高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放

第3章高頻功率放大器3.2高頻功率放大器的原理和特性3.2.1工作原理3.2.2高頻諧振功率放大器的工作狀態(tài)3.2.3高頻諧振功率放大器的外部特性3.4高頻諧振功率放大器的實(shí)際電路作業(yè)：3-11、3-18高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!4.1概述1、使用高頻功率放大器的目的放大高頻大信號使發(fā)射機(jī)末級獲得足夠大的發(fā)射功率。2、高頻功率信號放大器使用中需要解決的兩個(gè)問題①高效率輸出②高功率輸出3、低頻功放與高頻功放的區(qū)別①效率高低不同②相對帶寬不同低頻功放為寬帶，高頻功放為窄帶。前者為阻性負(fù)載，后者為諧振負(fù)載。4、采用傳輸線作為負(fù)載的寬帶高頻功放5、按電流的流通角分類功放（甲、乙、丙），按電流或電壓的開關(guān)狀態(tài)分類功放（丁、戊）。6、圖解分析法和解析近似分析法高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!3、諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號均為高頻信號，而且放大器的負(fù)載均為諧振回路。不同之處：為激勵(lì)信號幅度大小不同；放大器工作點(diǎn)不同；晶體管動態(tài)范圍不同。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!諧振功率放大器波形圖高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!表2-1不同工作狀態(tài)時(shí)放大器的特點(diǎn)

工作狀態(tài)

半導(dǎo)通角

理想效率

負(fù)

載

應(yīng)

用

甲類

qc=180°

50%

電阻

低頻

乙類

qc=90°

78.5%

推挽，回路

低頻，高頻

甲乙類

90°＜qc＜180°

50%＜h＜78.5%

推挽

低頻

丙類

qc＜90°

h＞78.5%

選頻回路

高頻

丁類

開關(guān)狀態(tài)

90%~100%

選頻回路

高頻

工作狀態(tài)功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。諧振功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)，屬于非線性電路功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!4.2諧振功率放大器的工作原理1、原理電路諧振功率放大器的基本電路晶體管的作用是在將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。諧振回路LC是晶體管的負(fù)載電路工作在丙類工作狀態(tài):外部電路關(guān)系式：(發(fā)射結(jié)外部電路)晶體管的內(nèi)部特性：（集電結(jié)外部電路）為發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電壓（0.7-0.8V）高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!高頻功率放大器中各分電壓與電流的關(guān)系（a）高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!LC回路能量轉(zhuǎn)換過程LC回路的這種濾波作用（從能量的觀點(diǎn)來解釋）當(dāng)晶體管由截止轉(zhuǎn)入導(dǎo)電時(shí)，由于回路中電感L的電流不能突變，因此，輸出脈沖電流的大部分流過電容C，即使C充電。充電電壓的方向是下正上負(fù)。這時(shí)直流電源VCC給出的能量儲存在電容C之中。過了一段時(shí)間，當(dāng)電容兩端的電壓增大到一定程度(接近電源電壓)，晶體管截止。由于這種周期性的能量補(bǔ)充，所以振蕩回路能維持振蕩。當(dāng)補(bǔ)充的能量與消耗的能量相等時(shí)，電路中就建立起動態(tài)平衡，因而維持了等幅的正弦波振蕩。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!由上式可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：1)設(shè)法盡量降低集電極耗散功率Pc，則集電極效率c自然會提高。這樣，在給定PDC時(shí)，晶體管的交流輸出功率Po

就會增大；2）由式可知如果維持晶體管的集電極耗散功率Pc不超過規(guī)定值，那么提高集電極效率c，將使交流輸出功率Po大為增加。諧振功率放大器就是從這方面入手，來提高輸出功率與效率的。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!直流功率：輸出交流功率：Vcm-----回路兩端的基頻電壓振幅Icm1-----基頻電流振幅Rp-----回路的諧振阻抗放大器的集電極效率：高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!4.3諧振功率放大器的折線近似分析法一、折線法對諧振功率放大器進(jìn)行分析計(jì)算，關(guān)鍵在于求出電流的直流分量Ic0和基頻分量Icm1。工程上都采用近似估算和實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的方法對高頻功率放大器進(jìn)行分析和計(jì)算。折線法就是常用的一種分析法。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靜態(tài)特性曲線后進(jìn)行分析和計(jì)算的方法。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!二、晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線晶體管實(shí)際特性和理想折線根據(jù)理想化原理晶體管的靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性可用交橫軸于VBZ的一條直線來表示(VBZ為截止偏壓)。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!3)臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓狀態(tài)的分界點(diǎn)，集電極最大點(diǎn)電流正好落在臨界線上。2)過壓工作狀態(tài)：集電極最大點(diǎn)電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)，交流輸出電壓較高且變化不大。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!余弦脈沖分解：

當(dāng)t=時(shí)，ic=0即

0=gc(–VBB+Vbmcos–VBZ)（2）當(dāng)t=0時(shí)，ic=icmax，即

icmax

=gcVbm（1–)（3）ic=gc(–VBB+Vbmcost–VBZ)（1）（1）-（2）得ic=gcVbm（cost–)高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!尖頂脈沖的分解系數(shù)當(dāng)c≈120時(shí)，Icm1/icmax達(dá)到最大值。在Icmax與負(fù)載阻抗Rp為某定值的情況下，輸出功率將達(dá)到最大值。這樣看來，取c=120應(yīng)該是最佳通角了。但此時(shí)放大器處于甲級工作狀態(tài)效率太低。右圖可見：an2.01.00.50.40.30.20.1020°40°60°80°100°qca1a0180°120°160°a1a0a0a1a2a3140°高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1.諧振功率放大器的動態(tài)特性高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗Rp、激勵(lì)電壓vb、供電電壓VCC、VBB等4個(gè)參量決定的。為了闡明各種工作狀態(tài)的特點(diǎn)和正確調(diào)節(jié)放大器，就應(yīng)該了解這幾個(gè)參量的變化會使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生怎樣的變化。如果VCC、VBB、vb3個(gè)參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)載電阻Rp決定。此時(shí)，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨Rp而變化的特性，就叫做放大器的負(fù)載特性。四、諧振功率放大器的動態(tài)特性與負(fù)載特性高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!圖中示出動態(tài)特性曲線的斜率為負(fù)值，它的物理意義是：從負(fù)載方面看來，放大器相當(dāng)于一個(gè)負(fù)電阻，亦即它相當(dāng)于交流電能發(fā)生器，可以輸出電能至負(fù)載。用類似的方法，可得出在ic–uBE坐標(biāo)平面的動態(tài)特性曲線。電壓、電流隨負(fù)載變化波形令uCE=VCC，為圖中Q點(diǎn)（ic為負(fù)值），再令ic=0時(shí)，為圖中的C點(diǎn)。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!1)

vc、ic隨負(fù)載變化的波形如圖所示，放大器的輸入電壓是一定的，其最大值為Vbemax，在負(fù)載電阻RP由小至大變化時(shí)，負(fù)載線的斜率由大變小，如圖中123。不同的負(fù)載，放大器的工作狀態(tài)是不同的,所得的ic波形、輸出交流電壓幅值、功率、效率也是不一樣的。2)欠壓、過壓、臨界三種工作狀態(tài)①欠壓狀態(tài)B點(diǎn)以右的區(qū)域。在欠壓區(qū)至臨界點(diǎn)的范圍內(nèi)，根據(jù)Vc=RpIc1，放大器的交流輸出電壓在欠壓區(qū)內(nèi)必隨負(fù)載電阻RP的增大而增大，其輸出功率、效率的變化也將如此。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!根據(jù)上述分析，可以畫出諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線

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，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)。欠壓過壓0臨界Ic1Ic0VCRp0hcP=PoPc欠壓過壓臨界Rp高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!

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，可以說是最佳工作狀態(tài)，發(fā)射機(jī)的末級常設(shè)計(jì)成這種狀態(tài)，在計(jì)算諧振功率放大器時(shí)，也常以此狀態(tài)為例。負(fù)載特性曲線掌握負(fù)載特性，對分析集電極調(diào)幅電路、基極調(diào)幅電路的工作原理，對實(shí)際調(diào)整諧振功率放大器的工作狀態(tài)和指標(biāo)是很有幫助的。欠壓過壓0臨界Ic1Ic0VCRp0hcP=PoPc欠壓過壓臨界Rp高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!2.欠壓、臨界、過壓工作狀態(tài)的調(diào)整調(diào)整欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)，大致有以下幾種方法：改變集電極負(fù)載Rp；改變供電電壓VCC；改變偏壓VBB；改變激勵(lì)Vb。(1)改變Rp，但Vb、VCC、VBB不變當(dāng)負(fù)載電阻Rp由小至大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。在臨界狀態(tài)時(shí)輸出功率最大。(2)改變VCC，但Rp、Vb、VBB不變當(dāng)集電極供電電壓VCC由小至大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由過壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入欠壓。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!欠壓過壓臨界ic1ic2ic3ic4ic5icebecVCC5VCC3VCC1VC1VC2VC3VC4VC5欠壓臨界過壓VCC變化時(shí)對工作狀態(tài)的影響在欠壓區(qū)內(nèi)，輸出電流的振幅基本上不隨VCC變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區(qū)，輸出電流波形出現(xiàn)凹陷，振幅隨VCC的減小而下降，故輸出電壓也隨之下降。VCC變化時(shí)對工作狀態(tài)的影響：

VCC由小變大，負(fù)載線向右平移，狀態(tài)由過壓進(jìn)入欠壓，高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!(3)Vbm變化，但VCC、(-VBB)、Rp不變或(-VBB)變化，但VCC、Vb、Rp不變這兩種情況所引起放大器工作狀態(tài)的變化是相同的。因?yàn)闊o論是Vbm還是VBB的變化，其結(jié)果都是引起uBE的變化。由uBE=-VBB+Vbmcost

uBEmax=-VBB+Vbm當(dāng)(-VBB)或Vbm由小到大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!諧振功率放大器的工作狀態(tài)調(diào)整：00(a)(b)欠壓狀態(tài)過壓狀態(tài)VCC欠壓狀態(tài)過壓狀態(tài)VCCIc0Icm1PoP=Pc思考題：已知諧振功率放大器工作在過壓狀態(tài)，欲將它調(diào)整到臨界狀態(tài)，應(yīng)改變那些參數(shù)？不同的調(diào)整方法所得到的輸出功率是否相同？高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!2)電流余弦脈沖的各諧波分量系數(shù)0(c)、1(c)、…、n(c)可查表求得，并求得個(gè)分量的實(shí)際值。3)諧振功率放大器的功率和效率直流功率：PDC=Ic0VCC交流輸出功率：集電極效率：高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!臨界狀態(tài)的計(jì)算公式當(dāng)ωt=0時(shí)，uce=ucemin,uBE=uBEmax因此，icmax=Scrucemaxucemax=icmax/Scr集電極電壓利用系數(shù)ξ=Ucm/Vcc=(Vcc-ucemin)/VCC=1-(ucemin/Vcc)=1-(icmax/ScrVcc)由于PO=1/2UcmIc1m=0.5ξVccIcmaxa1(θ)所以Icmax=2Po/ξVcca1(θ)因此，有ξ=1/2+（1/4-2Po/Vcc2Scra1(θ)）1/2

高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!二、基區(qū)渡越時(shí)間的影響

在高頻小信號工作時(shí)，渡越角是以擴(kuò)散電容的形式來表示基區(qū)渡越時(shí)間的影響的，由于信號的幅度小結(jié)電容可等效成線性的。而在大信號高頻工作時(shí)，必須考慮其非線性特性。

高頻情況下功放管

各電極電流波形為什么發(fā)射極電流出現(xiàn)負(fù)脈沖呢？這是由于少數(shù)載流子在基區(qū)渡越時(shí)間所引起（基區(qū)內(nèi)的空間電荷儲存效應(yīng)）。1、當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓由正變負(fù)時(shí)，基區(qū)內(nèi)的非平衡少數(shù)載流子來不及擴(kuò)散到集電極，又重新推斥回發(fā)射極，形成負(fù)脈沖。同時(shí)頻率升高后，增加了通過發(fā)射結(jié)電容的電流，使基極電阻上的電壓降增加，因而結(jié)電壓下降，也使主脈沖的高度降低.正脈沖的通角與頻率無關(guān)，負(fù)脈沖的通角為。2、集電極電流峰值點(diǎn)落后于發(fā)射極電流脈沖峰值點(diǎn)的角度0

，這是由于發(fā)射極到集電極的渡越時(shí)間引起的。直到渡越結(jié)束，集電極電流才下降到零。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!

1、ic的導(dǎo)通角加大，將使電壓增益下降，使功率管的效率大大降低；

2、基極基波電流Ib1的加大和集電極基波電流下降，將使激勵(lì)功率增加，這會使放大器的功率增益降低，這種現(xiàn)象將隨工作頻率升高而加劇。高頻情況下功放管

各電極電流波形wt0qcwt0(wt0=10°~20°)ibicie2wt0上述分析表明：高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!五、引線電感的影響

在更高頻率工作時(shí)，要考慮管子各電極引線電感的影響，其中以發(fā)射極的引線電感影響最嚴(yán)重，因?yàn)樗苁馆敵鲚斎腚娐分g產(chǎn)生寄生耦合。

一般長度為10mm的引線，其電感約為10–3H，在工作頻率為300MHz時(shí)，感抗值約為1.9，若通過1A高頻電流，則會在此感抗上產(chǎn)生約1.9V的負(fù)反饋電壓。這種負(fù)反饋當(dāng)然會使輸出功率及功率增益下降，并使激勵(lì)增加。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!串饋電路指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者首尾相接的一種直流饋電電路。C1、LC為低通濾波電路，A點(diǎn)為高頻地電位，既阻止電源VCC中的高頻成分影響放大器的工作，又避免高頻信號在LC負(fù)載回路以外不必要的損耗。C1、LC的選取原則為

1/LC＜回路阻抗1/(50~100)

LC＞1/c1

(50~100)(2)

并饋電路指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者為并聯(lián)連接的一種饋電電路。如圖LC為高頻扼流圈，C1為高頻旁路電容，C2為隔直流通高頻電容，LC、C1、C2的選取原則與串饋電路基本相同。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!2.基極饋電電路基極饋電電路也分串饋和并饋兩種?；鶚O偏置電壓VBB可以單獨(dú)由穩(wěn)壓電源供給，也可以由集電極電源VCC分壓供給。在功放級輸出功率大于1W時(shí)，基極偏置常采用自給偏置電路。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!對于中間級應(yīng)采取如下措施：1)使中間級放大器工作于過壓狀態(tài)，使它近似為一個(gè)恒壓源。2)降低級間耦合回路的效率?；芈沸式档秃?，其本身的損耗加大。這樣下級輸入阻抗的變化相對于回路本身的損耗而言就不顯得重要了。中間級耦合回路的效率一般為k=0.1～0.5，平均在0.3上下。也就是說，中間級的輸出功率應(yīng)為后一級所需激勵(lì)功率的2～10倍。即高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!下圖所示的匹配網(wǎng)絡(luò)具有電路簡單、容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是電路的品質(zhì)因數(shù)Q值很低(通常Q＜10)，因此電路的濾波特性很差，所以在實(shí)際的發(fā)射機(jī)中，常常選用T型或型網(wǎng)絡(luò)作匹配之用。L型匹配網(wǎng)絡(luò)L-2型L-1型調(diào)節(jié)Q值使之匹配，并使XL=XCRpRpLLCRL(小)CRL(大)(b)RL＞Rp匹配網(wǎng)絡(luò)(a)

RL＜Rp匹配網(wǎng)絡(luò)高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!下圖是兩種形網(wǎng)絡(luò)是其中的形式之一(也可以用T型網(wǎng)絡(luò))。圖中R2代表終端(負(fù)載)電阻，R1代表由R2折合到左端的等效電阻，故接線用虛線表示。

T型網(wǎng)絡(luò)高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!可以看到：兩種輸出網(wǎng)絡(luò)，從晶體管集電極向右方看去，都應(yīng)等效為一個(gè)并聯(lián)諧振回路，如圖所示。等效電路由耦合電路的理論可知，當(dāng)天線回路調(diào)諧到串聯(lián)諧振狀態(tài)時(shí)，它反映到L1C1中介回路的等效電阻為因而等效回路的諧振阻抗為C1L1r￠r1ik高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!為了使器件的輸出功率絕大部分能送到負(fù)載RA上就希望反射電阻r>>回路損耗電阻r1

衡量回路傳輸能力優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，通常以輸出至負(fù)載的有效功率與輸入到回路的總交流功率之比來代表。這比值叫做中介回路的傳輸效率k，簡稱中介回路效率。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!本章小節(jié)1.高頻諧振功率放大器電路可以工作在甲類、乙類或丙類狀態(tài)。相比之下丙類諧振功放的失真度雖不及甲類和乙類大，但輸出功率大、效率高，節(jié)約能源，所以是高頻功率放大器中經(jīng)常選用的一種電路形式。2.丙類諧振功放效率高的原因在于導(dǎo)通角小，也就是晶體管導(dǎo)通時(shí)間短，集電極功耗減小。但導(dǎo)通角θ越小，將導(dǎo)致輸出功率越小。所以選擇合適的θ角，是丙類諧振功放在兼顧效率和輸出功率兩個(gè)指標(biāo)的一個(gè)重要考慮，綜合考慮θ=70°作為最佳導(dǎo)通角。3.折線分析法是工程上常用的一種近似方法。利用折線分析法可以對丙類諧振功放進(jìn)行性能分析，得出它的負(fù)載特性、放大特性和調(diào)整特性。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!小信號諧振放大器波形圖高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!4、諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同共同之處:都要求輸出功率大和效率高。功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。

諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)(c＜90)，為了不失真的放大信號，它的負(fù)載必須是諧振回路。

非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負(fù)載為無調(diào)諧負(fù)載，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負(fù)載。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!5、非線性功率放大電路分析方法二大類：圖解法和解析近似分析法（1）圖解法：利用管子的特性曲線來對它的工作狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。特點(diǎn)：客觀、準(zhǔn)確，但煩冗。（2）解析近似分析法：將管子的特性曲線用某些近似解析式（折線法）來表示，然后對放大器的工作狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算。特點(diǎn)：方便、物理概念清楚，但準(zhǔn)確度低。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!故晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線表達(dá)式：諧振功率放大器轉(zhuǎn)移特性曲線故得：必須強(qiáng)調(diào)指出，集電極電流ic雖然是脈沖狀，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。諧振功率放大器各部分的電壓與電流的波形圖如下頁的圖所示轉(zhuǎn)移特性icVBZo理想化icmaxicwto+qc–qco+qc–qcVbmVbmebvc–VBBwt高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!高頻功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!2、諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率

功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號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)榻涣餍盘柟β瘦敵鋈ァＳ汕笆鏊河幸徊糠止β室詿崮艿男问较脑诩姌O上，成為集電極耗散功率。PDC=直流電源供給的直流功率；Po=交流輸出信號功率；Pc=集電極耗散功率；根據(jù)能量守衡定理：故集電極效率：高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!如何減小集電極耗散功率Pc可見使ic在最低的時(shí)候才能通過，那么，集電極耗散功率自然會大為減小。晶體管集電極平均耗散功率：故：要想獲得高的集電極效率，諧振功率放大器的集電極電流應(yīng)該是脈沖狀。導(dǎo)通角小于180(c＜90)，處于丙類工作狀態(tài)。諧振功率放大器工作在丙類工作狀態(tài)時(shí)c＜90，集電極余弦電流脈沖可分解為傅里葉級數(shù)：高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!集電極電壓利用系數(shù)波形系數(shù)，通角c的函數(shù)；c越小g1(c)越大越大(即Vcm越大或ecmin越小)c越小效率c越高。因此，丙類諧振功率放大器提高效率c的途徑即為減小c角；使LC回路諧振在信號的基頻上，即ic的最大值應(yīng)對應(yīng)ec的最小值。基極偏置為負(fù)值；半通角c＜90，即丙類工作狀態(tài)；負(fù)載為LC諧振回路。故諧振功率放大器的工作特點(diǎn)：高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!折線分析法的主要步驟：1、測出晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線ic~uBE及輸出特性曲線ic~uce，并將這兩組曲線作理想折線化處理2、作出動態(tài)特性曲線3、是根據(jù)激勵(lì)電壓vb的大小在已知理想特性曲線上畫出對應(yīng)電流脈沖ic和輸出電壓vc的波形4、求出ic的各次諧波分量Ic0、Ic1、Ic2……由給定的負(fù)載諧振阻抗的大小，即可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)高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!若臨界線的斜率為gcr，則臨界線方程可寫為ic=gcruCE1)欠壓工作狀態(tài)：集電極最大點(diǎn)電流在飽和臨界線的右方，交流輸出電壓較低且變化較大。在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種：由上圖可見，在飽和區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!三、集電極余弦電流脈沖的分解當(dāng)晶體管特性曲線理想化后，丙類工作狀態(tài)的集電極電流脈沖是尖頂余弦脈沖。這適用于欠壓或臨界狀態(tài)。尖頂余弦脈沖晶體管的內(nèi)部特性為：它的外部電路關(guān)系式當(dāng)t=0時(shí)，ic=icmax因此ic=gc(uBE–VBZ)uBE=–VBB+VbmcostuCE=VCC–Vcmcosticmax=gcVbm(1–cosc)icmaxwto2qc高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!若將尖頂脈沖分解為傅里葉級數(shù)由傅里葉級數(shù)的求系數(shù)法得其中：尖頂脈沖的分解系數(shù)an2.01.00.50.40.30.20.1020°40°60°80°100°qca1a0180°120°160°a1a0a0a1a2a3140°高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!尖頂脈沖的分解系數(shù)由于：－波形系數(shù)由曲線可知：極端情況c=0時(shí)，此時(shí)=1，c可達(dá)100%因此，為了兼顧功率與效率，最佳通角取70左右。an2.01.00.50.40.30.20.1020°40°60°80°100°qca1a0180°120°160°a1a0a0a1a2a3140°高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!當(dāng)放大器工作于諧振狀態(tài)時(shí)，它的外部電路關(guān)系式為uBE=–VBB+Vbmcost

uCE=VCC–Vcmcost消去cost可得，uBE=–VBB+Vbm另一方面，晶體管的折線化方程為ic=gc(uBE–VBZ)得出在ic–uCE坐標(biāo)平面上的動態(tài)特性曲線(負(fù)載線或工作路)方程：（4.3.19）=gd(uCE–V0)負(fù)載線的斜率為，截距為高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!icic321Im0180°＜90°半導(dǎo)通角wtBACD321負(fù)載增大eb=ebmaxVCCQecminVcm1.欠壓狀態(tài)2.臨界狀態(tài)3.過壓狀態(tài)RpVcmVcm2.功率放大器的負(fù)載特性

什么是負(fù)載特性呢？即VCC、VBB、vb不變時(shí)，與負(fù)載之間的關(guān)系。

在其他條件不變(VCC、VBB、vb為一定)，只變化放大器的負(fù)載電阻而引起的放大器輸出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負(fù)載特性。電壓、電流隨負(fù)載變化波形高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!②臨界狀態(tài)負(fù)載線和ebmax正好相交于臨界線的拐點(diǎn)。放大器工作在臨界線狀態(tài)時(shí)，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。③過壓狀態(tài)放大器的負(fù)載較大，在過壓區(qū)，隨著負(fù)載Rp的加大，Ic1要下降，因此放大器的輸出功率和效率也要減小。電壓、電流隨負(fù)載變化波形icic321Im0180°＜90°半導(dǎo)通角wtBACD321負(fù)載增大eb=ebmaxVCCQecminVcm1.欠壓狀態(tài)2.臨界狀態(tài)3.過壓狀態(tài)RpVcmVcm高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!欠壓過壓0臨界Ic1Ic0VCRp0hcP=PoPc欠壓過壓臨界Rp過壓狀態(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、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。負(fù)載特性曲線高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!五、放大器工作狀態(tài)及導(dǎo)通角的調(diào)整1.導(dǎo)通角c的調(diào)整由若保持Vb不變增加偏壓（VBB絕對值變?。换虮３諺BB不變增大激勵(lì)電壓振幅Vb；或同時(shí)增大VBB和Vb，這三種情況均可使導(dǎo)通角c增大，若相反，則可使c減小。轉(zhuǎn)移特性icVBZo理想化icmaxicwto+qc–qco+qc–qcVbmVbmebvc–VBBwt但是采取上述三種方法中的任一個(gè)方法，當(dāng)c增大時(shí)，ic脈沖電流的振幅Im和輸出功率Po會增大，而當(dāng)c減小時(shí)，Im和Po均將減小。有時(shí)希望增大c，但要保持Im不變，則應(yīng)在增加VBB（增大偏壓）的同時(shí)，適當(dāng)減小激勵(lì)Vb。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!Rp變化時(shí)對工作狀態(tài)的影響：

RP由小變大，動態(tài)線斜率由大變小，即變平坦。放大器由欠壓區(qū)進(jìn)入過壓區(qū)。輸出電壓逐漸變大，脈沖電流幅度降低，并出現(xiàn)凹陷。所以，輸出功率是由小到大后，又由大變小，在臨界狀態(tài)時(shí)最大。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!在過壓區(qū)中輸出電壓隨VCC改變而變化的特性為集電極調(diào)幅的實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)；因?yàn)樵诩姌O調(diào)幅電路中是依靠改變VCC來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅過程的。改變VCC時(shí)，其工作狀態(tài)和電流、功率的變化如上圖所示。00(a)(b)欠壓狀態(tài)過壓狀態(tài)VCC欠壓狀態(tài)過壓狀態(tài)VCCIc0Icm1PoP=Pc高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!Vbm變化時(shí)電流、功率的變化(a)過壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)VbmIC0OIcm1(b)過壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)VbmPoOP=Pcip高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!六、諧振功率放大器的計(jì)算諧振功率放大器的主要指標(biāo)是功率和效率。以臨界狀態(tài)為例：1)首先要求得集電極電流脈沖的兩個(gè)主要參量icmax和c導(dǎo)通角c集電極電流脈沖幅值Icm高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!4)根據(jù)可求得最佳負(fù)載電阻：在臨界工作時(shí)，接近于1，作為工作估算，可設(shè)定=1。“最佳”的含義在于采用這一負(fù)載值時(shí)，調(diào)諧功率放大器的效率較高，輸出功率較大。

可以證明，放大器所要求的最佳負(fù)載是隨導(dǎo)通角c改變而變化的。c小，則Rp大。要提高放大器的效率，就要求放大器具有大的最佳負(fù)載電阻值。

在實(shí)際電路中，放大器所要求的最佳電阻需要通過匹配網(wǎng)絡(luò)和終端負(fù)載(如天線等)相匹配。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!4.4晶體管功率放大器的高頻效應(yīng)一、概述

用折線法分析高頻功率放大器時(shí)要引入相當(dāng)?shù)恼`差，低頻時(shí)誤差還是允許的。但隨著工作頻率的提高，由于晶體管的高頻特性及大信號的注入效應(yīng)而引入的誤差將更大，嚴(yán)重時(shí)，使放大器無法工作。

一方面應(yīng)該考慮晶體管基區(qū)少數(shù)載流子的渡越時(shí)間、晶體管的體電阻(特別是rbb的影響)。飽和壓降及引線電感等因素的影響；另一方面，功率放大管基本工作在大信號，即大注入條件下，必須考慮大注入所引起的基極電流和飽和壓降增加的影響。上述的這些影響都會使放大器的功率增益、最大輸出功率及效率的急驟下降。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!在工作頻率很高，渡越角在0=10~20時(shí)。發(fā)射極電流ie隨著工作頻率提高，存貯在基區(qū)中的載流子由于輸入信號vb迅速向負(fù)極性變化而返回發(fā)射極，因而ie出現(xiàn)反向脈沖，管子的導(dǎo)通角加大，工作頻率越高,ie

反向脈沖的寬度就越大，幅值也越高，導(dǎo)通角也越擴(kuò)展。(2)集電極電流ic

峰值滯后于Ie的峰值二者差一渡越角0，ic導(dǎo)通角也由低頻時(shí)的c增大到c+20，峰值下降。高頻情況下功放管各電極電流波形wt0qcwt0(wt0=10°~20°)ibicie2wt0(3)基極電流ib由于ie出現(xiàn)反向脈沖，根據(jù)ib=ie–ic，所以ib也出現(xiàn)反向電流脈沖，渡越角增大，負(fù)脈沖也增大，使平均值電流（直流）減小，平均值甚至變負(fù)。同時(shí)正脈沖幅度增大，使基波電流增大。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!三、晶體管基極體電阻rbb的影響當(dāng)頻率增高時(shí)，已經(jīng)證明基極電流的基波振值Ib1是迅速增加的，這表明b–e間呈現(xiàn)的交流阻抗顯著減小，因此rbb的影響便相對增加，要求的激勵(lì)功率將更大，這會使功率增益進(jìn)一步減小。四、飽和壓降Vces大信號注入時(shí)，功率管的飽和壓降將增大，在高頻工作時(shí)，集電極體電阻也要提高，致使飽和壓降進(jìn)一步增加。例如:當(dāng)f=30MHz時(shí)，實(shí)測某管的Vces=1.5V，

當(dāng)f=200MHz時(shí)，Vces則可大到3.5V。

Vces的增加，會使功率放大器的輸出功率、效率、功率增益均減少。高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!1.集電極饋電電路根據(jù)直流電源連接方式的不同，集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。一、直流饋電電路LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)

串饋(b)

并饋4.5高頻功率放大器的電路組成

管外電路由二部分組成：直流饋電電路和濾波匹配網(wǎng)絡(luò)高頻-第3章高頻諧振放大器2高頻功放共72頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!

(3)串、并饋直流供電電路的優(yōu)缺點(diǎn)

在并饋電路中，信號回路兩端均處于直流地電位，即零電位。對高頻而言，回路的一端又直接接地，因此回路安裝比較方便，