第五章高频功率放大器

1、第五章高频功率放大器 第五章第五章 高频功率放大器高频功率放大器 第五章高频功率放大器 知识结构：知识结构： 5.1 概述概述 5.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 5.3 高频功率放大器的折线近似分析法高频功率放大器的折线近似分析法 5.5 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成 5.9 功率合成器功率合成器 5.10 晶体管倍频器晶体管倍频器 第五章高频功率放大器 学习目标：学习目标： 掌握高频功率放大器的工作原理掌握高频功率放大器的工作原理 掌握高频功率放大器的折线近似分析法掌握高频功率放大器的折线近似分析法 熟悉高频功率放大器的电路组成原则熟悉高频功率放大

2、器的电路组成原则 掌握功率合成器的工作原理掌握功率合成器的工作原理 了解倍频器的工作原理了解倍频器的工作原理 第五章高频功率放大器 本章重点：本章重点： 谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器的工作原理 高频功率放大器的动态特性和负载特性高频功率放大器的动态特性和负载特性 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成 功率合成器的工作原理功率合成器的工作原理 本章难点：本章难点： 高频功率放大器的动态特性和负载特性的分析高频功率放大器的动态特性和负载特性的分析 功率合成器的工作原理功率合成器的工作原理 第五章高频功率放大器 5.1 概述概述 5.1.1 功放的分类功放的分类 5.1.2 高

3、频功放的分类和特点高频功放的分类和特点 5.1.3 高频功放的技术指标和分析方法高频功放的技术指标和分析方法 5.1.4 高频功放与其他放大器的比较高频功放与其他放大器的比较 第五章高频功率放大器 5.1.1 功放的分类功放的分类 A（甲甲）类类：导导通通角角为为 o 180 AB（甲甲乙乙）类类：导导通通角角为为 o 90 B（乙乙）类类：导导通通角角为为 o 90 C（丙丙）类类：导导通通角角为为 o 90 按工作状态分：按工作状态分： 按工作频率分：按工作频率分：低频功率放大器低频功率放大器 高频功率放大器高频功率放大器 甲类放大器适用于小信号低功率放大；乙类和丙类适用甲类放大器适用于小

4、信号低功率放大；乙类和丙类适用 于大功率放大；甲乙类放大器当小信号时工作在甲类，当大于大功率放大；甲乙类放大器当小信号时工作在甲类，当大 信号时工作在乙类。信号时工作在乙类。 第五章高频功率放大器 高频功放分类：高频功放分类：1）窄带型：以谐振回路作为负载，选频范围）窄带型：以谐振回路作为负载，选频范围 很窄。主要用于放大等幅信号，很窄。主要用于放大等幅信号， 例如载波信号、调频信号；例如载波信号、调频信号； 2）宽带型：采用工作频带很宽的传输线变压）宽带型：采用工作频带很宽的传输线变压 器或者其他宽带匹配网络作为负器或者其他宽带匹配网络作为负 载。主要用于实现功率合成。载。主要用于实现功率合

5、成。 高频功放特点：高频功放特点：1)放大高频大信号；放大高频大信号； 2)工作在丙类状态会伴随严重的失真问题工作在丙类状态会伴随严重的失真问题; 3)重点解决失真与效率问题；重点解决失真与效率问题； 4)采用谐振负载解决失真。采用谐振负载解决失真。 5.1.2 高频功放的分类和特点高频功放的分类和特点 第五章高频功率放大器 放大器处于非线性工作状态，高频小信号谐振放放大器处于非线性工作状态，高频小信号谐振放 大器的一套线性模型在这里已完全不能用，只能用图大器的一套线性模型在这里已完全不能用，只能用图 解法或折线近似分析法来分析功率放大器。解法或折线近似分析法来分析功率放大器。 技术指标：技术

6、指标： 功率与效率功率与效率 分析方法：分析方法： 5.1.3 高频功放的技术指标和分析方法高频功放的技术指标和分析方法 分析方法分析方法优点优点缺点缺点 图解法图解法利用电子器件的特性曲线来利用电子器件的特性曲线来 对它的工作状态进行计算对它的工作状态进行计算 从客观实际出发，从客观实际出发， 计算结果比较准确计算结果比较准确 对工作状态的对工作状态的 分析不方便，分析不方便， 手续较复杂手续较复杂 折线近折线近 似分析似分析 法法 将电子器件的特征曲线用折将电子器件的特征曲线用折 线段来表示，然后对放大器线段来表示，然后对放大器 的工作状态进行分析计算的工作状态进行分析计算 物理概念清楚，

7、分物理概念清楚，分 析工作状态方便析工作状态方便 计算准确度较计算准确度较 低低 第五章高频功率放大器 5.1.4 高频功放与其他放大器的比较高频功放与其他放大器的比较 与低频功放的比较：与低频功放的比较： 高高选频网选频网 络络 丙类丙类窄窄 百分之零点几百分之零点几 到百分之几到百分之几 高高（一个（一个 工作中心工作中心 频率频率 ） 高频高频 功放功放 低低无调谐无调谐 负载负载 甲类、甲甲类、甲 乙类、推乙类、推 挽乙类挽乙类 宽宽 低低 （20Hz- 30KHz） 低频低频 功放功放 效率效率负载负载工作状态工作状态相对带宽相对带宽 工作频率工作频率 maxmin / 1000 f

8、f 0 f 0 / ff 共同点：输出功率大、效率高共同点：输出功率大、效率高 不同点：不同点： 第五章高频功率放大器 与高频小信号调谐放大器比较：与高频小信号调谐放大器比较： 放大放大 对象对象 谐振网络的作用谐振网络的作用工作工作 状态状态 分析方分析方 法法 质量指标质量指标 高频功高频功 率放大率放大 器器 高频高频 大信大信 号号 从失真的集电极电流从失真的集电极电流 脉冲中选出基波、滤脉冲中选出基波、滤 除谐波，从而得到不除谐波，从而得到不 失真的信号输出失真的信号输出 丙类丙类图解法图解法 或者解或者解 析近似析近似 分析法分析法 功率和效率功率和效率 高频小高频小 信号放信号放

9、 大器大器 高频高频 小信小信 号号 抑制干扰信号抑制干扰信号甲类甲类线性等线性等 效电路效电路 增益、通频带、增益、通频带、 选择性、稳定选择性、稳定 性和噪声系数性和噪声系数 共同点：放大的都是高频信号，且负载均为谐振网络共同点：放大的都是高频信号，且负载均为谐振网络 不同点：不同点： 第五章高频功率放大器 5.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 5.2.1 基本电路结构基本电路结构 5.2.2 工作原理分析工作原理分析 5.2.3 功率关系功率关系 第五章高频功率放大器 晶体管的工作情况与频率有极其密切的关系，把其晶体管的工作情况与频率有极其密切的关系，把其 工作频率范

10、围划分为三个区域：工作频率范围划分为三个区域： 低频区：低频区： 中频区：中频区： 高频区：高频区： ff5 . 0 T fff2 . 05 . 0 TT fff2 . 0 ff T 中频区要考虑晶体管各个结电容的作用中频区要考虑晶体管各个结电容的作用 高频区需进一步考虑引线电感的作用高频区需进一步考虑引线电感的作用 分析和计算分析和计算 相当困难。相当困难。 低频区可以不考虑其等效电路中的电抗分量等影响，可低频区可以不考虑其等效电路中的电抗分量等影响，可 以用与分析电子管高频功率放大器类似的方法来分析。以用与分析电子管高频功率放大器类似的方法来分析。 第五章高频功率放大器 除除电电源源和和偏

11、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。 5.2.1 基本电路结构基本电路结构 大功率晶体管，大功率晶体管， 能承受高电压，大能承受高电压，大 电流。电流。 第五章高频功率放大器 1.功率放大器的作用原理：功率放大器的作用原理： 利用输入到基级的信号，来控制集电极的直流电源所供给利用输入到基级的信号，来控制集电极的直流电源所供给 的直流功率，使之转变为交流信号功率输出出去。的直流功率，使之转变为交流信号功率输出出去。 假设

12、：假设：P= =直流电源供给的直流功率直流电源供给的直流功率 Po= =交流输出信号功率交流输出信号功率 Pc= =集电极耗散功率集电极耗散功率 则，由能量守恒定律可则，由能量守恒定律可 得：得：P= =Po+ +Pc 为了说明放大器的转换能力，采用集电极效率为了说明放大器的转换能力，采用集电极效率c ，其定义为：其定义为： co oo c PP P P P 两点结论：两点结论： 1）降低）降低Pc则则c提高，提高， P=一定时，一定时， Po增大增大 2）若）若Pc不超过规定值，则不超过规定值，则c提高，将使提高，将使Po大为增加，大为增加， P= 也相应提高。也相应提高。 c c c o

13、PP) 1 ( 5.2.2 工作原理分析工作原理分析 第五章高频功率放大器 常常数数 ce v BE c c V i g VBE ic -VBB VBZ Vb C C ic C C iC 设设输输入入信信号号电电压压: tVV bmb cos Vbm 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: tVVVVV bmBBBBbBE 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： 当当 BZBE VV ， 0ic 当当 BZBE VV ， BZBEcc VVgi 式中式中 c g为： 为： gC 折折线线的的斜斜率率 有有 BZb

14、mBBcc VtcosVVgi + VBE _ 2.集电极电流集电极电流ic 第五章高频功率放大器 iC + VBE _ BZbmBBcc VtVVgicos 由由于于当当 c t 时时，0ic BZBBcbm VVVcos cbmc cbmbmc BZBBbmcc costcosVg cosVtcosVg )VV(tcosVgi 又又当当0t 时时， cbmcmaxc cos1Vgi VBE ic -VBB -VBZ Vb C C ic C C Vbm gC icmax c maxc bmc cos1 i Vg 代代入入c i 有有： c c maxcc cos1 costcos ii 尖尖

15、顶顶余余弦弦脉脉冲冲的的数数学学表表达达式式 2.集电极电流集电极电流ic 第五章高频功率放大器 c c maxcc cos1 costcos ii 若若对对 c i 分分解解为为付付里里叶叶级级数数为为： ntItItIIi cmncmcmcc cos2coscos 210 其其中中各各系系数数分分别别为为： cc c cccc cc i i tdiI 0max max 0 cos1 cossin )( 2 1 cc c ccmc cccm i i ittdiI c c 1maxmax1 ) cos1 cos1 ()(cos 2 1 cnc c ccccc cccmn i nn nn itt

16、dniI c c max 2 max ) cos11 sincoscossin2 )(cos 2 1 式式中中：(1) c 0 ， c 1 ， cn 称称为为尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲的的分分解解系系数数。 一一般般可可以以根根据据 c 的的数数值值查查表表求求出出各各分分解解系系数数的的值值。 (2)0c I ，1cm I ， 2cm I ，cmn I 为直流及基波和各次谐波的振幅。为直流及基波和各次谐波的振幅。 iC iC1 iC2 ICO 2.集电极电流集电极电流ic 第五章高频功率放大器 例题：试求高频功率放大器的基本电路中并联谐振回路各次谐波例题：试求高频功率放大器的基本电路中并联谐振

17、回路各次谐波 与基频的阻抗值之比。已知回路与基频的阻抗值之比。已知回路Q10，回路谐振于基频。回路谐振于基频。 解：并联谐振回路的谐振阻抗为：解：并联谐振回路的谐振阻抗为：LQpRZ pp 2 )( 对于谐波对于谐波n的阻抗为：的阻抗为： ) 1 ( 1 )( )( 2 Cn LnjR Cjn LjnR pZ np )( ) 1( ) 1 () 1 () 1 ( 1 )( 2 2 22 p np Z nQ n j Q Cn LnCn LQnp j Cn LnCn Ln jp Cn Lnj Cjn Ljn pZ 可知，回路对高次谐波呈电容性阻可知，回路对高次谐波呈电容性阻 抗。且各次谐波的阻抗与

18、基频阻抗抗。且各次谐波的阻抗与基频阻抗 之比很小，可认为是短路的。之比很小，可认为是短路的。 iC + VBE _ ，所以上式可化简为：，同时，故由于1110/ 2 LCRLnRLQ 第五章高频功率放大器 结论：结论： iC呈脉冲状，且包含很多谐波，失真很大。呈脉冲状，且包含很多谐波，失真很大。 集电极电路内采用并联谐振回路，如使其谐振集电极电路内采用并联谐振回路，如使其谐振 于基频，那么将对基频呈现很大的纯电阻性阻于基频，那么将对基频呈现很大的纯电阻性阻 抗，而对谐波的阻抗则很小，可视为短路。抗，而对谐波的阻抗则很小，可视为短路。 并联谐振回路由于并联谐振回路由于iC所产生的电压降所产生的电

19、压降vC也几乎只也几乎只 包含基频。包含基频。 能得到正弦波形的输出。能得到正弦波形的输出。 第五章高频功率放大器 3.集电极输出电压集电极输出电压 故故回回路路输输出出的的基基波波电电压压： tV tRI RiV cm pcm pcc cos cos 1 1 11 iC + VBE _ 第五章高频功率放大器 4.集电极电压、电流和基级电压的波形集电极电压、电流和基级电压的波形 tVVV cmCCCE cos 1 tVVV bmBBBE cos 晶体管集电极电压：晶体管集电极电压： 晶体管基级电压：晶体管基级电压： 晶体管集电极的电流：晶体管集电极的电流： c c maxcc cos1 cos

20、tcos ii iC + VBE _ 第五章高频功率放大器 第五章高频功率放大器 5.2.3. 高频功放的功率关系高频功放的功率关系 (1) 集集电电极极电电源源提提供供的的直直流流功功率率： 0CCC IVP (2) 集集 电电 极极 输输 出出 交交 流流 功功 率率 （ 负负 载载 上上 得得 到到 的的 功功 率率 ） P 1Cm 2 P 1Cm 2 1Cm1Cm0 R2 V RI 2 1 IV 2 1 P （注注意意 P R 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 c P ， oc PPP (4) 集集电电极极能能量量转转换换效效率率 c ： c1 CO

21、CC 1Cm1Cm co oo c g 2 1 IV IV 2 1 PP P P P 1 0 0 1 2 3 0 1 n, 0 0.2 0.3 0.4 0.1 0.5 20o40o60o80o100o120o140o160o180o 第五章高频功率放大器 讨讨论论： (2) CO 1Cm c1 I I g ，一一般般有有： cc1c g 当晶体管允许的耗散功率一定时，当晶体管允许的耗散功率一定时， Po c (3) Pc 1 Po PcPo Po c c c c1 COCC 1Cm1Cm co oo c g 2 1 IV IV 2 1 PP P P P CC 1Cm V V CO 1Cm c1

22、 I I g )( )( 0 1 c c 第五章高频功率放大器 5.3 晶体管谐振功率放大器的晶体管谐振功率放大器的 折线近似分析法折线近似分析法 n5.3.1 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 n5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解 n5.3.3 高频功率放大器的动态特性高频功率放大器的动态特性 n5.3.4 高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性 n5.3.5 各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响 第五章高频功率放大器 5.3.1 晶体管特性曲线的理想化晶体管特性曲线的理想化 及其解析式及其解析式 n1、折线法、

23、折线法 所谓折线法，是将电子器件的特性曲线理想化，用一所谓折线法，是将电子器件的特性曲线理想化，用一 组折线代替晶体管特性曲线后进行分析和计算的方法。组折线代替晶体管特性曲线后进行分析和计算的方法。 实质：用简单的数学解析式来代表电子器件的特性实质：用简单的数学解析式来代表电子器件的特性 曲线。曲线。 n2、工程上都采用近似估算和实验调整相结合的、工程上都采用近似估算和实验调整相结合的 方法对高频功率放大器进行分析和计算。方法对高频功率放大器进行分析和计算。 关键在于求出电流的直流分量和基频分量。关键在于求出电流的直流分量和基频分量。 第五章高频功率放大器 n3、晶体管静态特性曲线折线化、晶体

24、管静态特性曲线折线化 两种曲线：输出特性曲线、转移特性曲线。两种曲线：输出特性曲线、转移特性曲线。 输出特性曲线：输出特性曲线：基极电流（电压）恒定，集电极基极电流（电压）恒定，集电极 电流与集电极电压的关系曲线。电流与集电极电压的关系曲线。 转移特性曲线：转移特性曲线：集电极电压恒定，集电极电流与集电极电压恒定，集电极电流与 基极电压的关系曲线。基极电压的关系曲线。 第五章高频功率放大器 n4、折线分析法的主要步骤：、折线分析法的主要步骤： 测出晶体管的输出特性曲线与转移特性曲线，测出晶体管的输出特性曲线与转移特性曲线， 并将这两组曲线作理想化折线处理并将这两组曲线作理想化折线处理 作出动态

25、特性曲线作出动态特性曲线 根据激励电压的大小在已知理想特性曲线上根据激励电压的大小在已知理想特性曲线上 作出对应电流脉冲作出对应电流脉冲iC和输出电压和输出电压vC的波形的波形 求出求出iC的各次谐波分量，结合给定的负载谐的各次谐波分量，结合给定的负载谐 振阻抗的大小，求得放大器的输出电压、输振阻抗的大小，求得放大器的输出电压、输 出功率、直流供给功率、效率等指标。出功率、直流供给功率、效率等指标。 第五章高频功率放大器 5、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 CcrC ig v () CcBBZ ig vV 第五章高频功率放大器 5.3.2 集电极余弦电流脉冲

26、的分解集电极余弦电流脉冲的分解 n1、余弦电流脉冲的表达式、余弦电流脉冲的表达式 n2、余弦电流脉冲的分解系数、余弦电流脉冲的分解系数 第五章高频功率放大器 5.3.3 高频功率放大器的动态特性高频功率放大器的动态特性 n1、动态特性和静态特性、动态特性和静态特性 1）晶体管的静态特性是在集电极电路内没有负载阻）晶体管的静态特性是在集电极电路内没有负载阻 抗的条件下获得的。例如抗的条件下获得的。例如vC不变，不变，iCvB的关系的关系 曲线就是静态特性曲线转移特性曲线。曲线就是静态特性曲线转移特性曲线。 2）动态特性：如果集电极电路有负载阻抗，则当改）动态特性：如果集电极电路有负载阻抗，则当改

27、 变变vB使使iC变化时，由于负载上有电压降，就必然变化时，由于负载上有电压降，就必然 引起引起vC的变化。即在考虑了负载的反作用后，所的变化。即在考虑了负载的反作用后，所 获得的获得的vC、vB与与iC的关系曲线就是动态特性曲线。的关系曲线就是动态特性曲线。 最常用的是当最常用的是当vC、vB同时变化时，同时变化时， iCvC关系的关系的 动态特性曲线。动态特性曲线。 第五章高频功率放大器 n2、当晶体管静态特性曲线理想化为折线而且放大器当晶体管静态特性曲线理想化为折线而且放大器 工作于负载回路谐振状态（即负载为纯电阻性）时，工作于负载回路谐振状态（即负载为纯电阻性）时， 动态特性曲线也是一

28、条直线。动态特性曲线也是一条直线。 cos BBBbm vVVt cos CCCcm vVVt 证明：放大器负载谐振时外部电路关系为证明：放大器负载谐振时外部电路关系为 整理可得：整理可得： CCC BBBbm cm Vv vVV V 将其代入内部关系式将其代入内部关系式 () ccBBZ ig vV iC + VBE _ 第五章高频功率放大器 0 () () () () ccBBZ CCC cBBbmBZ cm bmbmCCBZcmBBcm cC cmbm dC ig vV Vv gVVV V VV VV VV V gv VV gvV bm cmBBcmBZCCb V VVVVVV V 0

29、其中：其中： bm dc cm V gg V 表示斜率（放大器相当于一个负表示斜率（放大器相当于一个负 电阻电阻/一个交流电能发生器，输出一个交流电能发生器，输出 电能至负载）电能至负载） 表示截距表示截距 第五章高频功率放大器 vc ic 画画 法法 一一 ： Vo A BO 画画 法法 二二 ： VCC Q Vcm c vcmin gd 在静态特征曲线的在静态特征曲线的vc轴上取轴上取B点，点， 使使OB=V0，由由B点作斜率为点作斜率为gd的的 直线直线BA，即得动态特征曲线。即得动态特征曲线。 3、动态特性曲线、动态特性曲线 动态特性曲线的画法：动态特性曲线的画法： 取取Q（t=900

30、 ，vc=VCC，vb= VBB ）、A（t=00 ，vc=VCC Vcm， ，vb= VBB Vbm） ）两点，两点， 连成直线连成直线 vBmax=-VBB+Vbm 第五章高频功率放大器 4.同理，可求出同理，可求出iC-vB平面内的动态特性曲线。平面内的动态特性曲线。 在实际工作中，晶体管工作于放大区和截止在实际工作中，晶体管工作于放大区和截止 区时，区时，iC几乎不受集电极电压变化的影响，几乎不受集电极电压变化的影响， 因而在因而在iC-vB平面上的动态特性曲线几乎和静平面上的动态特性曲线几乎和静 态特性曲线重合。因此在态特性曲线重合。因此在iC-vB平面上可以用平面上可以用 静态特性

31、来表示动态特性。静态特性来表示动态特性。 第五章高频功率放大器 vc ic Vo A BO VCC Q Vcm c vcmin gd vBmax=-VBB+Vbm 5、关于动态特性曲线的几点讨论、关于动态特性曲线的几点讨论 1）动态特性曲线是直线还是直线段？）动态特性曲线是直线还是直线段？ 答：直线段答：直线段 2）随着集电极电压的变化，集电极电）随着集电极电压的变化，集电极电 流如何变？流如何变？ 答：随着集电极电压的减小，集电极答：随着集电极电压的减小，集电极 电流增大。电流增大。 3）A点的横坐标和纵坐标分别对应着点的横坐标和纵坐标分别对应着 什么？什么？ 答：横坐标对应着集电极电压的最

32、小答：横坐标对应着集电极电压的最小 值，纵坐标对应着集电极电流的最值，纵坐标对应着集电极电流的最 大值。大值。 4）Q点和点和A点横坐标的差代表什么？点横坐标的差代表什么？ 答：交流输出电压的振幅。答：交流输出电压的振幅。 5）随着动态特性曲线斜率的变化，集电极电流的最大值和集电极）随着动态特性曲线斜率的变化，集电极电流的最大值和集电极 电压的最小值以及交流输出电压的振幅将发生什么样的变化？电压的最小值以及交流输出电压的振幅将发生什么样的变化？ 答：答：|gd|动态特性曲线远离横轴，动态特性曲线远离横轴，iCmax，vCmin，Vcm。 第五章高频功率放大器 6、对应于不同负载阻抗值、对应于不

33、同负载阻抗值Rp的动态特性曲线的动态特性曲线 动态特性曲线的斜动态特性曲线的斜 率和率和Rp 有关，有关，Rp 越大，越大，Vcm越大，越大， 则则 越越 小，故放大器的工小，故放大器的工 作状态会随着作状态会随着Rp的的 变化而变化。变化而变化。 bm dc cm V gg V Rp和斜率、和斜率、iCmax、Vcm、vcmin以及以及 晶体管工作状态的关系。晶体管工作状态的关系。 1定义定义 2特性特性 n5.3.4高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性 指指 V B B 、 V b m 和和 VCC一定，放大器性一定，放大器性 能随能随Rp的变化特性。的变化特性。 Rp 的增加

34、势必将引的增加势必将引 起起 Vcm 增大增大( (Vcm = RpIcm) Rp Vcm vCEmin iCmax ICm1和和 IC0 功功放欠压放欠压 过压过压 iC 波形出现凹陷。波形出现凹陷。 第五章高频功率放大器 Rp 欠压区欠压区过压区过压区 临界区临界区 Icm1 Ico Vcm 据此可以画出据此可以画出 Ic0 和和 Icm1 和和Vcm随随 Rp 变化的特性。变化的特性。 3 Po、P=、PC、 C 随随 Rp 变化的曲线变化的曲线 Vcm = RpIcm1 ， Po = VcmIcm1/2 P = VCCIC0 ， ， PC = P Po C = Po/ P Po Rp

35、欠压区欠压区过压区过压区 临界区临界区 c P= Pc Rp 欠压区欠压区过压区过压区 临界区临界区 Icm1 Ico Vcm 4讨论讨论 ( (1) ) 欠压区欠压区 p 2 cm1R I Rp ，iC 脉冲高度略有减小，相应的脉冲高度略有减小，相应的 IC0、Ic1m 也略有减小，也略有减小， 因而因而 Vcm( (= RpIcm1) )和和 Po( ( ) )近似线性增大，而近似线性增大，而 P=( (= VCCIC0 略有减小，略有减小， C 增大，增大，PC 减小。减小。 ( (2) )过压区过压区 Rp ，电流脉冲高度迅速减小，凹陷加深，相应的电流脉冲高度迅速减小，凹陷加深，相应的

36、 IC0、Ic1m 迅速减小，结果使迅速减小，结果使 Vcm 略有增加，略有增加，Po、P= 减小，且减小，且 Po 比比 P=减小减小 的慢，从而的慢，从而 C 略有增加，略有增加，PC 略有减小。略有减小。 Rp 欠压区欠压区过压区过压区 临界区临界区 Icm1 Ico Vcm Po Rp 欠压区欠压区过压区过压区 临界区临界区 c P= Pc 5.结论：结论： 1)、欠压时、欠压时Icm1几乎不变，过压时几乎不变，过压时Vcm几乎不变。因而可以把欠压状态的放大器当几乎不变。因而可以把欠压状态的放大器当 作一个恒流源，把过压状态的放大器当作一个恒压源。作一个恒流源，把过压状态的放大器当作一

37、个恒压源。 2)、三种工作状态的优缺点：、三种工作状态的优缺点： 临界状态优点：输出功率最大，效率较高，是最佳工作状态。主要用于发射机末临界状态优点：输出功率最大，效率较高，是最佳工作状态。主要用于发射机末 级。级。 过压状态优点：过压状态优点：Rp变化时，输出电压比较平稳，弱过压时，效率最高。但输出变化时，输出电压比较平稳，弱过压时，效率最高。但输出 功率有所下降。常用于需要维持输出电压比较平稳的场合，发射功率有所下降。常用于需要维持输出电压比较平稳的场合，发射 机的中间放大级。机的中间放大级。 欠压状态优点：输出功率和效率都很低，而且集电极耗损功率大，一般很少采用。欠压状态优点：输出功率和

38、效率都很低，而且集电极耗损功率大，一般很少采用。 Rp 欠压区欠压区过压区过压区 临界区临界区 Icm1 Ico Vcm Po Rp 欠压区欠压区过压区过压区 临界区临界区 c P= Pc 第五章高频功率放大器 5.3.5 各极电压对工作状态的影响各极电压对工作状态的影响 1.VCC对工作状态的影响对工作状态的影响 Rp、VBB、Vbm保持不变，当保持不变，当 VCC发生变化时，对晶体管工作发生变化时，对晶体管工作 状态的影响。状态的影响。 因为因为Rp、VBB、Vbm保持不变，保持不变， 所以动态特性曲线的斜率保持不所以动态特性曲线的斜率保持不 变，变，vBmax保持不变。保持不变。 VCC

39、变化时，变化时，Q点的位置产生点的位置产生 变化，对晶体管的工作状态产生变化，对晶体管的工作状态产生 影响。影响。 假如晶体管工作在临界状态，假如晶体管工作在临界状态，VCC变大时，动态特性曲线右变大时，动态特性曲线右 移，晶体管由临界状态变为欠压状态，移，晶体管由临界状态变为欠压状态， iCmax基本不变稍有增大；基本不变稍有增大； 变小时，左移，变为过压状态，变小时，左移，变为过压状态，iCmax迅速减小。迅速减小。 Q1 Q2 Q vC iC vBmax=-vBB+vbm VCCVCC1VCC2 第五章高频功率放大器 过压状态：随过压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲的高度迅减小，集

40、电极电流脉冲的高度迅 速降低，凹陷加深，因而速降低，凹陷加深，因而 IC0、Icm1、Vcm 将迅速减小。将迅速减小。 VCC对工作状态的影响对工作状态的影响 欠压状态：随欠压状态：随 VCC 减减 小，集电极电流脉冲高度略有小，集电极电流脉冲高度略有 减小，因而减小，因而 IC0 和和 Icm1 也将略也将略 有减小，有减小，Vcm( (= RpIcm1) )也略有也略有 减小。减小。 故，集电极调幅应工作在过压状态。故，集电极调幅应工作在过压状态。 第五章高频功率放大器 2.VBB或或Vbm对工作状态的影响对工作状态的影响 Rp、 Vbm 、VCC保持不变，保持不变， 当当VBB 发生变化

41、时，对晶体管工发生变化时，对晶体管工 作状态的影响。作状态的影响。 因为因为Rp、 Vbm 、VCC保持不保持不 变，所以动态特性曲线暂时不变，所以动态特性曲线暂时不 会发生变化。会发生变化。 若晶体管工作在临界状态，若晶体管工作在临界状态， -VBB或或vBmax变大，所对应的变大，所对应的iC vC静态特性曲线上移，晶体管静态特性曲线上移，晶体管 由临界状态变为过压状态，由临界状态变为过压状态， iCmax稍微变大；稍微变大； 当变小时，下移，变为欠当变小时，下移，变为欠 压状态，压状态，iCmax迅速下降。迅速下降。 Q vC iC vBmax=-vBB+vbm VCC vBmax2=-

42、vBB2+vbm vBmax1=-vBB1+vbm 第五章高频功率放大器 故，基极调幅应工作在欠压状态。故，基极调幅应工作在欠压状态。 过压状态：随过压状态：随 Vbm 变变 大，大，IC0 和和 Icm1、Vcm 均增加缓均增加缓 慢，可认为近似不变。慢，可认为近似不变。 欠压状态：随欠压状态：随 Vbm 变变 大大，集电极电流脉冲高度变化集电极电流脉冲高度变化 显著，从而显著，从而IC0 和和 Icm1、Vcm增增 加幅度大加幅度大。 -VBB或或Vbm对工作状态的影响对工作状态的影响 -VBB或或Vbm -VBB或或Vbm增大增大 第五章高频功率放大器 5.5 高频功率放大器的电路组成高

43、频功率放大器的电路组成 5.5.1 馈电线路馈电线路 1.馈电方式的分类馈电方式的分类 2.馈电线路的组成三原则馈电线路的组成三原则 3.集电极馈电集电极馈电 4.基级馈电基级馈电 5.5.2 耦合回路耦合回路 要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输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：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。 第五章高频功率放大器 并联馈电线路：直流电源、匹配网络和晶体管并联馈电线路：直流电源、匹配网络和晶体

44、管 三者形成并联连接的方式。三者形成并联连接的方式。 串联馈电线路：直流电源、匹配网络和晶体串联馈电线路：直流电源、匹配网络和晶体 管三者形成串联连接的方式。管三者形成串联连接的方式。 5.5.1 馈电线路馈电线路 1.馈电方式的分类馈电方式的分类 根据直流电源连接方式的不同，可分为：根据直流电源连接方式的不同，可分为： 第五章高频功率放大器 集电极电流的直流分量集电极电流的直流分量IC0是能量的来是能量的来 源，除了晶体管的内阻外，应予以短路，源，除了晶体管的内阻外，应予以短路， 以保证以保证VCC全部加在集电极上，避免管外全部加在集电极上，避免管外 电路消耗电源功率，即电路消耗电源功率，即

45、 P= = = IC0 VCC 集电极电流的基波分量集电极电流的基波分量Icm1通过负载回通过负载回 路，以产生所需的高频输出功率，只应在路，以产生所需的高频输出功率，只应在 负载回路上产生电压降，其余部分电路都负载回路上产生电压降，其余部分电路都 应短路。应短路。 集电极电流的的高次谐波分量集电极电流的的高次谐波分量Icmn不应不应 消耗功率，因此对晶体管外的电路应尽可消耗功率，因此对晶体管外的电路应尽可 能短路。能短路。 Ico VCC Icm1 C L Icmn 2.馈电线路的组成三原则馈电线路的组成三原则 第五章高频功率放大器 LC CC CC1 VCC L C uc1 VT LC C

46、C VCC L C uc1 VT 以上两个电路匀满足：以上两个电路匀满足： tVVv cmCCc cos 1 ICO直流通路直流通路 ICO VCC LC CC CC1 VCC L C uc1 VT LC CC VCC L C uc1 VT ICm1交流通路交流通路 Icm1 LC CC CC1 VCC L C uc1 VT LC CC VCC L C uc1 VT ICmn交流通路交流通路 ICmn LC CC CC1 VCC L C vcm1 VT LC CC VCC L C Vcm1 VT 3.集电极馈电集电极馈电 常用的集电极串馈和并馈电路如下图所示：常用的集电极串馈和并馈电路如下图所

47、示： LC： ： 高频扼流圈：通直流阻交流 高频扼流圈：通直流阻交流 CC：高频旁路电容：通交流隔直流高频旁路电容：通交流隔直流 CC1：隔直电容：通交流隔直流隔直电容：通交流隔直流 第五章高频功率放大器 CB LB LB LB CE Rb Re VT VT VT CBCB CB1 LB L L C C VT VT VBB VBB 4 基极馈电基极馈电 对对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 BB V 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

48、提提供供基基极极偏偏置置。 IBO VBB IBO IEO + VBB - 以以上上基基极极自自给给偏偏压压电电路路中中，前前两两个个为为并并馈馈线线路路，后后一一种种为为串串馈馈 线线路路。 (3) 利用射极电流的直流分量利用射极电流的直流分量 EO I 在在 e R上产生偏压上产生偏压 e EO BB RIV ，而，而 且此电路能自动维持放大器的工作稳定。且此电路能自动维持放大器的工作稳定。 第五章高频功率放大器 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 RL RS vS (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，即它起着匹配网络的作用。载的功率最大，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，即它有良好的滤波作用。抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它有良好的滤波