晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法

1、高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社00.5ff0.2fTfT 5 .0ff 中中频频区区：T2 . 05 . 0fff高高 频频 区区 ：TT2 .0fff高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教

2、育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社为了对高频功率放大器进行定量分析与计算，为了对高频功率放大器进行定量分析与计算，关键在于求出电流的关键在于求出电流的直流分量直流分量Ic0与基频分量与基频分量Icm1。最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角c的关系，以便于电路设计和调试时，对放大器工的关系，以便于电路设计和调试时，对放大器工作状态的选择指明方向。作状态的选择指明方向。考虑到谐振功率放大器工作于丙类（非线性、考虑到谐振功率放大器工作于丙类（非线性、大信号）状态，采取图解法与数学解析分析相折中大信号）状态

3、，采取图解法与数学解析分析相折中的办法：的办法：折线近似分析法折线近似分析法。高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社iC=gcrvCE高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等

4、教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社EndiC =gc(vBEVBZ) (vBE VBZ) 高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社VbmvbewtwtiC0-qc+qcVBBo-qc+qcvbe转移特性iCVBZ0理想化/Bi 以上建立了晶体管的简化分析模型，下面求解以上建立了晶体管的简化分析模型，下面求解集电极余弦集电极余弦脉冲电流中的各个

5、频率分量脉冲电流中的各个频率分量。首先，写出其表达式。首先，写出其表达式。bmBZBBccosVVVqiC =gc(vBEVBZ) (vBE VBZ) =gc(VbmcostVBZVBB)= gcVbm(1cos qc)当wt=0时，iC= iC max 取决于脉冲高度取决于脉冲高度iC max与通角与通角qc当wt= qc时，iC= 0高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出

6、版社高等教育出版社tVVwcosbmBBBEvccCmaxCcos1coscosqqwtiiic maxwto2qc图5.3.3 尖顶余弦脉冲由傅里叶级数求系数，得由傅里叶级数求系数，得)cos1 (cossin)(ccccc0qqqqq其中：其中：)(d21c0maxCC0CccqwqqitiI)(dcos1cnmaxCCcmnqwqqitniIcc)cos1 (sincos)(ccccc1qqqqq)cos1)(1(sincoscossin2)(c2cccccnqqqqqqnnnnn尖顶余弦脉冲的分解系数尖顶余弦脉冲的分解系数0ccm1c1)(IIgq波形系数波形系数)()(c0c1qqc

7、cccccc1cossinsincos)(qqqqqqqg高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社cctiiqqwcos1coscosCmaxCtnItItIIinwwwcos 2coscoscmcm21cm0cC 下面分析基波分量下面分析基波分量I Icm1cm1、集电极效率集电极效率c c和输出功率和输出功率P Po o随通角随通角q qc变化的情况，从而

8、选择合适的工作状态。变化的情况，从而选择合适的工作状态。n2.01.00.20.1020406080100qc10180120 160100123140 尖顶脉冲的分解系数当当q qc120 时，时，Icm1/iCmax最大。在最大。在iCmax与负载阻抗与负载阻抗Rp为某定值的情为某定值的情况下，输出功率将达到最大值。况下，输出功率将达到最大值。但此时放大器处于甲乙类状态，但此时放大器处于甲乙类状态，效率太低。效率太低。高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第

9、四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社)cos1 (cossin)(ccccc0qqqqq)cos1 (sincos)(ccccc1qqqqq)cos1)(1(sincoscossin2)(c2cccccnqqqqqqnnnnnn2.01.00.20.1020406080100qc10180120 160100123140ccccccc0c1c1cossinsincos)()()(qqqqqqqqqg)(21)()(2121c1cnc10cCC1cmcmocqqqgIVIVPP由曲线可知：极端

10、情况由曲线可知：极端情况q qc=0时，时，2)()()(c0c1c1qqqg如果此时如果此时 =1， c可达可达100%。为了兼顾功率与效率，最佳通角取为了兼顾功率与效率，最佳通角取70 左右。左右。0)0(1maxC1cmiIEnd高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社 下面分析基波分量下面分析基波分量I Icm1cm1、集电极效率集电极效率c c和输出

11、功率和输出功率P Po o随通角随通角q qc变化的情况，从而选择合适的工作状态。变化的情况，从而选择合适的工作状态。 因此，下面分析四个参数因此，下面分析四个参数Rp和电压和电压VCC 、VBB、Vbm的变化的变化对工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明各种工对工作状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明各种工作状态的特点，为工作状态的调整提供参考。作状态的特点，为工作状态的调整提供参考。 集电极效率集电极效率c c和输出功率和输出功率P Po o是否能最佳实现最终是否能最佳实现最终取决于取决于功放中外部电路参数功放中外部电路参数Rp和电压和电压 VBB、Vbm 、 VCC 。bm

12、BZBBccosVVVq)(c1max1cmqCiIp1cmcmRIV高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社1. 高频功放的动态特性高频功放的动态特性 下面通过折线近似分析法定性分析其动态特性，首先，建下面通过折线近似分析法定性分析其动态特性，首先，建立由立由Rp和和VCC 、VBB、Vbm 所表示的输出动态负载曲线。所表示的输出动态负载曲线。cbmcCco

13、scosqwtVgibmBZBBccosVVVqccmCCCEcCcosqVVVVgcmbmvi0CEdVgvccmCC0cosqVVV; cmbmcdVVggp1cmcmRIVvceicVoAVCCQVcm1cqvcmingd高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社tVVwcoscmCCCEv2. 高频功放的负载特性高频功放的负载特性vBEiC-VBBVBZ

14、vbeCqCqiCCqCqgCVbmvbemaxiCmaxvceiCVCCQvceminVcesgdvbemaxvcemingcr过过压压区区临界区临界区欠压区欠压区高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社vbemax2. 高频功放的负载特性高频功放的负载特性iCvcevbemax过过压压区区临界区临界区欠压区欠压区欠压过压0临界RpcmV0cI1cmI欠压过

15、压0临界RpPPoc0cCCIVP 1cmcmo21IVP ocPPP)(2121c10c1cmCCcmcqgIIVV高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社End欠压、过压、临界三种工作状态的特点：欠压、过压、临界三种工作状态的特点：结论：结论：欠压：恒流，欠压：恒流，Vcm变化，变化，Po较小，较小，c低，低，Pc较大；较大；过压：恒压，过压：恒压，Icm

16、1变化，变化，Po较小，较小，c可达最高；可达最高；临界：临界：Po最大，最大，c较高；较高；最佳工作状态最佳工作状态发射机末级发射机末级中间放大级中间放大级2. 高频功放的负载特性高频功放的负载特性高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社图图6.3.7 负载特性曲线负载特性曲线欠压过压0临界RpPPoc0cCCIVP 1cmcmo21IVP ocPPP欠压过

17、压0临界RpcmV0cI1cmIoptRvceiCvbemaxQVCCQVCCQVCCtw wiC1. 改变改变CCCC对工作状态的影响对工作状态的影响过压欠压0临界VCCcm1I0cIcmV过压欠压0临界VCCPPoc0cCCIVP ocPPP1cmcmo21IVP 集电极调幅作用是通过改变集电极调幅作用是通过改变VCCCC来改变来改变cm1cm1与与o o才能实现的，才能实现的，因此，必须工作于过压区。因此，必须工作于过压区。高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃

18、文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社2. 改变改变bmbm对工作状态的影响对工作状态的影响vceiCvbemax1vbemax2QVCCvbemax4tw wiCvbemax3欠压过压0临界Vbm1cmI0cIcmV欠压过压0临界VbmPPoc0cCCIVP ocPPP1cmcmo21IVP PPPiocBZBBbmVVV高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教

19、育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社3. 改变改变BBBB对工作状态的影响对工作状态的影响 基极调幅作用是通过改变基极调幅作用是通过改变BBBB来改变来改变cm1cm1与与o o才能实现的，才能实现的，因此，必须工作于欠压区。因此，必须工作于欠压区。vbeVBBvbemax1vBEiCVBBvbemax2VBBvbemax3vceiCvbemax1vbemax2QVCCvbemax3twiCVBB绝对值的增加等效于减少绝对值的增加等效于减少 Vbm，两者都会使，两者都会使vbemax产生相同的变化产生相同的变化tVVwcosbmBBBEvEnd高频电子

20、线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社例例6.3.1 6.3.1 有一个用硅有一个用硅NPN外延平面型高频功率管外延平面型高频功率管3DA13DA1做成做成的谐振功率放大器，设已知的谐振功率放大器，设已知CCCC2424，工作，工作频率频率MHz。试求它的能量关系。由晶体管手册已知其。试求它的能量关系。由晶体管手册已知其有关参数为有关参数为f7070MHz ，A Ap p（功率增益）（功率增益）13 13 dB，CmaxCmax750750, ,CE(sat)CE(sat)( (集电极饱和压降集电极饱和压降)1.5)1.5, ,CMCMW W。解：解： ）由前面的讨论已知，工作状态最好选用临界状态。）由前面的讨论已知，工作状态最好选用临界状态。作为工程近似估算，可以认为此时集电极最小瞬时电