fù)反饋等措施來(lái)消除放大特性失真外，還普遍采用乙類工作的推挽電路，以 使集電極電流脈沖保持半個(gè)周期（即 訶呆持不變），此時(shí)Vcm和Vbm成線性關(guān)系。由圖419可知，諧振功率放大器

27、用作振幅限幅器時(shí)，需將 振幅在較大范圍內(nèi)變化的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為振幅恒定的輸出 信號(hào)，這時(shí)放大器必須在 Vbm變化范圍內(nèi)工作在過(guò)壓狀態(tài)， 也就是說(shuō)，輸入信號(hào)振幅的最小值應(yīng)大于臨界狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的Vbm值，通常該值稱為限幅門限值。OtOOo圖419線性功率放大器和振幅限幅器的作用4.3.5高頻功率放大器的調(diào)諧特性前面討論的負(fù)載特性，放大特性，調(diào)制特性都是假設(shè)負(fù)載回路處于諧振狀態(tài)，因而負(fù)載呈現(xiàn)為純電阻。在實(shí)際使用中，不可能回路正好處于諧振狀態(tài)，必須進(jìn)行調(diào)諧，一般 是通過(guò)改變電容 C來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定義：功放的電流lco,lcim和Vcm等隨電容C變化的特 性稱為調(diào)諧特性。利用調(diào)諧特性可以指示放大器是否處于調(diào) 諧

28、狀態(tài)。當(dāng)回路失諧時(shí)，無(wú)論感性失諧（諧振回路阻抗呈感 性），還是容性失諧（諧振回路阻抗呈容性），阻抗模值都 將小于 ?。磡z£cR送），并聯(lián)諧振在失諧嚴(yán)重時(shí)，相當(dāng)于短 路。一般功放調(diào)諧時(shí)都工作在弱過(guò)壓狀態(tài)。當(dāng)回路失諧時(shí)， 由于 "R，功放向臨界及欠壓狀態(tài)變化，此時(shí)lco, I clm增大，直流功率PD較大，而交流輸出 P。= 2VcmIClmC0S ：，式 中為失諧引入的附加相移，失諧使Jim增加，但Vcm減小，（ Z、減?。?因此有FO下降，而耗散功率FC迅速增加。圖 4 20給出丙類功率放大器的調(diào)諧特性，利用這種調(diào)諧特性 可以指示放大器是否調(diào)諧。負(fù)載回路實(shí)現(xiàn)調(diào)諧的標(biāo)志，

29、無(wú)論 向哪個(gè)方向改變 C, lco,lcim都增加，標(biāo)志著回路已調(diào)諧了Q忙壓曲罪it壓在實(shí)際功放調(diào)諧操作過(guò)程中使用的方法:因lc。變化明顯，且可使用直流電流表來(lái)指示，所以通常采 用監(jiān)控Ico指示調(diào)諧；由于失諧后，PC迅速增加，因而調(diào)諧過(guò)程中動(dòng)作盡可能 迅速，使晶體管處于失諧狀態(tài)的時(shí)間盡可能短。為避免調(diào)諧過(guò)程損壞晶體管，在調(diào)諧時(shí)，應(yīng)降低Vcc，減小激勵(lì)電壓Vbm! CoAS性失諧|尊性失諧圖4 20丙類功率放大器的調(diào)諧特性4.4高頻功率放大電路直流饋電電高頻功率放大器的管外電路由兩部分構(gòu)成：路和濾波匹配網(wǎng)絡(luò)4.4.1直流饋電電路直流饋電電路指的是把直流電源饋送到晶體管各極的電 路，它包括集電極饋

30、電電路 和基極饋電電路 兩部分。集電極、 基極饋電電路都有 串聯(lián)饋電（簡(jiǎn)稱“串饋”）和并聯(lián)饋電（簡(jiǎn) 稱“并饋”）兩種基本形式。串饋是指晶體管，諧振回路， 直流電源三者串聯(lián)； 并饋是指晶體管，諧振回路，直流電源 三者并聯(lián)。無(wú)論哪一種饋電方式，都要 遵循共同的準(zhǔn)則。（1）直流能量有效地加到晶體管集電極回路或基極回路上，不應(yīng)再有其它損耗直流能量的元件，設(shè)計(jì)良好的饋電電 路交流阻抗應(yīng)較大，從而使達(dá)到電源的高頻信號(hào)及其諧波分 量盡可能的小，以免造成電源電壓波動(dòng)，這種波動(dòng)會(huì)干擾共 用電源的正常功能，從而造成系統(tǒng)工作性能的降低，甚至不 穩(wěn)定。為此，饋電電路應(yīng)設(shè)計(jì)成對(duì)交流開路，對(duì)直流短路。 實(shí)際饋電電路中經(jīng)常

31、接入退耦電路，由耦合電容和隔交通直 的高頻扼流圈構(gòu)成。也就是說(shuō)，要保證直流有自己的通路， 而這個(gè)通路不應(yīng)有交流信號(hào)流入，如圖4 21（a）所示。（2）高頻基波分量Id應(yīng)有效的流過(guò)負(fù)載回路， 以產(chǎn)生所需要的高頻輸出功率，除了輸出回路以外的電路，應(yīng)盡可能 小的損耗基波分量的能量，也就是說(shuō)，除輸出回路以外的電路對(duì)Ic1來(lái)說(shuō)應(yīng)該是短路，其等效電路如圖421 （b）所示。（3）除倍頻器外，高頻諧波屬于濾除對(duì)象，不應(yīng)消耗功率，即所有電路都應(yīng)對(duì)其呈現(xiàn)短路，其等效電路如圖4 21(c)所示。直疣等 效通路效通路(ci高次諧波等效通路(441)圖421饋電電路對(duì)不同電流分量的等效電路1集電極饋電電路功能：將直流

32、電源 Vcc無(wú)耗地加在功放管集電極上。集電極饋電電路分串饋和并饋兩種，如圖4 22給出了兩種饋電方式。圖中LC為負(fù)載回路，LC為高頻扼流圈RFC(Radio Frequency Choke)。它對(duì)直流可近似認(rèn)為是短路的，對(duì)高頻 則呈現(xiàn)很大的阻抗，可近似認(rèn)為是開路的，用于阻止高頻電 流流入電源。Cp是高頻旁路電容，Cc是隔直耦合電容。Cp、 Cc對(duì)高頻應(yīng)呈現(xiàn)很小的阻抗相當(dāng)于短路。要求Xrfc = J -(50100)Xcc 11XcC 二-R-cCc 50 100式中R是諧振回路的等效諧振電阻圖422集電極饋電電路無(wú)論串饋還是并饋，直流電壓與交流電壓總是串聯(lián)的，且We的一端必須接地，否則電源的分

33、布參數(shù)將限制工作頻率的提高。從圖422可看出，基本關(guān)系式UCE =Vee -VcmCOS t對(duì)于兩種電路都是成立的。串、并饋電電路的優(yōu)缺點(diǎn)：并饋電路中，饋電支路與諧振回路并聯(lián)，饋電支路的分布電容將使放大器c-e端總電容增大，限制了放大器在更高頻段上工作。串饋調(diào)諧回路通過(guò)旁路電容Ce直接接地，處于高頻低電位，所以饋電支路的分布電容不會(huì)影響諧振回路的工作頻率，串饋適合于工作在較高的頻率，并聯(lián)饋電一般適用于低頻電路。串饋的缺點(diǎn)：調(diào)諧回路處于直流高位，有時(shí)大功率高頻諧振 功放級(jí)采用電子管，Vcc達(dá)數(shù)千伏。調(diào)整時(shí)容易觸上高壓，發(fā) 生危險(xiǎn)。而并饋可避免該危險(xiǎn)。2基極饋電電路基極饋電電路也可分為串饋和并饋兩種。對(duì)基極饋電電路的 基本要求是，輸入信號(hào)電壓 u（t）應(yīng)有效的加到基極和發(fā)射極之間，而不被其它元件旁路或損耗。直流偏置電壓VBB應(yīng)有效的加到基極和發(fā)射極之間，而不被其它元件所旁路。固定偏 置電路如圖423所示。圖中CP是高頻旁路電容，CC是隔直 耦合電容，LC為高頻扼流圈RFC。為了使功放工作于丙類， 基極偏置電壓一般要加上負(fù)偏壓。若采用固定偏置電路，意 味著需要一組負(fù)電源提供裝置，這往往給饋電帶來(lái)麻煩。為 了避免這種麻煩，因此實(shí)際工程設(shè)計(jì)中較