高頻電子電路4.3

1、4.2.2 高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)分析高頻功率放大器的動(dòng)態(tài)分析 1. 動(dòng)態(tài)特性方程動(dòng)態(tài)特性方程2. 動(dòng)態(tài)特征曲線的畫法動(dòng)態(tài)特征曲線的畫法3. 高頻功放的工作狀態(tài)高頻功放的工作狀態(tài)二二 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 三三 高頻功率放大器的調(diào)制特性高頻功率放大器的調(diào)制特性 四四 高頻功率放大器的放大特性高頻功率放大器的放大特性 五五 高頻功率放大器的調(diào)諧特性高頻功率放大器的調(diào)諧特性 六六 高頻功放的高頻效應(yīng)高頻功放的高頻效應(yīng) 4.2.1 高頻功放的動(dòng)態(tài)特性BBVbvBEvCiovcoscmVtCvCCVcosCCCoCCcmvVvVVt可見(jiàn)，當(dāng)三極管處于工作區(qū)時(shí)有可見(jiàn)，當(dāng)三極管處

2、于工作區(qū)時(shí)有bmV幅是另外如果輸入信號(hào)的振BEvt0tBZVBBVBEvCitVVvbmBBBEcos則bmVtcos,消去聯(lián)立二式CCCBEBBbmcmVvvVVV 得負(fù)載線的表達(dá)式CCCBEBBbmcmVvvVVV t0tBZVBBVBEvCicg斜率)(,BZBEcCVvgi則在工作區(qū)內(nèi)代入代入)(:線稱為負(fù)載線這個(gè)線性關(guān)系畫出的直必須保持的線性關(guān)系與就得到了在工作區(qū)內(nèi)CCvi()CCCCcBBbmBZcmVvigVVVV()bmBBBZCcCCCcmcmbmVVVigvVVVV 整理后得負(fù)載線的斜率負(fù)載線的截距(cos)bmCcCCCcmCcmVigvVVV 還可寫成畫出負(fù)載線(cos

3、)bmCcCCCcmCcmVigvVVV dg記為負(fù)載線的斜率,0V負(fù)載線的截距記為CvCiCCV0VCCVV 0dgBEv不同的CCBEviv和就可以找出它對(duì)應(yīng)的任意給定一個(gè)這樣只要在工作區(qū)內(nèi),關(guān)系。波形幫助大家理解變量和畫出我們?cè)谶@張圖畫上還可CCviiCt三極管工作三極管工作三極管截止三極管截止負(fù)載線的Q點(diǎn)（注意是虛擬的）CvCCV0VCi()bmBBBZCcCCCcmcmbmVVVigvVVVV CCV該點(diǎn)的橫坐標(biāo)顯然是點(diǎn)Q,CCCvVQ將代入上式 得出 點(diǎn)縱坐標(biāo)BZBBcCQVVgI,CCcBBBZpbmcmQVgVVRVV即 點(diǎn)坐標(biāo)為，與、都無(wú)關(guān)！,pbmcmRVVQ即、無(wú)論如何變

4、化 負(fù)載線延長(zhǎng)線都會(huì)經(jīng)過(guò) 點(diǎn)對(duì)負(fù)載線的簡(jiǎn)要復(fù)習(xí)程：負(fù)載線表達(dá)式的推出過(guò)表達(dá)式得到消去的表達(dá)式和分別寫出CBEBECvvtvvcos,) 1 (2)CBECCiviv代入表達(dá)式即得到的表達(dá)式的形式表達(dá)式寫成將)(3)0VvgiviCdCCCbmdccmVggV 其中負(fù)載線斜率0()()BBBZCCCcmbmVVvVVVV負(fù)載線在橫軸軸 截距(cos)CCcmCVV從“時(shí)間t”的角度畫出并理解負(fù)載線tiCvCCCV工作區(qū)工作區(qū)截止區(qū)截止區(qū)工作區(qū)工作區(qū)截止區(qū)截止區(qū)CCVtCitiCvCCCV工作區(qū)工作區(qū)截止區(qū)截止區(qū)工作區(qū)工作區(qū)截止區(qū)截止區(qū)vCtVCCvCtVCCvCtVCCvCtVCCvCtVCCv

5、CiC例題4.1 一高頻諧振功放,已知 求：0.92200120，集電極電壓利用系數(shù)輸出功率，脈沖的直流分量，WPmAIiVVOCCCCCcmpCIRP半流通角幅輸出的基頻電流分量振、功放的負(fù)載、功放效率電源輸出功率)3()2() 1 (1例題4.1(解)(4 . 21020012 ) 1 (30WIVPCCC%3 .834 . 22PPOCpcmORVP221又CCcmVV義根據(jù)集電極電壓系數(shù)定)(8 .109 . 012VVVCCcm)(16.2928 .10212122OcmpPVR例題4.1(解)mAARVIpcmcm370)(37. 016.298 .10 )2(185. 12003

6、70)( ) 3(011CcmCIIg波形系數(shù)1()1.85CAg查參考教材的附錄 表，可知若使)50(49OOC或需放大器的三種工作狀態(tài)之欠壓狀態(tài)CiCCV0VdgmaxBEv相交與工作區(qū)時(shí)紅色與負(fù)載線藍(lán)色線當(dāng))()(maxBEv壓狀態(tài)”。我們稱放大器處于“欠幅還沒(méi)有到達(dá)最大值。因?yàn)榇藭r(shí)的輸出電壓振。則輸出振幅還可以加大減小如果負(fù)載線斜率絕對(duì)值,CviCtCi欠壓狀態(tài)的影響負(fù)載線斜率的因素1bmbmdccomcmpVVgggVIR 負(fù)載線的斜率有關(guān)、的斜率與一般不變，可見(jiàn)負(fù)載線pcmbmcRIVg1不變。、對(duì)放大器的影響，先設(shè)我們先分析1cmbmpIVR絕對(duì)值減小。增大時(shí)，負(fù)載線斜率的則可以

7、看出pR放大器的三種工作狀態(tài)之臨界狀態(tài)CvCiCCV0V的拐點(diǎn)時(shí)相交與紅色與負(fù)載線藍(lán)色線當(dāng)maxmax)()(BEBEvv界狀態(tài)”。我們稱放大器處于“臨。再大就進(jìn)入飽和區(qū)了飽和區(qū)和工作區(qū)的邊界此時(shí)輸出電壓振幅到達(dá))(會(huì)降低。負(fù)載線的斜率絕對(duì)值就增大當(dāng),pRmaxBEviCtCi臨界狀態(tài)的臨界狀態(tài)的特點(diǎn)(1) 往往利用這些特點(diǎn)來(lái)解題。tiCvCCCVcmV三極管就會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)最小值就會(huì)小于再增大如果,CsatCcmVvVCsatCCVvvmin,的最小值從圖上可以讀出對(duì)于臨界狀態(tài))(集電極飽和電壓CsatV)(cmCCCsatcmVVVV做題時(shí)常用此式求因此有臨界狀態(tài)的特點(diǎn)(2)CvCimaxB

8、EviCtmaxCimaxmin4.2.3CCCCiivv從教材圖可知時(shí)CsatCVvmin,臨界狀態(tài)時(shí)而我們上面講到)(minCsatCVv也是crgmaxCCsatcriVg求出和量關(guān)系可通過(guò)臨界狀態(tài)時(shí)利用上述變做題時(shí)常用此方法做題時(shí)常用此方法minmaxCCsatCcrvVig求出和或通過(guò)放大器的三種工作狀態(tài)之過(guò)壓狀態(tài)CvCiCCV0V延長(zhǎng)線相交與飽和區(qū)時(shí)紅色與負(fù)載線藍(lán)色線當(dāng))()(maxBEv壓狀態(tài)”。我們稱放大器處于“過(guò)使三極管進(jìn)入飽和區(qū)大此時(shí)的輸出電壓振幅過(guò),會(huì)更加降低。負(fù)載線的斜率絕對(duì)值就繼續(xù)增大當(dāng),pRmaxBEviCt出現(xiàn)了凹頂過(guò)壓狀態(tài)的Ci三極管工作區(qū)三極管工作區(qū)三極管飽和

9、區(qū)三極管飽和區(qū)三種狀態(tài)的波形匯總 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半導(dǎo)通角 t B A C D 3 2 1 負(fù)載增大 vBE max VCC Q ec min Vcm 1.欠壓狀態(tài) 2.臨界狀態(tài) 3.過(guò)壓狀態(tài) Rp Vcm Vcm 再過(guò)渡到過(guò)壓狀態(tài)狀態(tài)功放由欠壓過(guò)渡到臨界的增大隨著,pR指的是輸出電壓的振幅壓的欠壓或過(guò)壓所謂的可以看出的波形從左邊,Cv例題4.2 一高頻諧振功放處于臨界狀態(tài),且已知 求AiVAgCcr2 . 1/5 . 0max，飽和臨界線斜率WPVVCMCCC107024功率功率管最大集電極耗散度，?)3()2() 1 (會(huì)不會(huì)燒毀功率管在此參數(shù)下工作功放的負(fù)

10、載、功放效率、輸出功率電源輸出功率pCORPP例題4.2(解)0 ) 1 (CCCIVP )(0max0CCCiI而)(0maxCCCCiVP0.253)(,700CC查表可知度)( 3 . 7253. 02 . 124)(0maxWiVPCCCC121cmcmOIVP 所以要分別求出均未直接給出和而已知,1cmcmIV例題4.2(解)cmV先求cmVCvCimaxBEviCtmaxCi)(minCsatCVv也是crgCCVminvVVCCcm從圖中可以看出crCgivmaxmin從圖中還可看出)(6 .215 . 02 . 124maxVgiVVcrCCCcm例題4.2(解)cm1I再求)

11、(1max1CCcmiI0.436)(,701CC查表可知度)(52. 0436. 02 . 1)(1max1AiICCcm)(6 . 552. 06 .2121211WIVPcmcmO%7 .763 . 76 . 5PPOC例題4.2(解)(5 .4152. 06 .21 )2(1cmcmpIVR)(10)(7 . 16 . 53 . 7 ) 3(WPWPPPCMOC功率管不會(huì)燒毀功放的負(fù)載特性（即Rp變化對(duì)功率和效率的影響）vBEmaxicvCIcm1Ic0VcmRp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界態(tài)臨界態(tài)過(guò)渡時(shí)功放從欠壓向臨界狀態(tài)增大當(dāng),pR略有下降但沒(méi)有凹頂弦脈沖的波形始終是標(biāo)準(zhǔn)的余max

12、),(CCii)(max10max0CCcmCCCiIiI都略有下降和10cmcII1cmpcmIRV會(huì)基本呈線性上升cmV的波形出現(xiàn)凹頂Ci過(guò)渡時(shí)功放從臨界向過(guò)壓狀態(tài)繼續(xù)增大當(dāng),pR都迅速下降和使10cmcII)(,停止工作區(qū)由于三極管進(jìn)入了飽和同時(shí)緩慢上升趨于的限制受到輸出電壓振幅,CCCCcmVVV功放的負(fù)載特性（即Rp變化對(duì)功率和效率的影響）Icm1Ic0VcmRp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界態(tài)臨界態(tài)Rp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)臨界態(tài)臨界態(tài)c P=Pc在欠壓區(qū)向臨界過(guò)渡時(shí),1而線性上升基本不變由于cmcmVI線性上升輸出功率,211cmcmOVIP Po略有下降電源輸出功率,CC0VI

13、Pc基本呈線性上升效率PPOC基本呈線性下降三極管消耗功率OCPPP在臨界向過(guò)壓變化時(shí)迅速下降而基本不變由于1,cmcmIV迅速下降輸出功率,211cmcmOVIP 迅速下降電源輸出功率,CC0VIPc平緩下降三極管消耗功率OCPPP略有上升所以效率下降的快沒(méi)有由于剛過(guò)臨界態(tài)時(shí)COPP,略有下降效率下降的速度加快的進(jìn)一步增加但隨著COpPR,三種狀態(tài)的小結(jié)（欠壓狀態(tài)特點(diǎn)） 欠壓 過(guò)壓 0 臨界 Ic1 Ic0 Vcm Rp 0 c P= Po Pc 欠壓 過(guò)壓 臨界 Rp 欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負(fù)載阻抗變化而變化

14、，因此較率也較大，輸出電壓隨負(fù)載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。三種狀態(tài)的小結(jié)（臨界狀態(tài)特點(diǎn)） 欠壓 過(guò)壓 0 臨界 Ic1 Ic0 Vcm Rp 0 c P= Po Pc 欠壓 過(guò)壓 臨界 Rp 臨界狀態(tài)的特點(diǎn)是輸出功率最大，效率也較高，比最大效臨界狀態(tài)的特點(diǎn)是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說(shuō)是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機(jī)的末級(jí)常率差不了許多，可以說(shuō)是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機(jī)的末級(jí)常設(shè)計(jì)成這種狀態(tài)，在計(jì)算諧振功率放大器時(shí)，也常以此狀設(shè)計(jì)成這種狀態(tài)，在計(jì)算諧振功率放大器時(shí)，也常以此狀態(tài)為例。態(tài)為例。三種

15、狀態(tài)的小結(jié)（過(guò)壓狀態(tài)特點(diǎn)） 欠壓 過(guò)壓 0 臨界 Ic1 Ic0 VC Rp 0 c P= Po Pc 欠壓 過(guò)壓 臨界 Rp 過(guò)壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)，輸出電壓比較平過(guò)壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過(guò)壓時(shí)，效率可達(dá)最高，但輸出功率穩(wěn)且幅值較大，在弱過(guò)壓時(shí)，效率可達(dá)最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機(jī)的中間級(jí)、集電極調(diào)幅級(jí)常采用這種狀有所下降，發(fā)射機(jī)的中間級(jí)、集電極調(diào)幅級(jí)常采用這種狀態(tài)。態(tài)。負(fù)載特性的動(dòng)畫演示4.2.3 各極電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響增大時(shí)僅其他條件都不變是前面我們一直在討論的pR,變小負(fù)載線斜率絕對(duì)值逐漸增大功放隨著,pR功放的工作狀態(tài)從欠

16、壓臨界過(guò)壓?,時(shí)會(huì)怎樣呢而改變電源或信號(hào)電壓不變?nèi)绻覀儽３謕R下面我們將分別討論對(duì)功放狀態(tài)的影響其他條件不變CCV,對(duì)功放狀態(tài)的影響其他條件不變bmV,對(duì)功放狀態(tài)的影響其他條件不變BBV,其他條件不變,VCC改變對(duì)工作狀態(tài)的影響 欠壓 過(guò)壓 臨界 ic1 ic2 ic3 ic4 ic5 ic eb ec VCC5 VCC3 VCC1 VC1 VC2 VC3 VC4 VC5 欠壓 臨界 過(guò)壓 CvmaxBEvCi保持不變負(fù)載線斜率不變和由于cmbmccmbmVVgVVdg,CCV而負(fù)載線截距小于負(fù)載線平行左移由大變小時(shí)當(dāng),CCV功放從欠壓臨界過(guò)壓其他條件不變,VCC改變對(duì)工作狀態(tài)的影響負(fù)載線平

17、行右移由小變大時(shí)當(dāng)反過(guò)來(lái),CCV功放從過(guò)壓臨界欠壓CCV臨界臨界過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)欠壓區(qū)欠壓區(qū)0CI1cmI其他條件不變,VCC改變對(duì)工作狀態(tài)的影響 0 0 (a) (b) 欠壓狀態(tài) 過(guò)壓狀態(tài) VCC 欠壓狀態(tài) 過(guò)壓狀態(tài) VCC Ic0 Icm1 Po P= Pc 0CCCIVP 2121cmpOIRP 即集電極調(diào)制特性即集電極調(diào)制特性其他條件不變,Vbm改變對(duì)工作狀態(tài)的影響 ic eb4 max vce VCC eb3 max eb2 max eb1 max 0 VC4 VC3 VC2 VC1 t Q tVVvbmBBBEcosbmBBBEVVvmax也由小變大由小變大時(shí)當(dāng)max,BEbmvV)(

18、max小BEv)(max略大BEv功放先欠壓再臨界)(max更大BEv)(max最大BEv最后進(jìn)入過(guò)壓其他條件不變,Vbm改變對(duì)工作狀態(tài)的影響bmV臨界臨界欠壓區(qū)欠壓區(qū)過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)0CI1cmI其他條件不變,Vbm改變對(duì)工作狀態(tài)的影響(a)過(guò)壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)VbmIC0OIcm1(b)過(guò)壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)VbmPoOP=Pcip0CCCIVP 2121cmpOIRP 即放大特性即放大特性tUUubmBBBE cos 注注意意：如如果果要要實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)BBU對(duì)對(duì)輸輸出出電電流流1CI的的有有效效調(diào)調(diào)制制，要要求求功功放放應(yīng)應(yīng)工工作作在在欠欠壓壓區(qū)區(qū)。 進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)后，隨著進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)后，隨著UBB向正值方

19、向增大，集電極脈沖電流的寬向正值方向增大，集電極脈沖電流的寬度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結(jié)果使度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結(jié)果使Ico、Icml和相應(yīng)的和相應(yīng)的Ucm增增大得十分緩慢大得十分緩慢 UcmIcoIcml臨界臨界UBB過(guò)壓過(guò)壓欠壓欠壓O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū) 當(dāng)當(dāng)Ubm固定，固定，UBB自負(fù)值向正值方向增自負(fù)值向正值方向增大時(shí)，集電極脈沖電流大時(shí)，集電極脈沖電流ic的導(dǎo)通角的導(dǎo)通角c增大，增大，從從而集電極脈沖電流而集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，的幅度

20、和寬度均增大，狀態(tài)由欠壓區(qū)進(jìn)入過(guò)壓區(qū)。狀態(tài)由欠壓區(qū)進(jìn)入過(guò)壓區(qū)。 1C 2C 3C 其他條件不變,VBB改變對(duì)工作狀態(tài)的影響各變量對(duì)功放狀態(tài)影響的總結(jié)功放由欠壓增大時(shí)或,bmpVR臨界過(guò)壓,CCV增大時(shí) 功放由過(guò)壓臨界欠壓例題例題4.3一個(gè)諧振功放處于過(guò)壓狀態(tài)，如果想把一個(gè)諧振功放處于過(guò)壓狀態(tài)，如果想把它調(diào)到臨界狀態(tài)，可以采取哪些措施？它調(diào)到臨界狀態(tài)，可以采取哪些措施？過(guò)壓和欠壓狀態(tài)的一個(gè)重要特點(diǎn)（做題時(shí)常用） 過(guò)壓狀態(tài)下： 欠壓狀態(tài)下：都會(huì)保持基本不變只有一者改變時(shí)，和cmpbmVRV都會(huì)保持基本不變和如何改變，和不變，隨便和只要10cmcCCpBBbmIIVRVV例題4.4 已知一高頻功放處于臨界狀態(tài),輸出功率為10W，Vcc=