通信电路第3章

1、第3章 高频功率放大电路. 概述概述. 丙类谐振功率放大电路丙类谐振功率放大电路. 宽带高频功率放大电路与功率合成电路宽带高频功率放大电路与功率合成电路. 集成高频功率放大电路及应用简介集成高频功率放大电路及应用简介. 章末小结章末小结第第3 3章章 高频功率放大电路高频功率放大电路第3章 高频功率放大电路在在高高频频范范围围内内，为为了了获获得得足足够够大大的的高高频频输输出出功功率率，必必须须采采用用高高频频调调谐谐功功率率放放大大器器，这这是是发发射射设设备备的的重重要要组组成成部部分分。对对高高频频功功率率放放大大器器的的一一般般要要求求同同低低频频功功放放相相同同：特特点点：(1)工

2、工 作作 频频 率率 高高 ， 相相 对对 频频 带带 窄窄(4)不不能能用用线线性性模模型型电电路路分分析析，一一般般采采用用图图解解法法分分析析和和折折线线法法功功率率放放大大器器按按工工作作状状态态分分类类：第3章 高频功率放大电路 谐振功放属于窄带功放电路。对于工作频带要求较宽谐振功放属于窄带功放电路。对于工作频带要求较宽, 或要求经常迅速更换选频网络中心频率的情况或要求经常迅速更换选频网络中心频率的情况, 可采用宽带可采用宽带功率放大电路。功率放大电路。 本章着重讨论丙类谐振功放的工作原理、动态特性和本章着重讨论丙类谐振功放的工作原理、动态特性和电路组成电路组成。 第3章 高频功率放

3、大电路3.2丙类谐振功率放大电路丙类谐振功率放大电路除除电电源源和和偏偏置置电电路路外外，主主要要由由三三个个部部分分组组成成：晶晶体体管管：输输入入激激励励电电路路：提提供供所所需需信信号号电电压压；输输出出谐谐振振回回路路：（1）滤滤波波选选频频，(2)阻阻抗抗匹匹配配。-UBBCECL+uS-+ub-(a) 原理电路原理电路+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b) 等效电路等效电路+uc1-第3章 高频功率放大电路3.2.1 工作原理工作原理 图图3.2.1是谐振功率放大电路原理图。是谐振功率放大电路原理图。 假定输入信号是角频率正弦波假定输入信号是角频率正弦波, 输出选频回路调

4、谐在输入信输出选频回路调谐在输入信号的相同频率上。号的相同频率上。 根据基尔霍夫电压定律根据基尔霍夫电压定律, 可得到以下表达式可得到以下表达式:uBE=UBB+ub=UBB+Ubmcos0t (3.2.1) uCE=UCC+uc=UCC-Ic1mRcos0t =UCC-Ucmcos0t 3.2丙类谐振功率放大电路丙类谐振功率放大电路(3.2.2)第3章 高频功率放大电路 其中其中uBE和和uCE分别是晶体管分别是晶体管b、e极电压和极电压和c、e极电压，极电压，ub和和uc分别是输入交流信号和输出交流信号分别是输入交流信号和输出交流信号, R是回路等效总电是回路等效总电阻阻, IC0和和Ic

5、1m分别是集电极电流分别是集电极电流iC中的直流分量和基波振幅。中的直流分量和基波振幅。UBB和和UCC是直流电源。是直流电源。 第3章 高频功率放大电路oDCPPP(3.2.3)(3.2.4)(3.2.5) 从式从式(3.2.5)可知可知, 如果要提高效率如果要提高效率, 需增大需增大Ic1m或减小或减小IC0(减小减小IC0即减小集电极平均电流即减小集电极平均电流, 通过降低静态工作点可以实现通过降低静态工作点可以实现)。 由此可以得到由此可以得到集电极电源提供的直流功率集电极电源提供的直流功率P PD D谐振功放输出交流功率谐振功放输出交流功率P PO O集电极效率集电极效率c c集电极

6、功耗集电极功耗P PC C0CCCDIUP RURIUIPcmmccmmc22110212121CCCcmmcDocUIUIPP0121第3章 高频功率放大电路 功率放大电路是大信号工作功率放大电路是大信号工作, 而在大信号工作时必须考虑而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性晶体管的非线性特性, 这样将使分析比较复杂。为简化分析这样将使分析比较复杂。为简化分析, 可以将晶体管特性曲线理想化可以将晶体管特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折线即用一条或几条直线组成折线来代替来代替, 称为折线近似分析法。称为折线近似分析法。 图图3.2.3用两段直线组成的折线来近似表示将晶体管的转用两段直

7、线组成的折线来近似表示将晶体管的转移特性移特性, 由此来分析丙类工作状态的有关参数。由此来分析丙类工作状态的有关参数。 第3章 高频功率放大电路 图 3.2.3 丙类状态转移特性分析如果将输入信号在一个周期内如果将输入信号在一个周期内的导通情况用对应的导通角度的导通情况用对应的导通角度2 2来表示来表示, , 则称则称为导通角。为导通角。可见可见, 0, 0180180。第3章 高频功率放大电路UCCICEO uCE iCO转转移移特特性性曲曲线线输输出出特特性性曲曲线线 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ QQo90BZBBUU BEuci截止区截止区饱

8、和区饱和区Q位位 于于 放放 大大 区区0180第3章 高频功率放大电路+ub-RpCL+uCE-UCC-UBB+uc1-ic常数ceuBEcuig2 工作原理分析工作原理分析uBEic-UBBUonubic(1) 集集电电极极电电流流ci 设设输输入入信信号号电电压压:tUubmb cos Ubm则则 加加 到到 晶晶 体体 管管 基基 极极 ,发发 射射 级级 的的有有 效效 电电 压压 为为 :tUUUuubmBBBBbBE cos 由由晶晶体体管管的的转转移移特特性性曲曲线线可可以以看看出出：g折折线线的的斜斜率率+uBE _第3章 高频功率放大电路2 工作原理分析工作原理分析(1)

9、集集电电极极电电流流ci onbmBBcUtUUgicos0 cibmonBBUUUcosbmonBBUUU arccoscoscoscoscos)(costgUUtUgUUtUgibmbmbmonBBbmcvBEic-UBB-UonvbicVbmgCIcmcos1cmbmIgU代代 入入ci有有 ： 尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲的的数数学学表表达达式式+ub-RpCL+uCE-UCC-UBB+uc1-ic+uBE _cos1coscoscmctIi第3章 高频功率放大电路(1) 集电极电流集电极电流若若对对ci分分解解为为付付里里叶叶级级数数为为：tnItItIIiccos2coscoscnmc

10、2mc1mco其其中中各各系系数数分分别别为为： 0cmcmc)cos1cossin)(21IItdiIco 1cmcm1)cos1cossin1()(cos21IIttdiIcmc ncmccnmInnnnIttdniIcm2)cos11sincoscossin2)(cos21ictic1ic2ic3IcoIcmcos1coscoscmctIi第3章 高频功率放大电路iC频谱频谱(2)集电极输出电压集电极输出电压ci经经 LC 并并联联谐谐振振回回路路后后，此此回回路路对对基基波波产产生生谐谐振振，呈呈纯纯电电阻阻PRci（最最大大值值） ，而而对对其其它它谐谐波波失失谐谐阻阻抗抗很很低低，

11、呈呈电电容容性性。因因而而回回路路选选出出基基波波电电压压1cu，而而滤滤除除各各次次谐谐波波电电压压。 2 3LC回回路阻路阻抗抗 Rp故故回回路路输输出出的的基基波波电电压压：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 而而晶晶体体管管集集电电极极的的输输出出电电压压：tUUucmCCCEcos0+ub-RpCL+uCE-UCC-UBB+uc1-ic+uBE _ictic1ic2ic3IcoIcmubUBZUBBIcmuBEtibtictuCEuctUCCUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 第3章 高频功率放大电路3. 高频功放的功率关系高频功放的功率关系

12、（注注意意PR为为回回路路谐谐振振阻阻抗抗）(3) 集集电电极极耗耗散散功功率率CP，oDCPPP (4) 集集电电极极能能量量转转换换效效率率c ： 112121gIUIUPPPPPCOCCmCCmCooDoc讨讨论论：(2) COCmcIIg11 ，一一般般有有： cccg 1 co13g11.02.02第3章 高频功率放大电路图 3.2.4 尖顶余弦脉冲的分解系数()与波形系数g1() 第3章 高频功率放大电路 由图由图3.2.4可以看出可以看出, 1(90)=1(180)=0.5, 这两种情况这两种情况分别对应于乙类和甲类工作状态分别对应于乙类和甲类工作状态, 均比丙类均比丙类(90)

13、的数值高的数值高, 而而1的最大值是的最大值是1(120)=0.536, 处于甲乙类状态。这意味着处于甲乙类状态。这意味着当回路等效总电阻当回路等效总电阻R和脉冲高度和脉冲高度ICm相同时相同时, 丙类的输出功率丙类的输出功率比甲类、甲乙类和乙类都要小一些比甲类、甲乙类和乙类都要小一些, 但是丙类的集电极效率比但是丙类的集电极效率比它们都要高。它们都要高。 )(2121101gUIUICCCcmmccRIPCm)(212120co13g11.02.02第3章 高频功率放大电路 分析式分析式(3.2.12)、 (3.2.13)可知可知, 增大增大和和g1的值是提高效率的值是提高效率的两个措施的两

14、个措施, 增大增大1是增大输出功率的措施。然而图是增大输出功率的措施。然而图3.2.4告诉告诉我们我们, 增大增大g1与增大与增大1是互相矛盾的。导通角是互相矛盾的。导通角越小越小, g1越大越大, 效效率越高率越高, 但但1却越小却越小, 输出功率也就越小。所以要兼输出功率也就越小。所以要兼顾效率和顾效率和输出功率两个方面输出功率两个方面, 选取合适的导通角选取合适的导通角。若取若取=70, 此时的此时的集电极效率可达到集电极效率可达到85.9%, 而而=120时的集电极效率仅为时的集电极效率仅为64%左右。因此左右。因此, 一般以一般以70作为最佳导通角作为最佳导通角, 可以兼顾效率可以兼

15、顾效率和输出功率两个重要指标。和输出功率两个重要指标。 )(2121101gUIUICCCcmmccRIPCm)(212120co13g11.02.02第3章 高频功率放大电路 例例3.1 在图3.2.3中, 若Uon=0.6 V, g=10mAV, ICm=20mA, 又UCC=12V, 求当分别为180, 90和60时的输出功率和相应的基极偏压UBB, 以及为60时的集电极效率。(忽略集电极饱和压降) 解解： 由图3.2.4可知:0(60)=0.22,1(180)=1(90)=0.5, 1(60)=0.38因为 Ucm=UCC=12ViC斜率 gUBB00uBEUonuBEUbmiCICm

16、0tt第3章 高频功率放大电路因为)cos1 (gIUCosUUUUUUCoscmbmbmonBBbmBBon)cos1 (coscosgIUUUUCmonbmonBB所以可求得:第3章 高频功率放大电路所以, 当甲类工作时(=180), 根据式(3.2.11), (3.2.4), VgIUUmWUIPmAIICmonBBcmmcoCmmc6 . 1210206 . 026012102121105 . 020)180(111在乙类工作时(=90)，有VUUmWPmAIIonBBoCmmc6 . 060121021105 . 020)90(11第3章 高频功率放大电路 当丙类工作时(=60),有

17、%8686. 0124 . 4126 . 721214 . 422. 020)60(6 .45126 . 7216 . 738. 020)60(010101CCCcmmccCmCoCmmcUIUImAIImWPmAIIVgIUUCmonBB4 . 1)60cos1 (1060cos206 . 0)cos1 (cos第3章 高频功率放大电路3.2.2 性能分析性能分析 利用图利用图3.2.5所示折线化转移特性和输出特性曲线所示折线化转移特性和输出特性曲线, 借助借助谐谐振功放输入回路、振功放输入回路、 输出回路和晶体管转移特性的输出回路和晶体管转移特性的三个表达式三个表达式, 分析两分析两个问题

18、：个问题：输出信号的振幅与输入信号的振幅有什么关系？输出信号的振幅与输入信号的振幅有什么关系？ U Ucmcm的大小受哪些参数影响？的大小受哪些参数影响？ 当晶体管确定以后当晶体管确定以后, , U Ucmcm的大小与的大小与V VBBBB、V VCCCC、R R和和U Ubmbm四个参四个参数有关。数有关。 在分析之前在分析之前, 让我们先确定动态线的情况。让我们先确定动态线的情况。 第3章 高频功率放大电路图 3.2.5 折线化转移特性和输出特性分析 返回1返回2第3章 高频功率放大电路 由式(3.2.1)和式(3.2.2)可写出： cmCECCbmBBBEUuUUUu代入式(3.2.6)

19、, 经过整理可得到动态线表达式:iC=-gd(uCE-U0) 其中bmcmoncmBBbmCCcmbmdUUUUUUUUUUgg0(3.2.14)第3章 高频功率放大电路有关有关Q点位置的说明如下。点位置的说明如下。甲类和甲乙类工作时，甲类和甲乙类工作时，Q点位于放大区内的动态线上；点位于放大区内的动态线上；乙类工作时，乙类工作时，Q点下移到放大区与截止区交界处的动态线上。点下移到放大区与截止区交界处的动态线上。 所以，丙类工作时，所以，丙类工作时，Q点应该沿着动态线继续下移，位于动点应该沿着动态线继续下移，位于动态线的延长线上，态线的延长线上， 即在第四象限内。即在第四象限内。另外，由另外，

20、由图图3.2.5中的转移特性和式（中的转移特性和式（3.2.14）可知，在静态工）可知，在静态工作点，因为作点，因为uBE=UBB，故有故有uCE=UCC，这也是这也是Q点应该满足的点应该满足的条件。条件。综上所述，输出特性中的综上所述，输出特性中的Q点位置应该是在动态线点位置应该是在动态线AB的延长的延长线与线与uCE=UCC的相交处。的相交处。Q点位于第四象限内并点位于第四象限内并非非表示此时表示此时iC为负值，而是说明此时为负值，而是说明此时iC=0， 因为集电极电流不可能反向流因为集电极电流不可能反向流动。动。Q点是为了作图的需要而虚设的一个辅助点。点是为了作图的需要而虚设的一个辅助点

21、。 第3章 高频功率放大电路由图(3.2.5)可以写出斜率值gd的另一种形式:)cos1 (dcmCmUIg因为 Ic1m=ICm1(), R=Ucm/Ic1mRgRd)cos1)(11d(3.2.15)可见，放大区内动态线的斜率是负的，其数值可见，放大区内动态线的斜率是负的，其数值gd（动态电导）与动态电导）与R、两个参数都有关系，且动态电阻两个参数都有关系，且动态电阻Rd与回路等效总电阻与回路等效总电阻R不不相等相等第3章 高频功率放大电路uceic高频功率放大器的动态特性高频功率放大器的动态特性 画画 法法 一一 ：UoA在在静静态态特特征征曲曲 线线的的ceu轴轴上上取取 B 点点，使

22、使oUOB ，由由 B 点点作作斜斜 率率为为dg的的直直线线 BA， 即即 得得 动动 态态 特特 征征 曲曲 线线 。 BO画画 法法 二二 ：（1）作作静静态态工工作作点点 Q：ECQ令令ot90 由由外外部部方方程程可可得得： )(,:BZBBcQcBBBECceUUgIiUuEuQ(2) 作作 A 点点 :令令o0t bmBBbbeCmCcceUUuuUEuuAmaxmin:连连 接接 Q 、 A 两两 点点 即即 得得 动动 态态 特特 性性 曲曲 线线 。Ucmc ucmingd输输 出出 端端 ：tUEucmCce cos 输输 入入 端端 ：tUUubmBBBE cos BZ

23、BEccUugi ubemax第3章 高频功率放大电路调谐功率放大器的三种工作状态调谐功率放大器的三种工作状态根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱和区，可根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱和区，可将放大器分为欠压、过压和临界三种工作状态。将放大器分为欠压、过压和临界三种工作状态。1、欠压、欠压若在整个周期内，晶体管工作不进入若在整个周期内，晶体管工作不进入饱和区，即在任何时刻都工作在放大状态，称放饱和区，即在任何时刻都工作在放大状态，称放大器工作在欠压状态；大器工作在欠压状态；2、临界、临界若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临界状态；工作在临界状态；3、过

24、压、过压若晶体管工作时有部分时间进入饱和若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，称放大器工作在过压状态。区，称放大器工作在过压状态。cesceUumincesceUumincesceUumincmccceUUumin第3章 高频功率放大电路1. R变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响调谐功放的调谐功放的负载特性负载特性 若若UBB、UCC和和Ubm三个参数固定三个参数固定, R发生变化发生变化, 动态线、动态线、Ucm以及以及Po、c等性能指标会有什么变化呢等性能指标会有什么变化呢?这就是谐振功放的负载这就是谐振功放的负载特性。特性。 UBB和和UCC固定意味着固定意味着Q点固定点

25、固定, Ubm固定进一步意味着固定进一步意味着也固也固定。根据式定。根据式(3.2.14), 放大区动态线斜率放大区动态线斜率1/ Rd将仅随将仅随R而变化。而变化。RIUUUuCmcccmccce)(1minRgRd)cos1)(11d因为因为 ，所以放大器的这三，所以放大器的这三种工作状态取决于种工作状态取决于偏置电压偏置电压UBB、电源电压、电源电压UCC、激励电压幅值、激励电压幅值Ubm和集电极等效负载和集电极等效负载 R。)1 (CosgUIbmcm第3章 高频功率放大电路图 3.2.6 三种不同斜率情况下的动态线及波形分析第3章 高频功率放大电路高频功率放大器的负载特性高频功率放大

26、器的负载特性 高高 频频 功功 放放 的的 工工 作作 状状 态态 ： 动动态态曲曲线线： )(ocedcUugi uceicUo PccccCocbmcdRIUUEUUUgg1111cos而而 可可见见动动态态特特性性曲曲线线的的斜斜率率和和负负载载PR有有关关，放放大大器器的的工工作作状状态态将将随随负负载载的的不不同同而而变变化化。下下面面讨讨论论当当CE、BBU、bmU不不变变时时，动动态态特特性性曲曲线线与与负负载载PR的的关关系系。 gd(1) 欠欠压压工工作作状状态态当当PR减小减小111cbmcdPccUUggRIU 较大，较大，动态特征曲线与动态特征曲线与maxbeu所对的静

27、态特征曲线的交点位于放大区。所对的静态特征曲线的交点位于放大区。 uBEic-UBBUBZubCCicCCgCUbmubemaxicmaxuceicECQuceminUcescesceUu min晶晶 体体 管管 的的 工工 作作 范范 围围 在在 放放 大大 区区 和和 截截 止止 区区 。 ci为为尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲，集集电电极极电电压压利利用用不不充充分分。2.过过压压工工作作状状态态PR较较大大PccRIU11 较较大大1cbmcdUUgg 较较小小， 动动态态特特性性曲曲线线与与maxbeu所所对对的的静静态态特特征征曲曲线线的的交交点点位位于于饱饱和和区区。 gdubemax

28、特特点点：cesceUu min ，晶晶体体管管的的动动态态范范围围延延伸伸到到饱饱和和区区。 ci的的 波波 形形 顶顶 部部 为为 下下 凹凹 的的 余余 弦弦 脉脉 冲冲 。ucemin3.临临 界界 工工 作作 状状 态态动动态态特特性性曲曲线线与与临临界界饱饱和和线线以以及及maxbeu对对应应的的静静态态特特性性曲曲线线，三三线线相相交交于于一一点点 ubemaxgcr此此时时：cesceUu min, ci为为尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲。 第3章 高频功率放大电路研研究究的的问问题题：当当CE，BBU，bmU不不变变， 而而PR变变化化时时，与与 ccoDCCCPPPUII ,10

29、1 的的关关系系。 （1） 欠欠压压区区：icucePR由由 小小maxci 几几 乎乎 不不 变变（ 略略 减减 少少 ）1C0CI ,I几几 乎乎不不 变变011CCDPccIEPRIU 几几 乎乎 不不 变变 1121CCoIUP CccoccEUII1121 oDCPPP 高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性PoRp欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Rp欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1Ico（2） 过过压压区区： PR进进 入入 过过 压压 区区余余 弦弦 脉脉 冲冲 顶顶 部部 下下 凹凹 ，PccCCcRIUIIi1110max, 几几 乎乎 不不 变变 （

30、 略略 有有 上上升升 ）01011102121CCCCcCCoCCUUIIIUPIEP 变变 化化 缓缓慢慢 ，oDCPPP 变变 化化 缓缓 慢慢 。 c PDPcubemax注注意意：临临界界状状态态输输出出功功率率最最大大ocroPP ，效效率率也也较较高高，可可以以说说是是最最佳佳工工作作状状态态，常常选选此此状状态态为为末末级级功功放放输输出出状状态态。过过压压状状态态，效效率率高高，但但输输出出功功率率较较小小。在在欠欠压压状状态态0CI，1CI几几乎乎不不变变，功功放放相相当当于于一一个个恒恒流流源源，而而过过压压状状态态1CU几几乎乎不不变变，相相当当于于一一个个恒恒压压源源

31、。 Uc1第3章 高频功率放大电路 2. Ubm变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响放大特性放大特性 若若UBB、UCC、R三个参数固定三个参数固定, 输入输入Ubm变化变化, 此时输出此时输出Ucm以及以及Po、c等性能指标随之变化的规律被称为放大特性。等性能指标随之变化的规律被称为放大特性。 利用折线化转移特性分析丙类工作时利用折线化转移特性分析丙类工作时iC波形随波形随Ubm变化的变化的关系关系, 并给出了并给出了Ucm、Ic1m和和Ic0与与Ubm的关系曲线。由于的关系曲线。由于Ubm的的变化将导致变化将导致的变化的变化, 从而使输出特性欠压区内动态线的斜率从而使输出特

32、性欠压区内动态线的斜率发生变化发生变化, 所以利用输出特性分析放大特性不方便所以利用输出特性分析放大特性不方便第3章 高频功率放大电路高频功率放大器的放大特性高频功率放大器的放大特性tUUubmBBBE cos uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区1C 2C 3C UcmIcmlIcoUbm过压过压临界临界欠压欠压OO ticOticUbm增大增大OtictOictUbm线性功率线性功率放放 大大 器器tUcmUbmUcm振振 幅幅限幅器限幅器UcmtUbmUcm当当C , ERP，BBU不不变变， 固定固定UBB、增

33、大增大Ubm和固定和固定Ubm、增大增大UBB的情况类似，的情况类似，它们都使基极输它们都使基极输入电压入电压uBEmax随之增大，随之增大，对对应应的的集电极脉冲电流集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大，放的幅度和宽度均增大，放大器的工作状态由欠压进入过压大器的工作状态由欠压进入过压 。 当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅Ucm反映反映输入信号振幅输入信号振幅Ubm的变化，的变化，放大器必须在放大器必须在Ubm变化范围内工作在欠压状态。变化范围内工作在欠压状态。 当谐振功率放大器用作振幅限幅器时，当谐振功率放大器用作振

34、幅限幅器时，放大器必须在放大器必须在Ubm变化的范围内变化的范围内工作在过压状态。工作在过压状态。第3章 高频功率放大电路 3. 3. 调制特性调制特性(1) UCC变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响集电极调制特性。集电极调制特性。 若若UBB、R和和Ubm固定固定, 输出电压振幅输出电压振幅Ucm随集电极电压随集电极电压UCC变化的规律被称为变化的规律被称为集电极调制特性集电极调制特性。 UCC的变化使得静态工作点左右平移的变化使得静态工作点左右平移, 从而使欠压区内的从而使欠压区内的动态线左右平移动态线左右平移, 动态线的斜率不变。动态线的斜率不变。第3章 高频功率放大电

35、路高频功率放大器的调制特性高频功率放大器的调制特性 当当bm ,URP不不变变， 而而改改变变 BBCUE与与 oDCCPPII,01之之间间的的关关系系。 1. 集电极调制特性集电极调制特性 当当bm ,URP，BBU不不变变， 压压区区减减少少功功放放由由临临界界进进入入过过压压区区增增加加功功放放由由临临界界进进入入欠欠CCEEuceicubemaxQECQECQEC显然：在欠压区：显然：在欠压区：10,CCII几乎不变几乎不变ODPP ,不变不变 注注意意：只只有有工工作作在在过过压压区区才才能能有有效效地地实实现现CE对对1CI及及oP的的调调制制作作用用，故故集集电电极极调调幅幅电

36、电路路应应工工作作在在过过压压区区。 t icEC欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区EC欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1IcoPDPOPC第3章 高频功率放大电路 (2) UBB变化对放大器工作状态的影响变化对放大器工作状态的影响基极调制特性。基极调制特性。 若若UCC、R和和Ubm固定固定, 输出电压振幅输出电压振幅Ucm随基极偏压随基极偏压UBB变化的规律被称为基极调制特性。变化的规律被称为基极调制特性。 由于由于UBB和和ub是以串联迭加方式处于功放的输入回路是以串联迭加方式处于功放的输入回路, 所所以以UBB的变化与的变化与ub的振幅的振幅Ubm的变化对输出电流的变化对输出

37、电流iC和输出电压和输出电压振幅振幅Ucm的影响是类似的的影响是类似的, 可以将图可以将图3.2.9和图和图3.2.8(b)进行对照进行对照分析。分析。 基极调制的目的是使基极调制的目的是使Ucm随随UBB的变化规律而变化的变化规律而变化, 所以所以功放应工作在欠压状态功放应工作在欠压状态, 才能使才能使UBB对对Ucm有有控制作用。控制作用。 第3章 高频功率放大电路高频功率放大器的调制特性高频功率放大器的调制特性2. 基基极极调调制制特特性性 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

38、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

39、，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 第3章 高频功率放大电路 4. 小结小结 根据以上对丙类谐振功放的性能分析根据以上对丙类谐振功放的性能分析, 可得出以下几点结论可得出以下几点结论: (1) 若对等幅信号进行功率放大若对等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在临界状态应使功放工作在临界状态, 此时输出功率最大此时输出功率最大, 效率也接近最大。比如对第效率也接近最大。比如对第7章将介绍的调章将介绍的调频信号进行功率放大。频信号进行功率放大。 (2) 若对非等幅信号进行功率放大若对非

40、等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在欠压状应使功放工作在欠压状态态, 但线性较差。若采用甲类或乙类工作但线性较差。若采用甲类或乙类工作, 则线性较好。比如对则线性较好。比如对第第6章将介绍的调幅信号进行功率放大。章将介绍的调幅信号进行功率放大。 第3章 高频功率放大电路 (3) 丙类谐振功放在进行功率放大的同时丙类谐振功放在进行功率放大的同时, 也可进行振幅也可进行振幅调制。若调制信号加在基极偏压上调制。若调制信号加在基极偏压上, 功放应工作在欠压状态；功放应工作在欠压状态； 若调制信号加在集电极电压上若调制信号加在集电极电压上, 功放应工作在过压状态。功放应工作在过压状态。 (4) 回路等

41、效总电阻回路等效总电阻R直接影响功放在欠压区内的动态线直接影响功放在欠压区内的动态线斜率斜率, 对功放的各项性能指标关系很大对功放的各项性能指标关系很大, 在分析和设计功放时在分析和设计功放时应重视负载特性。应重视负载特性。第3章 高频功率放大电路 例例3.2 某高频功放工作在临界状态, 已知UCC=18V, gcr=0.6 AV, =60, R=100, 求输出功率Po、直流功率PD和集电极效率c。 解解： 由式(3.2.14)可求得:Rd=1(60)(1-cos 60)100=19 Sd191g由图3.2.6可以写出以下关系式:故crdCCcrcmggUgU)cos1 ()1 ()(Cos

42、UgUUgIcmdcmcccrCm第3章 高频功率放大电路AggUgUgIcrdCCcrCCcrCm45. 0)cos1 (WRIPCmo46. 110038. 045. 021)(2122212WUIPCCCmD78. 11822. 045. 0)(0%8278. 146. 1DocPP所以第3章 高频功率放大电路 【例例3.3】 已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方法所得到的输整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方法所得到的输出功率出功率Po是否相同？为什么？是否相同？为什么？ 解：解： 可以有四

43、种调整方法。设原输出功率为可以有四种调整方法。设原输出功率为Po0，原放大原放大区内动态线及其延长线为区内动态线及其延长线为AQ1，四种方法得到的输出功率分别四种方法得到的输出功率分别为为Po1、Po2、Po3、Po4。 （1） 增大负载增大负载R，则放大区内动态线斜率减小，则放大区内动态线斜率减小，Q点不变，点不变， 仍为仍为Q1，动态线及其延长线为动态线及其延长线为BQ1。根据图根据图3.2.7负载特性，负载特性，Ucm和和Po将增大，所以将增大，所以Po1Po0。 第3章 高频功率放大电路 （2） 减小减小UCC，则动态线平行左移，则动态线平行左移，R不变，动态线及其不变，动态线及其延长

44、线为延长线为BQ2。根据图根据图3.2.10集电极调制特性，集电极调制特性，Ucm略减小，略减小，Po略有减小，所以略有减小，所以Po2Po0。 （3） 增大增大UBB，则动态线平行上移，则动态线平行上移， R 不变，不变，Q点上移，点上移， 动动态线及其延长线为态线及其延长线为CQ3。根据图根据图3.2.9基极调制特性，基极调制特性， Ucm增大，增大， Po将增大，所以将增大，所以Po3Po0。 （4） 增大增大Ubm，则动态线从则动态线从A延长到延长到D， R不变，不变，Q点不变，点不变， 根据图根据图3.2.8放大特性，放大特性，Ucm和和Po均增大，所以均增大，所以Po4Po0。 第

45、3章 高频功率放大电路 从图例从图例3.2.11可见，（可见，（4）的）的Ucm略大于（略大于（3）的）的Ucm，而（而（3）和（和（4）的）的R相同，故相同，故Po4Po3。另外，（另外，（1）的）的Ucm 略大于略大于（3）、（）、（4）的）的Ucm ，但（但（1）的）的R大于（大于（3）、（）、（4）的）的R ， 所以，所以， Po1的功率大小取决于的功率大小取决于R增大的程度。若采用方法（增大的程度。若采用方法（1）时时R增大较多，增大较多， 使使Po1Po3，则有则有Po4Po3Po1Po2。 第3章 高频功率放大电路图3.2.11 例3.3图 第3章 高频功率放大电路一一 直直流流

46、馈馈电电线线路路根根据据直直流流电电源源连连接接方方式式的的不不同同，可可分分为为：串串联联馈馈电电线线路路：直直流流电电源源、匹匹配配网网络络和和晶晶体体管管三三者者形形成成串串联联连连接接的的方方式式。并并联联馈馈电电线线路路：直直流流电电源源、匹匹配配网网络络和和晶晶体体管管三三者者形形成成并并联联连连接接的的方方式式。tUUutUUucmCCCEbmBBBEcos,cos要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有：要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有：直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置；直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置；交流匹配网络：将交

47、流功率信号有效地传输。交流匹配网络：将交流功率信号有效地传输。3.2.3直流馈电线路与匹配网络直流馈电线路与匹配网络第3章 高频功率放大电路1 集集电电极极馈馈电电电电路路：（1） 集集电电极极馈馈电电电电路路的的组组成成原原则则： ci的的直直流流分分量量COI除除晶晶体体 管管的的内内阻阻外外，应应予予以以短短路路， 以以保保证证CE全全部部加加在在集集电电极极 上上，避避免免管管外外电电路路消消耗耗电电源源 功功率率，即即CCODEIP ci的的 基基 波波 分分 量量1CI只只 应应 在在 负负 载载 回回 路路 上上 产产 生生 电电 压压 降降 ， 其其 余余 部部 分分 电电 路

48、路 对对1CI应应 短短 路路 。 ci的的 高高 次次 谐谐 波波 分分 量量CnI 不不 应应 消消 耗耗 功功 率率 ， 因因 此此CnI对对 晶晶 体体 管管 外外 的的 电电 路路 应应 尽尽 可可 能能 短短 路路 。 IcoECIc1CLIcn第3章 高频功率放大电路LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT（2） 常常用用的的集集电电极极串串馈馈和和并并馈馈电电路路如如下下图图所所示示：cL高高频频扼扼流流圈圈：通通直直流流阻阻交交流流 cC：高高频频旁旁路路电电容容：通通交交流流隔隔直直流流 c1C：隔隔直直电电容容：通通交交流流隔隔直直流流 以以上上两两个个

49、电电路路匀匀满满足足： tUEucCce cos1 ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC频谱频谱 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT第3章 高频功率放大电路串联馈电方式的优点是串联馈电方式的优点是Lc和和Cc处于高频地电位处于高频地电位, 它们对地的它们对地的分布电容不会影响回路的谐振频率分布电容不会影响回路的谐振频率, 缺点是电容器缺点是电容器C的动片不能的动片不

50、能直接接地直接接地, 安装调整不方便。而并联馈电方式的优缺点正好相反。安装调整不方便。而并联馈电方式的优缺点正好相反。由于由于Lc和和Cc1不处于高频地电位不处于高频地电位, 它们对地的分布电容直接影响它们对地的分布电容直接影响回路的谐振频率回路的谐振频率, 但回路处于直流地电位但回路处于直流地电位, L、C元件可接地元件可接地, 故故安装调整方便。安装调整方便。 ucLA UCCUCCCCcucLC UCCCc2Lc BCc1UCCUCC(a)(b)LcC第3章 高频功率放大电路CBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 基极馈电线路基极馈电线路对对

51、基基级级馈馈电电线线路路来来说说，也也有有串串联联和和并并联联两两种种形形式式。在在实实际际应应用用中中，由由于于基基极极馈馈电电电电路路中中采采用用单单独独电电源源BBU不不方方便便，通通常常采采用用自自给给偏偏压压的的方方式式提提供供基基极极偏偏置置。 (1) 利利用用基基极极回回路路直直流流BOI产产生生偏偏压压bBOBBRIU IBOIBO(3) 利利用用射射极极电电流流eoI在在eR上上产产生生偏偏压压eeoBBRIU ，而而且且这这种种电电路路能能自自动动维维持持放放大大器器的的工工作作稳稳定定。 Ieo +UBB - +UBB -第3章 高频功率放大电路 (2) 基极馈电线路。

52、基极馈电也有串馈与并馈两种形式, 但对于丙类谐振功放, 通常采用自给偏压方式。在无输入信号时, 自给偏压电路的偏置为零。 随着输入信号的逐渐增大, 加在晶体管be结之间的偏置电压向负值方向增大。由此可见, 乙类功放不能采用自给偏压方式。第3章 高频功率放大电路2 .匹配网络匹配网络高高频频功功放放都都要要采采用用一一定定的的耦耦合合回回路路，以以使使输输出出功功率率能能有有效效地地传传输输到到负负载载（下下级级输输入入回回路路或或天天线线回回路路） ，一一般般说说来来，放放大大器器与与负负载载之之间间的的耦耦合合可可采采用用下下图图所所示示的的四四端端网网络络来来表表示示。这这个个四四端端网网

53、络络应应完完成成的的任任务务是是：RiRoRLRS功功 率率放大器放大器输入输入匹配匹配网络网络输出输出匹配匹配网络网络RLRSuS (1) 使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证放大器传输到负使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大载的功率最大，即它起着匹配网络的作用。，即它起着匹配网络的作用。 (2) 抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它有良好的滤波作用。有良好的滤波作用。 (3) 在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能有效地传送能有效地传送功率到

54、公共负载功率到公共负载，同时又尽可能地使这几个电子器件，同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响彼此隔离，互不影响。 输入匹配网络或级间耦合网络输入匹配网络或级间耦合网络: :是用以与下级放大器的输入端相连接是用以与下级放大器的输入端相连接输出匹配网络输出匹配网络: :是用以输出功率至天线或其他负载是用以输出功率至天线或其他负载第3章 高频功率放大电路为了衡量输出匹配网络上的功率损耗，可以定义回路效率为oLnPP（3.2.16）其中，PL、Po分别是负载上得到的功率和功放的输出功率第3章 高频功率放大电路 例例3.4 分析图例3.2.14所示工作频率为175 MHz的两级谐振功率放大电路的组成及元器件参数。 图3.2.14 例3.4图第3章 高频功率放大电路 高频大功率晶体管的等效电路与用作小信号放大的高频小高频大功率晶体管的等效电路与用作小信号放大的高频小功率晶体管的等效电路不一样，比较复杂。工作在高频段时，功率晶体管的等效电路不一样，比较复杂。工作在高频段时， 功放管的输入电容可以忽略，仅考虑输入电阻即可；而输出电功放管的输入电容可以忽略，仅考虑输入电阻即可；而输出电阻很大，可以忽略，只需要考虑输出电容。在设计匹配网络时阻很大，可以忽略，只需要考虑输出电容。在设计匹配网络时应注意这一点。应注意这一点。 其中第