第5章高频功率放大器ppt课件

1、第6章 高频功率放大器第第6章章 高频功率放大器高频功率放大器 6.1 谐振功率放大器工作原理谐振功率放大器工作原理6.2 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析晶体管谐振功率放大器的折线近似分析6.3 谐振功率放大器的高频特性谐振功率放大器的高频特性6.4 谐振功率放大器电路谐振功率放大器电路6.5 高效率高频功率放大器及功率合成技术高效率高频功率放大器及功率合成技术第6章 高频功率放大器高频功率放大器作用：高频功率放大器作用：主要用于放大高频信号或高频已调波即窄带信号，用主要用于放大高频信号或高频已调波即窄带信号，用于发射机的末级，使之获得足够的高频功率馈送到天于发射机的末级，使之获得足够的高

2、频功率馈送到天线辐射出去。由于采用谐振回路作负载，解决了大功线辐射出去。由于采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗匹配等问题，因而高频率放大时的效率、失真、阻抗匹配等问题，因而高频功率放大器通常又称为谐振功率放大器。功率放大器通常又称为谐振功率放大器。高频功率放大器主要解决了高效率、高功率的输出问题。高频功率放大器主要解决了高效率、高功率的输出问题。高频功率放大器续）高频功率放大器续） 第6章 高频功率放大器高频功率放大器续）高频功率放大器续） 谐振功率放大器工作过程：谐振功率放大器工作过程：在放大过程中，电路中的高频功率管是在截止、放大至在放大过程中，电路中的高频功率管是在

3、截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明显的非线性特性。饱和等区域中工作的，表现出了明显的非线性特性。但其效果：一方面可以对窄带信号实现不失真放大；但其效果：一方面可以对窄带信号实现不失真放大；另一方面又可以使电压增益随输入信号大小变化，即另一方面又可以使电压增益随输入信号大小变化，即实现非线性放大。实现非线性放大。第6章 高频功率放大器高频功率放大器续）高频功率放大器续） 谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同点：谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同点：相同点：要求输出功率大、效率高；相同点：要求输出功率大、效率高； 激励信号幅度均为大信号。激励信号幅度均为大信号。不同点：工作频率与相对

4、频宽不同；不同点：工作频率与相对频宽不同； 放大器的负载不同；放大器的负载不同； 放大器的工作状态不同。放大器的工作状态不同。第6章 高频功率放大器高频功率放大器续）高频功率放大器续） 谐振功率放大器特点：谐振功率放大器特点：1用来放大窄带高频信号通带宽度只有中心频率的用来放大窄带高频信号通带宽度只有中心频率的1%）；）；2工作于丙类工作状态（工作于丙类工作状态（c90）；）；3负载必须是谐振回路；负载必须是谐振回路；4基极偏置电压为负值；基极偏置电压为负值；5放大器属于非线性电路，不能采用等效电路进行分析，放大器属于非线性电路，不能采用等效电路进行分析，采用折线近似分析法。采用折线近似分析法

5、。第6章 高频功率放大器表表 不同工作状态时放大器的特点不同工作状态时放大器的特点高频功率放大器续）高频功率放大器续） 工作状态工作状态半导通角半导通角理想效率理想效率负载负载应用应用甲类甲类 c=180 50%电阻电阻低频低频乙类乙类 c=90 78.5%推挽，回路推挽，回路低频，高频低频，高频甲乙类甲乙类90 c180 50% 78.5%推挽推挽低频低频丙类丙类 c78.5 %选频回路选频回路高频高频丁类丁类开关状态开关状态90%100%选频回路选频回路高频高频第6章 高频功率放大器6.1 谐振功率放大器工作原理谐振功率放大器工作原理 谐振功率放大器的工作频率范围划分谐振功率放大器的工作频

6、率范围划分 低频区：低频区： 0.5 中频区：中频区： 0.5 0.2T 高频区：高频区： 0.2 1，故，故nLR，且有，且有2LC=1，谐波阻抗简化，谐波阻抗简化为，为，谐振功率放大器工作原理谐振功率放大器工作原理 （例题续）（例题续） CnLnjRCjnLjnRpZnpw ww ww ww ww w11)(2 w ww ww ww ww ww ww w)()1()()1(12222pnpZQnnjLQQnnjpCnLnCjnLnpZ 第6章 高频功率放大器回路对高次谐波呈电容性阻抗。它的绝对值与基频谐振回路对高次谐波呈电容性阻抗。它的绝对值与基频谐振阻抗的比值等于阻抗的比值等于由此可见，

7、回路阻抗对于各次谐波来说，其值与谐振于由此可见，回路阻抗对于各次谐波来说，其值与谐振于基频之值相比，小到可以忽略的程度。因此回路电流基频之值相比，小到可以忽略的程度。因此回路电流仍然为正弦波形。仍然为正弦波形。谐振功率放大器工作原理谐振功率放大器工作原理 （例题完）（例题完）QnnZZpnp)1()()(2 w ww w第6章 高频功率放大器留意：当集电极瞬时电流留意：当集电极瞬时电流 最大时，最大时，回路电压回路电压 达到最大值达到最大值 ，因此集电极瞬时电压，因此集电极瞬时电压 成成为最小值为最小值同时基极瞬时电压同时基极瞬时电压 达到最大值达到最大值 只在只在 很低的时间通过，集电极耗散

8、功率减小，集电很低的时间通过，集电极耗散功率减小，集电极效率自然提高，而且极效率自然提高，而且 越低，效率就越高。越低，效率就越高。谐振功率放大器工作原理谐振功率放大器工作原理 （续）（续）cic cmVC cmCCCVV min b bmBBBVV max ciC minC 第6章 高频功率放大器功率关系功率关系集电极电流脉冲的傅立叶展开级数集电极电流脉冲的傅立叶展开级数直流电源功率为直流电源功率为回路基频功率为回路基频功率为谐振功率放大器工作原理谐振功率放大器工作原理 （续）（续）tVVcmCCCw w cos tVVbmBBBw w cos tItItIIicmcmcmCCw ww ww

9、 w3cos2coscos32100CCCIVP pcmpcmcmcmoRIRVIVP212121221 第6章 高频功率放大器放大器集电极效率：放大器集电极效率：集电极电压利用系数：集电极电压利用系数： 波形系数：波形系数：谐振功率放大器工作原理谐振功率放大器工作原理 （续）（续）)(2121101cCCCcmcmocgIVIVPP CCcmVV 011)(CcmcIIg 第6章 高频功率放大器谐振功率放大器工作原理谐振功率放大器工作原理 （续）（续）波形系数波形系数 通角通角 的函数；的函数； 越小，那么越小，那么 越大；越大；集电极电压利用系数集电极电压利用系数 越大即越大即 越大或越大

10、或 越小），越小）， 越小越小 ，则效率，则效率 越高。越高。 c )(1cg c )(1cg cmVminC c c 第6章 高频功率放大器6.2 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析晶体管谐振功率放大器的折线近似分析 特性曲线的理想化及解析式分析计算高频功率放大器，关键是求出电流的直流分量与基频分量 。解决这个问题的方法有两种：图解法和解析法折线法）。 0CI1cmI第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）图解法：从晶体管实际静态特性曲线入手，在图上取得图解法：从晶体管实际静态特性曲线入手，在图上取得若干点，再求出电流的直流与交流分量

11、。（来源于电若干点，再求出电流的直流与交流分量。（来源于电子管分析法）子管分析法）折线法：首先是要将器件的特性曲线理想化，找到简单折线法：首先是要将器件的特性曲线理想化，找到简单的数学解析模型。的数学解析模型。 特点：计算比较简单；特点：计算比较简单； 缺陷：准确度较差。缺陷：准确度较差。实际最常用的是共发射极电路，因此重点讨论该组态。实际最常用的是共发射极电路，因此重点讨论该组态。第6章 高频功率放大器所谓折线分析法是将器件的特性曲线理想化，用一组折所谓折线分析法是将器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。

12、晶体管静态特性曲线在折线法中主要用到两组：晶体管静态特性曲线在折线法中主要用到两组：1输出特性曲线输出特性曲线基极电流电压恒定时，集电极电基极电流电压恒定时，集电极电流与集电极电压的关系曲线。流与集电极电压的关系曲线。2转移特性曲线转移特性曲线集电极电压恒定时，集电极电流与基集电极电压恒定时，集电极电流与基极电压的关系曲线。极电压的关系曲线。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）第6章 高频功率放大器折线分析法的主要步骤：折线分析法的主要步骤：1将转移特性曲线和输出特性曲线作理想化折线处理；将转移特性曲线和输出特性曲线作理想化折线处理；2作出动态特性曲线；

13、作出动态特性曲线；3根据激励电压根据激励电压 的大小，在已知理想特性曲线上画出的大小，在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲对应电流脉冲 和输出电压和输出电压 的波形。的波形。4将将 脉冲用傅氏级数分解，求出脉冲用傅氏级数分解，求出 的各次谐波分量的各次谐波分量5据给定的负载谐振阻抗，求得放大器的输出电压、输据给定的负载谐振阻抗，求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率和效率等指标。出功率、直流供给功率和效率等指标。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）b c cicicicmncmcmCIIII、 210第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线

14、近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）理想化特性曲线的原理：理想化特性曲线的原理：在放大区，集电极电流和基极电流不受集电极电压的影在放大区，集电极电流和基极电流不受集电极电压的影响，而仅与基极电压成线性关系；响，而仅与基极电压成线性关系；在饱和区，集电极电流与集电极电压成线性关系，而不在饱和区，集电极电流与集电极电压成线性关系，而不受基极电压的影响。受基极电压的影响。第6章 高频功率放大器理想化的转移特性和输出特性理想化的转移特性和输出特性 (a)转移特性；转移特性；(b)输出特性输出特性晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）(b)0CiC 临

15、界线临界线放大区放大区饱和区饱和区截止区截止区(a)CicgBZV0B 第6章 高频功率放大器非线性谐振功率放大器的工作区域：非线性谐振功率放大器的工作区域：理想化特性曲线对不同的理想化特性曲线对不同的 值，重合为一条通过原点的值，重合为一条通过原点的斜线。称此斜线为临界线。斜线。称此斜线为临界线。临界线的左侧为饱和区，称为过压区；临界线的左侧为饱和区，称为过压区；临界线的右侧为放大区，称为欠压区。临界线的右侧为放大区，称为欠压区。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）BE 第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的

16、折线近似分析续）非线性谐振功率放大器的工作状态：非线性谐振功率放大器的工作状态：1欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线右方，交欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线右方，交流输出电压较低且变化较大；流输出电压较低且变化较大；2过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线左方的过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线左方的饱和区，交流输出电压较高且变化不大；饱和区，交流输出电压较高且变化不大；3临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。最大点电流正好落在临界线上。第6章 高频功率放大器晶体管理想化特性曲线的解析式：晶体管

17、理想化特性曲线的解析式：若临界线的斜率为若临界线的斜率为 ，则临界线方程为：，则临界线方程为：若晶体管的静态转移特性斜率为若晶体管的静态转移特性斜率为 ，则转移特性方程为：，则转移特性方程为：式中式中 为截止偏压。为截止偏压。 为跨导，一般为几十到几百为跨导，一般为几十到几百晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）crgCcrCgi cg)(BZBcCVgi （适用于（适用于 时）时）BZBV BZVcgmS第6章 高频功率放大器集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）w t

18、w tciciBBV c 000BE BE BZVc bmVc c maxB maxcicg 谐振功率放大器的转移特性谐振功率放大器的转移特性第6章 高频功率放大器当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。此时为欠压或者临界状态。流脉冲是尖顶余弦脉冲。此时为欠压或者临界状态。当晶体管处于过压状态时，电流余弦脉冲为凹顶脉冲。当晶体管处于过压状态时，电流余弦脉冲为凹顶脉冲。他们都是周期性脉冲序列，可以采用傅立叶级数求系数他们都是周期性脉冲序列，可以采用傅立叶级数求系数的方法，并求得直流、基波与各次谐波数值。的方法，并求得直

19、流、基波与各次谐波数值。尖顶余弦脉冲的主要参量：脉冲高度尖顶余弦脉冲的主要参量：脉冲高度 与通角与通角 。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）maxCic 第6章 高频功率放大器晶体管的内部特性为：晶体管的内部特性为：晶体管外部电路关系式为：晶体管外部电路关系式为：因此集电极电流为：因此集电极电流为：晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）)(BZBcCVgi tVVbmBBBw w cos tVVcmCCCw w cos )cos(BZbmBBcCVtVVgi w w第6章 高频功率放大器当当 时，时， ，即集电极电

20、流为，即集电极电流为0，得到：，得到：当当 时，时， ，因此集电极电流为：，因此集电极电流为：因此尖顶余弦脉冲的解析式为：因此尖顶余弦脉冲的解析式为：晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）ct w w 0 CibmBZBBcVVV cos0 tw wmaxCCii )cos1(maxcbmcCVgi ccCCtii w wcos1coscosmaxcct w w 第6章 高频功率放大器将尖顶脉冲分解为傅立叶级数：将尖顶脉冲分解为傅立叶级数：由傅立叶级数求得系数：由傅立叶级数求得系数：晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续

21、） tnItItIIicmncmcmCCw ww ww wcos2coscos210)(cos1cossin1)(21)(210maxmax0cCccccCCCCiitditdiIcc w w w w 第6章 高频功率放大器由傅立叶级数求得系数：由傅立叶级数求得系数：晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）)(cos1cossin1)(cos11maxmax1cCccccCCcmiittdiIcc w ww w )()cos1)(1(sincoscossin2)(cos1max2maxcnCcccccCCcmninnnnnittdniIcc w ww w 第

22、6章 高频功率放大器余弦脉冲分解系数与余弦脉冲分解系数与c的关系曲线的关系曲线0, 1, 2, 30.50.40.30.20.100.051030507090110130150 170c/1.02.01 / 0 g1(c) g1(c)10晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）第6章 高频功率放大器由上图可以看出，由上图可以看出，1的最大值为的最大值为0.536，此时，此时c 120，虽然此时基波电流和输出功率达到最大，但，虽然此时基波电流和输出功率达到最大，但是处于甲乙类状态放大器的集电极效率很低。是处于甲乙类状态放大器的集电极效率很低。晶体管谐振功率放大

23、器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）)(21)()(212110101cccCCCcmcmoCgIVIVPP 叫叫波波形形系系数数)()()(011cccg 第6章 高频功率放大器由上图曲线可以看出，由上图曲线可以看出，1） 越小，越小， 就越大。就越大。2在在 时，时， 达到最大值。达到最大值。3如果电压利用系数如果电压利用系数 ，那么，那么 可达可达100%。但。但此时此时 ，没有功率输出。，没有功率输出。4当当c 120时，功率输出最大，但是时，功率输出最大，但是 又嫌太又嫌太小，放大器的效率太低。小，放大器的效率太低。5为了兼顾功率与效率，最佳通角为了兼顾功率与效

24、率，最佳通角 c 70 。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）c )()()(211cccg 0 c 2)()()(211 cccg c CCcmVV 0 Ci)(1cg 第6章 高频功率放大器由上图曲线可以看出，由上图曲线可以看出，1最佳通角最佳通角 c 60， 2达到最大值达到最大值 ；2最佳通角最佳通角 c 40， 3达到最大值。达到最大值。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）高频功率放大器的动态特性与负载特性高

25、频功率放大器的动态特性与负载特性高频功率放大器的工作状态取决于负载阻抗高频功率放大器的工作状态取决于负载阻抗 和电压和电压 、 等四个参数。等四个参数。如果维持三个电压参数不变，那么工作状态就取决于如果维持三个电压参数不变，那么工作状态就取决于 ，此时各种电流、输出电压、功率与效率等随此时各种电流、输出电压、功率与效率等随 而变化而变化的曲线就叫负载特性曲线。的曲线就叫负载特性曲线。pRCCVbmBBVV 、pRpR第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）在考虑负载的反作用后，所获得的在考虑负载的反作用后，所获得的 与与 的关系曲的关系

26、曲线就叫做动态特性曲线）。线就叫做动态特性曲线）。最常用的是当最常用的是当 同时变化时，表示同时变化时，表示 关系的动关系的动态特性曲线有时也叫做负载线或者工作路）。态特性曲线有时也叫做负载线或者工作路）。BC 、CiBC 、CCi 第6章 高频功率放大器动特性曲线是在晶体管的特性曲线上画出的谐振功率放动特性曲线是在晶体管的特性曲线上画出的谐振功率放大器瞬时工作点的轨迹。小信号电压放大器是纯电阻大器瞬时工作点的轨迹。小信号电压放大器是纯电阻负载，晶体管仅仅在放大区工作，因此可近似等效为负载，晶体管仅仅在放大区工作，因此可近似等效为一个线性元件。小信号电压放大器瞬时工作点的轨迹一个线性元件。小信

27、号电压放大器瞬时工作点的轨迹就是负载线，是一条直线。谐振功率放大器是非线性就是负载线，是一条直线。谐振功率放大器是非线性工作，各个区域的特性曲线方程不同，因此各个区域工作，各个区域的特性曲线方程不同，因此各个区域工作点的移动规律也不同，所以称其为动特性曲线，工作点的移动规律也不同，所以称其为动特性曲线，以示与负载线的区别。以示与负载线的区别。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）第6章 高频功率放大器当放大器工作于谐振状态时，其外部电路关系为：当放大器工作于谐振状态时，其外部电路关系为：得，得，又知晶体管折线方程：又知晶体管折线方程：晶体管谐振功率放大器的

28、折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）tVVbmBBBw w cos tVVcmCCCw w cos cmCCCbmBBBVVVV )(BZBcCVgi 第6章 高频功率放大器可得出在可得出在 坐标平面上的动态特性曲线方程为：坐标平面上的动态特性曲线方程为：其中其中动态特性曲线的斜率为负值，它的物理意义：从负载方动态特性曲线的斜率为负值，它的物理意义：从负载方面来看，放大器相当与一个负电阻，亦即其相当于交面来看，放大器相当与一个负电阻，亦即其相当于交流电能发生器，可以输出电能至负载。流电能发生器，可以输出电能至负载。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折

29、线近似分析续）CCi )(0VgiCdC cmbmcdVVgg bmcmBBcmBZCCbmVVVVVVVV 0第6章 高频功率放大器动态特性直线的做法：动态特性直线的做法：方法方法1：在：在C轴上取轴上取B点，使点，使OB=V0。从。从B点作斜率为点作斜率为gd的直线的直线BA，则，则BA即为欠压状态的动态特性。即为欠压状态的动态特性。方法方法2：1由由 ，求得静止点虚拟电流，求得静止点虚拟电流IQ，即，即 ，从而得到，从而得到Q点。点。2由由 ，求得求得A点。点。3连接连接A、Q两点，即得到动态特性直线。两点，即得到动态特性直线。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的

30、折线近似分析续）BBBCCCVVt w w，90)(BZBBcQCVVgIi bmBBBBcmCCCCVVVVt maxmin0 w w，第6章 高频功率放大器在在 坐标平面上的动态特性曲线与相应的坐标平面上的动态特性曲线与相应的 波形波形晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）ABCCVC cmV0VmaxC QIQCimaxCitw wc c c 2OObmBBBVV max cmbmcdVVgg CCi Ci第6章 高频功率放大器作出动态特性直线后，由它与静态特性曲线的相应交点，作出动态特性直线后，由它与静态特性曲线的相应交点，即可以求出对应各种不同即

31、可以求出对应各种不同 值的值的 值，给出相应的集值，给出相应的集电极电流电极电流 脉冲波形，如上图所示。脉冲波形，如上图所示。用类似的方法可以得到在用类似的方法可以得到在 坐标平面上的动态特性曲坐标平面上的动态特性曲线。它是一条位于静态特性曲线下方的一条直线斜线。它是一条位于静态特性曲线下方的一条直线斜率为正）。率为正）。留意：在留意：在 平面上的动态特性曲线几乎与静态特性平面上的动态特性曲线几乎与静态特性曲线重合。曲线重合。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）BCi tw wCiCiBCi 第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶

32、体管谐振功率放大器的折线近似分析续）在在 坐标平面上动态特性曲线的负载特性坐标平面上动态特性曲线的负载特性此时动态特性曲线的斜率与负载阻抗有关。此时动态特性曲线的斜率与负载阻抗有关。负载阻抗越大，其交流输出电压负载阻抗越大，其交流输出电压 越大，负载线的斜率越大，负载线的斜率 gd越小。因此放大器的工作状态随负载的不同而变化。越小。因此放大器的工作状态随负载的不同而变化。CCi cmV第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）2ACCVC cmVminCE QCimaxCitw wOOmaxBB cmVP1A4A5AcmV负负载载增增大大

33、PR、欠欠压压状状态态1、临临界界状状态态2、过过压压状状态态3123集电极电压、电流随负载变化的波形集电极电压、电流随负载变化的波形第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）上图为集电极电压、电流随负载变化的波形。放大器的上图为集电极电压、电流随负载变化的波形。放大器的输入电压一定，其最大值为输入电压一定，其最大值为 ，在负载电阻，在负载电阻 由由小至大变化时，负载线的斜率由小变大，即由图中小至大变化时，负载线的斜率由小变大，即由图中1线线至至3线。线。不同的负载，放大器的工作状态是不同的，所得到的不同的负载，放大器的工作状态是不同的，

34、所得到的 波形、输出交流电压幅值功率和效率也不一样。波形、输出交流电压幅值功率和效率也不一样。maxB pRCi第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）1欠压工作状态欠压工作状态如动态特性曲线如动态特性曲线1，其代表，其代表 较小，因此较小，因此 也较小的情也较小的情形。它与形。它与 静态特性曲线的交点静态特性曲线的交点 决定了集电决定了集电极电流脉冲的高度。极电流脉冲的高度。此时电流波形为尖顶余弦脉冲。此时电流波形为尖顶余弦脉冲。pRcmVmaxBB 1A第6章 高频功率放大器2临界工作状态临界工作状态如动态特性曲线如动态特性曲线2。

35、随着。随着 的增加，动态线斜率逐渐减的增加，动态线斜率逐渐减小，输出电压小，输出电压 则逐渐增加。直到它与临界线则逐渐增加。直到它与临界线OP、静态特性曲线静态特性曲线 相交于相交于 时，放大器就工作于时，放大器就工作于临界状态。临界状态。此时电流波形仍为尖顶余弦脉冲。此时电流波形仍为尖顶余弦脉冲。晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）pRcmVmaxBB 2A第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）3过压工作状态过压工作状态随着随着 的继续增加，动态线斜率继续逐渐减小，输出电的继续增加，动态线斜率

36、继续逐渐减小，输出电压压 则继续逐渐增加。动态特性曲线穿过临界点后，则继续逐渐增加。动态特性曲线穿过临界点后，电流将沿着临界线下降，因此集电极电流脉冲呈现为电流将沿着临界线下降，因此集电极电流脉冲呈现为凹顶状。动态特性曲线凹顶状。动态特性曲线3与临界线相交于与临界线相交于 决定脉冲决定脉冲高度；由曲线高度；由曲线3与静态特性曲线与静态特性曲线 延长线的交点延长线的交点 做垂线，交临界线于做垂线，交临界线于 。 的纵坐标即为电流脉冲下的纵坐标即为电流脉冲下凹的高度。凹的高度。此时电流波形为凹顶余弦脉冲。此时电流波形为凹顶余弦脉冲。pRcmV4AmaxBB 5A5A第6章 高频功率放大器晶体管谐振

37、功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）负载特性曲线负载特性曲线当当 等维持不变时，改动等维持不变时，改动 会引起集电极电会引起集电极电流脉冲的变化，同时引起流脉冲的变化，同时引起 等的变化。各个等的变化。各个电流、电压、功率与效率等随电流、电压、功率与效率等随 而变化的曲线就是负而变化的曲线就是负载特性曲线。载特性曲线。负载特性曲线是高频功率放大器的重要特性之一。负载特性曲线是高频功率放大器的重要特性之一。bmBBCCVVV、pR 与与、ocmPVpR第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）负载特性曲线负载特

38、性曲线从上面动态特性曲线随从上面动态特性曲线随 变化的分析可以看出，变化的分析可以看出， 由小到大，放大器的工作状态由欠压变到临界由小到大，放大器的工作状态由欠压变到临界再进入过压。相应的集电极电流由余弦脉冲变再进入过压。相应的集电极电流由余弦脉冲变成凹陷脉冲。成凹陷脉冲。pRpR第6章 高频功率放大器电流波形随电流波形随 的变化及其负载特性的变化及其负载特性 增大增大pRtw wtw wtw wtw w0000CiCiCiCi欠压状态欠压状态临界状态临界状态浅过压状态浅过压状态深过压状态深过压状态pR晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）第6章 高频功率

39、放大器负载特性曲线负载特性曲线 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）0欠压欠压过压过压1cmI0CIcmVpRpcrR0欠压欠压过压过压pR PoPCPc pcrR第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）在欠压区至临界线的范围内：在欠压区至临界线的范围内：当当 逐渐增大时，集电极电流脉冲的最大值逐渐增大时，集电极电流脉冲的最大值 以及导以及导通角通角 的变化不大。的变化不大。 增加仅使增加仅使 略有减小。略有减小。因此因此 几乎维持常数，仅随几乎维持常数，仅随 的增加略有下降。的增加略有下降。在进

40、入过压区域后：在进入过压区域后：集电极电流脉冲开始下凹，而且下凹程度随着集电极电流脉冲开始下凹，而且下凹程度随着 的增大的增大而急剧加深，导致而急剧加深，导致 也急剧下降。也急剧下降。pRmaxCic maxCipRpR10cmCII 与与pR10cmCII 与与pcmcmRIV1 第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续） 随随 增加的变化曲线：增加的变化曲线：1在欠压区由于在欠压区由于 变化很小，因此变化很小，因此 随随 的增加而的增加而直线上升。直线上升。2在过压区由于在过压区由于 随随 的增加而显著下降，因此的增加而显著下降，因此

41、 随随 的增加而很缓慢地上升。的增加而很缓慢地上升。近似地说，欠压时近似地说，欠压时 几乎不变，过压时几乎不变，过压时 几乎不变。几乎不变。pcmcmRIV1 cmVpRcmVpR1cmI1cmIpRcmVpR1cmIcmV第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）功率与效率曲线：功率与效率曲线：1直流输入功率直流输入功率 。由于。由于 不变，因此不变，因此 曲线与曲线与 曲线的形状相同。曲线的形状相同。2交流输出功率交流输出功率 ，因此，因此 的曲线可以从的曲线可以从 与与 两条曲线相乘求出来。两条曲线相乘求出来。 3集电极耗散功率集电

42、极耗散功率 ，故，故 曲线可由曲线可由 与与 曲线相减而得。曲线相减而得。在欠压区内，当在欠压区内，当 减少时，减少时， 上升很快。当上升很快。当 时时达到最大值，可能使晶体管烧坏。达到最大值，可能使晶体管烧坏。0CCCIVP CCV P0CI121cmcmoIVP oPcmV1cmIocPPP cP PoPpRcP0 pRcP第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）集电极效率集电极效率 ：1在欠压时，在欠压时， 变化很小，所以变化很小，所以 随随 的增加而增加；的增加而增加；2到达临界时，开始时因为到达临界时，开始时因为 的下降没有的

43、下降没有 下降快，因下降快，因此此 继续增加，但增加得比较缓慢；继续增加，但增加得比较缓慢；随着随着 的继续增加，的继续增加， 因因 的急剧下降而下降，因此的急剧下降而下降，因此 略有减小。略有减小。由此可知，在靠近临界的弱过压状态出现由此可知，在靠近临界的弱过压状态出现 的最大值。的最大值。 PPoc Pc oPoP Pc pRoP1cmIc c 第6章 高频功率放大器三种工作状态的特点：三种工作状态的特点：1临界状态临界状态优点优点输出功率最大，输出功率最大， 也较高，可以说是谐振功率放也较高，可以说是谐振功率放大器最佳工作状态。大器最佳工作状态。主要用于发射机末端。主要用于发射机末端。晶

44、体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）c 第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）2过压状态过压状态优点优点当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳；在弱过当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳；在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降。压时，效率可达最高，但输出功率有所下降。经常用于需要维持输出电压比较平稳的场合，例如发射经常用于需要维持输出电压比较平稳的场合，例如发射机的中间级放大器。机的中间级放大器。第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）3欠

45、压状态欠压状态输出功率与效率都比较低，而且集电极消耗功率大，输输出功率与效率都比较低，而且集电极消耗功率大，输出电压又不够稳定，因此较少采用。出电压又不够稳定，因此较少采用。但在某些场合，例如基极调幅就是利用了改变但在某些场合，例如基极调幅就是利用了改变 使电路使电路工作于欠压状态。工作于欠压状态。BBV第6章 高频功率放大器表表 三种工作状态的比较三种工作状态的比较 pcrpRR pcrpRR pcrpRR PPRCp，0pR该该类类型型电电路路基基极极调调幅幅可可以以采采用用晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大

46、器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）集电极电压集电极电压 对工作状态的影响对工作状态的影响指当保持指当保持 不变而改变不变而改变 时，功率放大器电流时，功率放大器电流 以及功率、效率随之变化的曲线。以及功率、效率随之变化的曲线。由于由于 不变，所以当不变，所以当 由小增大时，由小增大时， 也将由小增大，因而由也将由小增大，因而由 决定决定的瞬时工作点将沿的瞬时工作点将沿 这条输出特性由特性的饱和区这条输出特性由特性的饱和区向放大区移动，工作状态由过压变到临界再进入欠压，向放大区移动，工作状态由过压变到临界再进入欠压，波形由波形由 较小的凹陷脉冲变为较小的凹陷脉冲变为 较大

47、的尖顶脉冲。较大的尖顶脉冲。CCVPbmBBRVV和和、CCVcmcmCVII、10bmBBBVV max CCVcmCCCVV min minmaxCB 、maxB CimaxCimaxCi第6章 高频功率放大器 对工作状态的影响对工作状态的影响Citw w0Citw w0Citw w0Citw w0Citw w0过压过压临界临界欠压欠压001CcmcmIIVcmV1cmI0CICCVCCV晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）由于由于 ， ， 因而因而可以

48、从已知的可以从已知的 得出得出 随随 变化的变化的曲线。曲线。 0CCCIVP 21215 . 0cmpcmoIRIP ocPPP 10cmCII 、coPPP、 CCVCCV PoPcP欠欠压压状状态态过过压压状状态态临临界界0第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）基极电压基极电压 对工作状态的影响对工作状态的影响当保持当保持 不变而改变不变而改变 时，功率放大器电流时，功率放大器电流 以及功率、效率随之变化的曲线。以及功率、效率随之变化的曲线。当当 由小增大时，即由小增大时，即 增加时，静态特性增加时，静态特性曲线向上方平移。因此

49、如果原来工作于临界状态，那曲线向上方平移。因此如果原来工作于临界状态，那么放大器将进入过压状态。反之，当么放大器将进入过压状态。反之，当 减小时，放大减小时，放大器将进入欠压状态。器将进入欠压状态。BBbmVV 或或PCCBBRVV和和、bmV10cmCII 、bmVbmBBBVV max bmV第6章 高频功率放大器由于由于 ，1在欠压状态，随着在欠压状态，随着 的减小，的减小， 亦随之减小。亦随之减小。2在进入过压状态，电流脉冲出现凹顶。因此在进入过压状态，电流脉冲出现凹顶。因此 增加增加时，脉冲振幅虽然增加，但凹陷深度也增大，故时，脉冲振幅虽然增加，但凹陷深度也增大，故 的增长缓慢。的增

50、长缓慢。 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）)cos1(maxcbmcCVgi 10cmCII 、bmVbmV10cmCII 、第6章 高频功率放大器对工作状态的影响对工作状态的影响过压过压临界临界欠压欠压1cmI0CIbmV0tw w0Citw w0Citw w0Citw w0Citw w0Ci增增大大bmVbmV晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）由于由于 ， ， 因而因而可以从已知的可以从已知的 得出得出 随随

51、 变化的变化的曲线。曲线。 0CCCIVP 21215 . 0cmpcmoIRIP ocPPP 10cmCII 、coPPP、 CCVCCV PoPcP欠欠压压状状态态过过压压状状态态临临界界0对工作状态的影响对工作状态的影响bmV第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析续）由由 可知，添加可知，添加 等效于减小等效于减小 的绝对的绝对值，二者都会使值，二者都会使 产生同样的变化。产生同样的变化。因此，只要将因此，只要将 增加的方向改为增加的方向改为 减小的方向，即可减小的方向，即可以得到当以得到当 不变，只改变不变，只改变 时，各电流时，

52、各电流与功率的变化规律。与功率的变化规律。1在过压区，在过压区， 的变化对的变化对 的影响很小；的影响很小；2在欠压区，在欠压区， 才能有效控制才能有效控制 的变化。的变化。bmBBBVV max bmVBBVmaxB bmVBBVPbmCCRVV和和、BBVbmBBVV 或或1cmIbmBBVV 或或1cmI第6章 高频功率放大器例例6.3.1 由由3DA1构成的谐振功率放大器。知构成的谐振功率放大器。知 ， 工作频率工作频率 。试求它的能量关系。试求它的能量关系。查表得晶体管的有关参数：查表得晶体管的有关参数：解：系统的工作状态选为临界状态。解：系统的工作状态选为临界状态。晶体管谐振功率放

53、大器的折线近似分析例）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析例）VVCC24 WPo2 MHzf10 MHzfT70 dBAp13 mAIC750max VVsatCE5 . 1)( WPCM1 第6章 高频功率放大器1作为工程近似，集电极最小瞬时电压作为工程近似，集电极最小瞬时电压于是于是2由于由于晶体管谐振功率放大器的折线近似分析例）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析例）VVisatCEC5 . 1)(min VVVCCCcm5 .225 . 124min ocmppcmoPVRRVP22122 6 .126425.50622)5 .22(222 ocmpPVRmAARVIpcmcm17817

54、8. 06 .1265 .221 第6章 高频功率放大器晶体管谐振功率放大器的折线近似分析例）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析例）3选取选取 ，查表得，查表得4）在安全电流范围内。在安全电流范围内。5）70 c 436. 0)(253. 0)(10 cc 、mAmAIicmC750408436.10178)70(11max mAiIcCC103253. 0408)(1max0 第6章 高频功率放大器6功率功率由功率增益的定义：由功率增益的定义：所需要的激励功率为所需要的激励功率为晶体管谐振功率放大器的折线近似分析例）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析例）WIVPCCC472. 2101032

55、430 )1(472. 0)2472. 2(WPWWPPPCMoc %81%100472. 22 PPoc iopPPAlg10 WAPPPpoib1 . 0202)3 . 1(lg210lg1011 第6章 高频功率放大器例例6.3.2 某晶体管谐振功率放大器，某晶体管谐振功率放大器， 电压利用系数电压利用系数 ， ，输出功率，输出功率 试求电源供给功率，集电极耗散功率，集电极电流基试求电源供给功率，集电极耗散功率，集电极电流基波振幅、最大值与通角。若偏压波振幅、最大值与通角。若偏压 ，求基极，求基极输入信号电压的振幅。输入信号电压的振幅。解：解：晶体管谐振功率放大器的折线近似分析例）晶体管

56、谐振功率放大器的折线近似分析例）VVCC24 mAIC3000 95. 0 VVBZ5 . 0 WPo6 VVBB5 . 0 WIVPCCC2 . 73 . 0240 WWPPPoc2 . 1)62 . 7( %3 .83%1002 . 76 PPoc 第6章 高频功率放大器由于由于 ，因此，因此查表得，查表得，晶体管谐振功率放大器的折线近似分析完）晶体管谐振功率放大器的折线近似分析完） )(211ccg 754. 195. 0833. 022)(1 ccg66 c 407. 0cos419. 0239. 0)(10 ccc ，）（，mAIiCC1255239. 0300)66(00max m

57、AiiCcm526419. 01255)66(1max1 VVVVcBZBBbm46. 2407. 05 . 05 . 0cos 第6章 高频功率放大器6.3 谐振功率放大器的高频特性谐振功率放大器的高频特性 2.3.1 基区渡越效应基区渡越效应 晶体管在低频工作时，以为晶体管在低频工作时，以为 是同时产生的。是同时产生的。但当工作频率较高但当工作频率较高 时时 ，在激励电压加于输入，在激励电压加于输入端后，发射极发射载流子，经基区扩散到集电极，漂端后，发射极发射载流子，经基区扩散到集电极，漂移过集电结，形成集电极电流移过集电结，形成集电极电流 。由于少数载流子在基极扩散的渡越时间和结的势垒电

58、容由于少数载流子在基极扩散的渡越时间和结的势垒电容的影响，晶体管的输出电流实际值在减小。的影响，晶体管的输出电流实际值在减小。ECii 、 ff5 . 0 Ci第6章 高频功率放大器谐振功率放大器的高频特性续）谐振功率放大器的高频特性续）当这一渡越过程所需的时间可以与信号周期相比拟时，当这一渡越过程所需的时间可以与信号周期相比拟时，集电极电流集电极电流 比比 均要落后一相角均要落后一相角，且由于电，且由于电子运动不规则，引起渡越的分散性，从而造成集电极子运动不规则，引起渡越的分散性，从而造成集电极电流脉冲峰值减小，脉冲展宽，最终导致电流脉冲峰值减小，脉冲展宽，最终导致Icm1减小，减小，输出功

59、率输出功率Po减小，集电极效率减小，集电极效率C降低。降低。CiEBii 、Eic c 0tw wEic c 0cI 2tw wmaxEiww 第6章 高频功率放大器rbb影响影响 当频率增高时，由于当频率增高时，由于iC的最大值下降且滞后于的最大值下降且滞后于iE，因此使基极电流因此使基极电流iB增大，将导致增大，将导致Ibm1增大，发射结的增大，发射结的阻抗显著减小，阻抗显著减小，rbb的影响相对增大，最终导致加在的影响相对增大，最终导致加在发射结的有效输入电压下降。若要求加至发射结上的发射结的有效输入电压下降。若要求加至发射结上的输入电压保持不变，必须使基极的输入电压增大，从输入电压保持

60、不变，必须使基极的输入电压增大，从而输入功率增大，功率增益下降。而输入功率增大，功率增益下降。谐振功率放大器的高频特性续）谐振功率放大器的高频特性续）第6章 高频功率放大器饱和压降影响饱和压降影响 工作频率升高加上大注入的影响，将使功率管的工作频率升高加上大注入的影响，将使功率管的饱和压降饱和压降CES增大工作频率为几十兆赫时，增大工作频率为几十兆赫时，CES3V；工作频率为几百兆赫时，；工作频率为几百兆赫时，CES5V）。）。在电源电压在电源电压VCC相同时，饱和压降增大，导致集电极相同时，饱和压降增大，导致集电极临界输出电压临界输出电压cmcr减小，从而使放大器的输出功率、减小，从而使放大