谐振功率防大器_ok

1、第二章作业汇总：第二章作业汇总： 2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-9、2-11、2-12 、 2-13、2-14、2-17 、 2-18、2-192.2.3高频功率放大器的动态特性 负载特性：负载特性： 考虑负载反作用后，输入信号随时间变化时，工作点移动考虑负载反作用后，输入信号随时间变化时，工作点移动的轨迹称为放大器的负载特性。具体描述为高频功率放大器的的轨迹称为放大器的负载特性。具体描述为高频功率放大器的工作状态取决于负载阻抗工作状态取决于负载阻抗Rp和电压和电压Vcc、VBB、Vbm四个参数。四个参数。保持三个电压参数不变，各种电流、输出电压、功率与效率随保持三个电压参数不变

2、，各种电流、输出电压、功率与效率随Rp变换的特性称为放大器的负载特性。变换的特性称为放大器的负载特性。 为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。样的变化。动态特性：动态特性： 考虑了负载的反作用后，输入信号随时间变化时，所有参考虑了负载的反作用后，输入信号随时间变化时，所有参数都随之变化，这就是动态特性。相应的数都随之变化，这就是动态特性。相应的vb b、 vc c 、与、与ic c的关的关系曲线被称为动态特性曲线。系曲线被称为动态特

3、性曲线。 如果如果VCC、VBB、vb 3个参变量不变，则放大器的工作状态就由负个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻载电阻Rp决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随Rp而变化的特性，就叫做放大器的负载特性而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。当放大器工作于谐振状态当放大器工作于谐振状态时，它的外部电路关系式为时，它的外部电路关系式为1.负载特性负载特性消去消去cos t可得，可得， CCcebeBBbmcmVvvVVV cos;beBBbmvVVt cosceCCcmvVVt0()CCceccBBbBZcmbbCCBZcmB

4、BcmccedcecmbVvgVVVVVVVV VV VgvgvVVV i得出在得出在iCvC坐标平面上的动态特性曲线坐标平面上的动态特性曲线(负载线或工作路负载线或工作路)方程：方程：ccbeBZgvVi另一方面，晶体管的折线化方程为另一方面，晶体管的折线化方程为()cosBZBBocccmcccmcbVVVVVVVVbb ccBZcmBB cmcccedceocmbVVVV VV VigvgvVVV式中式中：vceicVoABO画画 法法 二二 ：（1）作作静静态态工工作作点点 Q：VccQ令令o90t 由由外外部部方方程程可可得得：,:()ceCCbeBBcQcBBBZvVvVQiIg

5、VV(2) 作作 A 点点 :令令o0t minmax:cecCCcmbebeBBbvVVVAvVVV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 。Vcmc Vcemingd画法一：画法一：在静态特性曲线的在静态特性曲线的vce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的直线的直线BA，即得动态特性曲线。，即得动态特性曲线。2 动态特性曲线动态特性曲线Vbemax动动态态曲曲线线：)Vv(giocedc vceicVo P1c1cc1cCCo1cbmcdRIVcosVVVVVgg而而 可可见见动动态态特特性性曲曲线线的的斜斜率

6、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 CCV、BBV、bmV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VBEic-VBB-VBZVbCCicCCgCVbmvbemaxicmaxvceicVccQvceminvcesgdvbemaxvceminvbemaxgcrPR较较大大P1c1cRIV 较较大大1cbmcdVVgg 较较小小，特特点点：cescevv 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。（2 2）过压工作状态）过

7、压工作状态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。（3 3）临界工作状态）临界工作状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maxbev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此此时时：cesmincevv , ci为为尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲。VccQvcesVcm1VBEic-VBB-VBZVbCCicCCgCVbmvbemaxicmaxvceicVccQvceminvcesgdvbemaxvceminvbemaxgcr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 :)VV(gvgi1cmCCcrcescrmaxc

8、max1ccrCCcrig VKm a x1cc rc rC CiKgVvceicgcrmaxC1cmPcriVR icmaxvbemax研研究究的的问问题题：当当 CCbmPVVR变变化化时时 功功放放特特性性 ccoCO1C1CP,P,PI,I,V 的的变变化化1高高频频功功放放的的负负载载特特性性当当CCV，BBV，bmV不不变变，而而PR变变化化时时，与与 cco1C0C1CP,P,PV,I,I 的的关关系系。（1） 欠欠压压区区：icvcePR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0CCCP1c1cIVPRIV 几几 乎乎 不不 变变

9、 1121CCoIVP cc1cco1ccVVII21 ocPPP PoRp欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Rp欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1IcoVc！（2） 过过压压区区： PR进进入入过过压压区区余余弦弦脉脉冲冲顶顶部部下下凹凹，P1c1c1C0CmaxcRIVI,Ii 几几 乎乎 不不 变变 （ 略略 有有 上上 升升 ）01011102121CCCCcCCoCCCVVIIIVPIVP 变变 化化 缓缓 慢慢 ，ocPPP 变变化化缓缓慢慢。c P=Pcvbemax注注意意：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

10、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。在在欠欠压压状状态态0CI，1CI几几乎乎不不变变，功功放放相相当当于于一一个个恒恒流流源源，而而过过压压状状态态1CV几几乎乎不不变变，相相当当于于一一个个恒恒压压源源。当当bm V,PR不不变变，而而改改变变 BBCCVV与与 o0C1CP,PI,I之之间间的的关关系系。(1) 改改变变CCV对对工工作作状状态态的的影影响响当当bm V,PR，BBV不不变变， 压压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

11、入入欠欠CCCCVVvceicvbemaxQVccQVccQVcc显显然然：在在欠欠压压区区：10,CCII几几乎乎不不变变1, PP 不不变变注注意意：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CCV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 icVcc欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Vcc欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1IcoP=POPC(2) 改改变变BBV对对工工作作状状态态的的影影响响cosbeBBbmvVVtVbVBBvbemax1VBEicVBBvbemax2VBBvbemax3vcei

12、cvbemax1vbemax2QVccvbemax3t ic注注意意：(1) 如如果果要要实实现现BBV对对输输出出电电流流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。（2）VBB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“

13、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vbet-VBBVBZbici 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。

14、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电流流波波形形也也变变复复杂杂。当当低低频频时时：信信号

15、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。ei低频低频设设功功放放原原始始工工作作在在临临界界状状态态：讨讨论论：bmV与与 cco1C0C1CP,P,PV,I,I 的的关关系系。当当CCV，PR不不变变VBEic-VBB-VBZVbCCVbmgCvceicvbemax1vbemax2QVccvbemax4当当 bmV静静态态曲曲线线上上移移 bmbbbeVVvmax进进入入过过压压状状态态，当当 bmV静静态态曲曲线线下下移移 bmBBbeVVvmax进进入入欠欠压压状状态态。 (1) 欠欠压压状状态态 cbmccVgi cos

16、1max 当当110max,CCCcccbmIVPIIiV 11121CCIVPVbm欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Vbm欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1IcoPOP=PC(2) 过过压压状状态态：maxcbmiV 下下凹凹部部分分增增大大，故故10,ccII增增加加缓缓慢慢（几几乎乎不不变变）注注意意：在在过过压压区区bmV对对1CI影影响响小小（无无调调制制作作用用） ，而而只只有有在在欠欠压压区区bmV对对1CI才才能能有有效效地地调调制制，故故对对基基级级调调幅幅放放大大器器应应工工作作于于欠欠压压状状态态。t icvbemax31 集集电电极极馈馈电电电电路路：（1）

17、 集集电电极极馈馈电电电电路路的的组组成成原原则则：IcoECIc1CLIcn2.2.4高频功率放大器的馈电线路高频功率放大器的馈电线路LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT（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路匀匀满满足足： tUEucCce cos1 ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC

18、1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LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 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

19、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。不改变馈电形式不改变馈电形式,纠正电路错误纠正电路错误2.2

20、.5 高频谐振功放的高频谐振功放的输出匹配网络输出匹配网络 与级间匹配网络与级间匹配网络 下图所示的匹配网络具有电路简单、容易实现的优点，下图所示的匹配网络具有电路简单、容易实现的优点，不足之处是电路的品质因数不足之处是电路的品质因数Q值很低值很低( (通常通常Q10) )，因此电路，因此电路的滤波特性很差，所以在实际的发射机中，常常选用的滤波特性很差，所以在实际的发射机中，常常选用T型或型或 型网络作匹配之用。型网络作匹配之用。RpRpLLCRL(小)CRL(大)(b) RLRp匹配网络(a) RLRp匹配网络 下图是两种下图是两种 形网络是其中的形式之一形网络是其中的形式之一( (也可以用

21、也可以用T型网型网络络) )。图中。图中R2代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R1代表由代表由R2折合到左端折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。的等效电阻，故接线用虚线表示。2CXLQ2R112LQ1RLQ1LX)3(1)12LQ(1R2R2R2CX)2(LQ1R1CX)1(R1C1C2R2L1(a) 下图是两种下图是两种 形网络是其中的形式之一形网络是其中的形式之一( (也可以用也可以用T T型网型网络络) )。图中。图中R2代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R1代表由代表由R2折合到左端折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。的等效电阻，故接线用虚线表示。1

22、)12LQ(1R2R2R1LX)3(12CXLQ2R12LQ1RLQ2CX)2(LQ1R1CX)1(R1C1R2C2L1(b)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

23、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，同时又尽量使这几个电子器件，同时又尽量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

24、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2.2.6高频功率放大器的实际电路高频功率放大器的实际电路L1C1C2L2CARAr1IAMrr1C1L1C1RpL1IK 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

25、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 当天线回路调谐在串联谐振状态时，它当天线回路调谐在串联谐振状态时，它反映到反映到L1C1中介回路的等效电阻为中介回路的等效电阻为 设初级回路的接入系数为设初级回路的接入系数为

26、p，则晶，则晶体管输出回路的等效负载为：体管输出回路的等效负载为： rr1C1L1C1RpL1IKRpL1C1C2L2CARAr1IAMRp(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ARMr22 L1C1中介回路的等效谐振阻抗为中介回路的等效谐振阻抗为 11CQLQRLLP QL为有载品质因素为有载品质因素 ，rrLQL 11 )(22111111APRMrCLrrCLR )(2211122APPRMrCLpRpR 改变互感系数改变互感系数M和接入系数和接入系数 p就可以在不影响回路调谐的情况下。调就可以在不影响回路调谐的情况下。调整晶体管的输出回路的等效负载电阻整晶体管的输出回

27、路的等效负载电阻Rp，以达到阻抗匹配的目的。，以达到阻抗匹配的目的。 由于高频功率放大器工作在非线性由于高频功率放大器工作在非线性(丙类丙类)工作时，放大器的内阻变动剧烈：导通时，工作时，放大器的内阻变动剧烈：导通时，内阻很小；截止时内阻近于无穷大。因此输内阻很小；截止时内阻近于无穷大。因此输出电阻不是常数。所谓线性电路的阻抗匹配出电阻不是常数。所谓线性电路的阻抗匹配(负载阻抗与电源内阻相等负载阻抗与电源内阻相等)概念也就失去了概念也就失去了意义。意义。 k k ：中介回路的传输效率。中介回路的传输效率。L1C1C2L2CARAr1IAMRp(1) 并联谐振回路型的匹配电路并联谐振回路型的匹配

28、电路)()(1122rrrrrIrIPPkkoAk 功功率率电电子子元元件件送送至至回回路路的的总总回回路路送送到到负负载载的的功功率率 如果设如果设 ： 111porCLR 空空载载回回路路谐谐振振阻阻抗抗)(1111rrCLRP 有有载载回回路路谐谐振振阻阻抗抗11rLQQo 值值空空载载回回路路111rrLQQL 值值有有载载回回路路OLPPkQQRRrrrrrro 11)(1)(111 rr1C1L1C1RpL1IKRp 要想回路的传输效率高，则要想回路的传输效率高，则空载空载Qo越大越越大越好，有载好，有载QL越小越好，越小越好，也就是说，也就是说，中介回路中介回路本身的损耗越小越好

29、本身的损耗越小越好 但从要求但从要求回路滤波作用良好来考虑，则回路滤波作用良好来考虑，则QL值又应该足够大。值又应该足够大。从兼顾这两方面出发，从兼顾这两方面出发，QL值一般不应小于值一般不应小于10。在功率很大的放大器。在功率很大的放大器中，中，QL也有低到也有低到10以下的。以下的。 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

30、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)(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 22c2222c212c1212c1RXRXRXRX 由谐振条件得由谐振条件得 :c22c22222c12c12121c2c1L1XXRRXXRRXXX 例例 有一个输出功率为有一个输出功率为2W的高频功率放大器、负载电阻的高