第五章功率放大器

1、第六章高频功率放大器电路性质：非线性放大器种类：丙类基础知识：折线分析法本章的知识结构n6.1 概述n6.2 工作原理（重点）n6.3 功率放大器的折线分析法（重点）n6.5 高频功放的电路组成n6.6 丁类（D类）功放简介（了解即可）n6.10 晶体管倍频器（了解即可）一定要彻底吃透一定要彻底吃透6.1 概述n（1）高频功率放大器的种类n（2）高频功率放大器的应用场合n（3）高频功放与低频功放的区别n（4）分析高频功放时应注意的事项n（5）高频功放的主要技术指标5.3.2 折线分析法n幂级数法适用于中等大小的信号n当信号振幅更大时，幂级数取的项数必须增多，分析难度加大，所以不再适用，此时应采

2、用折线分析法vBBZViC近似为近似为vBBZViC5.3 非线性电路分析法非线性电路分析法iC的近似表达式即级数法中的f(v)n此折线可以表示为Ci)(0BZBVv 当)(BZBBZBCVvVvg当”后的截止电压是晶体管特征“折线化BZV段折线的斜率）是跨导（即第2Cg5.3 非线性电路分析法非线性电路分析法 5.3.2 折线分析法折线分析法用折线分析法分析大输入信号vBBZViCBBVtttt对应相角这一小段时间iC 0t0也称为截止角称为半流通角所以，称为流通角我们把这段相角记为,2cc5.3 非线性电路分析法非线性电路分析法 5.3.2 折线分析法折线分析法电流余弦脉冲ic的表达式BZ

3、ViCBBVtvB)(BZBcCVvgi考虑在流通角内考虑在流通角内bmBVv 的振幅为设输入信号VbmtVVvbmBBBcos则代入代入vB)cos(BZbmBBcCVtVVgi得0tcc即绿线对应的相角正好是,t时所以当我们在上式中取t0刚好降到此时Ccit5.3 非线性电路分析法非线性电路分析法 5.3.2 折线分析法折线分析法cosc的表达式iCBZVBBVtvBVbm0tt)cos(0 )(BZcbmBBcVVVg得续上页bmBBBZcVVVcos得我们在后面学习第我们在后面学习第7章，章，功率放大器时，主要应功率放大器时，主要应用折线法，所以这个公用折线法，所以这个公式相当重要！式

4、相当重要！5.3 非线性电路分析法非线性电路分析法 5.3.2 折线分析法折线分析法电流最大值iCmax的表达式tiC 0iCmax恰好取到最大值时当从图中可以看出Cit,0,)cos(maxBZbmBBcCVtVVgi0t)0cos(BZbmBBcVVVg)(BZbmBBcVVVg)1 (bmBZBBbmcVVVVg恰好为恰好为cosc c)cos1 (cbmcVg此式在功率放大器一章有用此式在功率放大器一章有用5.3 非线性电路分析法非线性电路分析法 5.3.2 折线分析法折线分析法（1）高频功率放大器的种类n谐振功率放大器（学习重点）特点是负载是一个谐振回路，功率放大增益可以很大，一般用

5、于末级；不易于自动调谐。n宽带功率放大器（了解即可）特点是负载是传输线变压器，可在很宽的频带内对高频信号进行功率放大；功率增益有限，一般用于中小功率级。（2）高频（谐振）功率放大器的应用场合音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器从图中可见，高频功放是无线发射机的重要组成部分从图中可见，高频功放是无线发射机的重要组成部分无线发射机无线接收机（3）高频（谐振）功放与低频功放的区别）高频（谐振）功放与低频功放的区别低频功放低频功放高频功放高频功放2k10k200fBW工作频率工作频率音频音频（20Hz20kH）射频

6、射频535kHz1605kHz应用场合应用场合接收机末端接收机末端发射机末端发射机末端负载负载纯电阻纯电阻LC谐振回路谐振回路放大器类型放大器类型甲类或乙类甲类或乙类丙类丙类1001k1000k100fBW高频功放与高频小信号放大器的比较高频功放与高频小信号放大器的比较高频小信号高频小信号放大器放大器高频功放高频功放电路性质电路性质线性线性非线性非线性应用场合应用场合发射机送给功放的信号发射机送给功放的信号接收机天线送来的信号接收机天线送来的信号发射机末端发射机末端放大器类型放大器类型甲类甲类丙类丙类集电极输出波形集电极输出波形与输入信号一致与输入信号一致余弦脉冲余弦脉冲设计的目的设计的目的信

7、号波形放大、传输信号波形放大、传输将电源的能量尽可能将电源的能量尽可能以信号的形式输出以信号的形式输出最关心的指标最关心的指标电压增益电压增益效率效率(a)甲类甲类 class-A amplifier(b)乙类乙类 class-B amplifier(c)甲乙类甲乙类 class-AB amplifier(d)丙类丙类 class-C amplifier低频功放分类低频功放分类导通角导通角:一个周期内一个周期内有电流流通的相角有电流流通的相角.（4）分析高频功放时应注意的事项n本节的理论完全可用于对电子管高频功放的分析和计算；n对于工作在中高频的晶体管功放，本节的理论基本可以使用，但会有一定的

8、误差；n但对于工作在甚高频的晶体管功放，本节的理论将会有很大的误差，这是由于晶体管的物理结构导致的高频特性不理想造成的，但本节的理论仍然对功放的设计有定性的指导作用。（5）高频功放的主要技术指标n主要指标：输出功率效率（将电源能量转换成输出信号能量的能力）n大家应当了解的工程指标谐波场强n20的场强与0的场强之比小于万分之二n在发射机1km处20的场强小于50(uV/m)谐波功率（小于25mW）6.2 谐振功率放大器的工作原理 1. 提高效率的途径提高效率的途径结论：降低静态功耗，即结论：降低静态功耗，即减小静态电流，即可提高减小静态电流，即可提高效率效率 c。这样，在给定。这样，在给定P=时

9、，时，Po就会增大。就会增大。PPco=率直流电源提供的直流功输出功率)()(=)(c o集电极功耗交流功率直流电源功率PPPvi= V V0m0msinsint tcoo=PPPtvTPCTCd10ci O23tCi0CIO23tCi甲甲类类乙乙类类2. 谐振功放的工作原理谐振功放的工作原理谐振功放原理图谐振功放原理图电路特点：静态工作电路特点：静态工作点选择在接近截止点，点选择在接近截止点，或选择在小于截止点的或选择在小于截止点的负偏置区。其目的是消负偏置区。其目的是消除由静态工作点所带来除由静态工作点所带来的无用功耗，从而提高的无用功耗，从而提高放大器的效率。放大器的效率。bvbv2Tr

10、LRBBVCCVBvCvCicv1TrCL6.2 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理 电路组成：输入回路、电路组成：输入回路、晶体管晶体管T（作为开关）（作为开关）和和LC选频网络（作为选频网络（作为T的负载）。的负载）。TBZVBBVmaxCvCCVminCvmaxCiBvttBitCitCv由于静态由于静态工作点设工作点设置很低的置很低的原因，使原因，使得管子只得管子只在小半周在小半周期内导通，期内导通，因而因而iB为为脉冲电流。脉冲电流。放大后的放大后的iC也为脉也为脉冲电流。冲电流。6.2 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理 tVVcosbmBBBvtVVc

11、oscmCCCvc2ccc2导通时导通时vC很小，很小，因而功耗很小。因而功耗很小。vC很大，但截止，很大，但截止，功耗为功耗为0。tvTPCTCcd10i （3）电路图中各变量关系及波形分析分析第一步：输入信号有反向偏置电压，从而输出为余弦脉冲分析第一步：输入信号有反向偏置电压，从而输出为余弦脉冲BBVbvBEvvBEBZViCBBVt0t0iC tBEvbmV输入信号振幅记为分析第二步：把集电极余弦电流脉冲看成一系列电流源的叠加分析第二步：把集电极余弦电流脉冲看成一系列电流源的叠加Ci0等效0CItIcmcos1tIcm2cos2BBVbvBEvCi为了分析更清晰，先假设没有抽头为了分析更

12、清晰，先假设没有抽头由于由于LC的选频作用的选频作用ovtVomcosovCCVBBVbvBEvCi分析第三步：分析第三步：VCC减去减去vo得到集电极电压得到集电极电压vCovtVomcosCvttVVvVvomCCoCCCcosCCVCCVovvC)(o振幅的振幅vVVvomcmC VB Z VB B t VC C t t t eb ib ic ec Vc m Vc m vb BEvCv分析第四步：把输入信号，集电极电流，集电极电压对齐画出分析第四步：把输入信号，集电极电流，集电极电压对齐画出 t 或电压 电流 VBZ o ic max Vc min ic c ec Vcm VCC ic

13、vc Vb max 2 VBZ vB Vbm vb 232 25(b) CvCvBEvCi有阴影的波形为分析第五步：把输入信号，集电极电流，集电极电压分析第五步：把输入信号，集电极电流，集电极电压画到同一个坐标中（从图中可以读出很多关系）画到同一个坐标中（从图中可以读出很多关系）例如可以看出，例如可以看出，iC最大值最大值iCmax的时候的时候vC最小值最小值vCmin（4）对2个问题的解释n问题一（可能会引起同学们困惑的问题）为什么ic的波形时有时无,而输出的波形vo却能是连续的?n问题二（有的题目已知条件不给c,而解题中又需要c ）半流通角c通常取多大比较合适?问题一：为什么ic的波形时有

14、时无,而输出的波形vo却能是连续的?n如果能从频谱的角度来理解最好，即ic是有很多余弦分量相加而成的，经过滤波器将其他分量滤除，剩下的自然是一个基频余弦分量Icm1costn另外一种理解方法是：LC具有储能作用，当ic为0时，由于C上电压不能突变，所以在LC之间来回充放电，可以用自行车飞轮或一个单摆来比喻。将LC比喻成单摆n如果把单摆摆到左边比喻成能量储存到电感，则单摆摆到右边可比喻成能量储存到电容，要是单摆持续摆动，不需要手一直推，而在适当的时候推很短的一下（可比喻成ic ）即可。问题二：半流通角c通常多大合适?n如果c取值过大，趋向甲类放大器，则效率太低；n如果c取值过小，效率虽然提高了，

15、但输出功率的绝对值太小（因为ic脉冲太低）；n这是一对矛盾，根据实验折中，人们通常取Oc706.2.2 功率关系余弦电流脉冲ic可分解为付立叶级数：tnItItIIiccos2coscoscmncm2cm1c02/2/c0)(1TTctdiTI根据付立叶级数原理2/2/c)(1,TTCCtdiVTP电源输出功率而根据电路原理2/2/c)(1TTCCtdiTV0cCCIVP分析电源输出功率第一步 :OP分析输出功率第二步 :0CItIcmcos1tIcm2cos2ovtVcmcosov画出回路谐振时的等效电阻将pRLCpR上消耗的功率为可以看出输出功率pORPpcmORVP221短路等分量被、短

16、路，将全部被考虑另外CIILIcmcmc320,tIRcmpcos1上的电流为pcmcmcmOORIIVPP2112121又可写成C分析效率第三步 :01012121ccmCCcmcCCcmcmOCIIVVIVIVPP记为tCCVovvCcmVCCV,数称为集电极电压利用系度这个电压范围利用的程的振幅对它体现了CCCVv0121ccmII)()(1CCg，可记为后面将给大家证明有关仅与)(211Cg6.3 功率放大器的折线分析法n6.3.1 晶体管特性曲线理想化及表达式 折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折折线法是将电子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

17、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。 对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电对谐振功率放大器进行分析计算，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Icm1。 理想化折线 （虚线） ic gc eb 0 VBZ ic 过压区 临界线 欠压区 eb ec 0 (a) (b) gcr !不是一回事与一定要注意crcgg6.3.2 集电极余弦脉冲电流ic分解0iC tmaxCi在第五章的折线分析法中我们已经得到在第五章的折线分析法中我们已经得到)cos(BZbmBBcCVtVVgibmV从括号中提出)(cosbmBZBBbmcCVVVtVgi从第五

18、章可知它为从第五章可知它为cosc c)cos(cosCbmcCtVgi)cos1 ()cos(cos)cos1 (CCCbmctVg从第五章可知它为从第五章可知它为iCmax)cos1 ()cos(cosmaxCCCti6.3.2 集电极余弦脉冲电流iC分解根据付立叶级数原理tnItItIIiccos2coscoscmncm2cm1c0)(21C0tdiIcccccCmax0cos1cossiniIccc)()cos1coscos(21ccCmax0tdtiIc表达式带入把上页求出的Ci算出此定积分ci0Cmax)(0CC有关记为仅与6.3.2 集电极余弦脉冲电流iC分解同理可得同理可得)(

19、)(maxmax10max0CnCcmnCCcmCCCiIiIiI有关只与可以看出前面所分析的CCCCCCCCcmCiiIIg)()()()()(010max1max011其中：其中：)cos1)(1(sincoscossin2)()cos1(sincos)()cos1(cossin)(210ccccccnccccccccccnnnnn要求掌握要求掌握不要求掌握不要求掌握)()()(265110CCCCgP、的附录表查出可以通过查教材对于特定的c对高频谐振功放效率的影响余弦脉冲的分解系数余弦脉冲的分解系数 n 2.0 1.0 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 40 60 80

20、100 c 1 0 180 120 160 1 0 0 1 2 3 140 )(211CCg0121CcmII)()(210max1maxCCCCii)()(2101CC效率越高越大可见,)()(01CC显然不行但输出功率为最大是0,)()(001CCCc对高频谐振功放效率的影响余弦脉冲的分解系数余弦脉冲的分解系数 n 2.0 1.0 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 40 60 80 100 c 1 0 180 120 160 1 0 0 1 2 3 140 效率太低但接近甲类放大器输出功率最大最大时,)(1201COCOC70通常取为了兼顾二者成倍频器就可把功率放大器改装调

21、到若将谐振回路中心频率利用这一特点的振幅取到最大值即最大时从图中还可以看出2,2cos,6022tIcmOCBBV斜率gcbvbmV0BZV00maxCiCitt一、折线一、折线分析法分析法c2Bvc25.3 谐振功放的折线分析法 VBB为为偏置电压偏置电压tVVcosbmBBBviC =gc(vBVBZ) (vBVBZ) 0 (vBVBZ) Ciic 过压区 临界线 欠压区 eb ec 0 (b) gcr gc2BBVbvbmV0BZV00maxCittc2Bvc25.3 谐振功放的折线分析法 偏置偏置电压电压tVVcosbmBBBviC =gc1(vBVBZ) (VBZ vB VSat)

22、0 (vBVBZ) gc1iC =gc2(vBVSat) (vB VSat ) VSatCiCi6.3.3 高频功放负载特性BBVbvBEvCiovtVomcosCvCCVtVVvVvcmCCoCCCcos可见，当三机管处于工作区时有可见，当三机管处于工作区时有bmV幅是另外如果输入信号的振BEvt0tBZVBBVBEvCitVVvbmBBBEcos则bmVtcos,消去联立二式cmCCCbmBBBEVvVVVv得负载线的表达式cmCCCbmBBBEVvVVVvt0tBZVBBVBEvCicg斜率)(,BZBEcCVvgi则在工作区内代入代入)(:线称为负载线这个线性关系画出的直必须保持的线性

23、关系与就得到了在工作区内CCvi)(BZcmCCCbmBBcCVVvVVVgi)(bmBZBBcmCCCcmbmcCVVVVVvVVgi整理后得负载线的斜率负载线的截距)cos(CcmCCCcmbmcCVVvVVgi还可写成画出负载线)cos(CcmCCCcmbmcCVVvVVgidg记为负载线的斜率,0V负载线的截距记为CvCiCCV0VCCVV 0dgBEv不同的CCBEviv和就可以找出它对应的任意给定一个这样只要在工作区内,关系。波形帮助大家理解变量和画出我们在这张图画上还可CCviiCt三极管工作三极管工作三极管截止三极管截止负载线的Q点（注意是虚拟的）CvCCV0VCi)(bmBZ

24、BBcmCCCcmbmcCVVVVVvVVgiCCV该点的横坐标显然是点Q点纵坐标得出带入上式将QVvCCC,BZBBcCQVVgI都无关！、与，点坐标为即cmbmpBZBBcCCVVRVVgVQ,点负载线延长线都会经过无论如何变化、即QVVRcmbmp,对负载线的简要复习程：负载线表达式的推出过表达式得到消去的表达式和分别写出CBEBECvvtvvcos,) 1 (的表达式表达式即得到带入CCBECvivi(2)的形式表达式写成将)(3)0VvgiviCdCCCcmbmcdVVgg其中负载线斜率)()(0bmBZBBcmCCCVVVVVVv截距轴负载线在横轴)cos(CcmCCVV从“时间t

25、”的角度画出并理解负载线tiCvCCCV工作区工作区截止区截止区工作区工作区截止区截止区CCVtCitiCvCCCV工作区工作区截止区截止区工作区工作区截止区截止区vCtVCCvCtVCCvCtVCCvCtVCCvCtVCCvCiC例题n一高频谐振功放,已知n求：0.92200120，集电极电压利用系数输出功率，脉冲的直流分量，WPmAIiVVOCCCCCcmpCIRP半流通角幅输出的基频电流分量振、功放的负载、功放效率电源输出功率)3()2() 1 (1例题(解)(4 . 21020012 ) 1 (30WIVPCCC%3 .834 . 22PPOCpcmORVP221又CCcmVV义根据集

26、电极电压系数定)(8 .109 . 012VVVCCcm)(16.2928 .10212122OcmpPVR例题(解)mAARVIpcmcm370)(37. 016.298 .10 )2(185. 1200370)( ) 3(011CcmCIIg波形系数85. 1)(1 . 62651CgP表，可知若使的附录查教材)50(49OOC或需放大器的三种工作状态之欠压状态CiCCV0VdgmaxBEv相交与工作区时红色与负载线蓝色线当)()(maxBEv压状态”。我们称放大器处于“欠幅还没有到达最大值。因为此时的输出电压振。则输出振幅还可以加大减小如果负载线斜率绝对值,CviCtCi欠压状态的影响负

27、载线斜率的因素pcmbmccmbmcdRIVgVVgg1负载线的斜率有关、的斜率与一般不变，可见负载线pcmbmcRIVg1不变。、对放大器的影响，先设我们先分析1cmbmpIVR绝对值减小。增大时，负载线斜率的则可以看出pR放大器的三种工作状态之临界状态CvCiCCV0V的拐点时相交与红色与负载线蓝色线当maxmax)()(BEBEvv界状态”。我们称放大器处于“临。再大就进入饱和区了饱和区和工作区的边界此时输出电压振幅到达)(会降低。负载线的斜率绝对值就增大当,pRmaxBEviCtCi临界状态的临界状态的特点(1)n往往利用这些特点来解题。tiCvCCCVcmV三极管就会进入饱和区最小值

28、就会小于再增大如果,CsatCcmVvVCsatCCVvvmin,的最小值从图上可以读出对于临界状态)(集电极饱和电压CsatV)(cmCCCsatcmVVVV做题时常用此式求因此有临界状态的特点(2)CvCimaxBEviCtmaxCiminmax)(2 . 6 . 6CCCCvviib时可知从教材图CsatCVvmin,临界状态时而我们上面讲到)(minCsatCVv也是crgmaxCCsatcriVg求出和量关系可通过临界状态时利用上述变做题时常用此方法做题时常用此方法minmaxCCsatCcrvVig求出和或通过放大器的三种工作状态之过压状态CvCiCCV0V延长线相交与饱和区时红色

29、与负载线蓝色线当)()(maxBEv压状态”。我们称放大器处于“过使三极管进入饱和区大此时的输出电压振幅过,会更加降低。负载线的斜率绝对值就继续增大当,pRmaxBEviCt出现了凹顶过压状态的Ci三极管工作区三极管工作区三极管饱和区三极管饱和区三种状态的波形汇总 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半导通角 t B A C D 3 2 1 负载增大 vBE max VCC Q ec min Vcm 1.欠压状态 2.临界状态 3.过压状态 Rp Vcm Vcm 再过渡到过压状态状态功放由欠压过渡到临界的增大随着,pR指的是输出电压的振幅压的欠压或过压所谓的可以看出的波形从左边,C

30、v例题n一高频谐振功放处于临界状态,且已知n求AiVAgCcr2 . 1/5 . 0max，饱和临界线斜率WPVVCMCCC107024功率功率管最大集电极耗散度，?)3()2() 1 (会不会烧毁功率管在此参数下工作功放的负载、功放效率、输出功率电源输出功率pCORPP例题(解)0 ) 1 (CCCIVP )(0max0CCCiI而)(0maxCCCCiVP0.253)(,700CC查表可知度)( 3 . 7253. 02 . 124)(0maxWiVPCCCC121cmcmOIVP 所以要分别求出均未直接给出和而已知,1cmcmIV例题(解)cmV先求cmVCvCimaxBEviCtmax

31、Ci)(minCsatCVv也是crgCCVminvVVCCcm从图中可以看出crCgivmaxmin从图中还可看出)(6 .215 . 02 . 124maxVgiVVcrCCCcm例题(解)cm1I再求)(1max1CCcmiI0.436)(,701CC查表可知度)(52. 0436. 02 . 1)(1max1AiICCcm)(6 . 552. 06 .2121211WIVPcmcmO%7 .763 . 76 . 5PPOC例题(解)(5 .4152. 06 .21 )2(1cmcmpIVR)(10)(7 . 16 . 53 . 7 ) 3(WPWPPPCMOC功率管不会烧毁功放的负载特

32、性（即Rp变化对功率和效率的影响）vBEmaxicvCIcm1Ic0VcmRp欠压区欠压区过压区过压区临界态临界态过渡时功放从欠压向临界状态增大当,pR略有下降但没有凹顶弦脉冲的波形始终是标准的余max),(CCii)(max10max0CCcmCCCiIiI都略有下降和10cmcII1cmpcmIRV会基本呈线性上升cmV的波形出现凹顶Ci过渡时功放从临界向过压状态继续增大当,pR都迅速下降和使10cmcII)(,停止工作区由于三极管进入了饱和同时缓慢上升趋于的限制受到输出电压振幅,CCCCcmVVV功放的负载特性（即Rp变化对功率和效率的影响）Icm1Ic0VcmRp欠压区欠压区过压区过压

33、区临界态临界态Rp欠压区欠压区过压区过压区临界态临界态c P=Pc在欠压区向临界过渡时,1而线性上升基本不变由于cmcmVI线性上升输出功率,211cmcmOVIP Po略有下降电源输出功率,CC0VIPc基本呈线性上升效率PPOC基本呈线性下降三极管消耗功率OCPPP在临界向过压变化时迅速下降而基本不变由于1,cmcmIV迅速下降输出功率,211cmcmOVIP 迅速下降电源输出功率,CC0VIPc平缓下降三极管消耗功率OCPPP略有上升所以效率下降的快没有由于刚过临界态时COPP,略有下降效率下降的速度加快的进一步增加但随着COpPR,三种状态的小结（欠压状态特点） 欠压 过压 0 临界

34、Ic1 Ic0 Vcm Rp 0 c P= Po Pc 欠压 过压 临界 Rp 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。三种状态的小结（临界状态特点） 欠压 过压 0 临界 Ic1 Ic0 Vcm Rp 0 c P= Po Pc 欠压 过压 临界 Rp 临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以

35、说是最佳工作状态，发射机的末级常率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。态为例。三种状态的小结（过压状态特点） 欠压 过压 0 临界 Ic1 Ic0 VC Rp 0 c P= Po Pc 欠压 过压 临界 Rp 过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状有所下降，发射机的中

36、间级、集电极调幅级常采用这种状态。态。6.3.4 各极电压对工作状态的影响增大时仅其他条件都不变是前面我们一直在讨论的pR,变小负载线斜率绝对值逐渐增大功放随着,pR功放的工作状态从欠压临界过压?,时会怎样呢而改变电源或信号电压不变如果我们保持pR下面我们将分别讨论对功放状态的影响其他条件不变CCV,对功放状态的影响其他条件不变bmV,对功放状态的影响其他条件不变BBV,其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响 欠压 过压 临界 ic1 ic2 ic3 ic4 ic5 ic eb ec VCC5 VCC3 VCC1 VC1 VC2 VC3 VC4 VC5 欠压 临界 过压 CvmaxBEvCi

37、保持不变负载线斜率不变和由于cmbmccmbmVVgVVdg,CCV而负载线截距小于负载线平行左移由大变小时当,CCV功放从欠压临界过压其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响负载线平行右移由小变大时当反过来,CCV功放从过压临界欠压CCV临界临界过压区过压区欠压区欠压区0CI1cmI其他条件不变,VCC改变对工作状态的影响 0 0 (a) (b) 欠压状态 过压状态 VCC 欠压状态 过压状态 VCC Ic0 Icm1 Po P= Pc 0CCCIVP 2121cmpOIRP 其他条件不变,Vbm改变对工作状态的影响 ic eb4 max vce VCC eb3 max eb2 max eb

38、1 max 0 VC4 VC3 VC2 VC1 t Q tVVvbmBBBEcosbmBBBEVVvmax也由小变大由小变大时当max,BEbmvV)(max小BEv)(max略大BEv功放先欠压再临界)(max更大BEv)(max最大BEv最后进入过压其他条件不变,Vbm改变对工作状态的影响bmV临界临界欠压区欠压区过压区过压区0CI1cmI其他条件不变,Vbm改变对工作状态的影响(a)过压状态欠压状态VbmIC0OIcm1(b)过压状态欠压状态VbmPoOP=Pcip0CCCIVP 2121cmpOIRP 其他条件不变,VBB改变对工作状态的影响 ic eb4 max vce VCC eb

39、3 max eb2 max eb1 max 0 VC4 VC3 VC2 VC1 t Q tVVvbmBBBEcosbmBBBEVVvmax也由大变小由小变大时当max,BEBBvV)(max小BEv)(max略大BEv)(max更大BEv)(max最大BEv变化时的情况恰好相反与bmV各变量对功放状态影响的总结功放由欠压增大时或,bmpVR临界过压功放由过压增大时或,BBCCVV临界欠压例题6.3一个谐振功放处于过压状态，如果想把它调到临界状态，可以采取哪些措施？过压和欠压状态的一个重要特点（做题时常用）n过压状态下：n欠压状态下：都会保持基本不变只有一者改变时，和cmpbmVRV都会保持基本

40、不变和如何改变，和不变，随便和只要10cmcCCpBBbmIIVRVV例题6.4n已知一高频功放处于临界状态,输出功率为10W，Vcc=12V，半流通角为70度,集电极电压利用系数为0.96，且1=0.44，2=0.25n(1)求P=、Pc、c、Rpn(2)若Vbm增加一倍Po=?例题6.4(解)n方法一：从Vcm和Icm1入手n方法二：从c入手n（后面的步骤略）CCcmVVcmOcmVPI2101121)(21cCgCOPP线路构成线路构成5.5 高频功放的电路组成 直流馈电线路种类直流馈电线路种类连接原则连接原则 直流有通路：直流有通路：直流支路加高频扼流圈直流支路加高频扼流圈, ,并加旁

41、路电容。并加旁路电容。交流有通路：交流有通路：交流支路前端加隔直电容。交流支路前端加隔直电容。直流电源：直流电源：不流过高频电流。不流过高频电流。集电极馈电线路和基极馈电线路。集电极馈电线路和基极馈电线路。直流馈电线路：直流馈电线路：提供放大器正常工作所必需的电压偏提供放大器正常工作所必需的电压偏置；提供集电极电流的直流和基波分量的正常通路。置；提供集电极电流的直流和基波分量的正常通路。匹配网络匹配网络（自学）（自学）：阻抗匹配，使信号高效传送。：阻抗匹配，使信号高效传送。IC0VCCIcnIcm1LC除晶体管的内阻外，没有其它电阻消除晶体管的内阻外，没有其它电阻消耗直流能量；耗直流能量；只有

42、高频基波分量通过负载回路；只有高频基波分量通过负载回路；管外电路对高频谐波分量短路。管外电路对高频谐波分量短路。1 1、集电极馈电电路、集电极馈电电路组成原则组成原则6.5 6.5 高频功放的电路组成高频功放的电路组成 6.5 高频功放的电路组成 (a) 串联馈电串联馈电bvCLCCCVLcmncm1C0,IIIC0Icmncm1, IIcvCvCCVbvCLC CLC0Icmncm1, IIcmncm1C0,IIICCVcvCvtVVVcoscmCCcCCCvv1 1、集电极馈电线路、集电极馈电线路串联馈电线路：电子器件、电源、负载三者串联串联馈电线路：电子器件、电源、负载三者串联并联馈电线

43、路：电子器件、电源、负载三者并联并联馈电线路：电子器件、电源、负载三者并联(b) 并联馈电并联馈电6.5 高频功放的电路组成 bvCLCCCVLcmncm1C0,IIIC0Icmncm1, IIcvCvtVVVcoscmCCcCCCvv1 1、集电极馈电线路、集电极馈电线路串联馈电串联馈电L高频扼流圈，高频扼流圈，与与 C构成构成电源滤波电路。电源滤波电路。LC回路处于回路处于直流直流 高电位端，安装不方便；高电位端，安装不方便；L 、C 处于处于高频高频 低电位上，不影响频率稳定。低电位上，不影响频率稳定。适合于频率较高的场合。适合于频率较高的场合。 串馈特点串馈特点VCC与与LC回路互回路

44、互换位置行吗换位置行吗？L高频扼流圈高频扼流圈，与，与C构构成电源滤波电路；成电源滤波电路；6.5 高频功放的电路组成 tVVVcoscmCCcCCCvv1 1、集电极馈电线路、集电极馈电线路并联馈电并联馈电bvCLC CLC0Icmncm1, IIcmncm1C0,IIICCVcvCvCCVLC回路两端处于直流地电位，安装调试方便；回路两端处于直流地电位，安装调试方便；L、C 、C 处于处于高频高频 高电位上，造成分布参数并到高电位上，造成分布参数并到LC回路上，影响频率稳定。回路上，影响频率稳定。适合于频率较低的场合。适合于频率较低的场合。 并馈特点并馈特点C 隔直电容。隔直电容。(没有行

45、吗？没有行吗？)2. 基极馈电线路基极馈电线路直接利用电源提供偏压直接利用电源提供偏压 在实际电路中，工作频率较低或工作频带较宽的功放在实际电路中，工作频率较低或工作频带较宽的功放往往采用互感耦合（图往往采用互感耦合（图a），对于甚高频段的功率放），对于甚高频段的功率放大器，由于采用电容耦合比较方便，所以几乎都采用大器，由于采用电容耦合比较方便，所以几乎都采用（图（图b）的馈电形式。）的馈电形式。CBBVLCBBVC ( (a ) )串馈串馈( ( b) )并馈并馈2. 基极馈电线路基极馈电线路利用自偏压方式提供偏压利用自偏压方式提供偏压 LCC ( (a ) )分压偏置分压偏置( ( b)

46、)基极自偏压基极自偏压B2CCCVBLCLB1CC1CC2CB1RB2RECERB0IE0I( (c) )射极自偏压射极自偏压由由VC C 通过通过RB 1和和 RB2 分压提供，为保分压提供，为保证丙类工作，其值证丙类工作，其值应小于功率管的导应小于功率管的导通电压。通电压。利用利用IB0在在RB上产生上产生偏压偏压VBB。L：防防止输入信号被止输入信号被C 短短路。路。L过大，易引过大，易引起低频寄生振荡。起低频寄生振荡。BR利用利用IE0在在RE上上产生偏压产生偏压VBB。要求要求RECE5/f0VBB= -RB IB0 VBB= -RE IE0 BZVBBVBvttBi未加输未加输入信

47、号入信号时，时，BJT为为零偏。零偏。即即VBB为零。为零。tVVcosbmBBBvc2ccc22. 基极馈电线路基极馈电线路利用利用自偏压方式提供偏压自偏压方式提供偏压 tItIIi2coscos2bm1bm0BB有输入信号时，有输入信号时， BJT只在小半周期内导通，因只在小半周期内导通，因而而iB为脉冲电流。为脉冲电流。BJT这种导电不对称的特性称这种导电不对称的特性称为非线性导电性。非线性导电性为非线性导电性。非线性导电性是产生自偏压是产生自偏压的必要条件。因为的必要条件。因为此时此时iB中存在直流分量中存在直流分量IB0 。加输入信号加输入信号2. 基极馈电线路基极馈电线路利用自偏压

48、方式提供偏压利用自偏压方式提供偏压 ECERE0I( (c) )射极自偏压射极自偏压利用利用IE0在在RE上上产生偏压产生偏压VBB。VBB= -RE IE0自偏压（负偏压）自偏压（负偏压）优点：偏压能优点：偏压能随激励大小而变化，输出较稳定。随激励大小而变化，输出较稳定。稳定输出原理稳定输出原理激励激励 IE0 自偏压自偏压 输出输出 IE0 输出输出 适合于等幅信号的功率放大，不适合于等幅信号的功率放大，不适合于非等幅信号的功率放大。适合于非等幅信号的功率放大。二 高频功放的耦合回路高频功放的耦合回路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

49、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

50、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L1C1C2L2CARAr1IAM

51、rr1C1L1C1RpL1IK二 高频功放的耦合回路高频功放的耦合回路 介于放大器与天线回路之间的介于放大器与天线回路之间的L1C1回路就叫做中介并联谐回路就叫做中介并联谐振回路振回路。RA、CA分别代表天线的幅射电阻与等效电容；分别代表天线的幅射电阻与等效电容； L2、C2为天线回路的调谐元件。为天线回路的调谐元件。它们的作用是使天线回路它们的作用是使天线回路处于串联谐振状态，以使天线回路的电流处于串联谐振状态，以使天线回路的电流IA达到最大值，达到最大值，亦亦即使天线幅射功率达到最大。即使天线幅射功率达到最大。 从集电极向右方看去可以等效为一个并联谐振回路从集电极向右方看去可以等效为一个并

52、联谐振回路, ,其其中中Rp为折合到为折合到晶体管输出回路的等效负载晶体管输出回路的等效负载 。 1. 输出匹配电路输出匹配电路 (1) 并联谐振回路型的匹配电路并联谐振回路型的匹配电路 RpRp在大功率输出级，在大功率输出级，T型、型、型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。 图中的图中的R2一般代表终端一般代表终端(负载负载)电阻，电阻，R1则代表由则代表由R2折合到左端的等效折合到左端的等效电阻电阻，现以，现以 (a)为例进行计算公式的推导为例进行计算公式的推导 (2) (2) 滤波器型的匹配网络滤波器型的匹配网络 两种两种型匹配网络型匹配网络(a

53、)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2 将并联回路将并联回路R1C1与与R2C2变换为串联形式，由变换为串联形式，由串、并联阻抗转换公式可得串、并联阻抗转换公式可得L1C1R1C2R21212c12c121111RRXXQRR C12C12121C1XXRRX 2212c22c22RRXXR C12C22222C2XXRRX 网络匹配时，网络匹配时，R1= R2 由谐振条件得由谐振条件得 :VT1VT2T1LCRLECCC6.6 丁类（丁类（D类）功放简介（了解即可）类）功放简介（了解即可）1. D类功率放大器的原理分析类功率放大器的原理分析 D类功率放大器有类功率放大器有电压开关型

54、电压开关型和和电流开关型电流开关型两种基本两种基本电路，电压开关型电路，电压开关型D类功率放大器是已推广应用的电路类功率放大器是已推广应用的电路 uiub1ub2ic1ic2uLuA ub1和和ub2是由是由ui通过变压器通过变压器T1产生的两个极性相反的输入激励产生的两个极性相反的输入激励电压电压 ui正半周时正半周时VT1管饱和导通，管饱和导通，VT2管截止，电源管截止，电源EC对电容对电容C充充电，电容上的电压很快充至电，电容上的电压很快充至（EC- -UCES1）值，）值，A点对地的电点对地的电压压uA=（EC- -UCES1） 。 ui负半周时负半周时VT2管饱和导通，管饱和导通，VT1管截止。管截止。VT2管的直管的直流电