高频电子线路课件-第5讲

本章导 高频功率放大电路在系统高频功率放大器的输出功率和效率与哪些因素有关第3频功率放大电功特点。丙(C)类谐振功率放大器的工作丙类功放的组成：放大器＋带通输信基极静偏集电极态偏3-1体管高频功率放大器的原路晶体管输出电流为周期脉冲形状，将其命名为弦脉冲电流， 级数展开IIc0 Ic1mcostIc2mcos2tLIcnmcosIc0：集电极余弦电流脉冲的直流分 设输入信号是频率ω Uim为 基极回路为 Uim VCC VCCIc1mRcostVCCUcm式中U

Ic1m

是输出电直流功率谐振功放输出交流功率、:PDUCCIC 1UP0

I

2

coP1D C PCPD增大减小IC0(即减小集电极平均电流,通过降低静态工作点可以实现) 三种不同静 B、QC和别是甲类、乙类和丙类工作时的

甲、甲类功放分在甲类工作状态时,为保证不失真,必须满足Ic1m≤IC0,又Ucm≤UCC(忽略晶体管饱和压降),所以由效率公式可知,最高效率为50%。乙类功放分在乙类工作状态时,集电极电流是在半个周期内导通的尖顶余脉冲,可以用傅氏级数展开为iCiC0Ic1mcos0tIc2mcos0t1 1 cost2 cos2t 2 其中ICm是尖顶余弦脉冲的高度11 1 丙类功放分 问题：功率放大电路是大信号工作 而在大号工作时必须考虑晶体管的非线性特性,这样将使解决方法：为简化分析,可以将晶体管特性曲线理想化,即用一条或几条直线组成折线来代替,称为折将晶体管转移特性折线化,由此来分析丙类工作临界和欠压过压临界和欠压过压晶体管转移特性曲 晶体管输出特性曲 g(uBE Uon uBE≥Uon0 0 U图3.3谐振功率放大器的转移特性与输入电压、输出u000丙类状态转移特集电极余弦电流脉冲 Uim代入

g(uBE Uon

uBE≥Uon0 0

Uon得 g(VBBUimcostUon由图3.3可知，当t 时 cosUon

则当ωt=0iC

g(VBBUimUon)gUim(1cos将上两式代入集电极电流的表达式，并整理得iC

cost1将iC

cost1

展开 级其中

i

sincos

( Ic0

2

t)

(1cos

icostd(t)

sincos M

2

(1cos

icosntd(t)

2sinncos2nsincosn (

2

n(n21)(1cos

Ic0 Icnmcos Ic0 Icnmcos113500

定义波形)

g()

10(10

2040

80100120140160

80100120140160 图3.4输出功率与放大器 1 P 2

2()2

2 为了提高输出功率，需增大基波电流分解系 由图12。 因此在丙类工作状态时，放大器并不是输出功率最大集电极电源提供的直放大器的

1Ic1mUcm 2ID定义：集电极利用

1g 1gC21增大波由式(3.18)与式(3.5)可知，增大用系数从导通 忽略集电极饱和压降，设集电极利用系数为1，当导通角70度，集电极效率可达到85.9%；而120度时的效率只能达到64%。。1甲类

180o，g1()

乙类90o，g(1.57， 丙类（设 ）：60o，g()1.8， 压Uon=0.6V，该放大

Vcc18V，VBB0.3V，Uim 。求导通角、Icm、Ic1m、Ic0以及Ucm解

cos

0.60.30.33

则： gUim(1cos)0.9(1-0.33)

(70.7) (70.7)则：Ic0 (70.7)

(70.7)Ic1m 600.263

P1

115.80.2632 VCC 180.153C C

2.08 谐振功率放大器的动态特性谐振功率放大器的动1.性能 问题 Ucm的大小受哪些参数影响 ,借助谐振功放输入回路、输出回路和晶体管转移特性的表达式,来分析以上两个问题。CA—饱和区动态AB的CA—饱和区动态AB的位置是gdgd (1cos g(1cos0

0

D 0

iC=-gd(uCE-0

CEQuCE由于谐振功放的负载是选频网络,故输出交电压uc必然是一个完整的余弦信号图折线化转移特性和输出特性在图3.5中，若放大器工作在欠压状态，此时放大器工作

由 u

）当t

VBBUim，得到

VCCU uBEVBB，得到Q22

uBEVBB-

Ucm连接A、Q点，其与横轴相交于B点，则A、B、C即为动态由图3.5可知，临界饱和线、截止区的动态线都是确 dU(1cos dU(1cos1R()(1cos gVgV（1）负载特谐振功放的负载特性：若UBB、UCC和Ubm三个参数固定,发生变化,动态线、Ucm以及Po、ηc等性能指标会有什么变化由图3.6可知：UBB和UCC固定意味着Q点固定,Ubm固定进根据式(3.2.14)：放大区动态线斜率1/Rd将仅随RΣ

流减小

B2

uCE

A2—临界A3—过压uCE 图 三种不同斜率情况下的动态线及波形分 幅Ucm1也最小,晶体管工作在放大区和截止区。 动态线A3B3的斜率最小,即对应的负载RΣ最大,幅Ucm3比Ucm2略为增大,晶体管工作在饱和区、放大区和截止区根据输出电压振幅大小的不同这三种工作状态分别称为欠压状态放大区和饱和区又可分别称为欠压区和过压区注意,在过压状态时,iC波形的顶部发生凹陷,这是由于进入过压区欠 临 过压

欠 临图3.7谐振功放的负载特随着RΣ的逐渐增大,动态线的斜率逐渐减小,由欠压状态进入临界状态,再进入过压状态。（2）放大 放大特性：若UBB、UCC、RΣ三个参数固定,输入Ubm变化, 图3.12是利用折线化转移特性分析丙类工作时iC波形随变化的关系,并给出了Ucm、Ic1m和Ic0与Ubm的关系曲线。 由于Ubm的变化将导致θ的变化 从而使输出特性欠压,所以利用输出特性分析放大特性不方便000 在欠压状态时,Ucm随Ubm增大而增大,但不成线性关系,, 会随Ubm的变化而变化,此时Ucm与Ubm才成正比关系。（3）.调制特(3.1)基极调制特性基极调制特性：若UCC、RΣ和Ubm固定,输出电压振幅Ucm随基分析方法：由于UBB和ub是以串联迭加方式处于功放的输入回路,所以UBB的变化与ub的振幅Ubm的变化对输出电流iC和输出电基极调制的目的：使Ucm随UBB的变化规律而变化,所以功放应工作在欠压状态,才能使UBB对Ucm有控制作用。基极调制基极调制特性是指仅改变基极偏置电压VBB时，放大器流、电压等的变化特性，其波形如图3.10所示图3.10基极电压变化的 3.11集电极调制特性：若UBB、RΣ和Ubm固定, 21Ⅱ压Ⅰ临界欠压21Ⅱ压Ⅰ临界欠压0UCC3UCC20uⅢ ⅡⅠⅢ 区,的动态欠移,动态线的斜率不变。在欠压状态时,当改变时Ucm在过压状态时,Ucm此时功放应工作在过压状态, 才能使UCC时对Ucm有控制作用, 即振幅0调制作用

图.3..8.9 小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若对等幅信号进行功率放大,应使功放工作在临界状态,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率若对非等幅信号进行功率放大,应使功放工作在欠压状态, 若调制信号加在基极偏压上,功放应工作在欠压状态若调制信号加在集电极电压上,功放应工作在过压状态回路等效总电阻RΣ直接影响功放在欠压区内的动态线 Vcc=18V，临界饱和线斜率为gcr=0.6A/v ，导通角θ=60o PD以及集电极效率ηcgcr

VCCU得Ucm

180.45 (60)(60)

II

(60 0.45P1

1 (60) cm cm PDUVIc0UVIcm0(60)180.450.22

1.47D D【例】已知一谐振功放工作在欠压状态，如果要将它调整到临界状态，需要改变哪些参数？不同调整方法所得到的输出解：可以有四种调整方法。设原输出