高频电子电路4.3课件

1、4.2.2 高频功率放大器的动态分析高频功率放大器的动态分析 4.2.1 高频功放的动态特性BBVbvBEvCiovcoscmVtCvCCVcosCCCoCCcmvVvVVt可见，当三极管处于工作区时有可见，当三极管处于工作区时有bmV幅是另外如果输入信号的振BEvt0tBZVBBVBEvCitVVvbmBBBEcos则bmVtcos,消去联立二式CCCBEBBbmcmVvvVVV 得负载线的表达式CCCBEBBbmcmVvvVVV t0tBZVBBVBEvCicg斜率)(,BZBEcCVvgi则在工作区内代入代入)(:线称为负载线这个线性关系画出的直必须保持的线性关系与就得到了在工作区内CC

2、vi()CCCCcBBbmBZcmVvigVVVV()bmBBBZCcCCCcmcmbmVVVigvVVVV 整理后得负载线的斜率负载线的截距(cos)bmCcCCCcmCcmVigvVVV 还可写成画出负载线(cos)bmCcCCCcmCcmVigvVVV dg记为负载线的斜率,0V负载线的截距记为CvCiCCV0VCCVV 0dgBEv不同的CCBEviv和就可以找出它对应的任意给定一个这样只要在工作区内,关系。波形帮助大家理解变量和画出我们在这张图画上还可CCviiCt三极管工作三极管工作三极管截止三极管截止负载线的Q点（注意是虚拟的）CvCCV0VCi()bmBBBZCcCCCcmcm

3、bmVVVigvVVVV CCV该点的横坐标显然是点Q,CCCvVQ将代入上式 得出 点纵坐标BZBBcCQVVgI,CCcBBBZpbmcmQVg VVRVV即 点坐标为，与、都无关！,pbmcmRVVQ即、无论如何变化 负载线延长线都会经过 点对负载线的简要复习程：负载线表达式的推出过表达式得到消去的表达式和分别写出CBEBECvvtvvcos,) 1 (2)CBECCiviv代入表达式即得到的表达式的形式表达式写成将)(3)0VvgiviCdCCCbmdccmVggV 其中负载线斜率0()()BBBZCCCcmbmVVvVVVV负载线在横轴轴 截距(cos)CCcmCVV从“时间t”的角

4、度画出并理解负载线tiCvCCCV工作区工作区截止区截止区工作区工作区截止区截止区CCVtCitiCvCCCV工作区工作区截止区截止区工作区工作区截止区截止区vCtVCCvCtVCCvCtVCCvCtVCCvCtVCCvCiC例题4.1 一高频谐振功放,已知 求：0.92200120，集电极电压利用系数输出功率，脉冲的直流分量，WPmAIiVVOCCCCCcmpCIRP半流通角幅输出的基频电流分量振、功放的负载、功放效率电源输出功率)3()2() 1 (1例题4.1(解)(4 . 21020012 ) 1 (30WIVPCCC%3 .834 . 22PPOCpcmORVP221又CCcmVV义

5、根据集电极电压系数定)(8 .109 . 012VVVCCcm)(16.2928 .10212122OcmpPVR例题4.1(解)mAARVIpcmcm370)(37. 016.298 .10 )2(185. 1200370)( )3(011CcmCIIg波形系数1()1.85CAg查参考教材的附录 表，可知若使)50(49OOC或需放大器的三种工作状态之欠压状态CiCCV0VdgmaxBEv相交与工作区时红色与负载线蓝色线当)()(maxBEv压状态”。我们称放大器处于“欠幅还没有到达最大值。因为此时的输出电压振。则输出振幅还可以加大减小如果负载线斜率绝对值,CviCtCi欠压状态的影响负载

6、线斜率的因素1bmbmdccomcmpVVgggVIR 负载线的斜率有关、的斜率与一般不变，可见负载线pcmbmcRIVg1不变。、对放大器的影响，先设我们先分析1cmbmpIVR绝对值减小。增大时，负载线斜率的则可以看出pR放大器的三种工作状态之临界状态CvCiCCV0V的拐点时相交与红色与负载线蓝色线当maxmax)()(BEBEvv界状态”。我们称放大器处于“临。再大就进入饱和区了饱和区和工作区的边界此时输出电压振幅到达)(会降低。负载线的斜率绝对值就增大当,pRmaxBEviCtCi临界状态的临界状态的特点(1) 往往利用这些特点来解题。tiCvCCCVcmV三极管就会进入饱和区最小值

7、就会小于再增大如果,CsatCcmVvVCsatCCVvvmin,的最小值从图上可以读出对于临界状态)(集电极饱和电压CsatV)(cmCCCsatcmVVVV做题时常用此式求因此有临界状态的特点(2)CvCimaxBEviCtmaxCimaxmin4.2.3CCCCiivv从教材图可知时CsatCVvmin,临界状态时而我们上面讲到)(minCsatCVv也是crgmaxCCsatcriVg求出和量关系可通过临界状态时利用上述变做题时常用此方法做题时常用此方法minmaxCCsatCcrvVig求出和或通过放大器的三种工作状态之过压状态CvCiCCV0V延长线相交与饱和区时红色与负载线蓝色线

8、当)()(maxBEv压状态”。我们称放大器处于“过使三极管进入饱和区大此时的输出电压振幅过,会更加降低。负载线的斜率绝对值就继续增大当,pRmaxBEviCt出现了凹顶过压状态的Ci三极管工作区三极管工作区三极管饱和区三极管饱和区三种状态的波形汇总 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半导通角 t B A C D 3 2 1 负载增大 vBE max VCC Q ec min Vcm 1.欠压状态 2.临界状态 3.过压状态 Rp Vcm Vcm 再过渡到过压状态状态功放由欠压过渡到临界的增大随着,pR指的是输出电压的振幅压的欠压或过压所谓的可以看出的波形从左边,Cv例题4.2

9、一高频谐振功放处于临界状态,且已知 求AiVAgCcr2 . 1/5 . 0max，饱和临界线斜率WPVVCMCCC107024功率功率管最大集电极耗散度，?)3()2() 1 (会不会烧毁功率管在此参数下工作功放的负载、功放效率、输出功率电源输出功率pCORPP例题4.2(解)0 ) 1 (CCCIVP )(0max0CCCiI而)(0maxCCCCiVP0.253)(,700CC查表可知度)(3 . 7253. 02 . 124)(0maxWiVPCCCC121cmcmOIVP 所以要分别求出均未直接给出和而已知,1cmcmIV例题4.2(解)cmV先求cmVCvCimaxBEviCtma

10、xCi)(minCsatCVv也是crgCCVminvVVCCcm从图中可以看出crCgivmaxmin从图中还可看出)(6 .215 . 02 . 124maxVgiVVcrCCCcm例题4.2(解)cm1I再求)(1max1CCcmiI0.436)(,701CC查表可知度)(52. 0436. 02 . 1)(1max1AiICCcm)(6 . 552. 06 .2121211WIVPcmcmO%7 .763 . 76 . 5PPOC例题4.2(解)(5 .4152. 06 .21 )2(1cmcmpIVR)(10)(7 . 16 . 53 . 7 ) 3(WPWPPPCMOC功率管不会烧

11、毁功放的负载特性（即Rp变化对功率和效率的影响）vBEmaxicvCIcm1Ic0VcmRp欠压区欠压区过压区过压区临界态临界态过渡时功放从欠压向临界状态增大当,pR略有下降但没有凹顶弦脉冲的波形始终是标准的余max),(CCii)(max10max0CCcmCCCiIiI都略有下降和10cmcII1cmpcmIRV会基本呈线性上升cmV的波形出现凹顶Ci过渡时功放从临界向过压状态继续增大当,pR都迅速下降和使10cmcII)(,停止工作区由于三极管进入了饱和同时缓慢上升趋于的限制受到输出电压振幅,CCCCcmVVV功放的负载特性（即Rp变化对功率和效率的影响）Icm1Ic0VcmRp欠压区欠

12、压区过压区过压区临界态临界态Rp欠压区欠压区过压区过压区临界态临界态c P=Pc在欠压区向临界过渡时,1而线性上升基本不变由于cmcmVI线性上升输出功率,211cmcmOVIP Po略有下降电源输出功率,CC0VIPc基本呈线性上升效率PPOC基本呈线性下降三极管消耗功率OCPPP在临界向过压变化时迅速下降而基本不变由于1,cmcmIV迅速下降输出功率,211cmcmOVIP 迅速下降电源输出功率,CC0VIPc平缓下降三极管消耗功率OCPPP略有上升所以效率下降的快没有由于刚过临界态时COPP,略有下降效率下降的速度加快的进一步增加但随着COpPR,三种状态的小结（欠压状态特点） 欠压 过

13、压 0 临界 Ic1 Ic0 Vcm Rp 0 c P= Po Pc 欠压 过压 临界 Rp 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功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。少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。三种状态的小结（临界状态特点） 欠压 过压 0 临界 Ic1 Ic0 Vcm Rp 0 c P= Po Pc 欠压 过压 临界 Rp 临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效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

14、不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常率差不了许多，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。态为例。三种状态的小结（过压状态特点） 欠压 过压 0 临界 Ic1 Ic0 VC Rp 0 c P= Po Pc 欠压 过压 临界 Rp 过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平过压状态的优点是，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有所下

15、降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。态。负载特性的动画演示4.2.3 各极电压对工作状态的影响增大时仅其他条件都不变是前面我们一直在讨论的pR,变小负载线斜率绝对值逐渐增大功放随着,pR功放的工作状态从欠压临界过压?,时会怎样呢而改变电源或信号电压不变如果我们保持pR下面我们将分别讨论对功放状态的影响其他条件不变CCV,对功放状态的影响其他条件不变bmV,对功放状态的影响其他条件不变BBV,其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响 欠压 过压 临界 ic1 ic2 ic3 ic4 ic5 ic eb ec VCC5 VCC3 VCC1 VC1 VC2 VC3 VC4 VC5 欠压

16、临界 过压 CvmaxBEvCi保持不变负载线斜率不变和由于cmbmccmbmVVgVVdg,CCV而负载线截距小于负载线平行左移由大变小时当,CCV功放从欠压临界过压其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响负载线平行右移由小变大时当反过来,CCV功放从过压临界欠压CCV临界临界过压区过压区欠压区欠压区0CI1cmI其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响 0 0 (a) (b) 欠压状态 过压状态 VCC 欠压状态 过压状态 VCC Ic0 Icm1 Po P= Pc 0CCCIVP 2121cmpOIRP 即集电极调制特性即集电极调制特性其他条件不变,Vbm改变对工作状态的影响 ic eb

17、4 max vce VCC eb3 max eb2 max eb1 max 0 VC4 VC3 VC2 VC1 t Q tVVvbmBBBEcosbmBBBEVVvmax也由小变大由小变大时当max,BEbmvV)(max小BEv)(max略大BEv功放先欠压再临界)(max更大BEv)(max最大BEv最后进入过压其他条件不变,Vbm改变对工作状态的影响bmV临界临界欠压区欠压区过压区过压区0CI1cmI其他条件不变,Vbm改变对工作状态的影响(a)过压状态欠压状态VbmIC0OIcm1(b)过压状态欠压状态VbmPoOP=Pcip0CCCIVP 2121cmpOIRP 即放大特性即放大特性

18、tUUubmBBBE cos 注注意意：如如果果要要实实现现BBU对对输输出出电电流流1CI的的有有效效调调制制，要要求求功功放放应应工工作作在在欠欠压压区区。 进入过压状态后，随着进入过压状态后，随着UBB向正值方向增大，集电极脉冲电流的宽向正值方向增大，集电极脉冲电流的宽度增加，幅度几乎不变，但凹陷加深，结果使度增加，幅度几乎不变，但凹陷加深，结果使Ico、Icml和相应的和相应的Ucm增增大得十分缓慢大得十分缓慢 UcmIcoIcml临界临界UBB过压过压欠压欠压O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict饱和区饱和区放大区放大区截

19、止区截止区 当当Ubm固定，固定，UBB自负值向正值方向增自负值向正值方向增大时，集电极脉冲电流大时，集电极脉冲电流ic的导通角的导通角c增大，增大，从从而集电极脉冲电流而集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大，的幅度和宽度均增大，状态由欠压区进入过压区。状态由欠压区进入过压区。 1C 2C 3C 其他条件不变,VBB改变对工作状态的影响各变量对功放状态影响的总结功放由欠压增大时或,bmpVR临界过压,CCV增大时 功放由过压临界欠压例题例题4.3一个谐振功放处于过压状态，如果想把一个谐振功放处于过压状态，如果想把它调到临界状态，可以采取哪些措施？它调到临界状态，可以采取哪些措施？过压和欠压状态的一个重要特点（做题时常用） 过压状态下： 欠压状态下：都会保持基本不变只有一者改变时，和cmpbmVRV都会保持基本不变和如何改变，和不变，随便和只要10cmcCCpBBbmIIVRVV例题4.4 已知一高频功放处于临界状态,输出功率为10W，Vcc=12V，半流通角为70度,集电极电压利