合工大高频课件3.2谐振功放折线法

1、 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学3. 2 谐振高功放的折线分析法谐振高功放的折线分析法折线分析法：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。一、一、 晶体管特性曲线的理想化及其解析式晶体管特性曲线的理想化及其解析式1. 转移特性曲线（正向传输特性曲线转移特性曲线（正向传输特性曲线)实际实际理想理想BZBEUu 0C iBZBEUu )(BEcCBZUugi beccuig称为称为跨导跨导 集电极电压恒定时，集电极电压恒定时，集电极集电极电流与基极电压电流与基极电压的关系

2、曲线的关系曲线 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学一、一、 晶体管特性曲线的理想化及其解析式晶体管特性曲线的理想化及其解析式是以基极电压（或基极电流）为参量的是以基极电压（或基极电流）为参量的集电极电集电极电 流与集电极电压流与集电极电压的关系曲线。的关系曲线。 临界饱和线临界饱和线 放大区放大区饱和区饱和区临界线方程：临界线方程： CEcrcugi 为临界线的斜率为临界线的斜率 crg2. 输出特性曲线输出特性曲线 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业

3、大大学学二、二、 余弦电流脉冲的分解余弦电流脉冲的分解 )cos1 (bmccCMUgI )cos(cosbmcCctUgi BZBEUu 0C iBZBEUu )(BZBEcCUugi 当 t = c 时，iC=0，则 cosbmBBBZUVUc tUVubmBBBE cos )cos(bZbmBBccVtUVgi 当当 t = 0 时，时，iC=ICM ，cbmBBBZUVVcos ccMbmcIUgcos1cctIicos1coscosCMC 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学tdiI CC021ttdiI co

4、s1Cc1m )(0cCMI )(1cCMI 余余弦弦电电流流脉脉冲冲分分解解系系数数注注： )(c 利用傅里叶级数，可将利用傅里叶级数，可将iC的脉冲序列展开为的脉冲序列展开为tnItIIicnmmccoC coscos1 )(cos1ttdniICcnm)cos1(cossinCCCCCMI )cos1 (cossinCCCCCMI)(CnCMaI 直流分量分解系直流分量分解系数数基波分量分解系数基波分量分解系数n次谐波分量分解系数次谐波分量分解系数 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学)()()(011 g01 波

5、形系数波形系数 最最大大)(,12010 最大最大)(,6020 最大最大)(,4030 n0max120 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学三、三、 功率与效率功率与效率cmc1m21oUIP pc1m221RIpcm2/21RU PPoC CCcmC0c1m21VUII )(211 gc CCcm01)()(21VU （1）直流功率：）直流功率：CCCVIP0 （2）输出功率：）输出功率： （3）集电极损耗功率：）集电极损耗功率：ocPPP（4）集电极效率：）集电极效率： cccmVU 集电极电压利用系数集电极电压

6、利用系数 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学180 1)(1 g%50C 90 57. 1)(1 g%5 .78C 90 甲类：甲类：乙类：乙类：丙类：丙类：在在 条件下，条件下， 1 57. 1)(1 g%5 .78C 小小0P导通角越小，效率越高，导通角越小，效率越高， 但导通角不能取得太小，因为但导通角不能取得太小，因为 为了兼顾输出功率和效率，通常导通角取为了兼顾输出功率和效率，通常导通角取600800， 1.65-1.8)(1 g90%-82.5%c小小c 小小)(1c 小小mcI1oPoP(5)导通角的选择

7、：导通角的选择：)(211ccg)(211ccg则%5 .78C 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学例例1:某谐振功率放大器，某谐振功率放大器，VCC = 24 V，Po = 5W， = 70 ， = 0.9, 求该功放的求该功放的 C、 P=、PC、ICM 和回路谐振阻抗和回路谐振阻抗Rp解：解：Co)2( PP )W( 3 . 679. 05 )W( 3 . 153 . 6)3(oC PPPcmc1m21oUIP 因因为为)A( 05. 144. 0463. 0)( 1c1mCMcII)( 65.46)5(c1mc

8、mp IUR%799 . 075. 121)(21)1(1 ccg)(6 .21249 . 0)4(CCVVUcm )A(0.463 6 .21522 oc1m cmUPI故故 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学1. 什么是静态特性？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。四、四、高功放的动态特性高功放的动态特性 2. 什么是动态特性？什么是动态特性？ 是指在电源电压是指在电源电压( (V VCCCC和和V

9、VBBBB) )、晶体管、晶体管( (g gC C 、 U UBZBZ) )、输入、输入信号信号U Ubmbm 和输出电压和输出电压U Ucmcm （或谐振电阻（或谐振电阻R RP P ）一定的条件下，）一定的条件下，集电极电流集电极电流i iC C = f(u= f(uBEBE, u, uCECE) ) 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。 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学当当放放大大器器工工作作在在谐谐振振状状态态时时，其其外外部部电电路路电电压压方方程程为为：若若 设设 ：tUubmb co

10、s cmCECCbmBBBEUuVUUu 又又利利用用晶晶体体管管的的内内部部特特性性关关系系式式（折折线线方方程程） ： BZBEccUugi 可可得得： BZcmCECCbmBBccUUuVUUgiuBEicgCUBZ3.3.动态特性的表示形式动态特性的表示形式 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学 )(bmBBBZcmCCCEcmbmcUUUUVuUUgccmCCUVU cos0 cmbmcdUUgg其中：其中：表示表示动态特性曲线的斜率动态特性曲线的斜率 故动态特性的表示形式：故动态特性的表示形式：)(0Uugi

11、CEdcBZBEVu BZBEVu 0 ci 可见动态特性为折线，而不是一条直线。可见动态特性为折线，而不是一条直线。 BZcmCECCbmBBccUUuVUUgi oCEdUug ccmCCCEcmbmcUVuUUg cos )()(BBBZCCCEcmbmcUUVuUUg 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学ic0uCEubemaxube3ube2ube1ube4UoABVCCUcmuCEmingd4.4.动态特性的画法动态特性的画法(一）一） 截距法截距法（1）在输出特性的）在输出特性的 轴上取截距为轴上取截距为

12、点得Bcos0ccmccUVU CEu（2）通过）通过B点作斜率为点作斜率为 gd的直线交的直线交 线于线于A点，则点，则BA直线即为直线即为 maxbeuBZBEVu 段的动态特性段的动态特性在在UCE轴上找出相应的轴上找出相应的VCC点，点， A点在点在UCE轴上随投影为轴上随投影为: cmccCEUVu minC(4)在在UCE轴上选取轴上选取 得得C点，点，BC直线即为直线即为 段的动态特性，则段的动态特性，则AB-BC为总动态特性为总动态特性 BZBEVu cmccCEUVu max 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业

13、业大大学学ic0uCEubemaxube3ube2ube1ube4UoABVCCUcmuCEmingdC4.4.动态特性的画法动态特性的画法(二）虚拟电流法二）虚拟电流法QcCCCEIiVu 时时，在在点点得得和和）由由（Q)(1BBBZcQCCVUgIV 和和由由bmBBBEUVu max)2(点点得得AmincmccCEUVu (3) 连接连接AQ交横轴于交横轴于B点（管子导通点）点（管子导通点）(4) 在在UCE轴上选取轴上选取 得得C点，点， cmccceUVu maxABC则则AB-BC为总动态特性为总动态特性 (VCC，IQ）Q)( )cos()(BBBZcbmBBBZcmcmbm

14、cccmccccdoCEdQVUgUVUUUUgUVVgUugI Q 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学 5高功放的三种工作状态高功放的三种工作状态 uCEtVCCicuCEubemaxube3ube2ube1ube4临界线临界线OQUcm1Ucm2Ucm3A1A2A3A3Mic欠压状态：欠压状态： A点在点在 线上，但是线上，但是在放大区，输出电压幅度在放大区，输出电压幅度较小，较小，ic为尖顶脉冲。为尖顶脉冲。 maxbeu 临界状态：临界状态： A点在点在 线和临界线和临界饱和线的交点上，输出饱和线的交点上，输出

15、电压幅度较大电压幅度较大， ic为尖为尖顶脉冲。顶脉冲。 maxbeu过压状态：过压状态： A点在点在 的延长线上的延长线上（实际上是不存在），进（实际上是不存在），进入晶体管饱和区，输出电入晶体管饱和区，输出电压幅度大，压幅度大，ic为凹顶脉冲为凹顶脉冲 maxbeuB2B1B3 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学随随Rp增大，增大，dg减小减小五、五、 高功放的负载特性高功放的负载特性负载特性是指负载特性是指gc、VBZ、VCC 、VBB 、Ubm 不变时，改变谐振回路的谐振不变时，改变谐振回路的谐振电阻电阻 RP

16、，放大器的输出电流、电压、放大器的输出电流、电压、功率和效率等功率和效率等RP随变化的关系。随变化的关系。1什么是负载特性？什么是负载特性？2负载特性的分析负载特性的分析Q点点)(,(BBBZcccVUgV ， 不随不随Rp变化而变化的，以变化而变化的，以Q点为参考点点为参考点QVCCicuCEubemaxube3ube2ube1ube4临界线临界线O不变不变bmBBbeUVu max不变不变ApccpccbmcbmcpccMbmcpmcbmccmbmcdRRUgUgRIUgRIUgUUgg)()cos1(1 )()cos1( )(1111 cosbmBBBZUVUc 3.2 谐振功率放大器的

17、折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学五、五、 高功放的负载特性高功放的负载特性QAgdVCCicuCEubemaxube3ube2ube1ube4临界线临界线OicRp欠压欠压过压过压Ic1mIcoUcmpc1mcmRIU pcmRURIP2pc1m221o21 CCC0VIP PCPoP= coCPPP PP /oC 临界状态临界状态: : 输出功率最大输出功率最大, ,效率也较高效率也较高，是功率放大器的最佳工作状态是功率放大器的最佳工作状态 ，一般用于，一般用于发射机的输出级。发射机的输出级。 欠压状态：欠压状态：输出功率和效率输出功率和

18、效率都较低，都较低，PC较大，较大，RP0，PC最大，可能烧坏管最大，可能烧坏管子，应避免。子，应避免。但输出电流几乎不随但输出电流几乎不随RP变变化，放大器可视为恒流源。化，放大器可视为恒流源。 过压状态过压状态：在：在弱过压区效率最高，弱过压区效率最高，而而输出输出功率下降不多，且功率下降不多，且RP变化时，输出变化时，输出电压相电压相对较平稳，常用于发射机的中间级。对较平稳，常用于发射机的中间级。 临界临界Rp欠压欠压过压过压临界临界 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学六、各级电压变化对工作状态的影响六、各级电压

19、变化对工作状态的影响1 VCC 的影响的影响Q点点)(,(BBBZcccVUgV ， icuceubemaxube3ube2ube1ube4临界线临界线OA集电极调制特性集电极调制特性（gc、VBZ、RP 、VBB 、Vbm 不变）不变）PccdRg)cos1)(11 bmBBBZcUVV cosbmBBbeUVu max不变不变改变改变QVCCVCC欠压欠压过压过压 临界临界IcoIc1mVcmP=VCC欠压欠压过压过压临界临界P0PCQVCCVCCQ注意：注意：只有工作在过压只有工作在过压区才能有效地实现区才能有效地实现V VCCCC对对VcmVcm的控制作用，的控制作用，故故集电极调幅电

20、路应工作集电极调幅电路应工作在过压区。在过压区。 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学2 VBB 的影响的影响（gc、VBZ、RP 、Vbm 、Vcc 不变）不变）PccdRg)cos1)(11bmBBBZcUVVcosbmBBbeUVumaxBBVcQ点向上移动点向上移动)(BBBZcQVUgIube2maxube3maxube1maxVccicuce临界线临界线OQ1A1B1Q2A2B2A3B3Q3ict 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学

21、进入过压状态后，随着进入过压状态后，随着VBB向正值方向增大，集电极脉冲电流的宽度向正值方向增大，集电极脉冲电流的宽度和幅度也增大，但凹陷加深，结果使和幅度也增大，但凹陷加深，结果使Ico、Icml增大得十分缓慢。增大得十分缓慢。 UcmIcoIcml临界临界 过压过压欠压欠压UBBO 在欠压状态：在欠压状态：Vbb自负值向正值方向增大时，集电极脉冲电流的幅自负值向正值方向增大时，集电极脉冲电流的幅度度I ICMCM和导通角和导通角c增大，增大，故故Ico、Icml 随随VBB的增大而增大。的增大而增大。2 VBB 的影响的影响基极调制特性基极调制特性注意：注意：只有工作在欠压区才能有效地实现

22、只有工作在欠压区才能有效地实现V VBBBB对对VcmVcm的控制作用，的控制作用，故基极调幅电路应工作在欠压区。故基极调幅电路应工作在欠压区。（gc、VBZ、RP 、Vbm 、Vcc 不变）不变） 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学bmBBbeUVumaxUcmIcmlIcoUbm过压过压临界临界欠压欠压O3 Ubm 的影响的影响（gc、VBZ、RP 、VBB 、Vcc 不变）不变）(1)(1)当谐振功率放大器作为线性功率放大器，当谐振功率放大器作为线性功率放大器，放大器必须放大器必须 工作在欠压状态。工作在欠压状态

23、。(2)(2)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幅限幅器时，放大器必须放大器必须 工作在过压状态。工作在过压状态。bmBBBZcUVVcos 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学七、谐振功放在临界状态的计算七、谐振功放在临界状态的计算)(mincmcccrcecrCMVVgugI VCCVcm 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学例例1:已知晶体管谐振功率放大已知晶体管谐振功率放大 器工作于临界状态，晶体管的器工作于临界状态，

24、晶体管的饱和临界线斜率饱和临界线斜率，）（，）（查表得：查表得：得得由由410. 0232. 0,9 .6344. 05 . 2)5 . 0(6 . 0cos100 CCCbmBBBZCUVU PcCMbmCCBBBZcrRPPPAIVUVVVVVUVAg,),(8 . 1,5 . 2,18)(5 . 0),(6 . 0,/9 . 00 试试求求：集集电电极极电电流流脉脉冲冲幅幅值值输输入入电电压压振振幅幅，电电源源电电压压压压转转移移特特性性曲曲线线的的导导通通电电解：由于工作于临界状解：由于工作于临界状态，则有态，则有)(mincmcccrcecrCMVVgugI )(169 . 08 . 118VgIVVcrCMcccm 3.2 谐振功率放大器的折线分析法谐振功率放大器的折线分析法 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学)(417. 0232. 08 . 100AIICCMc ）（ )( 8 .75166 .41718) 1 (0