高频电子线路-高频功率放大器-课件

1、第4章 高频功率放大器u主要内容主要内容概述概述丙类（丙类（C类）高频功率放大器原理类）高频功率放大器原理丙类（丙类（C类）高频功率放大器折线分析法类）高频功率放大器折线分析法丙类（丙类（C类）高频功率放大电路类）高频功率放大电路宽频带高频功率放大器宽频带高频功率放大器（1）输出功率要大（故集电极电压、）输出功率要大（故集电极电压、电流大）电流大）（2）效率要高（常采用效率较高的）效率要高（常采用效率较高的丙类功放）丙类功放）（3）非线性失真要小（为滤除丙类）非线性失真要小（为滤除丙类功放的众多高次谐波分量功放的众多高次谐波分量, 采用采用LC谐振回路作为选频网络谐振回路作为选频网络 ）故称为

2、丙类谐振功率放大电路故称为丙类谐振功率放大电路一，高频功放的主要要求一，高频功放的主要要求第一节 概述u高频功率放大的必要性高频功率放大的必要性远距离无线传输，弥补信号衰落，提高信号抗噪声干扰能力远距离无线传输，弥补信号衰落，提高信号抗噪声干扰能力一些其他需要，如高频加热装置、微波功率源等需要一些其他需要，如高频加热装置、微波功率源等需要u高频功率放大电路最主要的高频功率放大电路最主要的技术指标技术指标：（与低频功率放大电：（与低频功率放大电路一样）路一样） 输出功率、效率和非线性失真输出功率、效率和非线性失真。u高频功率放大器的高频功率放大器的特点：特点：放大信号频率高，输出功率高、效放大信

3、号频率高，输出功率高、效率高率高。u高频功率放大器的高频功率放大器的功能功能：用小功率的高频信号去控制高频功：用小功率的高频信号去控制高频功率放大器，率放大器，将直流电源供给的能量转换为大功率的高频能量将直流电源供给的能量转换为大功率的高频能量输出输出，并保证，并保证输出与输入的频谱相同。输出与输入的频谱相同。高频功率放大器u从节省能量的角度考虑从节省能量的角度考虑, , 效率效率更加重要。更加重要。高频功放常采用效率较高的丙类工作状态高频功放常采用效率较高的丙类工作状态, , 即晶体管集即晶体管集电极电流导通时间（电极电流导通时间（导通角导通角 c）小于输入信号半个周期小于输入信号半个周期的

4、工作状态。的工作状态。为了为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量, , 采用采用LC谐振回路作为选频网络谐振回路作为选频网络, , 也称为谐振高频功率放大电路。也称为谐振高频功率放大电路。 有源放大元件选频网络u使用高频功率放大器的目的使用高频功率放大器的目的放大高频信号使发射机末级获得足够大的发射功率放大高频信号使发射机末级获得足够大的发射功率u高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题高效率输出高效率输出高功率输出高功率输出高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是

5、 输出功率大和效率高输出功率大和效率高u功率放大器的工作状态功率放大器的工作状态 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。大器。 高频功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线高频功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路功率放大器的主要技术指标是性电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率输出功率与效率.甲、乙、丙三种状态下的转移特性甲、乙、丙三种状态下的转移特性甲类甲类乙类乙类丙类丙类0180090090C%50%5 .78%

6、85BZQVV BZQVV BZQVV A(甲甲)类类B(乙乙)类类C(丙丙)类类半通角半通角 效率效率静 态 工静 态 工作点作点u高频功率放大器的分类高频功率放大器的分类u宽带和窄带宽带和窄带宽带高频功放宽带高频功放采用具有宽带特性的传输线变压器作为负载，采用具有宽带特性的传输线变压器作为负载，不需要调谐不需要调谐，适于频率相对变化范围大适于频率相对变化范围大的通信系统，选用的通信系统，选用甲类和乙类推挽放大；甲类和乙类推挽放大；窄带高频功放窄带高频功放多选用丙类或丁类，甚至戊类放大，以提高多选用丙类或丁类，甚至戊类放大，以提高效率。效率。相对带宽在相对带宽在1%左右，甚至更小左右，甚至更

7、小。l中波调幅：中波调幅：n载波：载波：5351602kHz，n信息带宽：信息带宽：9kHzn相对带宽：相对带宽：0.6%1.7%u高频功率放大器的主要技术指标高频功率放大器的主要技术指标1.1.输出功率：输出功率：放大器的负载得到的功率放大器的负载得到的功率2.2.效率：效率：高频输出功率与高频输出功率与直流电源提供功率直流电源提供功率的比值。即的比值。即能量转换的效率能量转换的效率3.3.功率增益：功率增益：高频输出功率和信号输入功率的比值高频输出功率和信号输入功率的比值4.4.谐波抑制度：谐波抑制度：是对非线性高频功率放大器而提出的，谐波分量相对于是对非线性高频功率放大器而提出的，谐波分

8、量相对于基波分量基波分量越小越越小越好好u高频高频功率放大器功率放大器与与小信号谐振小信号谐振放大器放大器的对比的对比u相同点：相同点： 放大的信号均为放大的信号均为高频高频信号，信号， 放大器的负载均为放大器的负载均为谐振回路谐振回路。u不同点：不同点： 激励信号激励信号幅度幅度大小不同；大小不同； 放大器放大器工作点工作点不同；不同； 晶体管晶体管动态范围动态范围不同。不同。icebtooictVBZicQebtooict高频功率放大器波形图高频功率放大器波形图小信号谐振放大器波形图小信号谐振放大器波形图u高频功率放大器与高频功率放大器与非谐振功率放大器非谐振功率放大器的对比的对比u相同点

9、：相同点： 输出输出功率大功率大， 输出输出效率高效率高。功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。器的效率。u不同点：不同点：谐振功率放大器通常用来放大谐振功率放大器通常用来放大窄带窄带高频信号高频信号( (信号的通带宽度只有信号的通带宽度只有其中心频率的其中心频率的1%1%或更小或更小) )，其工作状态通常选为，其工作状态通常选为丙类丙类工作状态工作状态( (导导通角通角 c c9090 ) )，为了不失真的放大信号，它的，为了不失

10、真的放大信号，它的负载必须是谐振回路负载必须是谐振回路非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为频功率放大器的负载为无调谐负载无调谐负载，工作在，工作在甲类或乙类甲类或乙类工作状态；工作状态；宽带高频功率放大器以宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载宽带传输线为负载总结高频功放与低频功放的异同点： 相同点：相同点：输出功率大，效率高输出功率大，效率高不同点：不同点：（1）工作频率）工作频率（2）相对带宽：）相对带宽： 低频：很宽（故负载用电阻）；低频：很宽（故负载用电阻）； 高频：很窄（故负载用高频：很窄（

11、故负载用LC回路）回路）（3）负载）负载 低频：电阻或变压器；低频：电阻或变压器； 高频：高频：LC回路回路（4）功放种类：）功放种类： 低频：甲类、乙类；高频：丙类低频：甲类、乙类；高频：丙类（5）基极偏压）基极偏压 低频：正偏压；低频：正偏压； 高频：负偏压高频：负偏压习题41：为什么高频功率放大器一般要工作在乙类或丙类状态？为什么采用谐振回路作负载？为什么要调谐在工作频率？答：答： 高频功率放大器的输出功率高，这样在有源器件高频功率放大器的输出功率高，这样在有源器件上损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是上损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是保护有源器件安全工作保护有源器件安全

12、工作（损耗功率小，发热少）（损耗功率小，发热少）。乙类、丙类放大状态的效率比甲类高。故高频功率乙类、丙类放大状态的效率比甲类高。故高频功率放大器一般选乙类或丙类工作状态。放大器一般选乙类或丙类工作状态。 因为乙类和丙类放大的因为乙类和丙类放大的集电极电流为脉冲集电极电流为脉冲，只有，只有通过谐振回路选出周期脉冲电流的基波分量，产生通过谐振回路选出周期脉冲电流的基波分量，产生连续的基波电压输出。连续的基波电压输出。 回路调谐于工作频率是为了取出基波电压输出。回路调谐于工作频率是为了取出基波电压输出。习题42：为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器不却能工作于丙类？答：低频功率放大器

13、所放大的信号频率一答：低频功率放大器所放大的信号频率一般为般为20Hz20kHz，其相对频带宽，不可其相对频带宽，不可能谐振回路取出能谐振回路取出不同的不同的频率分量频率分量，只能，只能采用甲类或乙类推挽的放大形式。而高采用甲类或乙类推挽的放大形式。而高频功率放大器一般放大信号的频功率放大器一般放大信号的相对频带相对频带很窄，采用一个谐振回路就可以完成选很窄，采用一个谐振回路就可以完成选频作用频作用，故可以工作在丙类。，故可以工作在丙类。第二节第二节 丙类丙类(C类类)高频功放工作原理高频功放工作原理无论中间级还是输出级，其负载可以等效为并联谐振回路无论中间级还是输出级，其负载可以等效为并联谐

14、振回路一、基本电路形式一、基本电路形式二、基本特点二、基本特点为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；负载为谐振回路：l取出基波分量，获得正弦电压波形。l阻抗匹配。谐振于输入信号的频率谐振功率放大器原理图谐振功率放大器原理图第二节 丙类高频功放的工作原理一、基本电路及其特点特点：特点：丙类功放负偏压基极,0)1BBV2)负载为负载为LC回路回路第二节 丙类高频功放的工作原理二、工作原理tUubmbcos设0,cosBBbmBBBEVtUVu则uBE+-iC1coscos(2)ccoc mcnmiIItIn t式4.2.周期性脉冲可分解为：周期性脉冲可分解为：由转

15、移特性曲线得由转移特性曲线得ib和和ic为脉冲：为脉冲：图图4.2.3(a)谐振功率放大器原理图谐振功率放大器原理图icibubeuceuoic二、工作原理二、工作原理发射结处于负偏压状态发射结处于负偏压状态无输入（无输入（ub=0）时，晶体管截止，）时，晶体管截止，ic=0输入输入 时，时，ib为脉冲形状，可用傅立叶级数展开为脉冲形状，可用傅立叶级数展开同理同理负载回路谐振频率为负载回路谐振频率为cosbbmuUtcosbebbbmuVUttnItItIIicnmmcmccoccos.2coscos2112coscos2.cosbbob mb mbnmiIItItIn t1cosoc muI

16、Rt第二节 丙类高频功放的工作原理二、工作原理tnItIIicnmmccoCcoscos1 已知由由LC回路的选频回路的选频(选基波选基波)作用作用：tURtIucmpmcccoscos1tUVuVucmcccccCEcosuCE+-uc图图4.2.3(b)第三节第三节 丙类丙类(C类类)高频功放折线分析法高频功放折线分析法u工作在大信号和非线性工作状态工作在大信号和非线性工作状态小信号分析方小信号分析方法不适用法不适用u将晶体管特性曲线将晶体管特性曲线理想化成为折线进行分析理想化成为折线进行分析称称为为折线分析法折线分析法u有一定误差，但较为简便。有一定误差，但较为简便。工程上都采用近似估算

17、和实验调整相结合的方法对高频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。折线法就是常用的一种分功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。析法。u对高频功率放大器进行分析计算，关键在于求出电对高频功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的流的直流分量直流分量Ic0和基频分量和基频分量Icm1u折线分析法的主要步骤：折线分析法的主要步骤：1、测出晶体管的、测出晶体管的转移特性曲线转移特性曲线ic-ube及及输出特性曲线输出特性曲线ic-uce，并将这两组曲线作理想折线化处理；并将这两组曲线作理想折线化处理；2、作出动态特性曲线；、作出动态特性曲线；3、根据

18、、根据激励电压激励电压ub的大小的大小在已知理想特性曲线上画出对在已知理想特性曲线上画出对 应应电流脉冲电流脉冲ic和输出电压和输出电压uce的波形；的波形；4、求出、求出ic 的各次谐波分量的各次谐波分量Ic0、Ic1m、Ic2m，由给定的负，由给定的负 载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出输出电压、输出 功率、直流供给功率、效率功率、直流供给功率、效率等指标。等指标。1、晶体管特性曲线的理想化、晶体管特性曲线的理想化一、正向传输特性曲线理想化一、正向传输特性曲线理想化由理想化输入特性由理想化输入特性可得理想化的正向传输特性可得理想化的正向传输特

19、性0ccbebziguUbebzuUbebzuUcbcbbebeiigguubzU0bbbebziguUbebzuUbebzuUbbbeigu称为理想化晶体管跨导称为理想化晶体管跨导bzU理想化晶体管导通电压或截止电压理想化晶体管导通电压或截止电压二、输出特性曲线理想化二、输出特性曲线理想化输出特性曲线理想化：输出特性曲线理想化：饱和区、放大区饱和区、放大区饱和区饱和区：近似认为：近似认为ic只受只受uce的控制，而与的控制，而与ube无关。理想的饱和无关。理想的饱和临界线临界线为一条通过原点的斜线。为一条通过原点的斜线。斜率斜率：放大区放大区：近似认为：近似认为ic与与uce无关。各条曲线为

20、平行于无关。各条曲线为平行于uce的水平线。对于等差的的水平线。对于等差的ib间隔应该是相等的。间隔应该是相等的。表征临界线的方程表征临界线的方程： cecrcugi ceccruig第三节 丙类高频功放的折线分析法一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式折线分析法：将晶体管的特性曲线理想化为折线再分析。折线分析法：将晶体管的特性曲线理想化为折线再分析。1，正向传输特性曲线，正向传输特性曲线2，输出特性曲线，输出特性曲线导通电压跨导:),(, 0BZcBZBEBZBEcBZBECUgUuUugUui0)(:CBZBEcCcrCEcrCiUugigugi截止区：放大区：临界饱和线的斜率）（饱和区：2

21、、集电极余弦电流脉冲的分解、集电极余弦电流脉冲的分解一、一、余弦电流脉冲的表示式余弦电流脉冲的表示式当输入信号当输入信号 时时, ,集电极电流集电极电流i ic c的波形为余弦电流脉冲的波形为余弦电流脉冲cosbbmuUtcosbzbbcbmUVUcosbebbbmuVUt()(cos)ccbebzcbbbmbzig uUg VUtU当当tt= =c c 时时, ,i ic c=0=0，可得导通角可得导通角已知已知V Vbbbb、U Ubzbz和和U Ubmbm可确定高频功率放大器的半通角可确定高频功率放大器的半通角c c，有时也称有时也称c c为通角。为通角。通常用通常用c c= =1801

22、80表示甲类放大；表示甲类放大；c c= =9090表示乙类放表示乙类放大；大；c c 9090表示丙类放大。表示丙类放大。 余弦电流脉冲表示式表示式(由脉冲高度IcM和通角c决定)coscos1 coscccMctiIcosbzbbcbmUVU(cos)ccbbbmbzig VUt U(coscos)ccbmcigUt当当t=0 时时, ic=Icm，可得可得(1 cos)cmcbmcIgU第三节 丙类高频功放的折线分析法二、集电极余弦电流脉冲的分解（一）余弦电流脉冲（一）余弦电流脉冲iC的表达式的表达式)cos(cos)(BZbmBBcCbmBBBEBZBEcCUtUVgitUVuUugi

23、1,iC表达式表达式:,0coscCBZBBcbmtiUVU时0,(1cos)(4.3.9)CCMCMcbmctiIIg U时式2,iC两参数两参数:cCMI、二、余弦电流脉冲的分解系数二、余弦电流脉冲的分解系数 周期性的电流脉冲可以用傅氏级数表示：tnItItIIicnmmcmccoccos.2coscos21)(cnCMcnmII)(0cCMcoII其中其中)(11cCMmcII.直流分量电流直流分量电流基波分量电流幅值基波分量电流幅值N 次谐波分量幅值次谐波分量幅值)()cos1 (cossind)cos1 (coscos21d210cocMcccccMcccMccIIttItiIcc)

24、()cos1 (cossindcos)cos1 (coscos1dcos111ccMcccccMcccMcmcIItttIttiIcc)()cos1)(1(sincoscossin2dcos)cos1 (coscos1dcos12cncMccccccMcccMccnmInnnnnIttntIttiIcc称为余弦电流脉冲分解系数。称为余弦电流脉冲分解系数。0 0( (c c) )为直流分量分解系数；为直流分量分解系数；1 1( (c c) )为基波分量分解系数；为基波分量分解系数； n n( (c c) )为为n n次谐波分量分解系数。次谐波分量分解系数。011g011gcg1与 的关系三、三、

25、 功率与效率功率与效率u功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的极的直流电源所供给的直流功率直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率，使之转变为交流信号功率输出去。输出去。有一部分功率以有一部分功率以热能热能的形式的形式消耗在集电极消耗在集电极上，成为上，成为集电极耗散功率集电极耗散功率。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； P= = Po + Pc u故放大器效率：故放大器效率：cooocPPPPP两点结论：两点结论：1

26、）设法尽量降低集电极耗散功率）设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则放大器效率，则放大器效率 c自然会提高。这样，在给定自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出时，晶体管的交流输出功率功率Po就会增大；就会增大； 2） 由式由式 可知可知 如果维持晶体管的集电极耗散功率如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定不超过规定值，值，那么提高放大器效率那么提高放大器效率 c，将使交流输出功率，将使交流输出功率Po大大为增加为增加。高频功率放大器就是从这方面入手，来提高。高频功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。输出功率与效率的。cccoPP 1u如何减小集电极耗散功率如何减小集电

27、极耗散功率Pc？ 可见可见使使ic在在uce最低最低的时候通过的时候通过，则集电极耗散功率自然，则集电极耗散功率自然会大为减小。会大为减小。 所以要想获得高的放大器效率，高频功率放大器的集所以要想获得高的放大器效率，高频功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。电极电流应该是脉冲状。导通角导通角 c小于小于90 ，处于丙类工作，处于丙类工作状态。状态。 高频功率放大器工作在丙类工作状态时高频功率放大器工作在丙类工作状态时 c90 ，集电，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：晶体管集电极平均耗散功率：晶体管集电极平均耗散功率：01Tcceu dtTi接近饱和区接近饱

28、和区u直流电源提供的直流功率：直流电源提供的直流功率：u高频输出交流功率：高频输出交流功率：Ucm 谐振回路两端的基频电压谐振回路两端的基频电压 Icm1 基频电流基频电流Rp 回路的谐振阻抗回路的谐振阻抗 u放大器的效率：放大器的效率：)(2121101ccCCcmcmocgIVIUPP CCcmVU 称为称为集电极电压利用系数集电极电压利用系数称为称为波形系数波形系数，是通角，是通角 c的函数；的函数； c越小越小g1( c)越大越大u 越大并且越大并且 c越小，效率越小，效率 c越高，丙类高频功放提高效率越高，丙类高频功放提高效率 c的途径：的途径：减小减小 c；使使LC回路谐振在信号的

29、基频上，即回路谐振在信号的基频上，即ic的最大值应对应的最大值应对应uce的最小值。的最小值。u =1的理想情况下的理想情况下，甲类：，甲类： g1(180 )=1， c=50% 乙类：乙类：g1(90 )=1.57， c=78.5% 丙类：丙类： g1(1.57， c78.5%u高频功放在谐振电阻高频功放在谐振电阻Rp一定的条件下，一定的条件下， c= 120 时输出功率最大，但是时输出功率最大，但是集电极理想效率只有集电极理想效率只有66%；而；而 c= 1 15 时，效率最高，但输出功率却时，效率最高，但输出功率却最小。所以实际，最小。所以实际，为兼顾二者，通常取为兼顾二者，通常取 c=

30、 60 80 的丙类工作状态。的丙类工作状态。11011()22ocmcmccCCcPUIgPVI11100()()()cmccccIgI 习题习题44：某谐振功率放大器，已知：某谐振功率放大器，已知cmcpcmcoCCIRPVUmAIWPVV，半通角电流基波，谐振回路谐振电阻效率集电极率试求：直流电源输出功集电极电压量，集电极电流的直流分集电极输出功率直流电源10,5 .22,2505,24解：63.50525 .222121:)3(%3 .836/5/:)2()(625. 024:) 1 (2220ocmppcmopocCCPURRUPRPPWIVP由谐振回路谐振电阻集电极效率直流电源输出

31、功率)(4 .4445 .2252221:)4(111mAUPIIUPIcmomcmccmomc由基波电流110(5)1()22220.833()1.777/22.5/ 2562ccccmcccggUV半通角由查142页附表得第三节 丙类高频功放的折线分析法四、丙类高频功率放大器的动态特性（一）什么是静态特性：（一）什么是静态特性：),(CEBEcuufi 没有带没有带负载负载阻抗阻抗的条件下的条件下得到的得到的的关系，是的关系，是晶体管本身固有的晶体管本身固有的。导通段截止段)(),()( ,0BZBEBZBEcBZBEcuuuuguui第三节 丙类高频功放的折线分析法四、丙类高频功率放大器

32、的动态特性（二）什么是动态特性：（二）什么是动态特性： 在谐振功率放大器的电路参数确定的条件在谐振功率放大器的电路参数确定的条件下，也就是电源电压下，也就是电源电压(VCC和和VBB)、晶体管、晶体管(gC 、 UBZ)、输入信号输入信号ub = Ubmcoswt和和输出电压输出电压uc = Ucmcoswt （或谐振电阻（或谐振电阻RP ）一定的条件下）一定的条件下，集电极电流集电极电流iC = f(uBE, uCE) 的关系称为放大器的关系称为放大器的动态特性。的动态特性。四、丙类高频功率放大器的动态特性四、丙类高频功率放大器的动态特性 一、动态特性一、动态特性在晶体管、电源电压在晶体管、

33、电源电压Vcc和和Vbb、输入信号振幅、输入信号振幅Ubm和输出和输出信号振幅信号振幅Ucm(或或Rp)一定的条件下，一定的条件下，ic=f(ube,uce)的关系称为的关系称为放大器的动态特性。放大器的动态特性。动态特性曲线是在晶体管的特性曲线上画出的高频功率动态特性曲线是在晶体管的特性曲线上画出的高频功率放大器放大器瞬时工作点的轨迹瞬时工作点的轨迹。小信号电压放大器是纯电阻小信号电压放大器是纯电阻负载负载，晶体管仅仅在放大区工作，因此可近似等效为一，晶体管仅仅在放大区工作，因此可近似等效为一个线性元件。小信号电压放大器瞬时个线性元件。小信号电压放大器瞬时工作点工作点的轨迹就是的轨迹就是负载

34、线，是一条直线。负载线，是一条直线。高频功率放大器是非线性工作高频功率放大器是非线性工作，各个区域的特性曲线方程不同，因此各个区域的特性曲线方程不同，因此各个区域各个区域工作点工作点的的移动规律也不同，所以称其为动态特性曲线，以示与负移动规律也不同，所以称其为动态特性曲线，以示与负载线的区别。载线的区别。第三节 丙类高频功放的折线分析法四、丙类高频功率放大器的动态特性（三（三）动态特性关系式动态特性关系式：)(),()( , 0:BZBEBZBEcBZBEcuuuuguui内部关系cmCECCbmBBBEcmCCCEbmBBBEUuVUVutUVutUVucoscos外部关系：ccmCCbmB

35、BBZcmCCbmcmBBcmBZCCbmUVUVUUVUUVUUVUUcos00UugUUVUUVUuUUgiCEdbmcmBBcmBZCCbmCEcmbmcC令 可见是一条斜率为可见是一条斜率为gd，在在uCE轴上截距为轴上截距为U0的直线；加的直线；加上上uBE uBZ段段(iC =0)，应该为折线，应该为折线.当放大器工作于谐振状态时，它的外部电路关系式为当放大器工作于谐振状态时，它的外部电路关系式为ube= Vbb+Ubmcos t uce= VCCUcmcos t消去消去cos t可得可得CCcecmVuUube= Vbb+Ubm另外，晶体管的折线化转移特性方程为另外，晶体管的折线

36、化转移特性方程为ic = gc(ubeUBZ)，得出在得出在icuce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径径)方程：方程：()()CCceccbbbmBZcmbmbmCCBZcmbbcmccecmbmdceoVugVUUUUU VU UV UguUUguU icosoCCcmcUVUbmdccmUggU 所以高频功放动态特性曲线是一条折线所以高频功放动态特性曲线是一条折线()cdceoguUicosoCCcmcUVUbmdccmUggU ubeUBZ时时0ciubeUBZ时时是动态特性的斜率是动态特性的斜率是在是在u ucece轴上的截距轴上的截距截

37、距法作动态特性的步骤：截距法作动态特性的步骤：在输出特性的在输出特性的uce 轴上取截距轴上取截距 U0=Vcc-Ucmcos c 得动态特性的得动态特性的B点。点。通过通过B点作斜率为点作斜率为 gd= -gcUbm/Ucm 的直线的直线 交交 ubemax=Vbb+Ubm 线于线于A点。点。在在 uce轴上选取轴上选取 ucemax=Vcc+Ucm为为C点点则则AB-BC折线为动态特性。折线为动态特性。 二、截距法求动态特性二、截距法求动态特性 二、截距法求动态特性二、截距法求动态特性 AB-BCAB-BC折线为动态特性折线为动态特性()cdceoguUi0cibbbmVUicUbz02c

38、UbmubeVbbtUbmub0折线折线AB-BC为动为动态特性曲线态特性曲线tUVucmccCEcos由此可画出由此可画出uCE,再再由动态特性曲线画由动态特性曲线画出出iCA点点:uCE = uCEmin = VCC - Ucm, uBE = uBEmax, iC = ICM,Q点点:uCE = VCC , iC = ICQ = gC(VBB - UBZ) ,B点点:uCE = U0, uBE = UBZ, iC = 0,C点点:uCE = VCEmax = VCC + Ucm, uBE = UBZ, iC = 0,()cdceoguUi 与横坐标相交确定与横坐标相交确定C C点点则则AB

39、ABBCBC折线为动态特性。折线为动态特性。三、虚拟电流法求动态特性三、虚拟电流法求动态特性bmbbbeUVumaxcmccceUVumin可确定可确定Q Q点点坐标（坐标（V Vcccc，I IQ Q）cmccceUVumax()(cos)()QdceodcccccmcbmbzbbccmcbzbbcmbmIguUg VVUUUVgUg UVUU 确定确定A A点点连接连接AQAQ与横坐标相交确定与横坐标相交确定B B点点uCE = VCCU0=Vcc-Ucmcos ccosbzbbcbmUVU四、谐振高频功率放大器的三种工作状态四、谐振高频功率放大器的三种工作状态输出电压波形输出电压波形 高

40、频功率放大器的工作状态是根据高频功率放大器的工作状态是根据ube=ubemax、uce=ucemin时时瞬时工作点瞬时工作点在在静态特性曲线上静态特性曲线上所处位所处位置确定的。当其落在输出特性置确定的。当其落在输出特性(对应对应ubemax的那条的那条)的的放大区时，为欠压状态放大区时，为欠压状态；当其正好落在；当其正好落在临界点临界点上时，为临界状态上时，为临界状态；当其落在；当其落在饱和区时，为过压饱和区时，为过压状态状态。高频功率放大器的工作状态必须。高频功率放大器的工作状态必须由由VCC、Vbb、Ubm、Ucm四个参量决定四个参量决定，缺一不可，其中任，缺一不可，其中任何一个量的变化

41、都会改变工作点所处的位置，工何一个量的变化都会改变工作点所处的位置，工作状态就会相应地发生变化。作状态就会相应地发生变化。 高频功率放大器工作状态：高频功率放大器工作状态：欠压欠压：动态特性：动态特性A1B1-B1C1在输入信号一周内，在输入信号一周内，A点没有进入晶体管点没有进入晶体管的饱和区，这种工作状态称为欠压工作状态。对应的集电极电流为的饱和区，这种工作状态称为欠压工作状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲尖顶脉冲，交流输出电压交流输出电压(ucm)较低且变化较大较低且变化较大。临界临界：动态特性：动态特性A2B2-B2C2，A点正好在晶体管的临界饱和线上，这点正好在晶体管的临界饱和线上，这

42、种工作状态称为临界工作状态。对应的集电极电流为种工作状态称为临界工作状态。对应的集电极电流为尖顶脉冲尖顶脉冲。过压过压：动态特性：动态特性MA3-A3B3-B3C3在输入信号一周内，在输入信号一周内，A点已进入晶体点已进入晶体管的饱和区，这种工作状态称为过压工作状态。对应的集电极电流管的饱和区，这种工作状态称为过压工作状态。对应的集电极电流为为凹顶脉冲凹顶脉冲，交流输出电压较高且变化不大交流输出电压较高且变化不大。例1:已知晶体管谐振功率放大器工作于临界状态，晶体管的饱和临界线斜率PcCMbmCCBBBZcrRPPPAIVUVVVVVUVAg,),(8 . 1,5 . 2,18)(5 . 0)

43、,(6 . 0,/9 . 00试求：集电极电流脉冲幅值输入电压振幅，电源电压压转移特性曲线的导通电min(),1.81816( )0.9CMcrCEcrCCcmCMcmCCcrIg ugVUIUVVg解：由于工作于，则临界状态有可得注：此题的主要知识点在于此。注：此题的主要知识点在于此。)(738. 0410. 08 . 1)(417. 0232. 08 . 1410. 0232. 0,9 .6344. 05 . 2)5 . 0(6 . 0cos1100100AIIAIIUVUCCMmcCCMcCCCbmBBBZC）（）（，）（，）（查表得：得由)(5904738162121)2()( 8 .

44、75166 .41718) 1 (10mWIUPmWIVPmccmoCCC68.21738. 016)5(%5 .788 .75165904)4()(8 .1612)3(1mccmPoocIURPPmWPPP59高频电子线路高频电子线路第三章第三章 高频功率放大器高频功率放大器 FP FP 高频功率放大器的工作状态是根据高频功率放大器的工作状态是根据ube=ubemax、uce=ucemin时时瞬时工作点瞬时工作点在在静态特性曲线上静态特性曲线上所处位所处位置确定的。当其落在输出特性置确定的。当其落在输出特性(对应对应ubemax的那条的那条)的的放大区时，为欠压状态放大区时，为欠压状态；当其

45、正好落在；当其正好落在临界点临界点上时，为临界状态上时，为临界状态；当其落在；当其落在饱和区时，为过压饱和区时，为过压状态状态。高频功率放大器的工作状态必须由VCC、Vbb、Ubm、Ucm四个参量决定，缺一不可，其中任何一个量的变化都会改变工作点所处的位置，工作状态就会相应地发生变化。4.3.5 丙类高频功率放大器的负载特性丙类高频功率放大器的负载特性u在晶体管、在晶体管、VCC、Vbb、Ubm 一定时，一定时，改变回路谐振改变回路谐振负载电阻负载电阻Rp ，放大器的工作状态、电流、电压、，放大器的工作状态、电流、电压、功率和效率随功率和效率随Rp变化的关系，称为放大器的变化的关系，称为放大器

46、的负载负载特性特性。u在晶体管、电源电压在晶体管、电源电压Vcc和和Vbb、输入信号振幅、输入信号振幅Ubm和输出信号振幅和输出信号振幅Ucm(或或Rp)一定的条件下，一定的条件下，ic=f(ube,uce)的关系称为放大器的的关系称为放大器的动态特性动态特性。 bmbbbeUVumax()QcbzbbIg UV Q Q点点（V Vcccc，I IQ Q）不变）不变1111()1(1 cos)()(1 cos)()bmbmbmdccccmc mpcmcpcbmcbmccpccpUUUggggUIRIRg Ug URR cosbzbbcbmUVU c c为常数，为常数，g gd d绝对值与绝对值

47、与R Rp p成反比成反比不变不变A A点随点随R Rp p的增大，由欠压的增大，由欠压A A1 1临界临界A A2 2过压过压A A3 3(1 cos)cmcbmcIg U动态特性和负载特性动态特性和负载特性 及 决定了功放的工作状态。当前三者不变时， 的变化对功放的功率和效率的影响即称为功放的负载特性。 ()BBCCbmbVVVv、pRpR 图上直线1、2、3分别是 取不同值时的交流负载线（动态特性），当 增加时，负载线的斜率将减小，因此负载线将趋于平坦。pRpR 负载线2： 增加时， 也逐渐增加，与临界线交于 点，称为临界工作状态。此时 依然为尖顶余弦脉冲。pR2ACicmV 负载线3：

48、 继续增加， 也进一步增加，进入过压工作状态。曲线穿过临界点后， 将沿临界线下降，点决定了集电极电流脉冲的高度， 为凹顶状脉冲。此时 ， 。pR4ACicmVCi0CI1cmI 负载线1： 较小，则 也较小，称为欠压工作状态， 点决定了集电极电流脉冲的高度（ ）。此时 为pR1AmaxCiCicmV尖顶余弦脉冲。 在欠压区到临界线之间：随着 的增加， 和 略微减小。因此， 和 随 的增加下降很少，几乎维持常数。而 ，所以 随 的增加近似线性增大。pRmaxCic0CI1cmIpR1cmcmpVIRcmVpR 过压区：集电极电流呈现凹顶状，并且随着 的增加， 凹陷程度急剧加深，使得 和 也急剧下

49、降，而 随 的增加只有微弱上升，几乎不变。pR0CI1cmIcmVpR电流、电压随电流、电压随R Rp p变化的关系变化的关系U Ucmcm=I=Ic1mc1mR Rp p功率、效率随功率、效率随R Rp p 变化的关系变化的关系工作状态随工作状态随R Rp p的变化关系的变化关系 欠压时功放相当一个理想电流源；过压时相当一个理想电压源。0ccCPVI112ocmcmPVIcoPPP100%ocPP 临界状态： 最大， 也较高，是最佳工作状态。用于发射机末级。oPc 过压状态：输出电压较平稳，弱过压时 最高。用作中间放大级。c 欠压状态： 和 都较低，应用少。特殊：基极调幅。oPc结论结论u欠

50、压工作状态欠压工作状态：输出功率：输出功率P0和效率和效率 c都较低，而且输出信号都较低，而且输出信号电压振幅电压振幅Ucm随随Rp变化较大，因此，除了特殊场合以外，很变化较大，因此，除了特殊场合以外，很少采用这种工作状态。少采用这种工作状态。u临界工作状态临界工作状态：输出功率：输出功率P0最大，且效率最大，且效率 c也高，常用于发也高，常用于发射机的功率输出级（末级），以便获得最大输出功率。射机的功率输出级（末级），以便获得最大输出功率。u过压工作状态过压工作状态：在弱过压区，在弱过压区， c达最大，达最大，Po下降不多，下降不多，当当Rp变化时，输出信号电压振幅变化时，输出信号电压振幅U

51、cm变化较小，多用于需要维持变化较小，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。输出电压比较平稳的场合，如发射机的中间放大级。 当当 RP =0，即负载短路时，即负载短路时，集电极损耗功率集电极损耗功率Pc达最大值达最大值，有可能使功率晶体管烧坏。因此，在调整谐振功率放大器的有可能使功率晶体管烧坏。因此，在调整谐振功率放大器的过程中，必须过程中，必须防止负载短路防止负载短路。习题414：某谐振功率放大器，,2 .0VVBB),( 1),(6 . 1),(50),(24)(4 . 0,6 . 0WPVURVVsgVUobmLCCcrBZ，饱和临界线的斜率试求集电极电流最大值试求

52、集电极电流最大值CMI,输出电压输出电压振幅振幅cmU,集电极效率集电极效率,并判断放大器并判断放大器工作于什么状态。工作于什么状态。解解：001211110.6( 0.2)cos0.51.660 ,()0.218,()0.3911(1)222 10.2( )500.20.512( )()0.391BZBBcbmcccOc mLOc mLc mCMcUVUpIRPIARIIA %3 .37218. 0512. 0241)()3()(10502 . 0)2(001CCMCCocCCooLmccmIVPIVPPPVRIUminmin(4),CMCMcrCECEcrIIg uug假判断工作状态：则应

53、满足：即定工作于临界状态1428. 14 . 0512. 0minmincmCCCEcrCMCEUVugIu而实际的,minminCECEUu欠压状态结合上图可知，工作于4.3.6 各级电压变化对工作状态的影响各级电压变化对工作状态的影响一、集电极电源电压一、集电极电源电压Vcc变化对工作状态的影响变化对工作状态的影响（ Vbb、gc、Ubz、Ubm、Rp不变不变ubemax、IQ、 c 、gd不变）不变）随着随着VccVcc的增加工作状态由过压的增加工作状态由过压临界临界欠压。欠压。VccVcc对电流、电压、功率、效率的影响对电流、电压、功率、效率的影响=二、改变二、改变U Ubmbm对工作

54、状态的影响对工作状态的影响（V Vcccc、Vbb、gc、Ubz、Rp不变不变Q不变，不变，（U Ubmbm增加增加欠压与临界时，欠压与临界时，ubemax、 c 增加，增加，| |gd| |减少；减少；过压时过压时，ubemax 、 |gd | =g=gc cU Ubmbm/U/Ucmcm增加）增加）随着随着 U Ubmbm的增加工作状态由欠压的增加工作状态由欠压临界临界过压。过压。U Ubmbm对电流、电压、功率、效率的影响对电流、电压、功率、效率的影响o三、改变三、改变V Vbbbb对工作状态的影响对工作状态的影响（Vcc、 Ubm 、gc、Ubz、Rp不变时，不变时，V Vbbbb增大

55、增大ubemax、 c 增加，增加，| |I IQ Q| |、 |gd|减小）减小）bbVVbb增大的含义是从负电压增大的含义是从负电压向小于向小于Ubz的正电压变化的正电压变化随着随着Vbb的增加工作状态由欠压的增加工作状态由欠压临界临界过压过压V Vbbbb对电流、电压、功率、效率的影响对电流、电压、功率、效率的影响oVbbVbb第四节第四节 丙类高频功率放大电路丙类高频功率放大电路 基本组成：基本组成： 丙类高频功率放大器是由丙类高频功率放大器是由输入回路、非线性器件（晶体管、输入回路、非线性器件（晶体管、场效应管）和输出谐振回路场效应管）和输出谐振回路组成。组成。输入、输出回路在功率放

56、大器中的作用是：输入、输出回路在功率放大器中的作用是：l提供放大器所需的正常偏置；提供放大器所需的正常偏置；l实现滤波选取基波分量；实现滤波选取基波分量；l实现阻抗匹配。实现阻抗匹配。组成：组成：l直流馈电电路直流馈电电路l滤波匹配网络滤波匹配网络一、一、 直流馈电电路直流馈电电路u直流馈电电路：直流馈电电路：直流电源加到各电极上去的线路直流电源加到各电极上去的线路集电极馈电电路集电极馈电电路基极馈电电路基极馈电电路u连接方式：连接方式：串联馈电串联馈电并联馈电并联馈电第四节 丙类高频功率放大电路一、直流馈电电路集电集电极极馈电馈电： 串馈：晶体管、串馈：晶体管、 VCC 、LC回路串联回路串

57、联 并馈：晶体管、并馈：晶体管、 VCC 、LC回路并联回路并联基极基极馈电馈电：串馈：晶体管、串馈：晶体管、 VBB 、输入信号串联输入信号串联并馈：晶体管、并馈：晶体管、 VBB 、输入信号并联输入信号并联馈电线路分类：馈电线路分类：VBB+-VBB+-(a)并馈并馈 (b)串馈串馈分析图分析图3-19是并馈还是串馈：是并馈还是串馈：集电极馈电线路的组成原则：集电极馈电线路的组成原则： (1) Vcc只加在晶体管上只加在晶体管上，而无其他电阻，使损而无其他电阻，使损耗功率耗功率Pc最小，效率最大。最小，效率最大。(2) Ic1m只加在只加在LC回路上，而无其他电阻，使回路上，而无其他电阻，

58、使输出功率输出功率Po最大。最大。 可见可见,集电极串馈电路和并馈电路均需满足集电极串馈电路和并馈电路均需满足此馈电原则。此馈电原则。一、集电极馈电电路一、集电极馈电电路u馈电原则馈电原则:直流有直流通路，交流有交流通路，且高频信号不能通过直流电源直流有直流通路，交流有交流通路，且高频信号不能通过直流电源基波分量要有效地流过负载回路基波分量要有效地流过负载回路谐波对于负载回路是短路谐波对于负载回路是短路(a)(a)直流通路；直流通路；(b)(b)基波通路；基波通路；(c)(c)高次谐波通路高次谐波通路 ECic1CL(b)icn(c)(a)ECIC0（一）集电极馈电 交流短路直流开路隔直电容：

59、旁路电容交流开路直流短路高频扼流圈:CCL图图3-17的直流通路和交流通路如下图：的直流通路和交流通路如下图：晶体管、负载回路和直流电源组成串联联接形式称为晶体管、负载回路和直流电源组成串联联接形式称为串联馈电串联馈电L：高频扼流圈高频扼流圈对直流短路对直流短路对交流开路对交流开路作用：阻挡高频信号流过直流电源作用：阻挡高频信号流过直流电源C：高频旁路电容高频旁路电容对直流开路对直流开路对交流短路对交流短路作用：提供交流通路作用：提供交流通路优点：馈电元件优点：馈电元件LL、CC和和V Vcccc均处于高频地电位，均处于高频地电位，他们的分布电容和分布电感就不会影响回路。他们的分布电容和分布电

60、感就不会影响回路。缺点：回路处于直流的高电位，回路的电容动片缺点：回路处于直流的高电位，回路的电容动片不能接地，调试不方便。不能接地，调试不方便。晶体管、负载回路和直流电源组成并联联接形式称为晶体管、负载回路和直流电源组成并联联接形式称为并联馈电并联馈电L：高频扼流圈：高频扼流圈C：电源滤波电容：电源滤波电容C”：隔直电容：隔直电容优点：回路处于直流低电位，克优点：回路处于直流低电位，克服了串馈的缺点。服了串馈的缺点。缺点：缺点：L L处于高频高电位，它处于高频高电位，它对地的分布电容很大对地的分布电容很大 ，影响回，影响回路谐振频率。路谐振频率。二、基极馈电电路二、基极馈电电路u馈电原则馈电