教学第5章高频功率放大器课件

第5章高频功率放大器高频范围:几百K~几百M输出功率效率主要技术指标:第5章高频功率放大器高频范围:几百K~几百M输出功率1放大电路根据电流的导通角分类:甲类放大:=360o线性放大功耗大适用:小信号放大乙类放大:=180o甲乙类放大:丙类放大:<180oC(180o

360o）适用:低频功率放大适用:高频功率放大非线性放大功耗较小§5.1概述放大电路根据电流的导通角分类:甲类放大:=360o线性放大2高频功放的主要特点:高频、大信号、非线性状态以调谐电路为负载实现线性放大§5.1概述高频功放的主要特点:高频、大信号、非线性状态以调谐电3基极回路：集电极回路：+CL++++bcCBo§5.2谐振功率放大器的工作原理基极回路：集电极回路：+CL++++bcCBo§4大信号输入时的折线近似：OCAO'VBZ§5.2.1谐振功率放大器的工作原理大信号输入时的折线近似：OCAO'VBZ§5.2.15OCAO'VBZVBB输出失真？§5.2.1谐振功率放大器的工作原理OCAO'VBZVBB输出失真？§5.2.1谐振功率放6工作点电流的平均分量、基波分量振幅…+CL++++bcCBo§5.2.1谐振功率放大器的工作原理ω2ω3ω4ωω工作点电流的平均分量、基波分量振幅…+CL++++bc7集电极功耗：§5.2.1谐振功率放大器的工作原理集电极功耗：§5.2.1谐振功率放大器的工作原理8ＶＣＣ供给的直流功率：输出的基波功率：集电极耗散功率：效率：波形系数集电极电压的利用系数§5.2.2功率关系ＶＣＣ供给的直流功率：输出的基波功率：集电极耗散功率：效率：95-3高频功放的折线近似分析法折线近似分析法:用折线代表晶体管的实际特性曲线,再用简单的数学解析式对电路分析计算5-3高频功放的折线近似分析法折线近似分析法:用折10转移特性的折线近似OCAO'VBZ§5.3.1晶体管特性曲线的理想近似转移特性的折线近似OCAO'VBZ§5.3.1晶11输出特性的折线近似欠压过压过压状态欠压状态临界状态临界线方程:§5.3.1晶体管特性曲线的理想近似输出特性的折线近似欠压过过压状态欠压状态临界状态临界线方程:12（１）（２）（１）－（２）：由（２）：§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解（１）（２）（１）－（２）：由（２）：§5.3.213§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解由傅立叶级数的求系数法：§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解由傅立叶级数的14§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解波形系数：§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解波形系数：15晶体管无输出效率:输出功率:§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解如何选择合适的导通角？晶体管无输出效率:输出功率:§5.3.2集电极余弦16动态线:加上激励信号和负载阻抗时:～低频电路:vCE(V)024681012100iC(mA)8060201432负载线IB=40(A)QIC=1.5MN已知R负载线唯一确定§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性动态线:加上激励信号和负载阻抗时:～低频电路:vCE(V)017高频电路:已知RP负载线不能确定★负载线还与管子的导通程度有关，即与基极的偏置与输入信号有关。§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性高频电路:已知RP负载线不能确定★负载线还与管子的导通程度有18斜率截距§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性斜率截距§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性19O动态线方程:作法1:横轴上取：OB=V0过B点作斜率为gd的直线BV0§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性O动态线方程:作法1:横轴上取：OB=V0过B点作斜率为gd20O作法2:确定两点A点：Q点：QA§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性O作法2:确定两点A点：Q点：QA§5.3.321§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性BAVCCVBBOQAB§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性BAVCC22放大器的动态电阻RC：斜率的倒数欠压（QA1）临界（QA2）过压（QA4A5）12345§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性放大器的动态电阻RC：斜率的倒数欠压（QA1）临界（QA2）23◆

集电极电压利用不充分VCC◆iC为尖顶余弦脉冲欠压（QA1）：§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性◆集电极电压利用不充分VCC◆iC为尖顶余弦脉冲欠压（Q24◆iC为尖顶余弦脉冲◆

集电极电压利用充分VCC临界（QA2）§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性◆iC为尖顶余弦脉冲◆集电极电压利用充分VCC临界（QA25VCC过压（QA4A5）◆

iC为尖顶下陷脉冲◆

集电极仍输出正弦

电压§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性VCC过压（QA4A5）◆iC为尖顶下陷脉冲◆集电极仍输26欠压状态：Icm1、Ic0基本不变过压状态：Icm1、Ic0减小RP增大RP增大Vcm增大Vcm基本不变恒流源恒压源§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性欠压状态：Icm1、Ic0基本不变过压状态：Icm1、Ic027直流输入功率：交流输出功率：集电极耗散功率：效率：弱过压区达到最大§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性直流输入功率：交流输出功率：集电极耗散功率：效率：弱过压区达28欠压状态：过压状态：临界状态：最佳工作状态负载变化时，输出电压基本不变适用：基极调幅电路输出电压不稳定§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性欠压状态：过压状态：临界状态：最佳工作状态负载变化时，输出电291、VCC对工作状态的影响（RP，VBB，Vbm不变）斜率的倒数：激励不变RP不变斜率不变VCCOBA§5.3.4各极电压对工作状态的影响1、VCC对工作状态的影响（RP，VBB，Vbm不变）斜率的30欠压状态欠压状态过压状态过压状态欠压VCC：过压临界集电极调幅：过压区工作§5.3.4各极电压对工作状态的影响欠压状态欠压状态过压状态过压状态欠压VCC：过压临界集电极调312、Vbm对工作状态的影响（RP，VBB，Vcc不变）过压Vbm：欠压临界基极调幅：欠压区工作§5.3.4各极电压对工作状态的影响2、Vbm对工作状态的影响（RP，VBB，Vcc不变）过压V325-4功放的高频特性低频区:中频区:高频区:折线分析法在低频区近似程度较高中高频区:功放的高频效应5-4功放的高频特性低频区:中频区:高频区:折335-5高频功放的电路组成§5.5.1集电极馈电电路按电源、晶体管、LC选频网络的连接方式：5-5高频功放的电路组成§5.5.1集电极34◆：VCC应直接加到C极，其间不存在其它电阻消耗能量VCC◆：LC回路对基波呈现大电阻，对其它高次谐波呈短路§5.5.1集电极馈电电路◆：VCC应直接加到C极，其间不存在其它电阻消耗能量VCC◆35C'：提供高频通路，防止高频信号串入电源L'：提供直流通路，防止高频信号串入电源VCC◆：是否满足§5.5.1集电极馈电电路C'：提供高频通路，防止高频信号串入电源L'：提供直流通路，36◆馈电的基本原则：直流电源的一端必须接地VCCVCC与地之间存在

不稳定的杂散电容与LC并联谐振频率§5.5.1集电极馈电电路◆馈电的基本原则：直流电源的一端必须接地VCCVCC37§5.5.1基极馈电电路按s、VBB、晶体管发射结的连接方式：适用于：工作频率很低或频带较宽的功放适用于：甚高频频段的功放电感耦合电容耦合§5.5.1基极馈电电路按s、VBB、晶体管发38

§5.5.2输入、输出与级间耦合网络★阻抗匹配★良好的滤波性能★较高的回路效率：将功放管的输出功率高效率地

传送到实际负载上四端网络§5.5.2输入、输出与级间耦合网络★阻抗匹395-10晶体管倍频电路◆振荡频率：频率稳定度越差◆利用石英晶振构成的振荡电路：要求主振器：倍频器的两种电路形式：丙类倍频器参量倍频器5-10晶体管倍频电路◆振荡频率：频率稳定40+CL++++Vm/V0mnωω§5.10晶体管倍频电路+CL++++Vm/V0mnωω§5.10晶体管倍频41波形系数§5.10晶体管倍频电路波形系数§5.10晶体管倍频电路42★获得较高的

倍频输出功率提高基极负偏压可能导致发射结反向击穿∴丙类倍频器一般：n=2~3§5.10晶体管倍频电路★★获得较高的

倍频输出功率提高基极负偏压可能导致发射结反向击43第5章高频功率放大器高频范围:几百K~几百M输出功率效率主要技术指标:第5章高频功率放大器高频范围:几百K~几百M输出功率44放大电路根据电流的导通角分类:甲类放大:=360o线性放大功耗大适用:小信号放大乙类放大:=180o甲乙类放大:丙类放大:<180oC(180o

360o）适用:低频功率放大适用:高频功率放大非线性放大功耗较小§5.1概述放大电路根据电流的导通角分类:甲类放大:=360o线性放大45高频功放的主要特点:高频、大信号、非线性状态以调谐电路为负载实现线性放大§5.1概述高频功放的主要特点:高频、大信号、非线性状态以调谐电46基极回路：集电极回路：+CL++++bcCBo§5.2谐振功率放大器的工作原理基极回路：集电极回路：+CL++++bcCBo§47大信号输入时的折线近似：OCAO'VBZ§5.2.1谐振功率放大器的工作原理大信号输入时的折线近似：OCAO'VBZ§5.2.148OCAO'VBZVBB输出失真？§5.2.1谐振功率放大器的工作原理OCAO'VBZVBB输出失真？§5.2.1谐振功率放49工作点电流的平均分量、基波分量振幅…+CL++++bcCBo§5.2.1谐振功率放大器的工作原理ω2ω3ω4ωω工作点电流的平均分量、基波分量振幅…+CL++++bc50集电极功耗：§5.2.1谐振功率放大器的工作原理集电极功耗：§5.2.1谐振功率放大器的工作原理51ＶＣＣ供给的直流功率：输出的基波功率：集电极耗散功率：效率：波形系数集电极电压的利用系数§5.2.2功率关系ＶＣＣ供给的直流功率：输出的基波功率：集电极耗散功率：效率：525-3高频功放的折线近似分析法折线近似分析法:用折线代表晶体管的实际特性曲线,再用简单的数学解析式对电路分析计算5-3高频功放的折线近似分析法折线近似分析法:用折53转移特性的折线近似OCAO'VBZ§5.3.1晶体管特性曲线的理想近似转移特性的折线近似OCAO'VBZ§5.3.1晶54输出特性的折线近似欠压过压过压状态欠压状态临界状态临界线方程:§5.3.1晶体管特性曲线的理想近似输出特性的折线近似欠压过过压状态欠压状态临界状态临界线方程:55（１）（２）（１）－（２）：由（２）：§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解（１）（２）（１）－（２）：由（２）：§5.3.256§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解由傅立叶级数的求系数法：§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解由傅立叶级数的57§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解波形系数：§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解波形系数：58晶体管无输出效率:输出功率:§5.3.2集电极余弦电流脉冲的分解如何选择合适的导通角？晶体管无输出效率:输出功率:§5.3.2集电极余弦59动态线:加上激励信号和负载阻抗时:～低频电路:vCE(V)024681012100iC(mA)8060201432负载线IB=40(A)QIC=1.5MN已知R负载线唯一确定§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性动态线:加上激励信号和负载阻抗时:～低频电路:vCE(V)060高频电路:已知RP负载线不能确定★负载线还与管子的导通程度有关，即与基极的偏置与输入信号有关。§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性高频电路:已知RP负载线不能确定★负载线还与管子的导通程度有61斜率截距§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性斜率截距§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性62O动态线方程:作法1:横轴上取：OB=V0过B点作斜率为gd的直线BV0§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性O动态线方程:作法1:横轴上取：OB=V0过B点作斜率为gd63O作法2:确定两点A点：Q点：QA§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性O作法2:确定两点A点：Q点：QA§5.3.364§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性BAVCCVBBOQAB§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性BAVCC65放大器的动态电阻RC：斜率的倒数欠压（QA1）临界（QA2）过压（QA4A5）12345§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性放大器的动态电阻RC：斜率的倒数欠压（QA1）临界（QA2）66◆

集电极电压利用不充分VCC◆iC为尖顶余弦脉冲欠压（QA1）：§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性◆集电极电压利用不充分VCC◆iC为尖顶余弦脉冲欠压（Q67◆iC为尖顶余弦脉冲◆

集电极电压利用充分VCC临界（QA2）§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性◆iC为尖顶余弦脉冲◆集电极电压利用充分VCC临界（QA68VCC过压（QA4A5）◆

iC为尖顶下陷脉冲◆

集电极仍输出正弦

电压§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性VCC过压（QA4A5）◆iC为尖顶下陷脉冲◆集电极仍输69欠压状态：Icm1、Ic0基本不变过压状态：Icm1、Ic0减小RP增大RP增大Vcm增大Vcm基本不变恒流源恒压源§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性欠压状态：Icm1、Ic0基本不变过压状态：Icm1、Ic070直流输入功率：交流输出功率：集电极耗散功率：效率：弱过压区达到最大§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性直流输入功率：交流输出功率：集电极耗散功率：效率：弱过压区达71欠压状态：过压状态：临界状态：最佳工作状态负载变化时，输出电压基本不变适用：基极调幅电路输出电压不稳定§5.3.3高频功放的动态特性和负载特性欠压状态：过压状态：临界状态：最佳工作状态负载变化时，输出电721、VCC对工作状态的影响（RP，VBB，Vbm不变）斜率的倒数：激励不变RP不变斜率不变VCCOBA§5.3.4各极电压对工作状态的影响1、VCC对工作状态的影响（RP，VBB，Vbm不变）斜率的73欠压状态欠压状态过压状态过压状态欠压VCC：过压临界集电极调幅：过压区工作§5.3.4各极电压对工作状态的影响欠压状态欠压状态过压状态过压状态欠压VCC：过压临界集电极调742、Vbm对工作状态的影响（RP，VBB，Vcc不变）过压Vbm：欠压临界基极调幅：欠压区工作§5.3.4各极电压对工作状态的影响2、Vbm对工作状态的影响（RP，VBB，Vcc不变）过压V755-4功放的高频特性低频区:中频区:高频区:折线分析法在低频区近似程度较高中高频区:功放的高频效应5-4功放的高频特性低频区:中频区:高频区:折765-5高频功放的电路组成§5.5.1集电极馈电电路按电源、晶体管、LC选频网络的连接方式：5-5高频功放的电路组成§5.5.1集电极77◆：VCC应直接加到C极，其间不存在其它电阻消耗能量VCC◆：LC回路对基波呈现大电阻，对其它高次谐波呈短