高频电子线路_第五章

1、 icebtooictVBZ谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图icQebtooict小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 表2-1 不同工作状态时放大器的特点 工作状态 半导通角 理想效率 负 载 应 用 甲类 qc=180 50% 电阻 低频 乙类 qc=90 78.5% 推挽，回路 低频，高频 甲乙类 90qc180 50%h78.5% 推挽 低频 丙类 qc90 h78.5% 选频回路 高频 丁类 开关状态 90%100% 选频回路 高频 谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性tVVetVVecmCCcbmBBbco

2、scos)(BZbccVegi+vbiB+VBB+VCC+ecC+vcL输出iEicebVbmcosqc=BBV +VBZbmBZBBcVVVcosq谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线转移特性icVBZo理想化ic maxicto+qcqco+qcqcVbmVbmebvcVBBt VBZ VBB t VCC t t t eb ib ic ec Vcm Vcm vb 高频功率放大器中各分电高频功率放大器中各分电压与电流的关系压与电流的关系cCCcvVe（a a）0000t或电压电流VBZoic maxec minicqcecVcmVCCicvceb max2ppVBZvBVbm

3、vb23p2p25p(b)高频功率放大器中各部分电压与电流的关系高频功率放大器中各部分电压与电流的关系 功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控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给的直流功率，使之转变为交流制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。信号功率输出去。由前述所知：由前述所知： 有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。电极耗散功率。P PDCDC= =直流电源供给的直流功率；直流电源供给的直流功率；P Po o= =交流输出信号功率；交流输出信号功率；P

4、Pc c= =集电极耗散功率；集电极耗散功率；PDC= Po+ PccooDCocPPPPPh2 2）由式）由式可知可知 1coCcPP dteTTcc01i ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+ p21cmp2cm1cmcmoRI21R2VIV21PVcm 回路两端的基频电压回路两端的基频电压 )(2121101ccCCcmcmDCocgIVIVPPqh0DCcc cPV ICCcmVV0c1cmc1II)(gqCCcmVV0c1cmc1II)(gq 根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的一条

5、直线来表示的一条直线来表示( (VBZ为截止偏压为截止偏压) )。晶体管实际特性和理想折线晶体管实际特性和理想折线理想化折线（虚线）icgceb0VBZic过压区临界线欠压区ebec0(a)(b)gcr 则则 ic =gc(ebVBZ) (ebVBZ) 常数cbcceegi 晶体管的内部特性为：晶体管的内部特性为：ic=gc(ebVBZ)eb= VBB+Vbmcos tec= VCCVcmcos t因此，因此，ic max= gcVbm(1cos q qc)尖顶余弦脉冲尖顶余弦脉冲ic maxto2qccccctiiqqcos1coscosmaxic =Ic0+Icm1cost+Icm2cos

6、2t+Icmncosnt+)cos1)(1(sincoscossin2)()cos1 (sincos)()cos1 (cossin)(210ccccccnccccccccccnnnnnqqqqqpqqpqqqqqpqqqq)()(maxmax10max0CnCcmnCCcmCCCiIiIiIqqq尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数n2.01.00.50.40.30.20.102040 60 80100qc10180120 160100123140当当q qc120 时，时，Icm1/Icmax达到最大值。在达到最大值。在Ic max与与负载阻抗负载阻抗Rp为某定值的为某定值的情况下，输出功率

7、将达情况下，输出功率将达到最大值。这样看来，到最大值。这样看来，取取q qc=120 应该是最佳通应该是最佳通角了。但此时放大器处角了。但此时放大器处于甲级工作状态效率太于甲级工作状态效率太低。低。尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数n2.01.00.50.40.30.20.1020406080100qc10180120160100123140尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数)(21)()(212110101ccccCCcmcmocgIVIVPPqqqh)()()(gc0c1c1qqq2)()()(gc0c1c1qqqn2.01.00.50.40.30.20.1020406080100qc

8、10180120160100123140输出功率为输出功率为0 0 +vbiB+VBB+VCC+ecC+vcL输出iEicebeb= VBB+Vbmcos t ec= VCCVcmcos tcmcCCVeVeb= VBB+Vbmic = gc(ebVBZ)BZcmcCCbmBBccVVeVVVg)(ibmcmBBcmBZCCbmccmbmcVVVVVVVeVVg= gd(ec V0)+vbiB+VBB+VCC+ecC+vcL输出iEicebicic321Im018090半导通角tBACD321负载增大eb=eb maxVCCQec minVcm1.欠压状态2.临界状态3.过压状态RpVcmVc

9、m 电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形BZcmcCCbmBBccVVeVVVg)(ibmcmBBcmBZCCbmccmbmcVVVVVVVeVVg= gd(ec V0)icic321Im0180 90 半导通角tBACD321负载增大eb=eb maxVCCQec minVcm1.欠压状态2.临界状态3.过压状态RpVcmVcm电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形 负载线和负载线和e ebmaxbmax正好相交正好相交于临界线的拐点。放大器于临界线的拐点。放大器工作在临界线状态时，输工作在临界线状态时，输出功率大，管子损耗小，出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大

10、。放大器的效率也就较大。icic321Im0180 90 半导通角tBACD321负载增大eb=eb maxVCCQec minVcm1.欠压状态2.临界状态3.过压状态RpVcmVcm 负载特性曲线负载特性曲线 欠压过压0临界Ic 1Ic0VCRp0hcP=PoPc欠压过压临界Rp bBBBZ1cVVVcosq 谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线转移特性icVBZo理想化ic maxicto+qcqco+qcqcVbmVbmebvcVBBt icic321Im0180 90 半导通角 tBACD321负载增大eb=eb maxVCCQec minVcm1.欠压状态2.临界状

11、态3.过压状态RpVcmVcm欠压过压临界ic1ic2ic3ic4ic5icebecVCC5VCC3VCC1VC1VC2VC3VC4VC5欠压临界过压V VCCCC变化时对工作状态的影响变化时对工作状态的影响 00( a)( b)欠压状态过压状态VCC欠压状态过压状态VCCIc 0Icm1PoP=Pc 当当V VBBBB由小到大变化时，由小到大变化时，I Icm1cm1、I Ic0c0和响应的和响应的V Vcmcm在欠压区迅速增大，而在欠压区迅速增大，而在过压区则缓慢增大。放大器的工作在过压区则缓慢增大。放大器的工作状态由欠压经临界转入过压状态。状态由欠压经临界转入过压状态。 基极调幅就是调制

12、信号使基极调幅就是调制信号使V VBBBB改改变的调制方式。因此，基极调幅要工变的调制方式。因此，基极调幅要工作在欠压区。作在欠压区。谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线转移特性icVBZo理想化ic maxicto+qcqco+qcqcVbmVbmebvcVBBtVbm变化时电流、功率的变化变化时电流、功率的变化(a)过压状态欠压状态VbmIC0OIcm1(b)过压状态欠压状态VbmPoOP=Pcip 谐振功率放大器转移特性曲线谐振功率放大器转移特性曲线转移特性icVBZo理想化ic maxicto+qcqco+qcqcVbmVbmebvcVBBtbBZBB1cVVVcosq

13、导通角导通角q qcic max=gcVb(1cosqc)PDC=Ic0 VCCmaxcc1CC1cmcmo)(V21IV21Piq)(21ccDCocgPPqhp2CCp2cmoR)V(21RV21Po2CCpP2)V(R 高频情况下功放管高频情况下功放管 各电极电流波形各电极电流波形t0qct0(t0=10 20 )ibicie2t0 ic的峰值滞后于的峰值滞后于ie 的峰值，二者差一渡越角的峰值，二者差一渡越角tt0 0，ic 的导通角也由低频时的的导通角也由低频时的q qc c增大到：增大到：q qc c+2+2tt0 0高频情况下功放管各电极电流波形高频情况下功放管各电极电流波形t0

14、qct0(t0=1020)ibicie2t0 上述分析表明，上述分析表明，ic的导通角加大，将使功率管的效率大大降的导通角加大，将使功率管的效率大大降低；低；Ib1的加大将使激励功率增加，这会使放大器的功率增益降低，的加大将使激励功率增加，这会使放大器的功率增益降低，这种现象将随工作频率升高而加剧。这种现象将随工作频率升高而加剧。高频情况下功放管高频情况下功放管 各电极电流波形各电极电流波形t0qct0(t0=10 20 )ibicie2t0 LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a) 串馈(b) 并馈LCC1LC+VC CALCCC1+VC CLC2(a) 串馈(b) 并馈 LCC

15、1LC+VC CALCCC1+VC CLC2(a) 串馈(b) 并馈 多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入阻抗是变化多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入阻抗是变化的，是随激励电压的大小及管子本身的工作状态变化而变化的。的，是随激励电压的大小及管子本身的工作状态变化而变化的。 RpRpLLCRL(小)CRL(大)(b) RLRp匹配网络(a) RLRp匹配网络 2211211)3(1) 12(1222)2(11) 1 (CXLQRLQRLQLXLQRRRCXLQRCXR1C1C2R2L1(a)11CLXRQ 1)12LQ(1R2R2R1LX)3(12CXLQ2R12LQ1RL

16、Q2CX)2(LQ1R1CX)1(R1C1R2C2L1(b)复合输出回路复合输出回路( (为了简化电路，省略了为了简化电路，省略了 直流电源及辅助元件直流电源及辅助元件L 、C 、C 等等) )LnC1CARACnL1r1L2 等效电路等效电路A22RM rA22111111pRMCL)(CLRrrrC1L1rr1ik 改变改变M( (晶体管电路由于元件小，实现可变晶体管电路由于元件小，实现可变M是较困难的，是较困难的，这时里为了便于说明问题，因而仍采用了改变这时里为了便于说明问题，因而仍采用了改变M的讲法的讲法) )，就可，就可以在不影响回路调谐的情况下，调整中介回路的等效阻抗，以以在不影响

17、回路调谐的情况下，调整中介回路的等效阻抗，以达到阻抗匹配的目的。达到阻抗匹配的目的。 为了使器件的输出功率绝大部分能送到负载为了使器件的输出功率绝大部分能送到负载RA上就希望上就希望 反射电阻反射电阻r 回路损耗电阻回路损耗电阻r1 2121122)()()( MRMIIAkkkhrrrrrrr功率功率电子器件送至回路的总电子器件送至回路的总回路送至负载的功率回路送至负载的功率 rrrrrr11111110111 )( LQQCLRLQQCLRLpp值值有有负负载载时时的的回回路路抗抗有有负负载载时时的的回回路路谐谐振振阻阻值值无无负负载载时时的的回回路路抗抗无无负负载载时时的的回回路路谐谐振

18、振阻阻 0111111QQRRrLppkrrrrrh 宽频带特性宽频带特性 usususRLRLRLRsRsRs(a) 结构示意图结构示意图(c) 普通变压器的原理电路普通变压器的原理电路(b) 原理电路图原理电路图u1u2u1u2 u1u2 usRLRsu1u2i1i2如果传输线的特性阻抗：如果传输线的特性阻抗： CLZO2242iuZ421131ZiuZ LRZ42 SRZ31SLORRZZZ4231LSORRZ usRLRsu1u2i1i2 usRLRsu1u2i1i2 1：4传输线变压器是把负载阻抗降为传输线变压器是把负载阻抗降为1/4倍以便和信号源相匹配。在倍以便和信号源相匹配。在负载匹配的