高频电子线路-高频功率放大器ppt课件

1、第4章 高频功率放大器u主要内容主要内容u概述概述u丙类丙类C C类高频功率放大器原理类高频功率放大器原理u丙类丙类C C类高频功率放大器折线分析法类高频功率放大器折线分析法u丙类丙类C C类高频功率放大电路类高频功率放大电路u宽频带高频功率放大器宽频带高频功率放大器1输出功率要大故集电极电压、输出功率要大故集电极电压、电流大电流大2效率要高常采用效率较高的效率要高常采用效率较高的丙类功放丙类功放3非线性失真要小为滤除丙类非线性失真要小为滤除丙类功放的众多高次谐波分量功放的众多高次谐波分量, 采用采用LC谐振回路作为选频网络谐振回路作为选频网络 故称为丙类谐振功率放大电路故称为丙类谐振功率放大

2、电路一，高频功放的主要要求一，高频功放的主要要求第一节 概述u高频功率放大的必要性高频功率放大的必要性u远间隔无线传输，弥补信号衰落，提高信号抗噪声干扰才干远间隔无线传输，弥补信号衰落，提高信号抗噪声干扰才干u一些其他需求，如高频加热安装、微波功率源等需求一些其他需求，如高频加热安装、微波功率源等需求u高频功率放大电路最主要的技术目的：与低频功率放大电高频功率放大电路最主要的技术目的：与低频功率放大电路一样路一样 输出功率、效率和非线性失真。输出功率、效率和非线性失真。u高频功率放大器的特点：放大信号频率高，输出功率高、效高频功率放大器的特点：放大信号频率高，输出功率高、效率高。率高。u高频功

3、率放大器的功能：用小功率的高频信号去控制高频功高频功率放大器的功能：用小功率的高频信号去控制高频功率放大器，将直流电源供应的能量转换为大功率的高频能量率放大器，将直流电源供应的能量转换为大功率的高频能量输出，并保证输出与输入的频谱一样。输出，并保证输出与输入的频谱一样。高频功率放大器u从节省能量的角度思索从节省能量的角度思索, , 效率更加重要。效率更加重要。u高频功放常采用效率较高的丙类任务形状高频功放常采用效率较高的丙类任务形状, , 即晶体管集电极即晶体管集电极电流导通时间导通角电流导通时间导通角c c小于输入信号半个周期的任务小于输入信号半个周期的任务形状。形状。u为了滤除丙类任务时产

4、生的众多高次谐波分量为了滤除丙类任务时产生的众多高次谐波分量, , 采用采用LCLC谐振谐振回路作为选频网络回路作为选频网络, , 也称为谐振高频功率放大电路。也称为谐振高频功率放大电路。 有源放大元件选频网络u运用高频功率放大器的目的运用高频功率放大器的目的u放大高频信号使发射机末级获得足够大的发射功率放大高频信号使发射机末级获得足够大的发射功率u高频功率信号放大器运用中需求处理的两个问题高频功率信号放大器运用中需求处理的两个问题u高效率输出高效率输出u高功率输出高功率输出u高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是u 输出功率大和效率高输出功率

5、大和效率高u功率放大器的任务形状功率放大器的任务形状 功率放大器普通分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等任功率放大器普通分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等任务方式，为了进一步提高任务效率还提出了丁类与戊类放务方式，为了进一步提高任务效率还提出了丁类与戊类放大器。大器。 高频功率放大器通常任务于丙类任务形状，属于非线高频功率放大器通常任务于丙类任务形状，属于非线性电路功率放大器的主要技术目的是输出功率与效率性电路功率放大器的主要技术目的是输出功率与效率.甲、乙、丙三种形状下的转移特性甲、乙、丙三种形状下的转移特性甲类甲类乙类乙类丙类丙类0180090090C%50%5 .78%85BZQVV BZQVV

6、BZQVV A(甲甲)类类B(乙乙)类类C(丙丙)类类半通角半通角 效率效率静 态 任静 态 任务点务点u高频功率放大器的分类高频功率放大器的分类u宽带和窄带宽带和窄带u宽带高频功放采器具有宽带特性的传输线变宽带高频功放采器具有宽带特性的传输线变压器作为负载，不需求调谐，适于频率相对压器作为负载，不需求调谐，适于频率相对变化范围大的通讯系统，选用甲类和乙类推变化范围大的通讯系统，选用甲类和乙类推挽放大；挽放大；u窄带高频功放多项选择用丙类或丁类，甚至窄带高频功放多项选择用丙类或丁类，甚至戊类放大，以提高效率。相对带宽在戊类放大，以提高效率。相对带宽在1%左右，左右，甚至更小。甚至更小。u中波调

7、幅：中波调幅：u载波：载波：5351602kHz，u信息带宽：信息带宽：9kHzu相对带宽：相对带宽：0.6%1.7%u高频功率放大器的主要技术目的高频功率放大器的主要技术目的1.1.输出功率：输出功率：放大器的负载得到的功率放大器的负载得到的功率2.2.效率：效率：高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的效率换的效率3.3.功率增益：功率增益：高频输出功率和信号输入功率的比值高频输出功率和信号输入功率的比值4.4.谐波抑制度：谐波抑制度：是对非线性高频功率放大器而提出的，谐波分量相对是对非线性高频功率放大器而提出的，谐波分量相对于基波分

8、量越小越好于基波分量越小越好u高频功率放大器与小信号谐振放大器的对比高频功率放大器与小信号谐振放大器的对比u一样点：一样点： 放大的信号均为高频信号，放大的信号均为高频信号，u 放大器的负载均为谐振回路。放大器的负载均为谐振回路。u不同点：不同点： 鼓励信号幅度大小不同；鼓励信号幅度大小不同；u 放大器任务点不同；放大器任务点不同； u 晶体管动态范围不同。晶体管动态范围不同。icebtooictVBZicQebtooict高频功率放大器波形图高频功率放大器波形图小信号谐振放大器波形图小信号谐振放大器波形图u高频功率放大器与非谐振功率放大器的对比高频功率放大器与非谐振功率放大器的对比u一样点：

9、一样点： 输出功率大，输出功率大，u 输出效率高。输出效率高。u功率放大器本质上是一个能量转换器，把电源供应的直流功率放大器本质上是一个能量转换器，把电源供应的直流能量转化为交流能量，能量转换的才干即为功率放大器的能量转化为交流能量，能量转换的才干即为功率放大器的效率。效率。u不同点：不同点：u谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号( (信号的通带信号的通带宽度只需其中心频率的宽度只需其中心频率的1%1%或更小或更小) )，其任务形状通常选为，其任务形状通常选为丙类任务形状丙类任务形状( (导通角导通角c c9090) )，为了不失真的放大信号，为了不失真

10、的放大信号，它的负载必需是谐振回路它的负载必需是谐振回路u非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，任务在甲类或器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，任务在甲类或乙类任务形状；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载乙类任务形状；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载总结高频功放与低频功放的异同点： 一样点：输出功率大，效率高一样点：输出功率大，效率高不同点：不同点：1任务频率任务频率2相对带宽：相对带宽： 低频：很宽故负载用电阻；低频：很宽故负载用电阻； 高频：很窄故负载用高频：很窄故负载用LC回路回路

11、3负载负载 低频：电阻或变压器；低频：电阻或变压器； 高频：高频：LC回路回路4功放种类：功放种类： 低频：甲类、乙类；高频：丙类低频：甲类、乙类；高频：丙类5基极偏压基极偏压 低频：正偏压；低频：正偏压； 高频：负偏压高频：负偏压习题41：为什么高频功率放大器普通要任务在乙类或丙类形状？为什么采用谐振回路作负载？为什么要调谐在任务频率？答：答： 高频功率放大器的输出功率高，这样在有源器件高频功率放大器的输出功率高，这样在有源器件上损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是上损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是维护有源器件平安任务损耗功率小，发热少。维护有源器件平安任务损耗功率小，发热少

12、。乙类、丙类放大形状的效率比甲类高。故高频功率乙类、丙类放大形状的效率比甲类高。故高频功率放大器普通选乙类或丙类任务形状。放大器普通选乙类或丙类任务形状。 由于乙类和丙类放大的集电极电流为脉冲，只需由于乙类和丙类放大的集电极电流为脉冲，只需经过谐振回路选出周期脉冲电流的基波分量，产生经过谐振回路选出周期脉冲电流的基波分量，产生延续的基波电压输出。延续的基波电压输出。 回路调谐于任务频率是为了取出基波电压输出。回路调谐于任务频率是为了取出基波电压输出。习题42：为什么低频功率放大器不能任务于丙类？而高频功率放大器不却能任务于丙类？答：低频功率放大器所放大的信号频率普答：低频功率放大器所放大的信号

13、频率普通为通为20Hz20kHz，其相对频带宽，不能，其相对频带宽，不能够谐振回路取出不同的频率分量，只能够谐振回路取出不同的频率分量，只能采用甲类或乙类推挽的放大方式。而高采用甲类或乙类推挽的放大方式。而高频功率放大器普通放大信号的相对频带频功率放大器普通放大信号的相对频带很窄，采用一个谐振回路就可以完成选很窄，采用一个谐振回路就可以完成选频作用，故可以任务在丙类。频作用，故可以任务在丙类。第二节第二节 丙类丙类(C类类)高频功放任务原理高频功放任务原理无论中间级还是输出级，其负载可以等效为并联谐振回路无论中间级还是输出级，其负载可以等效为并联谐振回路一、根本电路方式一、根本电路方式二、根本

14、特点二、根本特点为了提高效率，放大器为了提高效率，放大器常任务于丙类形状，常任务于丙类形状，流过晶体管的电流为流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；失真的脉冲波形；负载为谐振回路负载为谐振回路 ：取出基波分量，获得正取出基波分量，获得正弦电压波形。弦电压波形。阻抗匹配。阻抗匹配。谐振于输入信号的频率谐振功率放大器原理图谐振功率放大器原理图第二节 丙类高频功放的任务原理一、根本电路及其特点特点：特点：丙类功放负偏压基极,0)1BBV2)负载为负载为LC回路回路第二节 丙类高频功放的任务原理二、任务原理tUubmbcos设0,cosBBbmBBBEVtUVu则uBE+-iC1coscos(2)ccoc

15、 mcnmiIItIn t式4.2.周期性脉冲可分解为：周期性脉冲可分解为：由转移特性曲线得由转移特性曲线得ib和和ic为脉冲：为脉冲：图图4.2.3(a)谐振功率放大器原理图谐振功率放大器原理图icibubeuceuoic二、任务原理发射结处于负偏压形状无输入ub=0时，晶体管截止，ic=0输入时，ib为脉冲外形，可用傅立叶级数展开同理负载回路谐振频率为cosbbmuUtcosbebbbmuVUttnItItIIicnmmcmccoccos.2coscos2112coscos2.cosbbob mb mbnmiIItItIn t1cosoc muIRt第二节 丙类高频功放的任务原理二、任务原

16、理tnItIIicnmmccoCcoscos1 已知由由LC回路的选频回路的选频(选基波选基波)作用：作用：tURtIucmpmcccoscos1tUVuVucmcccccCEcosuCE+-uc图图4.2.3(b)第三节第三节 丙类丙类(C类类)高频功放折线分析法高频功放折线分析法u任务在大信号和非线性任务形状任务在大信号和非线性任务形状小信号分析方小信号分析方法不适用法不适用u将晶体管特性曲线理想化成为折线进展分析将晶体管特性曲线理想化成为折线进展分析称称为折线分析法为折线分析法u有一定误差，但较为简便。有一定误差，但较为简便。u工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对工程上都采用近似

17、估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进展分析和计算。折线法就是常用高频功率放大器进展分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。的一种分析法。u对高频功率放大器进展分析计算，关键在于求出电对高频功率放大器进展分析计算，关键在于求出电流的直流分量流的直流分量Ic0和基频分量和基频分量Icm1u折线分析法的主要步骤：折线分析法的主要步骤：u1、测出晶体管的转移特性曲线、测出晶体管的转移特性曲线ic-ube及输出特性及输出特性曲线曲线ic-uce，并将这两组曲线作理想折线化处置；，并将这两组曲线作理想折线化处置；u2、作出动态特性曲线；、作出动态特性曲线；u3、根据鼓励电压、根据鼓励电压ub的大小

18、在知理想特性曲线上的大小在知理想特性曲线上画出对画出对 应电流脉冲应电流脉冲ic和输出电压和输出电压uce的波形；的波形；u4、求出、求出ic 的各次谐波分量的各次谐波分量Ic0、Ic1m、Ic2m，由给定的负由给定的负 载谐振阻抗的大小，即可求得放大载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出器的输出电压、输出 功率、直流供应功率、效功率、直流供应功率、效率等目的。率等目的。1、晶体管特性曲线的理想化、晶体管特性曲线的理想化一、正向传输特性曲线理想化一、正向传输特性曲线理想化由理想化输入特性由理想化输入特性可得理想化的正向传输特性可得理想化的正向传输特性0ccbebziguUbebzuU

19、bebzuUcbcbbebeiigguubzU0bbbebziguUbebzuUbebzuUbbbeigu称为理想化晶体管跨导称为理想化晶体管跨导bzU理想化晶体管导通电压或截止电压理想化晶体管导通电压或截止电压二、输出特性曲线理想化二、输出特性曲线理想化输出特性曲线理想化：饱和区、放大区输出特性曲线理想化：饱和区、放大区饱和区：近似以为饱和区：近似以为ic只受只受uce的控制，而与的控制，而与ube无关。理想的饱和临界限为一条经过原点的无关。理想的饱和临界限为一条经过原点的斜线。斜线。斜率：斜率：放大区：近似以为放大区：近似以为ic与与uce无关。各条曲线为平行于无关。各条曲线为平行于uce

20、的程度线。对于等差的的程度线。对于等差的ib间隔应该是相等的。间隔应该是相等的。表征临界限的方程：表征临界限的方程： cecrcugi ceccruig第三节 丙类高频功放的折线分析法一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式折线分析法：将晶体管的特性曲线理想化为折线再分析。折线分析法：将晶体管的特性曲线理想化为折线再分析。1，正向传输特性曲线，正向传输特性曲线2，输出特性曲线，输出特性曲线导通电压跨导:),(, 0BZcBZBEBZBEcBZBECUgUuUugUui0)(:CBZBEcCcrCEcrCiUugigugi截止区：放大区：临界饱和线的斜率）（饱和区：2、集电极余弦电流脉冲的分解、集电

21、极余弦电流脉冲的分解一、余弦电流脉冲的表示式一、余弦电流脉冲的表示式当输入信号当输入信号 时时, ,集电极电流集电极电流icic的波形为余弦电流脉冲的波形为余弦电流脉冲cosbbmuUtcosbzbbcbmUVUcosbebbbmuVUt()(cos)ccbebzcbbbmbzig uUg VUtU当当t=c t=c 时时,ic=0,ic=0，可得导通角，可得导通角知知VbbVbb、UbzUbz和和UbmUbm可确定高频功率放大器的半通角可确定高频功率放大器的半通角cc，有时也称，有时也称cc为通角。为通角。通常用通常用c=180c=180表示甲类放大；表示甲类放大；c=90c=90表示乙类放

22、大表示乙类放大；c90c90表示丙类放大。表示丙类放大。 余弦电流脉冲表示式(由脉冲高度IcM和通角c决议)coscos1 coscccMctiIcosbzbbcbmUVU(cos)ccbbbmbzig VUt U(coscos)ccbmcigUt当当t=0 时时, ic=Icm，可得，可得(1 cos)cmcbmcIgU第三节 丙类高频功放的折线分析法二、集电极余弦电流脉冲的分解一余弦电流脉冲一余弦电流脉冲iC的表达式的表达式)cos(cos)(BZbmBBcCbmBBBEBZBEcCUtUVgitUVuUugi1,iC表达式表达式:,0coscCBZBBcbmtiUVU时0,(1cos)(

23、4.3.9)CCMCMcbmctiIIg U时式2,iC两参数两参数:cCMI、二、余弦电流脉冲的分解系数二、余弦电流脉冲的分解系数 周期性的电流脉冲可以用傅氏级数表示：周期性的电流脉冲可以用傅氏级数表示：tnItItIIicnmmcmccoccos.2coscos21)(cnCMcnmII)(0cCMcoII其中其中)(11cCMmcII.直流分量电流直流分量电流基波分量电流幅值基波分量电流幅值N 次谐波分量幅值次谐波分量幅值)()cos1 (cossind)cos1 (coscos21d210cocMcccccMcccMccIIttItiIcc)()cos1 (cossindcos)cos

24、1 (coscos1dcos111ccMcccccMcccMcmcIItttIttiIcc)()cos1)(1(sincoscossin2dcos)cos1 (coscos1dcos12cncMccccccMcccMccnmInnnnnIttntIttiIcc称为余弦电流脉冲分解系数。称为余弦电流脉冲分解系数。0(c)0(c)为直流分量分解系数；为直流分量分解系数；1(c)1(c)为基波分量分解系数；为基波分量分解系数； n(c)n(c)为为n n次谐波分量分解系数。次谐波分量分解系数。011g011gcg1与的关系三、三、 功率与效率功率与效率u功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控

25、制集电功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供应的直流功率，使之转变为交流信号功率极的直流电源所供应的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。有一部分功率以热能的方式耗费在集电极上，成为输出去。有一部分功率以热能的方式耗费在集电极上，成为集电极耗散功率。集电极耗散功率。uP= 直流电源供应的直流功率；直流电源供应的直流功率；uPo 交流输出信号功率；交流输出信号功率；uPc 集电极耗散功率；集电极耗散功率；u P= = Po + Pc u故放大器效率：故放大器效率：cooocPPPPP两点结论：两点结论：1设法尽量降低集电极耗散功率设法尽量降低集电极耗散功率Pc，那

26、么放大器效率，那么放大器效率c自然会提高。这样，在给定自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出功时，晶体管的交流输出功率率Po就会增大；就会增大； 2 由式由式 可知可知 假设维持晶体管的集电极耗散功率假设维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超越规定值，不超越规定值，那么提高放大器效率那么提高放大器效率c，将使交流输出功率，将使交流输出功率Po大为添大为添加。高频功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功加。高频功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。率与效率的。cccoPP 1u如何减小集电极耗散功率如何减小集电极耗散功率PcPc？ 可见使可见使icic在在uceuce最低的时

27、候经过，那么集电极耗散功率最低的时候经过，那么集电极耗散功率自然会大为减小。自然会大为减小。 所以要想获得高的放大器效率，高频功率放大器所以要想获得高的放大器效率，高频功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角的集电极电流应该是脉冲状。导通角c c小于小于9090，处于丙，处于丙类任务形状。类任务形状。 高频功率放大器任务在丙类任务形状时高频功率放大器任务在丙类任务形状时c c9090，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：晶体管集电极平均耗散功率：晶体管集电极平均耗散功率：01Tcceu dtTi接近饱和区接近饱和区u直流电源提供的直流功率：直流电源提供

28、的直流功率：u高频输出交流功率：高频输出交流功率：Ucm 谐振回路两端的基频电压谐振回路两端的基频电压 Icm1 基频电流基频电流Rp 回路的谐振阻抗回路的谐振阻抗 u放大器的效率：放大器的效率：)(2121101ccCCcmcmocgIVIUPP CCcmVU 称为集电极电压利用系数称为集电极电压利用系数称为波形系数，是通角称为波形系数，是通角c c的函数；的函数； c c越小越小g1(g1(c)c)越大越大u 越大并且越大并且 c越小，效率越小，效率 c越高，丙类高频功放提高效率越高，丙类高频功放提高效率 c的途径：的途径：u减小减小 c；u使使LC回路谐振在信号的基频上，即回路谐振在信号

29、的基频上，即ic的最大值应对应的最大值应对应uce的最小值。的最小值。u =1的理想情况下，甲类：的理想情况下，甲类： g1(180 )=1， c=50%u 乙类：乙类：g1(90 )=1.57， c=78.5%u 丙类：丙类： g1(1.57， c78.5%u高频功放在谐振电阻高频功放在谐振电阻Rp一定的条件下，一定的条件下， c= 120 时输出功率最大，但时输出功率最大，但是集电极理想效率只需是集电极理想效率只需66%；而；而 c= 1 15 时，效率最高，但输出功率时，效率最高，但输出功率却最小。所以实践，为兼顾二者，通常取却最小。所以实践，为兼顾二者，通常取 c= 60 80 的丙类

30、任务形状。的丙类任务形状。11011()22ocmcmccCCcPUIgPVI11100()()()cmccccIgI 习题习题44：某谐振功率放大器，知：某谐振功率放大器，知cmcpcmcoCCIRPVUmAIWPVV，半通角电流基波，谐振回路谐振电阻效率集电极率试求：直流电源输出功集电极电压量，集电极电流的直流分集电极输出功率直流电源10,5 .22,2505,24解：63.50525 .222121:)3(%3 .836/5/:)2()(625. 024:) 1 (2220ocmppcmopocCCPURRUPRPPWIVP由谐振回路谐振电阻集电极效率直流电源输出功率)(4 .4445

31、.2252221:)4(111mAUPIIUPIcmomcmccmomc由基波电流110(5)1()22220.833()1.777/22.5/ 2562ccccmcccggUV半通角由查142页附表得第三节 丙类高频功放的折线分析法四、丙类高频功率放大器的动态特性一什么是静态特性：一什么是静态特性：),(CEBEcuufi 没有带负载阻抗的条件下得到的没有带负载阻抗的条件下得到的的关系，是晶体管本身固有的。的关系，是晶体管本身固有的。导通段截止段)(),()( ,0BZBEBZBEcBZBEcuuuuguui第三节 丙类高频功放的折线分析法四、丙类高频功率放大器的动态特性二什么是动态特性：二

32、什么是动态特性： 在谐振功率放大器的电路参数确定的条件下，也在谐振功率放大器的电路参数确定的条件下，也就是电源电压就是电源电压(VCC和和VBB)、晶体管、晶体管(gC 、 UBZ)、输入信号输入信号ub = Ubmcoswt和输出电压和输出电压uc = Ucmcoswt 或谐振电阻或谐振电阻RP 一定的条件下，集电极电流一定的条件下，集电极电流iC = f(uBE, uCE) 的关系称为放大器的动态特性。的关系称为放大器的动态特性。四、丙类高频功率放大器的动态特性四、丙类高频功率放大器的动态特性 一、动态特性一、动态特性在晶体管、电源电压在晶体管、电源电压Vcc和和Vbb、输入信号振幅、输入

33、信号振幅Ubm和输出信号振幅和输出信号振幅Ucm(或或Rp)一定的条件下，一定的条件下，ic=f(ube,uce)的关系称为放大器的动态特性。的关系称为放大器的动态特性。动态特性曲线是在晶体管的特性曲线上画出的高频功动态特性曲线是在晶体管的特性曲线上画出的高频功率放大器瞬时任务点的轨迹。小信号电压放大器是率放大器瞬时任务点的轨迹。小信号电压放大器是纯电阻负载，晶体管仅仅在放大区任务，因此可近纯电阻负载，晶体管仅仅在放大区任务，因此可近似等效为一个线性元件。小信号电压放大器瞬时任似等效为一个线性元件。小信号电压放大器瞬时任务点的轨迹就是负载线，是一条直线。高频功率放务点的轨迹就是负载线，是一条直

34、线。高频功率放大器是非线性任务，各个区域的特性曲线方程不同，大器是非线性任务，各个区域的特性曲线方程不同，因此各个区域任务点的挪动规律也不同，所以称其因此各个区域任务点的挪动规律也不同，所以称其为动态特性曲线，以示与负载线的区别。为动态特性曲线，以示与负载线的区别。第三节 丙类高频功放的折线分析法四、丙类高频功率放大器的动态特性三动态特性关系式：三动态特性关系式：)(),()( , 0:BZBEBZBEcBZBEcuuuuguui内部关系cmCECCbmBBBEcmCCCEbmBBBEUuVUVutUVutUVucoscos外部关系：ccmCCbmBBBZcmCCbmcmBBcmBZCCbmU

35、VUVUUVUUVUUVUUcos00UugUUVUUVUuUUgiCEdbmcmBBcmBZCCbmCEcmbmcC令 可见是一条斜率为可见是一条斜率为gd，在，在uCE轴上截距为轴上截距为U0的直线；的直线；加上加上uBE uBZ段段(iC =0)，应该为折线，应该为折线.当放大器任务于谐振形状时，它的外部电路关系式为当放大器任务于谐振形状时，它的外部电路关系式为ube= Vbb+Ubmcost uce= VCCUcmcos t消去消去coscost t可得可得CCcecmVuUube= Vbb+Ubm另外，晶体管的折线化转移特性方程为另外，晶体管的折线化转移特性方程为ic = gc(ub

36、eUBZ)，得出在得出在icuce坐标平面上的动态特性曲线坐标平面上的动态特性曲线(负载线或任务负载线或任务途径途径)方程：方程：()()CCceccbbbmBZcmbmbmCCBZcmbbcmccecmbmdceoVugVUUUUU VU UV UguUUguU icosoCCcmcUVUbmdccmUggU 所以高频功放动态特性曲线是一条折线所以高频功放动态特性曲线是一条折线()cdceoguUicosoCCcmcUVUbmdccmUggU ubeUBZ时时0ciubeUBZ时时是动态特性的斜率是动态特性的斜率是在是在uceuce轴上的截距轴上的截距截距法作动态特性的步骤：截距法作动态特性

37、的步骤：在输出特性的在输出特性的uce 轴上取截距轴上取截距 U0=Vcc-Ucmcosc 得动态特性的得动态特性的B点。点。经过经过B点作斜率为点作斜率为 gd= -gcUbm/Ucm 的直线的直线 交交 ubemax=Vbb+Ubm 线于线于A点。点。在在 uce轴上选取轴上选取 ucemax=Vcc+Ucm为为C点点那么那么AB-BC折线为动态特性。折线为动态特性。 二、截距法求动态特性二、截距法求动态特性 二、截距法求动态特性二、截距法求动态特性 AB-BCAB-BC折线为动态特性折线为动态特性()cdceoguUi0cibbbmVUicUbz02cUbmubeVbbtUbmub0折线

38、折线AB-BC为动为动态特性曲线态特性曲线tUVucmccCEcos由此可画出由此可画出uCE,再再由动态特性曲线画由动态特性曲线画出出iCA点点:uCE = uCEmin = VCC - Ucm, uBE = uBEmax, iC = ICM,Q点点:uCE = VCC , iC = ICQ = gC(VBB - UBZ) ,B点点:uCE = U0, uBE = UBZ, iC = 0,C点点:uCE = VCEmax = VCC + Ucm, uBE = UBZ, iC = 0,()cdceoguUi 与横坐标相交确定与横坐标相交确定C点点那么那么ABBC折线为动态特性折线为动态特性。三

39、、虚拟电流法求动态特性三、虚拟电流法求动态特性bmbbbeUVumaxcmccceUVumin可确定可确定Q Q点坐标点坐标VccVcc，IQIQcmccceUVumax()(cos)()QdceodcccccmcbmbzbbccmcbzbbcmbmIguUg VVUUUVgUg UVUU 确定确定A A点点衔接衔接AQ与横坐标相交确定与横坐标相交确定B点点uCE = VCCU0=Vcc-UcmcosccosbzbbcbmUVU四、谐振高频功率放大器的三种任务形状四、谐振高频功率放大器的三种任务形状输出电压波形输出电压波形 高频功率放大器的任务形状是根据高频功率放大器的任务形状是根据ube=u

40、bemax、uce=ucemin时瞬时任务点在静态特时瞬时任务点在静态特性曲线上所处位置确定的。当其落在输出特性性曲线上所处位置确定的。当其落在输出特性(对对应应ubemax的那条的那条)的放大区时，为欠压形状；当的放大区时，为欠压形状；当其正好落在临界点上时，为临界形状；当其落在其正好落在临界点上时，为临界形状；当其落在饱和区时，为过压形状。高频功率放大器的任务饱和区时，为过压形状。高频功率放大器的任务形状必需由形状必需由VCC、Vbb、Ubm、Ucm四个参量决四个参量决议，缺一不可，其中任何一个量的变化都会改动议，缺一不可，其中任何一个量的变化都会改动任务点所处的位置，任务形状就会相应地发

41、生变任务点所处的位置，任务形状就会相应地发生变化。化。 高频功率放大器任务形状：高频功率放大器任务形状：欠压：动态特性欠压：动态特性A1B1-B1C1在输入信号一周内，在输入信号一周内，A点点没有进入晶体管的饱和区，这种任务形状称为欠压没有进入晶体管的饱和区，这种任务形状称为欠压任务形状。对应的集电极电流为尖顶脉冲，交流输任务形状。对应的集电极电流为尖顶脉冲，交流输出电压出电压(ucm)较低且变化较大。较低且变化较大。临界：动态特性临界：动态特性A2B2-B2C2，A点正好在晶体管的临点正好在晶体管的临界饱和线上，这种任务形状称为临界任务形状。对界饱和线上，这种任务形状称为临界任务形状。对应的

42、集电极电流为尖顶脉冲。应的集电极电流为尖顶脉冲。过压：动态特性过压：动态特性MA3-A3B3-B3C3在输入信号一周内，在输入信号一周内，A点已进入晶体管的饱和区，这种任务形状称为过点已进入晶体管的饱和区，这种任务形状称为过压任务形状。对应的集电极电流为凹顶脉冲，交流压任务形状。对应的集电极电流为凹顶脉冲，交流输出电压较高且变化不大。输出电压较高且变化不大。例1:知晶体管谐振功率放大器任务于临界形状，晶体管的饱和临界限斜率PcCMbmCCBBBZcrRPPPAIVUVVVVVUVAg,),(8 . 1,5 . 2,18)(5 . 0),(6 . 0,/9 . 00试求：集电极电流脉冲幅值输入电

43、压振幅，电源电压压转移特性曲线的导通电min(),1.81816( )0.9CMcrCEcrCCcmCMcmCCcrIg ugVUIUVVg解：由于工作于，则临界状态有可得注：此题的主要知识点在于此。注：此题的主要知识点在于此。)(738. 0410. 08 . 1)(417. 0232. 08 . 1410. 0232. 0,9 .6344. 05 . 2)5 . 0(6 . 0cos1100100AIIAIIUVUCCMmcCCMcCCCbmBBBZC）（）（，）（，）（查表得：得由)(5904738162121)2()( 8 .75166 .41718) 1 (10mWIUPmWIVPm

44、ccmoCCC68.21738. 016)5(%5 .788 .75165904)4()(8 .1612)3(1mccmPoocIURPPmWPPP59高频电子线路高频电子线路第三章第三章 高频功率放大器高频功率放大器 FP FP 高频功率放大器的任务形状是根据高频功率放大器的任务形状是根据ube=ubemax、uce=ucemin时瞬时任务点在静态特时瞬时任务点在静态特性曲线上所处位置确定的。当其落在输出特性性曲线上所处位置确定的。当其落在输出特性(对对应应ubemax的那条的那条)的放大区时，为欠压形状；当的放大区时，为欠压形状；当其正好落在临界点上时，为临界形状；当其落在其正好落在临界点

45、上时，为临界形状；当其落在饱和区时，为过压形状。高频功率放大器的任务饱和区时，为过压形状。高频功率放大器的任务形状必需由形状必需由VCC、Vbb、Ubm、Ucm四个参量决四个参量决议，缺一不可，其中任何一个量的变化都会改动议，缺一不可，其中任何一个量的变化都会改动任务点所处的位置，任务形状就会相应地发生变任务点所处的位置，任务形状就会相应地发生变化。化。 4.3.5 丙类高频功率放大器的负载特性丙类高频功率放大器的负载特性u在晶体管、在晶体管、VCC、Vbb、Ubm 一定时，改动回路一定时，改动回路谐振负载电阻谐振负载电阻Rp ，放大器的任务形状、电流、电，放大器的任务形状、电流、电压、功率和

46、效率随压、功率和效率随Rp变化的关系，称为放大器的变化的关系，称为放大器的负载特性。负载特性。u在晶体管、电源电压在晶体管、电源电压Vcc和和Vbb、输入信号振幅、输入信号振幅Ubm和输出信号振幅和输出信号振幅Ucm(或或Rp)一定的条件下，一定的条件下，ic=f(ube,uce)的关系称为放大器的动态特性。的关系称为放大器的动态特性。u bmbbbeUVumax()QcbzbbIg UV Q Q点点VccVcc，IQIQ不不变变1111()1(1 cos)()(1 cos)()bmbmbmdccccmc mpcmcpcbmcbmccpccpUUUggggUIRIRg Ug URR cosbz

47、bbcbmUVU c c为常数，为常数，gdgd绝对值与绝对值与RpRp成反比成反比不变不变A A点随点随RpRp的增大，由欠压的增大，由欠压A1A1临界临界A2A2过压过压A3A3(1 cos)cmcbmcIg U动态特性和负载特性动态特性和负载特性 及 决议了功放的任务形状。当前三者不变时， 的变化对功放的功率和效率的影响即称为功放的负载特性。 ()BBCCbmbVVVv、pRpR 图上直线1、2、3分别是 取不同值时的交流负载线动态特性，当 添加时，负载线的斜率将减小，因此负载线将趋于平坦。pRpR 负载线2： 添加时， 也逐渐添加，与临界限交于 点，称为临界任务形状。此时 依然为尖顶余

48、弦脉冲。pR2ACicmV 负载线3： 继续添加， 也进一步添加，进入过压任务形状。曲线穿过临界点后， 将沿临界限下降，点决议了集电极电流脉冲的高度， 为凹顶状脉冲。此时 ， 。pR4ACicmVCi0CI1cmI 负载线1： 较小，那么 也较小，称为欠压任务形状， 点决议了集电极电流脉冲的高度 。此时 为pR1AmaxCiCicmV尖顶余弦脉冲。 在欠压区到临界限之间：随着 的添加， 和 略微减小。因此， 和 随 的添加下降很少，几乎维持常数。而 ，所以 随 的添加近似线性增大。pRmaxCic0CI1cmIpR1cmcmpVIRcmVpR 过压区：集电极电流呈现凹顶状，并且随着 的添加，

49、凹陷程度急剧加深，使得 和 也急剧下降，而 随 的添加只需微弱上升，几乎不变。pR0CI1cmIcmVpR电流、电压随电流、电压随RpRp变化的关系变化的关系Ucm=Ic1mRpUcm=Ic1mRp功率、效率随功率、效率随Rp Rp 变化的关系变化的关系任务形状随任务形状随RpRp的变化关系的变化关系 欠压时功放相当一个理想电流源；过压时相当一个理想电压源。0ccCPVI112ocmcmPVIcoPPP100%ocPP 临界形状： 最大， 也较高，是最正确任务形状。用于发射机末级。oPc 过压形状：输出电压较平稳，弱过压时 最高。用作中间放大级。c 欠压形状： 和 都较低，运用少。特殊：基极调

50、幅。oPc结论结论u欠压任务形状：输出功率欠压任务形状：输出功率P0和效率和效率c都较低，而且输出信都较低，而且输出信号电压振幅号电压振幅Ucm随随Rp变化较大，因此，除了特殊场所以外，变化较大，因此，除了特殊场所以外，很少采用这种任务形状。很少采用这种任务形状。u临界任务形状：输出功率临界任务形状：输出功率P0最大，且效率最大，且效率c也高，常用于也高，常用于发射机的功率输出级末级，以便获得最大输出功率。发射机的功率输出级末级，以便获得最大输出功率。u过压任务形状：在弱过压区，过压任务形状：在弱过压区，c达最大，达最大，Po下降不多，当下降不多，当Rp变化时，输出信号电压振幅变化时，输出信号

51、电压振幅Ucm变化较小，多用于需求维变化较小，多用于需求维持输出电压比较平稳的场所，如发射机的中间放大级。持输出电压比较平稳的场所，如发射机的中间放大级。u 当当 RP =0，即负载短路时，集电极损耗功率，即负载短路时，集电极损耗功率Pc达最大达最大值，有能够使功率晶体管烧坏。因此，在调整谐振功率放大值，有能够使功率晶体管烧坏。因此，在调整谐振功率放大器的过程中，必需防止负载短路。器的过程中，必需防止负载短路。习题414：某谐振功率放大器，,2 .0VVBB),( 1),(6 . 1),(50),(24)(4 . 0,6 . 0WPVURVVsgVUobmLCCcrBZ，饱和临界线的斜率试求集

52、电极电流最大值试求集电极电流最大值CMI,输出电压输出电压振幅振幅cmU,集电极效率集电极效率,并判别放大器并判别放大器任务于什么形状。任务于什么形状。解：解：001211110.6( 0.2)cos0.51.660 ,()0.218,()0.3911(1)222 10.2( )500.20.512( )()0.391BZBBcbmcccOc mLOc mLc mCMcUVUpIRPIARIIA %3 .37218. 0512. 0241)()3()(10502 . 0)2(001CCMCCocCCooLmccmIVPIVPPPVRIUminmin(4),CMCMcrCECEcrIIg uug

53、假判断工作状态：则应满足：即定工作于临界状态1428. 14 . 0512. 0minmincmCCCEcrCMCEUVugIu而实际的,minminCECEUu欠压状态结合上图可知，工作于4.3.6 各级电压变化对任务形状的影响各级电压变化对任务形状的影响一、集电极电源电压一、集电极电源电压Vcc变化对任务形状的影响变化对任务形状的影响 Vbb、gc、Ubz、Ubm、Rp不变不变ubemax、IQ、c 、gd不变不变随着随着VccVcc的添加任务形状由过压的添加任务形状由过压临界临界欠压。欠压。VccVcc对电流、电压、功率、效率的影响对电流、电压、功率、效率的影响=二、改动二、改动UbmU

54、bm对任务形状的影响对任务形状的影响VccVcc、VbbVbb、gcgc、UbzUbz、RpRp不变不变QQ不变，不变，UbmUbm添加添加欠压与临界时，欠压与临界时，ubemaxubemax、c c 添加，添加，|gd|gd|减少；过压时，减少；过压时，ubemax ubemax 、 |gd | |gd | =gcUbm/Ucm=gcUbm/Ucm添加添加随着随着 Ubm Ubm的添加任务形状由欠压的添加任务形状由欠压临界临界过压。过压。UbmUbm对电流、电压、功率、效率的影响对电流、电压、功率、效率的影响o三、改动三、改动VbbVbb对任务形状的影响对任务形状的影响VccVcc、 Ubm

55、 Ubm 、gcgc、UbzUbz、RpRp不变时，不变时，VbbVbb增大增大ubemaxubemax、c c 添加，添加，|IQ|IQ|、 |gd| |gd|减小减小bbVVbb增大的含义是从负电压增大的含义是从负电压向小于向小于Ubz的正电压变化的正电压变化随着随着VbbVbb的添加任务形状由欠压的添加任务形状由欠压临界临界过压过压VbbVbb对电流、电压、功率、效率的影响对电流、电压、功率、效率的影响oVbbVbb第四节第四节 丙类高频功率放大电路丙类高频功率放大电路 根本组成：根本组成： 丙类高频功率放大器是由输入回路、非线性器件丙类高频功率放大器是由输入回路、非线性器件晶体管、场效

56、应管和输出谐振回路组成。晶体管、场效应管和输出谐振回路组成。输入、输出回路在功率放大器中的作用是：输入、输出回路在功率放大器中的作用是：提供放大器所需的正常偏置；提供放大器所需的正常偏置；实现滤波选取基波分量；实现滤波选取基波分量；实现阻抗匹配。实现阻抗匹配。组成：组成：直流馈电电路直流馈电电路滤波匹配网络滤波匹配网络一、一、 直流馈电电路直流馈电电路u直流馈电电路：直流馈电电路：u直流电源加到各电极上去的线路直流电源加到各电极上去的线路u集电极馈电电路集电极馈电电路u基极馈电电路基极馈电电路u衔接方式：衔接方式：u串联馈电串联馈电u并联馈电并联馈电第四节 丙类高频功率放大电路一、直流馈电电路

57、集电极馈电：集电极馈电： 串馈：晶体管、串馈：晶体管、 VCC 、LC回路串联回路串联 并馈：晶体管、并馈：晶体管、 VCC 、LC回路并联回路并联基极馈电：基极馈电：串馈：晶体管、串馈：晶体管、 VBB 、输入信号串联、输入信号串联并馈：晶体管、并馈：晶体管、 VBB 、输入信号并联、输入信号并联馈电线路分类：馈电线路分类：VBB+-VBB+-(a)并馈并馈 (b)串馈串馈分析图分析图3-19是并馈还是串馈：是并馈还是串馈：集电极馈电线路的组成原那么：集电极馈电线路的组成原那么： (1) Vcc只加在晶体管上，而无其他电阻，使只加在晶体管上，而无其他电阻，使损耗功率损耗功率Pc最小，效率最大

58、。最小，效率最大。(2) Ic1m只加在只加在LC回路上，而无其他电阻，使回路上，而无其他电阻，使输出功率输出功率Po最大。最大。 可见可见,集电极串馈电路和并馈电路均需满足集电极串馈电路和并馈电路均需满足此馈电原那么。此馈电原那么。一、集电极馈电电路一、集电极馈电电路馈电原那么馈电原那么:直流有直流通路，交流有交流通路，且高频信号不能直流有直流通路，交流有交流通路，且高频信号不能经过直流电源经过直流电源基波分量要有效地流过负载回路基波分量要有效地流过负载回路谐波对于负载回路是短路谐波对于负载回路是短路(a)(a)直流通路；直流通路；(b)(b)基波通路；基波通路；(c)(c)高次谐波通路高次

59、谐波通路 ECic1CL(b)icn(c)(a)ECIC0一集电极馈电 交流短路直流开路隔直电容：旁路电容交流开路直流短路高频扼流圈:CCL图图3-17的直流通路和交流通路如以下图：的直流通路和交流通路如以下图：晶体管、负载回路和直流电源组成串联联接方式称为串联馈电晶体管、负载回路和直流电源组成串联联接方式称为串联馈电L：高频扼流圈：高频扼流圈对直流短路对直流短路对交流开路对交流开路作用：阻挠高频信号流过直流电源作用：阻挠高频信号流过直流电源C：高频旁路电容：高频旁路电容对直流开路对直流开路对交流短路对交流短路作用：提供交流通路作用：提供交流通路优点：馈电元件优点：馈电元件L L、C C和和V

60、ccVcc均处于高频地电位，均处于高频地电位，他们的分布电容和分布电感就不会影响回路。他们的分布电容和分布电感就不会影响回路。缺陷：回路处于直流的高电位，回路的电容动片缺陷：回路处于直流的高电位，回路的电容动片不能接地，调试不方便。不能接地，调试不方便。晶体管、负载回路和直流电源组成并联联接方式称为并联馈电晶体管、负载回路和直流电源组成并联联接方式称为并联馈电L：高频扼流圈：高频扼流圈C：电源滤波电容：电源滤波电容C：隔直电容：隔直电容优点：回路处于直流低电位，抑优点：回路处于直流低电位，抑制了串馈的缺陷。制了串馈的缺陷。缺陷：缺陷：L L处于高频高电位，它对处于高频高电位，它对地的分布电容很