毕业论文：工作状态对谐振功放性能影响的分析与研究.doc

毕业设计报告（论文）诚信承诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名:日 期:东南大学成贤学院毕业设计报告工作状态对谐振功放性能影响的分析与研究摘 要高频功率放大器是各种无线电发射机的主要组成部分，在高频电子线路中占有重要地位。由于其激励信号大，它的分析方法，指标要求，工作状态等方面都不同于高频小信号选频放大器。高频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，这是研究这类放大器应该抓住的主要矛盾，工作状态的选择就是由这主要矛盾决定的。在给定元器件之后，为获得高的输出功率与效率，应采用丙类工作状态。相比之下，丙类谐振功放的失真度虽然较大，但输出功率大、效率高、节约能源，所以是高频功率放大器中经常选用的一种电路形式。丙类谐振功放效率高的原因在于导通角小，也就是晶体管导通时间短，集电极功耗减小。但导通角越小，将导致输出功率越小。所以选择合适的导通角，是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标的一个重要考虑。折线分析法是工程上常用的一种近似方法。利用折线分析法可以对丙类谐振功放进行性能分析，得出它的负载特性、放大特性和调频特性。关键词：谐振功率放大器 输出功率 效率 高频功率放大器 折线法分析IIIWorking state of the resonant Power-Amplifierperformance of Analysis and ResearchAbstractHigh-frequency radio transmitter power amplifier are all the major component of high frequency electronic circuit occupies an important position. Due to its excitation signal, its analysis, target, status and other aspects of the work is different from the high-frequency small-signal frequency-selective amplifier. The main technical indicators of high-frequency power amplifier is the output power and efficiency, which is of such amplifiers should grasp the principal contradiction, work status choice is determined by this principal contradiction. After a given component, without the high output power and efficiency, should be C working condition. In contrast, C harmonic distortion of power amplifier although large, but the output power, high efficiency, energy conservation, it is frequently used high-frequency power amplifier in a circuit form. Class-C resonant Power-Amplifier and high efficiency is due to conduction angle is small, the transistor conduction time is short, collector power dissipation decreases. However, the smaller the conduction angle will result in smaller output power. So select the appropriate conduction angle, is a Class-C resonant Power-Amplifier harmonic balance between efficiency and output power in the two indicators is an important consideration. Line analysis is a commonly used engineering approximation. Line analysis can be used on the C resonance amplifier performance analysis, reached its load characteristics, zoom feature and FM features.Keywords： resonant Power-Amplifier；output power；efficiency；high-frequency power amplifier；line analysis目 录第一章 绪论1第二章 放大电路22.1 放大电路概述22.2高频功率放大电路22.2.1高频功率放大器的特点22.2.2高频功率放大器的分析方法32.2.3功率放大器的主要技术指标42.2.4影响放大器输出功率的主要因素4第三章 谐振功率放大器63.1谐振功率放大器的工作原理63.2电路性能的分析73.3谐振功率放大器的工作状态83.3.1谐振功率放大器的三种工作状态83.3.2 Rp、VCC、Ubm、VBB变化对工作状态的影响113.3.3谐振功率放大器的实用电路实例15第四章 结论19致谢20参考文献（References）21第一章 绪 论在通信系统中，高频功率放大电路作为发射机的重要组成部分，用于对高频已调波信号进行功率放大，然后经天线将高频信号辐射到空间，所以要求输出功率很大。由于输出功率大，从节省能量的角度考虑，效率显得非常重要。因此，高频功放常采用效率较高的丙类工作状态，即晶体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态。同时，为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量，采用LC谐振回路作为选频网络，称为丙类谐振功率放大器。功率放大器（Power Amplifier，PA）的应用领域涵盖蜂巢式行动通讯系统、卫星通讯系统、微波通讯系统、雷达、军事用途，以及ISM/WLAN等不同产品。几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。谐振电路即由电感L和电容C成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路。在电子和无线电工程中，经常要从许多电信号中选取出我们所需要的电信号，而同时把我们不需要的电信号加以抑制或滤出，为此就需要有一个选择电路，即谐振电路。另一方面，在电力工程中，有可能由于电路中出现谐振而产生某些危害，例如过电压或过电流。所以，对谐振电路的研究，无论是从利用方面，或是从限制其危害方面来看，都有重要意义。谐振放大器指的是一种放大形式，一般在高频或者射频电路中比较常见。在高频或者射频中，谐振放大器一般应用于小信号放大。本课题要求分析不同工作状态对谐振功放性能的影响，总结不同工作状态适用的应用场合。在谐振功率放大器中，根据三极管工作时是否进入饱和区可将其分为欠压、临界和过压三种工作状态，工作于不同状态时，功率放大器的主要技术指标（输出功率、效率等）随电路参数的变化规律不同，利用这些特点可以实现不同的应用电路。20第二章 放大电路2.1 放大电路概述在通信系统中，收、发两地一般较远，信号经过信道传输，受到很大衰减，到达接收端的高频信号电平多在微幅数量级。因此，必须先将微弱信号进行放大再解调。在多数情况下，信号不是单一频率的，而是占有一定频宽的频带信号，将完成频带信号放大任务的电路称为高频小信号频带放大电路。另外，在同一信道中，可能同时存在许多偏离有用信号频率的干扰信号，因此小信号放大电路除有放大功能外，还必须有具有选频功能，高频小信号频带放大电路又可视为有缘滤波器，它集放大、选频为一体，其电路模型必然由有源放大器件和无源选频网络所组成。如图2-1所示 图2-1高频小信号频带放大电路组成作为放大器件可以是晶体管、场效应管或集成电路。选频网络可以是LC谐振回路，或者是声表面波、陶瓷、晶体滤波器。不同的组合方法，构成了各种各样的电路形式。高频小信号放大器电路分为窄频带放大电路和宽频带放大电路两大类。前者对衷心频率在几百千赫兹到几十兆赫兹，频谱宽度在几千赫兹到几十兆赫兹内的微弱信号进行不失真的放大，故不仅需要有一定的电压增益，而且需要有选频能力。后者对几兆赫兹至几百兆赫兹较宽频带内的微弱信号进行不失真的放大，故要求放大电路的下限截止频率很低（有些要求到零频即直流），上限截止频率很高。窄频带放大电路由双极型晶体管（以下简称晶体管）、场效应管或集成电路等有源器件提供电压增益，由LC谐振回路、陶瓷滤波器、石英晶体管滤波器或声表面波滤波器等器件实现选频功能。它有两种主要类型：以分立元件为主的谐振放大电路和以集成电路为主的集中选频放大器。宽频带放大电路也是由晶体管、场效应管或集成电路提供电压增益。为了展宽工作频带，不但要求有源器件的高频性好，而且在电路结构上采取了一些改进措施。高频小信号放大电路是线性放大电路。2.2高频功率放大电路2.2.1高频功率放大器的特点在使用电路中，往往要求放大电路的末级（即输出级）输出一定的功率，以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。从能量控制和转换的角度看，功率放大电路与其他放大电路在本质上没有根本的区别，只是功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。在电源电压确定后，输出尽可能大的功率和提高转换效率始终是功率放大电路要研究的主要问题。因而围绕这两个性能指标的改善，可组成不同电路形式的功放。此外，还常围绕功率放大电路频率响应的改善和消除非线性失真来改进电路。我们已经知道，在低频放大电路中为了获足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器。同样，在高频范围，为了获得足够大的高频输出功率，也必须采用高频功率放大器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高。但由于两者的工作效率和相对频带宽度相差很大，就决定了它们之间有着根本的差异：低频功率放大器 的工作效率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自2020000Hz，高低频率之比达1000倍，因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率很高，但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（5351605kHz的频率范围）的频带宽度为10kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可以工作在甲类、乙类或甲乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器一般都工作于丙类（某些特殊情况可以工作于乙类）。综上所述，高频功率放大器与低频功率放大器的共同点是要求输出功率大，效率高；它们的不同点是两者的工作频率相对频宽不同，因而负载回路与工作状态也不同。从低频电子线路课程了解到，放大器可以按照电流的流通角的不同，分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角为180；丙类放大器电流的流通角则小于180.乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中的最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于才有那个调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波功能，回路电流与电压仍然接近于正常波形，失真很小。2.2.2高频功率放大器的分析方法由于高频功率放大器通常工作在丙类。属于非线性电路，因此不能用线性等效电路来分析。对它们的分析方法可以分为两大类：一类是图解法，即利用电子器件的特性曲线来对它的工作状态进行计算；另一类是解析近似分析法，即将电子器件的特性曲线用某些近似解析式来表示，然后对放大器的工作状态进行分析计算。最常用的解析近似分析法是用折线来表示电子器件的特性曲线，称为折线法。总的来说，图解法是从客观实际出发，计算结果比较准确，但对工作状态的分析不方便；折线近似发的物理概念清楚，分析工作状态方便，但准确度较低。2.2.3功率放大器的主要技术指标1.最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。在输入为正弦波且输出基本不失真条件下，输出功率是交流功率，表达式为Po=I0U0 ，式中I0 和U0均为交流有效值。最大输出功率Pom是在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。2.转换效率功率放大电路的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为转换效率。电源提供的功率是直流功率，其值等于电源输出电流平均值及其电压之积。通常功放输出功率大，电源消耗的直流功率也就多。因此，在一定的输出功率下，减小直流电源的功耗，就可以提高电路的效率。2.2.4影响放大器输出功率的主要因素为了获得足够大的输出功率，要求放大器输出较大的电压和电流的幅度，这样就会使功率放大器件接近甚至超过其极限运用状态。就功率晶体管而言，它有三个极限参数，即集电极最大允许电流、集电极反向击穿电压、集电极最大允许耗散功率。只要功率管的集电极电流。电压和功耗中的任意一个超过其极限值，都可能使器件烧坏。集电极功耗的大小是由集电极电流和电压所决定的。因此，要使功率管不超过其极限运用状态，主要是限制集电极电流和电压不超过最大允许值，这样就能保证功率管安全工作。然而，这又使输出功率受到限制。课件，影响功率放大器输出功率的主要因素是功率管本身的集电极最大允许电流。、反向击穿电压和最大允许耗散功率三个极限参数。在功率放大电路中，功放管既要流过大电流，又要承受高电压。因此，功率放大电路的安全工作条件，就要保证功放管的安全运行。在实用电路中，常加保护措施，以防止功放管过电压、过电流和过功耗。从晶体管的输出特性可知，对于某一条输出特性曲线，当c-e之间电压增大到一定数值时，晶体管将产生击穿现象；而且，IB愈大，击穿电压愈低，称这种现象叫做“一次击穿”。此时若不加以限制，电流将猛增，而管压降却减小，造成“二次击穿”。晶体管经过二次击穿后，性能将明显下降，甚至造成永久性损坏。在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在尽限应用状态，集即晶体管集电极电流最大是时接近ICM 。管压降最大时接近U（BR）CEO，耗散功率最大时接近PCM。ICM 、U（BR）CEO 、PCM分别是晶体管的极限参数：最大集电极电流、c-e间能承受的最大管压降和集电极最大耗散功率。因此，在选择功放管时，要要特别注意极限参数的选择，以保证管子安全工作。需要注意的是功放管通常为大功率管，查阅手册时要特别注意其散热条件，使用时必须安装合适的散热片，有时还要采取各种保护措施。功率管在安全工作的条件下，非线性失真在允许的范围内，高效率地输出大的功率即功放的任务。第三章 谐振功率放大器 根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。其中窄带型高频功率放大器通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。3.1谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的原理电路如图3-1所示。图中，为了使放大器工作于丙类，要求晶体管发射结为反偏或零偏，输出回路用LC谐振电路做选频网络。图3-1谐振功率放大器的原理图在输入余弦信号电压ube =Ubm cost的激励下，图3-2所示的工作波形表示了功率放大器工作在丙类状态。在丙类工作状态下，eb =-VBB+Ubmcost较小，且uBEUon才有集电极电流通过，故集电极耗散功率小，效率高。图3-2 谐振功率放大器各极电压和电流波形图晶体管的集电极电流ic是一个周期性的顶尖余弦脉冲，用傅氏级数展开ic得：式中，Ic0，Ic1m，Ic2m，Icnm分别为集电极的直流分量，基波分量，以及各高次谐波分量的振幅。当输出回路的选频网络谐振于基波频率时，输出回路知对集电极电流中的基波分量呈现很大的谐振电阻，而对其他各次谐波分量呈现很小的电抗，并可看成短路。这时余弦脉冲形状的集电极电流ic流经选频网络时，只有基波电流才产生压降，因而输出电压近似为余弦波形，并且与输入电压ub同频、反相，如图3-2。3.2电路性能的分析在工程上，对于工作频率不是很高的谐振功率放大器的分析与计算，通常采用准线性的折线分析法。准线性放大是指仅考虑集电输出电流中的基波分量在负载两端产生输出电压的放大作用。所谓折线法，是指用几条直线来代替晶体管的实际特性曲线，然后用简单的数学解析式写出它们的表达式。将器件的参数代入表达式中，就可进行电路的计算。折线法在分析谐振功率放大器工作状态时，物理概念清楚，方法简单，但其准确度比较差，不过作为工程近似估算满足要求。准线性折线分析法的条件如下。忽略晶体管的高频效应。在此条件下，可以认为功率晶体管在工作频率下只考虑非线性电阻特性，而不考虑电抗效应。因此，可近似认为，功率晶体管的静态伏安特性就能代表它在工作频率下的特性。输入和输出滤波具有理想滤波特性。在此条件下，在图3-1所示电路中，集电极-发射极间电压仍是余弦波形且与输入电压相位相反，可写为eb = UBB + Ubmcoswtec = UCC Ucmcoswt晶体管的静态伏安特性可近似用折线表示。例如，图3-3所示电路中的晶体管特性，采用了折线法，图中Uon表示晶体管的导通电压。图3-3 晶体管折线化后转移特性曲线及iC电流图3-3所示的是用晶体管折线化后的转移特性曲线，它绘出的丙类工作状态下的集电极电流脉冲波形，折线的斜率用G表示。设输入信号ube =Ubm cost，发射结电压为uBE=VBB+ Ubm cost晶体管折线化的转移特性：当uBE Uon时，iC 0；当uBE Uon时，iC G（uBE Uon）将上式代入，可得 iCG（UBB + UbmcoswtUon）。3.3谐振功率放大器的工作状态3.3.1谐振功率放大器的三种工作状态可以按照晶体管在信号激励下一周期是否进入晶体管特性曲线的饱和区来划分谐振功率放大器的工作状态。分析谐振功率放大器的性能，一般采用在谐振功率放大器的动态线上进行。这样做比较方便、直观。当VBB、VCC、Ubm和负载谐振电阻Rp确定后，在准线性条件下，uBE和 uCE变化时，谐振高哦过来放大器工作点变化的轨迹称为动态线，也可称为谐振功率放大器的交流负载线。动态线上的每一点都反映了基极电压uBE、集电极电压uCE与集电极电流iC之间的关系（即瞬时关系）。图3-4 谐振功率放大器以图3-4为例制作动态线。当放大器工作在谐振状态时，由图可得，电路外部关系 uBE =VBB + Ubm costuCE = VCC + Ucm cost 由上两式可得为图3-5中的B点。其中Q点是为了作图而虚设的一个电流点，即辅助点。 将Q点和B点连接，并向上延长与uBE = UBemax = VBB+Ubm的输出特性曲线相交于A点，则直线AB便是谐振功率放大器的动态线，也可称为谐振功率放大器的交流负载线。处在放大区部分的动态线与输出特性曲线的每一个交点，都是放大器的输入信号作用下的动态工作点，利用这些点可以求出不同的iC值，从而可以画出iC的脉冲波形，在这个区是沿饱和线OA移动的。在电压uBE和uCE 同时变化的，集电极电流iC的动态路径沿OA、AB、BD变化。这三条线区称为集电极电流动态特性。图3-5谐振功率放大器的动态线或集电极ic电流波形谐振功率放大器的动态负载电阻Rc可用动态先斜率的倒数求得：从上式可以看出，谐振功率放大器的动态电阻Rc与导通角q有关，也与谐振电阻Rp有关。值得注意的是，Rc是在2q内求得的，而Rp是Ucm与Ic1m之比值。当放大器工作在甲类状态时，q = 180，这时Rc与Rp相等。从上面可知，不同的Rp有不同的动态线的斜率，因此，放大器的工作状态将随着Rp的不同变化，图3-6作出了不同Rp时的三条负载线（对应三种工作状态）及相应的集电极脉冲波形。谐振功率放大器的三种工作状态：欠压状态、临界状态、过压状态，对应的动态线分别为A1Q、A2Q、A3Q。图3-6 三种工作状态（1） 欠压状态 在图3-6所示动态线A1Q下所画得的集电极电流是余弦脉冲，余弦脉冲高度是比较高的，集电极交变电压Ucm1幅度是比较小的，我们把这种工作状态称为欠压状态。当放大器工作在欠压状态时，Rp较小，Ucm1较小；在uCE = uCEmin时，负载线与uBE = uBEmax所在的那条特性曲线交于A1点，动态工作点摆动上端离饱和区还有一段距离，这时的动态工作点都处在晶体管特性曲线的放大区。（2） 临界状态 在图3-6所示动态线A2Q线所画得的集电极电流波形仍是余弦脉冲波形。余弦脉冲高度由A2点决定。在此状态下的脉冲高度比欠压状态的略小，这时的集电极交变电压Ucm2的幅度是比较大的，我们把这种工作状态称为临界状态。当放大器工作在临界状态时，Rp较大；在uCE = uCEmin时，负载线与uBE = uBEmax所在的那条特性曲线交于临界点A2，除A2点外，其余动态工作点都处在晶体管特性曲线的放大区。（3） 过压状态 在图3-6所示动态线A3Q线下所画得的集电极电流波形出现凹陷状态。把集电极电流脉冲出现在凹顶形状的工作状态称为过压状态。当放大器工作在过压状态时，Rp很大，Ucm3也很大，在uCE = uCEmin时，负载线与特性曲线交于临界点A3，此时动态线的上端进入饱和区。在过压状态下，出现凹陷的原因是Rp加大到一定程度后，可使晶体管工作点摆到饱和区内，在这个交变电压幅度Ucm3加大时，集电极电压Uce是减小的。当Uce减小到超过临界点A3时，集电极电流将沿饱和线OA3变化，其幅度从A3点起不断降低，随着Ucm3继续加大，Uce迅速减小；在A5点，集电极电流降低到最低值。通常把电流iC沿饱和线下降的那条线称为临界线。当Uce从最小值回升的时，集电极电流增大，直至脱离饱和区后，集电极电流才随Uce的增加而减小。结果导致集电极电流顶部出现凹陷的余弦脉冲，但是集电极输出交变电压Ucm3确是最大的。在欠压状态时，基波电压幅度较小，电路的功放作用发挥的不充分；而在过压时，电流脉冲出现凹陷，集电极电流中的基波分量和平均分量都急剧下降，并且其他谐波分量明显加大，这对于高频功率放大也很不利，通常高频功率放大器一般选择在临界状态工作，可以获得的输出功率最大，效率也很高。3.3.2 Rp、VCC、Ubm、VBB变化对工作状态的影响图3-7 Rp变化时的iC波形（1） Rp变化时对工作状态的影响（负载特性）若VCC、Ubm、VBB不变，放大器随Re变化的特性称为负载特性。在当VCC、Ubm、VBB一定时，放大器的性能将随着Rp改变。在Rp由小增大事放大器将由欠压状态进入过压状态，相应的iC有尖顶余弦脉冲变为凹陷的脉冲，如图3-7所示。由此画出Ic0、Ic1m、Ucm随Rp变化的性能，如图3-8（a）所示。通过计算又可画出Po、c随Rp变化的曲线，如图3-8（b）所示。 图3-8 谐振功率放大器的负载特性 在欠压工作状态下，Rp较小，输出功率Po和效率c较低，集电极耗散功率Po较大。当Rp由小增时，相应的，Ic0和Ic1m也将略有减小，Ucm和Po近似线性增大，PDC略有减小，结果是c增大，Pc减小。应当注意，当Rp = 0，即负载短路时，集电极耗散功率打到最大值，从而有使晶体管烧毁的可能。因此，在调整功率放大器的过程中，必须防止由于严重失谐而引起的负载短路。 在临界工作状态下，谐振功率放大器输出功率Po最大，效率c也比较高，集电极耗散功率Pc较小，一般发射机的末级多采用临界工作状态。这时的放大器接近最佳工作状态，在临界工作状态下的Rp可由下式求得： 在过压状态下，当负载Rp变化时，输出信号电压幅度Ucm变化不大，因此，在需要维持输出电压比较平稳的场合（例如中间级）可采用过压状态。掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。（2） VCC变化对工作状态的影响（集电极调制特性）若VBB、Ubm、Rp不变，放大器随VCC变化的特性叫做集电极调制特性。当VBB、Ubm、Rp一定时，放大器的性能将随着VCC改变。在VCC由小增大时，动态线由左向右平移，动态线的上端沿着uBC=uBEmax的输出特性曲线自左向右平移，即放大器的工作状态由过压状态进入欠压状态，iC脉冲由凹顶状向尖顶脉冲变化（脉冲宽度近似不变），如图3-9（a）所示。在过压区时，iC脉冲高度将随VCC增大而增高，凹陷深度随VCC增大而变浅，因而Ic0、Ic1m、Ucm将随VCC增大而增大。在欠压区时，iC脉冲高度随VCC变化不大，因而Ic0、Ic1m、Ucm将随VCC增大而变化不大，如图3-9 (b）所示。把Ucm随VCC变化特性称为集电极调制特性。集电极调制是实现集电极调幅的原理依据。图3-9 VCC变化对工作状态的影响（3） Ubm变化时对工作状态的影响（放大特性） 若VCC、VBB、Rp不变，放大器的性能随Vbm变化的特性称为谐振功率放大器的放大特性。当VCC、VBB、Rp一定时，放大器的性能将随着Ubm改变。在Ubm由小增大时，放大器的工作状态由欠压进入过压，如图3-10（a）所示。进入过压状态后，随着Ubm增大，集电极电流脉冲出现中间凹陷，且高度和宽度增加，凹陷加深。在欠压状态时，Ubm增大，iC脉冲高度增加显著，所以，Ic0、Ic1m、Ucm随Ubm的增加而迅速增大。在过压状态时，Ubm增大，iC脉冲高度略有增加，但凹陷也加深，所以，Ic0、Ic1m、Ucm随Ubm增长缓慢，如图3-10（b）所示。图3-10 VCC变化对工作状态的影响（4） VBB变化时对工作状态的影响（基极调制特性） 若Rp、VCC、Ubm不变，放大器的性能随着VBB改变的特性称为积极调制特性。当Rp、VCC、Ubm一定时，放大器的性能将随着VBB改变。放大器工作状态变化如图3-11（a）所示。由uBemax = VBB + Ubm，所以Ubm不变，增大VBB，与VBB不变，增大Ubm的情况是类似的，因此VBB由负变正增大时，集电极电流脉冲宽度和幅度增大，并出现凹陷，放大器由欠压状态过渡到过压状态，Ic0、Ic1m 、Ucm 随VBB的变化曲线如图3-11（b）所示，利用这一特性可实现基极调幅作用，所以把图3-11（b）所示的特性曲线称为基极调制特性。基极调制是实现基极调幅的原理依据。图3-11 VBB变化对工作状态的影响（5） 欠压、临界、过压工作状态的调整调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种方法：改变集电极负载Rp；改变供电电压VCC改变偏压VBB；改变激励Vb。 改变Rp，但Vb、VCC、VBB不变 当负载电阻Rp由小至大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。在临界状态时输出功率最大。 改变VCC，但Rp、Vb、VBB不变当集电极供电电压VCC由小至大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。在欠压区内，输出电流的振幅基本上不随VCC变化而变化，故输出功率基本不变；而在过压区，输出电流的振幅将随VCC的减小而下降，故输出功率也随之下降。在过压区中输出电压随VCC改变而变化的特性为集电极调幅的实现提供依据；因为在集电极调幅电路中是依靠改变VCC来实现调幅过程的。改变VCC时，其工作状态和电流、功率的变化如图3-12所示。图3-12 VCC 变化对工作状态和电流、功率的影响 Vbm变化，但VCC、VBB、Rp不变或VBB变化，但VCC、Vb、Rp不变 这两种情况所引起放大工作状态的变化是相同的。因为无论是Vbm还是VBB的变化，其结果都是引起eb的变化。由 eb= VBB+Vbmcoswt eb max= VBB+Vbm 当VBB或Vbm由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。通过以上分析，可以得出以下结论 欲想改变VCC能有效控制Vcm实现集电极调制，则放大器应工作在过压状态； 欲想改变VBB有效控制 Vcm实现基极调制，则放大器应工作在欠压状态； 欲想改变 Vbm有效控制Vcm实现放大，则放大器应工作在临界状态；可以放大高频等幅波（载波、调频波、调相波）。 欲想改变Vbm ，使 Vcm基本不变，实现限幅，则放大器应工作在过压状态。 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。 过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。 临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。以上讨论可以指导我们调试谐振功率放大器。例如，一个丙类谐振功率放大器，工作在临界状态。在调试中发现输出功率Po和效率c均达不到设计要求，则应如何进行调整。Po不能打到设计要求，表明放大器没有进入临界状态，而是工作在欠压状态。若增大Rp能使Po增大，则根据负载特性可以断定放大器实际工作在欠压状态，在这种情况下，若分别增大Rp、VBB、Ubm或同时两两增大，可使放大器由欠压状态进入临界状态，Po和c同时增长。如果增大Rp反而使Po减小，则可断定放大器实际工作在过压状态，在这种情况下，增大VCC的同时适当增大Rp或Ubm或VBB，可以增大Po和c。同时，增大VCC时，必须史放大器安全工作。3.3.3谐振功率放大器的实用电路实例（1）谐振功率放大器实例图3-13是工作频率为160MHz的谐振功率放大电路。它向负载提供13W功率，功率增量达9dB。图中集电极采用并馈电路，L为高频扼流圈，Ce为旁路电容，基极采用自给偏置电路。放大器的输入端采用T型匹配网络，调节C1和C2，使得功率管的输入阻抗在工作频率上变换为前几放大器所需求的拼配电阻。放大器的输出端采用L型匹配网络，调节C3和C4，使得外接负载电阻在工作频率上变换为放大管所需求的匹配电阻Rp。图3-14是工作效率为50MHz的谐振功率放大电路，它向外接负载提供25W的功率，功率增量达到7dB。这个放大电路的基极馈电电路和输入匹配网络与图3-13所示的电路相同，但集电极改用串馈，并用L2、L3、C3、C4组成匹配网络。图3-13 160MHz谐振功率放大电路 图3-14 50MHz谐振功率放大电路（2）高电平调制电路 高电平调制电路是以高频谐振功率放大器为基础构成的，实际上是一个输出电压振幅受调制信号控制的高频谐振功率放大器。根据调制信号控制方式的不同，高电平调制电路可分为集电极调制电路和基极调制电路。图3-15 集电极调幅电路集电极调幅电路如图3-15所示。等幅载波通过高频变压器T1输入到被调放大器的基极，调制信号通过低频变压器T2加到集电极回路且与电源电压相串联，C1、C2是高频旁路电容。集电极谐振回路调谐到载频上，调幅信号经高频变压器T3送到负载上去。因为载波频率比调制信号频率高得多，因此，可以将音频电压和集电极电源电压看成等效集电极电源电压。式中，VCC为集电极固定电源电压。为调幅系数。即在调制过程中，VBB 、Ub、Rp保持不变，惟有集电极等效电源电压VCC随调制信号而变。由图3-16可见，电流脉冲分量随VCC的变化近于线性变化，集电极谐振回路两端的高频电压也随之线性变化。而VCC是受控制的，因而实现了集电极的调幅。图3-16 集电极调幅的波形图基极调幅的原理电路如图3-17所示。图中C1、C3对载波旁路C2对调制信号频率旁路。因为载波频率比调制信号频率高得多，因此，VBB和可等效为基极电源电压Vbb在调制过程中，VCC、Ub、Rp保持不变，惟有基极等效偏置电压VBB随调制信号而变化，当放大器工作在欠压区时，此时集电极电流的波形为顶尖余弦脉冲；电流脉冲的基波分量随VBB的变化近似线性变化，使集电极这真回路两端的高频电压也随VBB而线性变化。因为VBB是受控制的，因而实现了基极的调幅。其波形如图3-18所示。 图 3-17基极调幅电路 图 3-18 基极调幅波波形图（3）晶体管倍频器图3-19 晶体管倍频器在无线电发射机中常采用倍频器，其目的是降低振荡频率，提高振荡器的频率稳定度。其电路形式与丙类谐振功放相似，工作在欠压或者过压状态，一般不工作在过压状态的原因是由于需很大的激励功率，会使功率管增益明显下降，且当晶体管进入饱和区后输出阻抗明显降低，严重影响滤波能力。 常用的倍频器有丙类倍频器：利用丙类放大器脉冲电流的谐波获得倍频。 参量倍频器：利用结电容电压变化的非线性来获得倍频。第四章 结 论高频功率放大器是各种无线电发射机的主要组成部分，在高频电子线路中占有重要地位，丙类谐振功放的失真度虽然较大，但输出功率大、效率高、节约能源，所以是高频功率放大器中经常选用的一种电路形式。发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。若丙类谐振功放用来放大等幅信号时，应工作在临界状态；若用来进行基极调幅，应工作在欠压状态；若用来进行集电极调幅应该工作在过压状态。 在广播，电视，通信等系统中，都需要将有用的信号调制在高频载波信号上通过天线电发射机发射出去，高频载波信号由高频震荡器产生，一般情况下，高频震荡器所产生的高频震荡信号的功率很小，不能满足发射机天线对发射功率的要求，所以在发射之前需要经过功率放大后才能获得足