第二章谐振功率放大器

1、第二章第二章 谐振功率放大器谐振功率放大器要求：要求：掌握谐振功率放大器的工作原理，负载特性，掌握谐振功率放大器的工作原理，负载特性，了解调制特性和放大特性，熟悉实际电路组成了解调制特性和放大特性，熟悉实际电路组成;2.1概述概述v在无线电广播和通信发射机中，为了获得大功率的在无线电广播和通信发射机中，为了获得大功率的高频信号，必须采用高频信号，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器。高频功率放高频功率放大器按工作频带的宽窄可分为大器按工作频带的宽窄可分为窄带高频功率放大器窄带高频功率放大器和和宽带高频功率放大器宽带高频功率放大器。窄带高频功率放大器通常。窄带高频功率放大器通常以以LC并联谐振

2、回路作负载并联谐振回路作负载，因此又称为，因此又称为谐振功率放谐振功率放大器大器。宽带高频功率放大器以传输线变压器为负载，。宽带高频功率放大器以传输线变压器为负载，因此又称为非谐振功率放大器。因此又称为非谐振功率放大器。 在低频电子线路课程中，已经建立了一个很重要的在低频电子线路课程中，已经建立了一个很重要的概念概念, ,即功率放大器的实质是即功率放大器的实质是: :将直流电源供给的直流功率转换为交流输出功率。将直流电源供给的直流功率转换为交流输出功率。 在转换过程中，不可避免地存在着能量的损耗，这在转换过程中，不可避免地存在着能量的损耗，这部分损耗的功率通常变成了热能。若损耗功率过大就部分损

3、耗的功率通常变成了热能。若损耗功率过大就会使功率放大器因过热而损坏。高频功率放大电路对高会使功率放大器因过热而损坏。高频功率放大电路对高频已调波信号进行功率放大频已调波信号进行功率放大, , 然后经天线将其辐射到空然后经天线将其辐射到空间间, , 所以要求输出功率很大。所以要求输出功率很大。 输出功率大输出功率大, , 从节省能量的角度考虑从节省能量的角度考虑, , 效率更加显效率更加显得重要。得重要。因此，功率放大器研究的主要问题就是如何提因此，功率放大器研究的主要问题就是如何提高效率，减小损耗及获得大的输出功率。高效率，减小损耗及获得大的输出功率。功率放大器的效率与什么有关？功率放大器的效

4、率与什么有关？ 功率放大器的效率与其放大器件的工作状态有直接关系，功率放大器的效率与其放大器件的工作状态有直接关系，为了提高为了提高效率，高频功率放大器多选择在丙类或丁类，甚至戊类工作状态。效率，高频功率放大器多选择在丙类或丁类，甚至戊类工作状态。晶体管放大电路有哪些工作状态？晶体管放大电路有哪些工作状态？功功率率放放大大器器按按工工作作状状态态分分类类：近近年年来来双双出出现现了了D类类、E类类及及S类类等等开开关关功功率率放放大大器器ECICEO uCE iCO转转移移特特性性曲曲线线输输出出特特性性曲曲线线 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ QQB

5、类类：o90BZBBUU C 类类：o90 ,BZBBUU 。 BEuci截止区截止区饱和区饱和区A类类 ：Q位位于于放放大大区区0180 对于谐波抑制度要求很高的高频功率放大器，通常选用对于谐波抑制度要求很高的高频功率放大器，通常选用甲类或甲乙类推挽工作状态，以使晶体管工作在线性放大甲类或甲乙类推挽工作状态，以使晶体管工作在线性放大区。显然，效率不高，且输出功率不可能太高。若要求输区。显然，效率不高，且输出功率不可能太高。若要求输出功率高，出功率高，可以采用功率合成的办法来提高可以采用功率合成的办法来提高。v晶体管在这样的工作状态下，输出电流波形失真很大晶体管在这样的工作状态下，输出电流波形

6、失真很大,怎么办？怎么办？v必须采用具有一定滤波特性的选频网络作为负载，以得到必须采用具有一定滤波特性的选频网络作为负载，以得到接近正弦波的输出电压波形，多用于推动级和末级作功率接近正弦波的输出电压波形，多用于推动级和末级作功率放大，其谐波抑制度不可能做得很高。放大，其谐波抑制度不可能做得很高。v高频功率放大器的主要指标是高频功率放大器的主要指标是高频输出功率、效率、高频输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等功率增益、带宽和谐波抑制度等。这几项指标往往。这几项指标往往是相互矛盾的。在设计功率放大器时，总是根据放是相互矛盾的。在设计功率放大器时，总是根据放大器的待点，突出其中的一些指标，兼

7、顾另外一些大器的待点，突出其中的一些指标，兼顾另外一些指标。例如，对于发射机的输出级，其特点是希望指标。例如，对于发射机的输出级，其特点是希望输出功率最高，对应的效率不一定会最高；对于单输出功率最高，对应的效率不一定会最高；对于单边带发射机，则要求功率放大器非线性失真尽可能边带发射机，则要求功率放大器非线性失真尽可能小，也就是谐波抑制度是设计的主要问题。显然，小，也就是谐波抑制度是设计的主要问题。显然，在这类功率放大器中，效率是不很高的。在这类功率放大器中，效率是不很高的。v高频功率放大器常用的有源器件是：高频功率放大器常用的有源器件是： 晶体管、场效应管和电子管，输出功率在晶体管、场效应管和

8、电子管，输出功率在1KW以以下的功率管常采用晶体管；而对下的功率管常采用晶体管；而对1KW以上的则主要采以上的则主要采用电子管，本章主要讨论晶体管谐振功率放大器，共用电子管，本章主要讨论晶体管谐振功率放大器，共工作原理亦适用于其他器件的谐振功率放大器。工作原理亦适用于其他器件的谐振功率放大器。v工作频率：工作频率： 几百千赫几百千赫几百兆赫，几百兆赫， ZZMHKH小结小结在在高高频频范范围围内内，为为了了获获得得足足够够大大的的高高频频输输出出功功率率，必必须须采采用用高高频频调调谐谐功功率率放放大大器器，这这是是发发射射设设备备的的重重要要组组成成部部分分。对对高高频频功功率率放放大大器器

9、的的一一般般要要求求同同低低频频功功放放相相同同： 输输出出功功率率大大 效效率率高高特特点点：(1)工工 作作 频频 率率 高高 ， 相相 对对 频频 带带 窄窄(2)采采 用用 选选 频频 网网 络络 作作 为为 负负 载载 回回 路路2.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 1 基基本本电电路路结结构构晶晶体体管管：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。+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b) 等效电路等效电路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-(a) 原理电路原理

10、电路+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic常常数数 ceuBEccuig2 工作原理分析工作原理分析uBEic-UBBUBZubCCicCC(1) 集集电电极极电电流流ci tUubmb cos Ubm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:tUUUuubmBBBBbBE 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BZBEUu ，0 ci 当当BZBEUu ， BZBEccUugi 式式中中cg为为：gC折线的斜率折线的斜率有有 BZbmBBccUtUUgi cos +uBE _2 工作原理分析

11、工作原理分析(1) 集集电电极极电电流流ci BZbmBBccUtUUgi cos由由于于当当ct 时时，0 cibmBZBBcUUU cosbmBZBBcUUU 1cos cbmccbmbmcBZBBbmcctUgUtUgUUtUgi coscoscoscos)(cos 又又当当0t 时时， cbmccUgI cos1max vBEic-UBB-UBZvbCCicCCVbmgCIcmaxccbmcIUg cos1max 代代 入入ci有有 ： 尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲的的数数学学表表达达式式cccmaxccos1coscos tIi+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE

12、 _ccmaxcccos1costcosii (1) 集电极电流集电极电流若若对对ci分分解解为为付付里里叶叶级级数数为为： ntItItIIic cos2coscoscmncm1cm1co其其中中各各系系数数分分别别为为： ccoIItdiI 0cmaxcccccmaxc)cos1cossin)(21 11111cmaxcmaxsincoscos()()cosccccccmcccIitdtII maxcmax2sincoscossin12cos()1 1 coscccccccmnccnccnnnIin tdtiIn n 式式中中：(1) c 0， c 1， cn 称称为为尖尖顶顶余余弦弦脉脉

13、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) coI，cm1I，cm2I，cmnI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。 ictccic1ic2ic3IcoIcmaxiC频谱频谱(2)集电极输出电压集电极输出电压ci经经 LC 并并联联谐谐振振回回路路后后，此此回回路路对对基基波波产产生生谐谐振振，呈呈纯纯电电阻阻PRci（最最大大值值） ，而而对对其其它它谐谐波波失失谐谐阻阻抗抗很很低低，呈呈电电容容性性。因因而而回回路路选选出出基基波波电电压压1cu，而而滤滤除除各各次次谐谐波波电电压压。 2

14、 3LC回回路阻路阻抗抗 Rp故故回回路路输输出出的的基基波波电电压压：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 而而晶晶体体管管集集电电极极的的输输出出电电压压：tUEucmCCE cos 0+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE _ictccic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 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：0CCDIEP (2) 集集 电电 极极 输输 出出 交交 流流

15、 功功 率率 （ 负负 载载 上上 得得 到到 的的 功功 率率 ）PCmPCmCmCmRURIIUP2212121210 （注注意意PR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CP，oDCPPP (4) 集集电电极极能能量量转转换换效效率率c ： cCOCCmCmCooDocgIEIUPPPPP 112121 其其中中：CCmEU 为为集集电电极极电电压压利利用用系系数数； CO1Cmc1IIg )()(01cc称称为为波波形形系系数数，是是导导通通角角c 的的函函数数，通通常常可可查查表表求求出出。讨讨论论：(1 )CPCmCCmERIEU1 ， cPR (2)

16、COCmcIIg11 ，一一般般有有： cccg 1 (3)cccocoocPPPPP 1 co13g11.02.02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， ocP VT1VT2T1LCRLECCC2.2.3 D类和类和E类功率放大器简介类功率放大器简介 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

17、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管的直管的直流电源由电容流电源由电容C上充的电荷供给，上充的电荷供给，uA= UCES20 uA近似为矩形波电压，幅值为（近似为矩形波电压，幅值为（EC-2UCES）。若）。若L、C和和RL串联谐振回路

18、调谐在输入信号的角频率串联谐振回路调谐在输入信号的角频率上，且回路的上，且回路的Q值值足够高，则通过回路的电流足够高，则通过回路的电流ic1或或ic2是角频率为是角频率为的余弦波，的余弦波，RL上可得相对输入信号不失真的输出功率。上可得相对输入信号不失真的输出功率。ECUCESEC-2-2UCESuAtic1tic2tuLt 尽管每管饱和导通时的电流很大，但相应的管压降很尽管每管饱和导通时的电流很大，但相应的管压降很小，这样，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高小，这样，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高 uA为矩形方波，用傅里叶级数展开后可求得其基波分为矩形方波，用傅里叶级数展开后可求

19、得其基波分量的振幅为量的振幅为 ： VT1管电流管电流ic1 (或或VT2管管电流电流ic2)的直流电流为：的直流电流为： ECEC-2-2UCESuAtUCESic1tic2tuLt021sinC1CdEUEtt ID电源供给的直流功率：电源供给的直流功率：PD=EC ID max1DcPE i放大器的输出功率放大器的输出功率Po为为 ；1 12sincos111()221 cosCocmaxcmax2cccCcEEPU III 效率效率=PoPD =100 实际晶体管的饱和压降不可能为零，又考虑到管子结电实际晶体管的饱和压降不可能为零，又考虑到管子结电容、电路分布电容的影响容、电路分布电容

20、的影响(使管压降波形使管压降波形uA有一定上升沿和下有一定上升沿和下降沿降沿)，从而使，从而使D类功放的效率小于类功放的效率小于100，典型值大于，典型值大于90。 2. 输出功率及效率计算输出功率及效率计算sincos1)1coscmaxccccmaxccoIII 2.2.4 丙类倍频器丙类倍频器 功用：功用：输出信号的频率是输入信号频率的整数倍。输出信号的频率是输入信号频率的整数倍。 采用倍频器的目的是：采用倍频器的目的是： 1能降低电子设备的主振频率，对提高设备的频率稳定能降低电子设备的主振频率，对提高设备的频率稳定 度有利。度有利。2在通信机的主振器工作波段不扩展的条件下，可利用在通信

21、机的主振器工作波段不扩展的条件下，可利用 倍频器扩展发射机输出级的工作波段。倍频器扩展发射机输出级的工作波段。3在调频和调相发射机中，采用倍频器可加大频移或相在调频和调相发射机中，采用倍频器可加大频移或相 移，即可加深调制深度。移，即可加深调制深度。1、利用丙类放大器电流脉冲中的谐波经选频回路获、利用丙类放大器电流脉冲中的谐波经选频回路获得倍频。得倍频。2、利用模拟乘法器实现倍频。、利用模拟乘法器实现倍频。3、利用、利用PN结电容的非线性变化，得到输入信号频率结电容的非线性变化，得到输入信号频率的谐波，经选频回路获得倍频，称为参量倍频器。的谐波，经选频回路获得倍频，称为参量倍频器。倍频器按其工

22、作原理可分为三类：倍频器按其工作原理可分为三类：2.2.4 丙类倍频器丙类倍频器1 丙丙类类倍倍频频器器的的电电路路结结构构晶晶体体管管倍倍频频器器与与高高频频功功放放的的线线路路基基本本相相同同，唯唯一一不不同同之之处处是是它它的的集集电电极极回回路路对对输输入入信信号号的的某某次次谐谐波波频频率率 nf 调调谐谐。 (1) 丙丙类类倍倍频频器器工工作作原原理理分分析析已知丙类放大器集电极电流已知丙类放大器集电极电流ci为尖顶余弦脉冲，即：为尖顶余弦脉冲，即： tncosIt2cosItcosIIiCn2C1CCOc 如如果果集集电电极极回回路路不不是是调调谐谐于于基基波波，而而是是调调谐谐

23、于于 n 次次谐谐波波那那么么回回路路对对基基波波和和其其它它谐谐波波的的阻阻抗抗很很小小，而而对对 n 次次谐谐波波的的阻阻抗抗则则达达到到最最大大值值，且且呈呈电电阻阻性性。于于是是回回路路的的输输出出电电压压和和功功率率就就是是 n 次次谐谐波波，故故起起到到了了倍倍频频作作用用。2.2.4 丙类倍频器丙类倍频器工工作作于于二二次次谐谐波波倍倍频频器器的的电电流流和和电电压压关关系系如如下下图图所所示示：其其中中：tUEuCCce 2cos2 , 而而 PCCRIU22 PR为为 LC 回回路路谐谐振振在在 2时时的的并并联联谐谐振振电电阻阻。iC+uce- Ec +-uc2+iciC1

24、iC2ic频谱频谱0 2 3 4ICOIC1IC2IC3IC4LC谐振特性谐振特性注注意意点点：1 在在有有ci流流通通的的时时间间内内，倍倍频频器器的的集集电电极极瞬瞬时时电电压压上上升升速速度度比比较较快快， 故故倍倍频频器器的的集集电电极极耗耗散散功功率率CP比比正正常常工工作作于于基基波波状状态态时时大大得得多多，即即集集电电极极效效率率c 较较低低，且且倍倍频频次次数数 n 值值较较高高，损损耗耗较较大大，效效率率较较低低，故故丙丙类类倍倍频频器器一一般般只只限限于于二二倍倍频频和和三三倍倍频频的的应应用用。 iC1iC1iC1iC2iC2iC22.2.4晶体管倍频器晶体管倍频器2.

25、 由由于于倍倍频频器器主主要要是是利利用用了了余余弦弦尖尖顶顶脉脉冲冲的的谐谐波波分分量量，即即： maxccncniI 在在作作倍倍频频器器应应用用时时，为为使使输输出出最最大大，一一般般应应选选择择使使 cn 为为最最大大值值的的导导通通角角，而而此此最最佳佳导导通通角角为为： 0c0c040,3n60,2n,n120 3. 如如果果设设倍倍频频器器的的导导通通角角为为c ，则则倍倍频频器器的的输输出出功功率率和和效效率率为为 cnCcncnonIEIUP cmax2121而而其其中中：ccnEU 电电压压利利用用系系数数 cncoccncncgIEIUPP 2121Don 而而cocnc

26、ocncnIIg 可可见见， n 次次谐谐波波倍倍频频器器的的输输出出功功率率正正比比于于 n 次次谐谐波波的的分分解解系系数数cn 。在实际倍频器电路中，考虑到下述两个因素：在实际倍频器电路中，考虑到下述两个因素： 首先，集电极电流脉冲中谐波分量幅度是随首先，集电极电流脉冲中谐波分量幅度是随n的增大而迅的增大而迅速减小的，因而，倍频次数过高，倍频器的输出功率和效率速减小的，因而，倍频次数过高，倍频器的输出功率和效率就会过低而导致不能正常工作。就会过低而导致不能正常工作。 其次，倍频器的输出回路需要滤除高于其次，倍频器的输出回路需要滤除高于n和低于和低于n的各次的各次谐波分量。其中低于谐波分量

27、。其中低于n的各次谐波分量幅度比有用分量大，要的各次谐波分量幅度比有用分量大，要将它们滤除较为困难。倍频次数过高，倍频器对输出回路提将它们滤除较为困难。倍频次数过高，倍频器对输出回路提出的滤波度要求就会过于苛刻而难以实现。出的滤波度要求就会过于苛刻而难以实现。 所以，如果实际电路中需要增加倍频次数，可将所以，如果实际电路中需要增加倍频次数，可将m个倍频个倍频器级联起来工作或采用变容二极管、阶跃二极管构成的参量器级联起来工作或采用变容二极管、阶跃二极管构成的参量倍频器。倍频器。2.3 高频功率放大器的动态分析高频功率放大器的动态分析 2.3.1 高高频频功功率率放放大大器器的的动动态态特特性性

28、2.3 高频功率放大器的动态分析高频功率放大器的动态分析由由于于高高频频功功放放工工作作在在大大信信号号的的非非线线性性状状态态，显显然然晶晶体体管管的的小小信信号号等等效效电电路路的的分分析析方方法法已已不不适适用用，所所以以分分析析方方法法一一般般利利用用晶晶体体管管的的静静态态特特性性曲曲线线，但但由由于于晶晶体体管管的的静静态态特特性性曲曲线线与与频频率率有有关关，如如右右图图所所示示了了 与与f之之间间的的关关系系。而而通通常常所所说说的的静静态态特特性性曲曲线线是是指指低低频频区区：o0.5ff0.2fTfT f5 .0f 中中频频区区：Tf2 . 0ff5 . 0 高高 频频 区

29、区 ：TTfff2 .0 故故直直接接进进行行高高频频区区或或中中频频区区的的分分析析和和计计算算是是相相当当困困难难的的。本本节节将将从从低低频频区区的的静静态态特特性性来来解解析析晶晶体体管管的的高高频频功功放放的的工工作作原原理理。1、 放放大大区区动动态态特特性性方方程程 当当放放大大器器工工作作在在谐谐振振状状态态时时，其其外外部部电电路路电电压压方方程程为为：若若 设设 ：tUubmb cos 输输入入端端：tUUubmBBBE cos 输输 出出 端端 ：tUEucmCce cos 其其 中中 ：tUuCmc cos1 由上两式消除由上两式消除tcos 可得：可得：cmceCbm

30、BBBEUuEUUu 又又利利用用晶晶体体管管的的内内部部特特性性关关系系式式（折折线线方方程程） ： BZBEccUugi 可可得得： ocedbmBZBBcmCcecmbmcBZcmceCbmBBccUugUUUUEuUUgUUuEUUgi )(uBEicgCUBZ+ub-CLEC-UBB+uc1-icRp+uCE-+uBE _2.3.1 高频功率放大器的动态特性高频功率放大器的动态特性 ocedbmBZBBcmCcecmbmcBZcmceCbmBBccUugUUUUEuUUgUUuEUUgi )(2.3.1 高高频频功功率率放放大大器器的的动动态态特特性性 1、 动动态态特特性性方方程程

31、 Ci与与ceu之之间间关关系系的的动动态态特特性性方方程程。 式式中中： cmbmcdUUgg表表示示动动态态特特性性曲曲线线的的斜斜率率， cCmCbmBZBBcmCoUEUUUUEU cos)( 式式中中：bmBZBBcUUU cos; oU动动态态特特性性曲曲线线在在ceu轴轴上上的的截截距距。 uceic2.3.1 高频功率放大器的动态特性高频功率放大器的动态特性 2 动动态态特特征征曲曲线线 的的画画法法：画画 法法 一一 ：UoA在在静静态态特特征征曲曲 线线的的ceu轴轴上上取取 B 点点，使使oUOB ，由由 B 点点作作斜斜 率率为为dg的的直直线线 BA， 即即 得得 动

32、动 态态 特特 征征 曲曲 线线 。 BO画画 法法 二二 ：（1）作作静静态态工工作作点点 Q：ECQ令令ot90 由由外外部部方方程程可可得得： )(,:BZBBcQcBBBECceUUgIiUuEuQ(2) 作作 A 点点 :令令o0t bmBBbbeCmCcceUUuuUEuuAmaxmin:连连 接接 Q 、 A 两两 点点 即即 得得 动动 态态 特特 性性 曲曲 线线 。Ucmc ucmingd输输 出出 端端 ：tUEucmCce cos 输输 入入 端端 ：tUUubmBBBE cos BZBEccUugi ubemax2.3.2 高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载

33、特性 高高 频频 功功 放放 的的 工工 作作 状状 态态 ： 动动态态曲曲线线： )(ocedcUugi uceicUo PccccCocbmcdRIUUEUUUgg1111cos而而 可可见见动动态态特特性性曲曲线线的的斜斜率率和和负负载载PR有有关关，放放大大器器的的工工作作状状态态将将随随负负载载的的不不同同而而变变化化。下下面面讨讨论论当当CE、BBU、bmU不不变变时时，动动态态特特性性曲曲线线与与负负载载PR的的关关系系。 gd(1) 欠欠压压工工作作状状态态当当PR减减小小111cbmcdPccUUggRIU 较较大大，动动态态特特征征曲曲线线与与maxbeu所所对对的的静静态

34、态特特征征曲曲线线的的交交点点位位于于放放大大区区。 uBEic-UBBUBZubCCicCCgCUbmubemaxicmaxuceicECQuceminUcescesceUu min晶晶 体体 管管 的的 工工 作作 范范 围围 在在 放放 大大 区区 和和 截截 止止 区区 。 ci为为尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲，集集电电极极电电压压利利用用不不充充分分。2.过过压压工工作作状状态态PR较较大大PccRIU11 较较大大1cbmcdUUgg 较较小小， 动动态态特特性性曲曲线线与与maxbeu所所对对的的静静态态特特征征曲曲线线的的交交点点位位于于饱饱和和区区。 gdubemax特特点点：c

35、esceUu min ，晶晶体体管管的的动动态态范范围围延延伸伸到到饱饱和和区区。 ci的的 波波 形形 顶顶 部部 为为 下下 凹凹 的的 余余 弦弦 脉脉 冲冲 。ucemin3.临临 界界 工工 作作 状状 态态动动态态特特性性曲曲线线与与临临界界饱饱和和线线以以及及maxbeu对对应应的的静静态态特特性性曲曲线线，三三线线相相交交于于一一点点 ubemaxgcr此此时时：cesceUu min, ci为为尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲。 ECQUcesUcmuBEic-UBBUBZubCCicCCgCUbmubemaxicmaxuceicECQuceminUcesgdubemaxucemin

36、ubemaxgcr如如果果设设临临界界线线的的斜斜率率为为crg则则 有有 :)(maxcmCcrcescrcUEgUgI 又又令令 crCcm EU cr 为为临临界界状状态态的的电电压压利利用用系系数数 crCcrcEgI 1maxCcrccrEgImax1 uCEicgcr由由上上可可以以看看出出高高频频功功放放工工作作在在临临界界状状态态时时，有有较较大大的的基基波波电电流流1CI和和较较大大的的回回路路电电压压1CU，故故晶晶体体管管输输出出功功率率最最大大，高高频频功功放放通通常常选选择择这这种种工工作作状状态态。为为保保证证这这种种工工作作状状态态所所需需的的集集电电极极负负载载

37、电电阻阻PR称称为为最最佳佳负负载载电电阻阻。 1cmcmPcrIUR Icmaxubemax研研究究的的问问题题：当当CE，BBU，bmU不不变变， 而而PR变变化化时时，与与 ccoDCCCPPPUII ,101 的的关关系系。 （1） 欠欠压压区区：icucePR由由 小小maxci 几几 乎乎 不不 变变（ 略略 减减 少少 ）1C0CI ,I几几 乎乎不不 变变011CCDPccIEPRIU 几几 乎乎 不不 变变 1121CCoIUP CccoccEUII1121 oDCPPP 2.3.2 高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性PoRp欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区

38、Rp欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1Ico（2） 过过压压区区：c PDPcubemax注注意意：Uc1临临界界状状态态输输出出功功率率最最大大ocroPP ，效效率率也也较较高高，可可以以说说是是最最佳佳工工作作状状态态，常常选选此此状状态态为为末末级级功功放放输输出出状状态态。过过压压状状态态，效效率率高高，但但输输出出功功率率较较小小。2.3.3 高频功率放大器的调制特高频功率放大器的调制特性性 当当bm ,URP不不变变， 而而改改变变 BBCUE与与 oDCCPPII,01之之间间的的关关系系。 1. 集电极调制特性集电极调制特性 当当bm ,URP，BBU不不变变， 压压

39、区区减减少少功功放放由由临临界界进进入入过过压压区区增增加加功功放放由由临临界界进进入入欠欠CCEEuceicubemaxQECQECQEC注注意意：只只有有工工作作在在过过压压区区才才能能有有效效地地实实现现CE对对1CI及及oP的的调调制制作作用用，故故集集电电极极调调幅幅电电路路应应工工作作在在过过压压区区。 t icEC欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区EC欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1IcoPDPOPC2.3.3 高频功率放大器的调制特性高频功率放大器的调制特性2. 基基极极调调制制特特性性 tUUubmBBBE cos 注注意意：如如果果要要实实现现BBU对对输输出出

40、电电流流1CI的的有有效效调调制制，要要求求功功放放应应工工作作在在欠欠压压区区。 进入过压状态后，随着进入过压状态后，随着UBB向正值方向增大，集电极脉冲电流的宽向正值方向增大，集电极脉冲电流的宽度增加，幅度几乎不变，但凹陷加深，结果使度增加，幅度几乎不变，但凹陷加深，结果使Ico、Icml和相应的和相应的Ucm增增大得十分缓慢大得十分缓慢 UcmIcoIcml临界临界UBB过压过压欠压欠压O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区 当当Ubm固定，固定，UBB自负值向正值方向增自负值向正值方向增大

41、时，集电极脉冲电流大时，集电极脉冲电流ic的导通角的导通角c增大，增大，从从而集电极脉冲电流而集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大，的幅度和宽度均增大，状态由欠压区进入过压区。状态由欠压区进入过压区。 1C 2C 3C 2.3.4 高频功率放大器的放大特性高频功率放大器的放大特性tUUubmBBBE cos uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区1C 2C 3C UcmIcmlIcoUbm过压过压临界临界欠压欠压OO ticOticUbm增大增大OtictOictUbm线性功率线性功率放放 大大 器器tUcmUbmUcm

42、振振 幅幅限幅器限幅器UcmtUbmUcm当当C , ERP，BBU不不变变， 固定固定UBB、增大、增大Ubm和固定和固定Ubm、增大、增大UBB的情况类似，的情况类似，它们都使基极输它们都使基极输入电压入电压uBEmax随之增大，随之增大，对对应应的的集电极脉冲电流集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大，放的幅度和宽度均增大，放大器的工作状态由欠压进入过压大器的工作状态由欠压进入过压 。 当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅Ucm反映反映输入信号振幅输入信号振幅Ubm的变化，的变化，放大器必须在放大器必须在Ubm变化范围

43、内工作在欠压状态。变化范围内工作在欠压状态。 当谐振功率放大器用作振幅限幅器时，当谐振功率放大器用作振幅限幅器时，放大器必须在放大器必须在Ubm变化的范围内变化的范围内工作在过压状态。工作在过压状态。2.3.5 高频功率放大器的调谐特性高频功率放大器的调谐特性 实际回路在调谐过程中，其负载是一阻抗实际回路在调谐过程中，其负载是一阻抗Zp，当改变回，当改变回路的元件数值，如改变回路的电容路的元件数值，如改变回路的电容C时，时，功放的外部电流功放的外部电流Ico、Icml和相应的和相应的Ucm等随等随C的变化特性称为调谐特性。的变化特性称为调谐特性。 设谐振时功放工作在弱过压设谐振时功放工作在弱过

44、压状态，当回路失谐后，由于阻抗状态，当回路失谐后，由于阻抗Zp的模值减小，根据负载特性可的模值减小，根据负载特性可知，功放的工作状态将向临界及知，功放的工作状态将向临界及欠压状态变化，此时欠压状态变化，此时Ico和和Icml要增要增大，而大，而Ucm将下降将下降 。 应该指出，回路失谐时直流应该指出，回路失谐时直流输入功率输入功率PD=IcoEC随随Ico的增加而的增加而增加，而输出功率增加，而输出功率Po=UcmIcmlcos将主要因将主要因cos因因子而下降子而下降，因此失谐后集电极功，因此失谐后集电极功耗耗PC将迅速增加。这表明将迅速增加。这表明高频功高频功放必须经常保持在谐振状态放必须

45、经常保持在谐振状态。 UcmIcmlIco并联谐振：阻抗最大，电并联谐振：阻抗最大，电流最小，电压最大。流最小，电压最大。回路失谐：阻抗减小，电回路失谐：阻抗减小，电流增大，电压减小。流增大，电压减小。当当低低频频时时：信信号号周周期期 fT1基基区区载载流流子子的的分分布布与与外外加加瞬瞬时时电电 压压是是一一一一对对应应的的。2.3.6 高频功放的高频效应高频功放的高频效应 以以上上对对高高频频功功放放是是以以静静态态特特性性为为基基础础的的分分析析，只只能能近近似似说说明明和和估估计计高高频频功功放放的的工工作作原原理理，无无法法反反映映高高频频工工作作时时的的其其它它现现象象。实实际际

46、的的高高频频功功放放电电路路，晶晶体体管管工工作作在在“中中频频区区”甚甚至至“高高频频区区” ，通通常常会会出出现现：输输出出功功率率效效率率c 高高频频效效应应功功率率增增益益PG输输入入输输出出阻阻抗抗变变为为复复阻阻抗抗ubet-UBBUBZbici 高高频频一一 少少数数载载流流子子的的渡渡越越时时间间效效应应定定义义：少少数数载载流流子子在在基基区区扩扩散散而而到到达达集集电电极极所所需需要要的的时时间间 称称为为少少数数载载流流子子的的渡渡越越时时间间。当当高高频频时时：信信号号周周期期fT1与与 相相当当。由由于于少少 数数载载流流子子在在基基区区的的渡渡越越时时间间使使基基区

47、区内内的的电电荷荷具具有有一一定定的的储储存存效效应应。当当发发射射结结电电压压由由正正偏偏转转为为反反偏偏时时，在在基基区区内内一一部部分分还还未未到到达达集集电电结结的的少少数数载载流流子子来来不不及及扩扩散散到到集集电电极极，而而被被反反向向偏偏置置所所形形成成的的电电场场重重新新推推斥斥回回发发射射极极，而而形形成成负负脉脉冲冲，同同时时主主脉脉冲冲高高度度降降低低。另另外外，由由于于渡渡越越时时间间的的影影响响，集集电电极极电电流流ci落落后后ei脉脉冲冲峰峰点点的的角角度度为为 ，且且导导通通角角增增大大，脉脉冲冲峰峰值值下下降降。另另外外，由由于于cebiii，所所以以基基极极电

48、电流流波波形形也也变变复复杂杂。ei低低 频频2.3.7高频功放的高频特性高频功放的高频特性二二 非非线线性性电电抗抗效效应应（cbC 1） 由由于于集集电电结结电电容容是是随随集集电电结结电电压压ceu变变化化的的非非线线性性势势垒垒电电容容，其其数数值值可可达达 （几几十十到到几几百百 PF） ， 在在高高频频时时构构成成输输出出与与输输入入之之间间的的反反馈馈支支路路，且且频频率率越越高高反反馈馈越越大大，会会引引起起不不稳稳定定性性。 三三 发发射射极极引引线线电电感感的的影影响响在在高高频频时时，发发射射极极的的引引线线电电感感产产生生的的电电抗抗eL ，会会构构成成输输出出与与输输

49、入入回回路路之之间间的的射射极极反反馈馈耦耦合合，而而引引起起增增益益下下降降，输输入入阻阻抗抗附附加加一一个个电电感感分分量量。四四 饱饱 合合 压压 降降 的的 影影 响响当当晶晶体体管管工工作作于于高高频频时时，其其饱饱合合压压降降随随频频率率提提高高而而增增加加，即即如如果果在在保保持持同同一一工工作作电电流流时时：Ciucef1f2f2f1 CcccesEUUUf11 )(g211c 小结（小结（1）1在欠压工作状态的大部分范围内，输出功率和集电极效率在欠压工作状态的大部分范围内，输出功率和集电极效率都较低，集电极损耗功率大，而且当谐振电阻变化时，输出都较低，集电极损耗功率大，而且当

50、谐振电阻变化时，输出信号电压振幅将产生较大变化。信号电压振幅将产生较大变化。2在临界工作状态，输出功率最大，且集电极效率也高，在临界工作状态，输出功率最大，且集电极效率也高，为谐振功放的最佳工作状态。常用于发射机的功率输出级，为谐振功放的最佳工作状态。常用于发射机的功率输出级，以便获得最大输出功率。以便获得最大输出功率。3在过压工作状态，当谐振电阻变化时，输出信号电压振在过压工作状态，当谐振电阻变化时，输出信号电压振幅变化较小，多用于需要维持输出电压比较平稳的场合，如幅变化较小，多用于需要维持输出电压比较平稳的场合，如发射机的中间放大级。发射机的中间放大级。 小结（小结（2） (1) 若对等幅

51、信号进行功率放大若对等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在临界状态应使功放工作在临界状态, 此时输出功率最大此时输出功率最大, 效率也接近最大。比如对调频信号进行功效率也接近最大。比如对调频信号进行功率放大。率放大。 (2) 若对非等幅信号进行功率放大若对非等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在欠压状态应使功放工作在欠压状态, 但线性较差。若采用甲类或乙类工作但线性较差。若采用甲类或乙类工作, 则线性较好。比如对调则线性较好。比如对调幅信号进行功率放大。幅信号进行功率放大。 (3) 丙类谐振功放在进行功率放大的同时丙类谐振功放在进行功率放大的同时, 也可进行振幅调制。也可进行振幅调制。若调制信

52、号加在基极偏压上若调制信号加在基极偏压上, 功放应工作在欠压状态；功放应工作在欠压状态； 若调制若调制信号加在集电极电压上信号加在集电极电压上, 功放应工作在过压状态。功放应工作在过压状态。 (4) 回路等效总电阻回路等效总电阻R直接影响功放在欠压区内的动态线斜直接影响功放在欠压区内的动态线斜率率, 对功放的各项性能指标关系很大对功放的各项性能指标关系很大, 在分析和设计功放时应在分析和设计功放时应重视负载特性。重视负载特性。 根据以上对丙类谐振功放的性能分析根据以上对丙类谐振功放的性能分析, 可得出以下几点结论可得出以下几点结论: 谐振功率放大器是由输入回路、晶体管和输出回路组成。谐振功率放

53、大器是由输入回路、晶体管和输出回路组成。输入、输出回路在谐振功率放大器中的作用是输入、输出回路在谐振功率放大器中的作用是:提供放大器所提供放大器所需的正常偏置；实现滤波需的正常偏置；实现滤波(调谐于基波频率调谐于基波频率)；保证阻抗匹配。；保证阻抗匹配。可认为它是由可认为它是由直流馈电电路直流馈电电路和和匹配网络匹配网络两部分组成。两部分组成。一、直流馈电电路一、直流馈电电路 晶体管高频功率放大器的直流馈电电路分为晶体管高频功率放大器的直流馈电电路分为集电极馈集电极馈电电路电电路和和基极馈电电路基极馈电电路两类。两类。 2.4 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成直流馈电线路：为晶

54、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。2.4 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成 根根据据直直流流电电源源连连接接方方式式的的不不同同，可可分分为为：串串联联馈馈电电线线路路：直直流流电电源源、匹匹配配网网络络和和晶晶体体管管三三者者形形成成串串联联连连接接的的方方式式。并并联联馈馈电电线线路路：直直流流电电源源、匹匹配配网网络络和和晶晶体体管管三三者者形形成成并并联联连连接接的的方方式式。两两种种馈馈电电方方式式虽虽然然电电路路结结构构不不同同，但但对对电电路路来来说说，

55、总总应应有有：tUEucCce cos1 2.4.1高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成1 集集电电极极馈馈电电电电路路：（1） 集集电电极极馈馈电电电电路路的的组组成成原原则则： ci的的直直流流分分量量COI除除晶晶体体 管管的的内内阻阻外外，应应予予以以短短路路， 以以保保证证CE全全部部加加在在集集电电极极 上上，避避免免管管外外电电路路消消耗耗电电源源 功功率率，即即CCODEIP ci的的 基基 波波 分分 量量1CI只只 应应 在在 负负 载载 回回 路路 上上 产产 生生 电电 压压 降降 ， 其其 余余 部部 分分 电电 路路 对对1CI应应 短短 路路 。 ci

56、的的 高高 次次 谐谐 波波 分分 量量CnI 不不 应应 消消 耗耗 功功 率率 ， 因因 此此CnI对对 晶晶 体体 管管 外外 的的 电电 路路 应应 尽尽 可可 能能 短短 路路 。 IcoECIc1CLIcnLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT2.4.1高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成（2） 常常用用的的集集电电极极串串馈馈和和并并馈馈电电路路如如下下图图所所示示：cL高高频频扼扼流流圈圈：通通直直流流阻阻交交流流 cC：高高频频旁旁路路电电容容：通通交交流流隔隔直直流流 c1C：隔隔直直电电容容：通通交交流流隔隔直直流流 以以上上两两个个电电路

57、路匀匀满满足足： tUEucCce cos1 ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC频谱频谱 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT 串联馈电方式串联馈电方式优点优点:1、是、是Lc和和Cc处于高频地电处于高频地电位位, 它们对地的分布电容不它们对地的分布电容不会影响回路的谐振频率会影响回路的谐振频率,稳稳定。定。2、可用于短波、超短波。、可用于短波、超短波。缺点：回路两

58、端都处于直缺点：回路两端都处于直流高电位，调谐电容器流高电位，调谐电容器C的动片不能直接接地的动片不能直接接地,必须必须与机架绝缘，安装调整不与机架绝缘，安装调整不方便。方便。并联馈电方式并联馈电方式优点：优点：1、回路处于直流地电位、回路处于直流地电位, L、C元件可接地元件可接地, 故安装调整方便。故安装调整方便。 2、便于多级高功放振荡回路的、便于多级高功放振荡回路的同轴调谐；同轴调谐；缺点：由于缺点：由于Lc和和Cc1不处于高频不处于高频地电位地电位, 它们对地的分布电容直它们对地的分布电容直接影响回路的谐振频率接影响回路的谐振频率,；高频扼流圈高频扼流圈 对对 分流，使分流，使 较小

59、，只能用于中小发射机；较小，只能用于中小发射机；cL1ciCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 基极馈电线路基极馈电线路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BBU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提提供供基基极极偏偏置置。 (1) 利用基极回路直流利用基极回路直流BOI产生偏压产生偏压bBOBBRIU IBOUBB(2) 利利用用BOI在在bbr上上产产生生偏偏压压bbBOBBrIU ，注注

60、意意：一一般般bbr 很很小小，所所以以BBU很很小小且且不不稳稳定定。 IBO(3) 利利用用射射极极电电流流eoI在在eR上上产产生生偏偏压压eeoBBRIU ，而而且且这这种种电电路路能能自自动动维维持持放放大大器器的的工工作作稳稳定定。 Ieo +UBB -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。2.4.2 高频功放的耦合回路高频功放的耦合回路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