高頻電子線路課件-第5講

本章導(dǎo) 高頻功率放大電路在系統(tǒng)高頻功率放大器的輸出功率和效率與哪些因素有關(guān)第3頻功率放大電功特點(diǎn)。丙(C)類諧振功率放大器的工作丙類功放的組成：放大器＋帶通輸信基極靜偏集電極態(tài)偏3-1體管高頻功率放大器的原路晶體管輸出電流為周期脈沖形狀，將其命名為弦脈沖電流， 級(jí)數(shù)展開IIc0 Ic1mcostIc2mcos2tLIcnmcosIc0：集電極余弦電流脈沖的直流分 設(shè)輸入信號(hào)是頻率ω Uim為 基極回路為 Uim VCC VCCIc1mRcostVCCUcm式中U

Ic1m

是輸出電直流功率諧振功放輸出交流功率、:PDUCCIC 1UP0

I

2

coP1D C PCPD增大減小IC0(即減小集電極平均電流,通過降低靜態(tài)工作點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)) 三種不同靜 B、QC和別是甲類、乙類和丙類工作時(shí)的

甲、甲類功放分在甲類工作狀態(tài)時(shí),為保證不失真,必須滿足Ic1m≤IC0,又Ucm≤UCC(忽略晶體管飽和壓降),所以由效率公式可知,最高效率為50%。乙類功放分在乙類工作狀態(tài)時(shí),集電極電流是在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的尖頂余脈沖,可以用傅氏級(jí)數(shù)展開為iCiC0Ic1mcos0tIc2mcos0t1 1 cost2 cos2t 2 其中ICm是尖頂余弦脈沖的高度11 1 丙類功放分 問題：功率放大電路是大信號(hào)工作 而在大號(hào)工作時(shí)必須考慮晶體管的非線性特性,這樣將使解決方法：為簡化分析,可以將晶體管特性曲線理想化,即用一條或幾條直線組成折線來代替,稱為折將晶體管轉(zhuǎn)移特性折線化,由此來分析丙類工作臨界和欠壓過壓臨界和欠壓過壓晶體管轉(zhuǎn)移特性曲 晶體管輸出特性曲 g(uBE Uon uBE≥Uon0 0 U圖3.3諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性與輸入電壓、輸出u000丙類狀態(tài)轉(zhuǎn)移特集電極余弦電流脈沖 Uim代入

g(uBE Uon

uBE≥Uon0 0

Uon得 g(VBBUimcostUon由圖3.3可知，當(dāng)t 時(shí) cosUon

則當(dāng)ωt=0iC

g(VBBUimUon)gUim(1cos將上兩式代入集電極電流的表達(dá)式，并整理得iC

cost1將iC

cost1

展開 級(jí)其中

i

sincos

( Ic0

2

t)

(1cos

icostd(t)

sincos M

2

(1cos

icosntd(t)

2sinncos2nsincosn (

2

n(n21)(1cos

Ic0 Icnmcos Ic0 Icnmcos113500

定義波形)

g()

10(10

2040

80100120140160

80100120140160 圖3.4輸出功率與放大器 1 P 2

2()2

2 為了提高輸出功率，需增大基波電流分解系 由圖12。 因此在丙類工作狀態(tài)時(shí)，放大器并不是輸出功率最大集電極電源提供的直放大器的

1Ic1mUcm 2ID定義：集電極利用

1g 1gC21增大波由式(3.18)與式(3.5)可知，增大用系數(shù)從導(dǎo)通 忽略集電極飽和壓降，設(shè)集電極利用系數(shù)為1，當(dāng)導(dǎo)通角70度，集電極效率可達(dá)到85.9%；而120度時(shí)的效率只能達(dá)到64%。。1甲類

180o，g1()

乙類90o，g(1.57， 丙類（設(shè) ）：60o，g()1.8， 壓Uon=0.6V，該放大

Vcc18V，VBB0.3V，Uim 。求導(dǎo)通角、Icm、Ic1m、Ic0以及Ucm解

cos

0.60.30.33

則： gUim(1cos)0.9(1-0.33)

(70.7) (70.7)則：Ic0 (70.7)

(70.7)Ic1m 600.263

P1

115.80.2632 VCC 180.153C C

2.08 諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)特性諧振功率放大器的動(dòng)1.性能 問題 Ucm的大小受哪些參數(shù)影響 ,借助諧振功放輸入回路、輸出回路和晶體管轉(zhuǎn)移特性的表達(dá)式,來分析以上兩個(gè)問題。CA—飽和區(qū)動(dòng)態(tài)AB的CA—飽和區(qū)動(dòng)態(tài)AB的位置是gdgd (1cos g(1cos0

0

D 0

iC=-gd(uCE-0

CEQuCE由于諧振功放的負(fù)載是選頻網(wǎng)絡(luò),故輸出交電壓uc必然是一個(gè)完整的余弦信號(hào)圖折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性在圖3.5中，若放大器工作在欠壓狀態(tài)，此時(shí)放大器工作

由 u

）當(dāng)t

VBBUim，得到

VCCU uBEVBB，得到Q22

uBEVBB-

Ucm連接A、Q點(diǎn)，其與橫軸相交于B點(diǎn)，則A、B、C即為動(dòng)態(tài)由圖3.5可知，臨界飽和線、截止區(qū)的動(dòng)態(tài)線都是確 dU(1cos dU(1cos1R()(1cos gVgV（1）負(fù)載特諧振功放的負(fù)載特性：若UBB、UCC和Ubm三個(gè)參數(shù)固定,發(fā)生變化,動(dòng)態(tài)線、Ucm以及Po、ηc等性能指標(biāo)會(huì)有什么變化由圖3.6可知：UBB和UCC固定意味著Q點(diǎn)固定,Ubm固定進(jìn)根據(jù)式(3.2.14)：放大區(qū)動(dòng)態(tài)線斜率1/Rd將僅隨RΣ

流減小

B2

uCE

A2—臨界A3—過壓uCE 圖 三種不同斜率情況下的動(dòng)態(tài)線及波形分 幅Ucm1也最小,晶體管工作在放大區(qū)和截止區(qū)。 動(dòng)態(tài)線A3B3的斜率最小,即對(duì)應(yīng)的負(fù)載RΣ最大,幅Ucm3比Ucm2略為增大,晶體管工作在飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)根據(jù)輸出電壓振幅大小的不同這三種工作狀態(tài)分別稱為欠壓狀態(tài)放大區(qū)和飽和區(qū)又可分別稱為欠壓區(qū)和過壓區(qū)注意,在過壓狀態(tài)時(shí),iC波形的頂部發(fā)生凹陷,這是由于進(jìn)入過壓區(qū)欠 臨 過壓

欠 臨圖3.7諧振功放的負(fù)載特隨著RΣ的逐漸增大,動(dòng)態(tài)線的斜率逐漸減小,由欠壓狀態(tài)進(jìn)入臨界狀態(tài),再進(jìn)入過壓狀態(tài)。（2）放大 放大特性：若UBB、UCC、RΣ三個(gè)參數(shù)固定,輸入U(xiǎn)bm變化, 圖3.12是利用折線化轉(zhuǎn)移特性分析丙類工作時(shí)iC波形隨變化的關(guān)系,并給出了Ucm、Ic1m和Ic0與Ubm的關(guān)系曲線。 由于Ubm的變化將導(dǎo)致θ的變化 從而使輸出特性欠壓,所以利用輸出特性分析放大特性不方便000 在欠壓狀態(tài)時(shí),Ucm隨Ubm增大而增大,但不成線性關(guān)系,, 會(huì)隨Ubm的變化而變化,此時(shí)Ucm與Ubm才成正比關(guān)系。（3）.調(diào)制特(3.1)基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性：若UCC、RΣ和Ubm固定,輸出電壓振幅Ucm隨基分析方法：由于UBB和ub是以串聯(lián)迭加方式處于功放的輸入回路,所以UBB的變化與ub的振幅Ubm的變化對(duì)輸出電流iC和輸出電基極調(diào)制的目的：使Ucm隨UBB的變化規(guī)律而變化,所以功放應(yīng)工作在欠壓狀態(tài),才能使UBB對(duì)Ucm有控制作用?；鶚O調(diào)制基極調(diào)制特性是指僅改變基極偏置電壓VBB時(shí)，放大器流、電壓等的變化特性，其波形如圖3.10所示圖3.10基極電壓變化的 3.11集電極調(diào)制特性：若UBB、RΣ和Ubm固定, 21Ⅱ壓Ⅰ臨界欠壓21Ⅱ壓Ⅰ臨界欠壓0UCC3UCC20uⅢ ⅡⅠⅢ 區(qū),的動(dòng)態(tài)欠移,動(dòng)態(tài)線的斜率不變。在欠壓狀態(tài)時(shí),當(dāng)改變時(shí)Ucm在過壓狀態(tài)時(shí),Ucm此時(shí)功放應(yīng)工作在過壓狀態(tài), 才能使UCC時(shí)對(duì)Ucm有控制作用, 即振幅0調(diào)制作用

圖.3..8.9 小根據(jù)以上對(duì)丙類諧振功放的性能分析,可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論若對(duì)等幅信號(hào)進(jìn)行功率放大,應(yīng)使功放工作在臨界狀態(tài),此時(shí)輸出功率最大,效率也接近最大。比如對(duì)調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行功率若對(duì)非等幅信號(hào)進(jìn)行功率放大,應(yīng)使功放工作在欠壓狀態(tài), 若調(diào)制信號(hào)加在基極偏壓上,功放應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)若調(diào)制信號(hào)加在集電極電壓上,功放應(yīng)工作在過壓狀態(tài)回路等效總電阻RΣ直接影響功放在欠壓區(qū)內(nèi)的動(dòng)態(tài)線 Vcc=18V，臨界飽和線斜率為gcr=0.6A/v ，導(dǎo)通角θ=60o PD以及集電極效率ηcgcr

VCCU得Ucm

180.45 (60)(60)

II

(60 0.45P1

1 (60) cm cm PDUVIc0UVIcm0(60)180.450.22

1.47D D【例】已知一諧振功放工作在欠壓狀態(tài)，如果要將它調(diào)整到臨界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？不同調(diào)整方法所得到的輸出解：可以有四種調(diào)整方法。設(shè)原輸出