高频第章高频谐振放大器高频功放状态及高频效应

第3章高频功率放大器3.2.2高频谐振功率放大器的工作状态3.2.3高频谐振功率放大器的外部特性3.4高频谐振功率放大器的实际电路作业：3-8、3-91.谐振功率放大器的动特性

动特性是指当加上激励信号和接上负载时，集电极电流ic与集电极电压uce的变化关系.它是由晶体管的输出特性曲线和负载线共同决定。3.2.2高频谐振功率放大器的工作动态当放大器工作于谐振状态时，它的外部电路关系式为uBE=–Eb+Ubcost

uCE=EC–Uccost消去cost可得，uBE=–Eb+Ub另一方面，晶体管的折线化方程为ic=gc(uBE–E’b)得出在ic–uCE坐标平面上的动态特性曲线(负载线或工作路)方程：（4.3.19）=gd(uCE–V0)负载线的斜率为，截距为图中示出动态特性曲线的斜率为负值，它的物理意义是：从负载方面看来，放大器相当于一个负电阻，亦即它相当于交流电能发生器，可以输出电能至负载。用类似的方法，可得出在ic–uBE坐标平面的动态特性曲线。电压、电流随负载变化波形令uCE=EC，为图中Q点（ic为负值），再令ic=0时，为图中的P点。

Uc、ic随负载变化的波形如图所示，放大器的输入电压是一定的，其最大值为Ubemax，在负载电阻RP由小至大变化时，负载线的斜率由大变小，如图中123。不同的负载，放大器的工作状态是不同的,所得的ic波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样的。三种工作状态：①欠压状态---B点以右的区域。在欠压区至临界点的范围内，根据Uc=RpIc1，放大器的交流输出电压在欠压区内必随负载电阻RP的增大而增大，其输出功率、效率的变化也将如此。2.高频功放的工作状态②临界状态---负载线和ubemax正好相交于临界线的拐点。放大器工作在临界线状态时，输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大。③过压状态放大器的负载较大，在过压区，随着负载Rp的加大，Ic1要下降，因此放大器的输出功率和效率也要减小。电压、电流随负载变化波形1.功率放大器的负载特性

什么是负载特性呢？即EC、Eb、Ub不变时，与负载之间的关系。在其他条件不变(EC、Eb、Ub为一定)，只变化放大器的负载电阻而引起的放大器输出电压、输出功率、效率的变化特性称为负载特性。电压、电流随负载变化波形3.2.3高频功放的外部特性

外部特性指的是放大器的性能随外部参数变化的规律（关系）。包括负载特性、振幅特性、调制特性、调谐特性。

过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。负载特性曲线

欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。

临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。负载特性曲线掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。2.高频功放的振幅特性振幅特性是指放大器电流、电压、功率及效率随激励信号振幅Ub的变化特性。

Ub变化，但EC、(-Eb)、Rp不变或(-Eb)变化，但EC、Ub、Rp不变，这两种情况所引起放大器工作状态的变化是相同的。因为无论是Ub还是Eb的变化，其结果都是引起uBE的变化。由uBE=-Eb+Ubcost

uBEmax=-Eb+Ub当(-Eb)或ub由小到大变化时,放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。Ub变化时电流、功率的变化3.高频功放的调制特性调制特性是指放大器的偏置直流电压改变时，输出的高频信号的振幅随之变化的特性。分为基极和集电极调制特性。（1）集电极调制特性----EC变化时对工作状态的影响：EC由小变大，负载线向右平移，状态由过压进入欠压，EC变化时对工作状态的影响在欠压区内，输出电流的振幅基本上不随EC变化而变化，故输出功率基本不变；而在过压区，输出电流波形出现凹陷，振幅随EC的减小而下降，故输出电压也随之下降。在过压区中输出电压随EC改变而变化的特性为集电极调幅的实现提供依据；因为在集电极调幅电路中是依靠改变EC来实现调幅过程的。改变EC时，其工作状态和电流、功率的变化如上图所示。（2）基极调制特性

在欠压区，电压、电流随（-Eb）变化明显，调制特性显著。4.高频功放的调谐特性

调谐特性是指当谐振回路失谐时，放大器的电流、电压、功率及效率随之变化的特性。利用调谐特性，可以指示放大器是否处于谐振状态。当回路失谐时，无论实感性还是容性失谐，阻抗的模制要减小，且有相角φ，工作状态会发生变化。（1）若原来处于弱过压区，当失谐时，由于阻抗模值变小，根据负载特性，此时会向临界或欠压区变化，使Uc减小，Ic1、Ico增大。Ico变化较为明显。故可依据Ico的变化作为调谐指示。

特别注意：失谐时直流功率增加，而输出功率因cosφ而减小，集电极功耗迅速增加，长时间可能损坏管子。调谐时，可用降低Ec或减小激励的办法避免损坏管子。谐振功率放大器的工作状态调整：00(a)(b)欠压状态过压状态VCC欠压状态过压状态VCCIc0Icm1PoP=Pc思考题：已知谐振功率放大器工作在过压状态，欲将它调整到临界状态，应改变那些参数？不同的调整方法所得到的输出功率是否相同？谐振照功率样放大锡器的待计算谐振烛功率押放大恭器的占主要快指标恶是功丧率和雪效率财。以故临界围状态缎为例散：1)首先妄要求吼得集猾电极绿电流塔脉冲载的两感个主漏要参纯量icma菜x和导通堵角集电收极电手流脉胸冲幅科值icma制x电流搜余弦以脉冲暂的各茶谐波何分量剩系数0(c)、1(c)…n(c)可查农表求雾得，颂并求以得个污分量故的实凑际值券。3)谐振乔功率击放大植器的廉功率冬和效恭率直流姑功率柄：PO=Ic0EC交流除输出米功率即：集电抛极效订率：4)根据可求仇得最挑佳负茧载电蒙阻：在临径界工于作时异，接近服于1，作碎为工脏作估满算，玻可设描定=1。“最饱佳”招的含鼻义在建于采某用这悔一负悔载值弓时，打调谐粮功率范放大探器的只效率墨较高捡，输涛出功绢率较猾大。可以否证明赤，放保大器争所要艇求的拜最佳逢负载纷是随凭导通竿角改变狼而变化的断。小，道则Rp大。仍要提命高放吩大器裁的效闪率，债就要尚求放尺大器摧具有并大的炼最佳昼负载昌电阻从值。在实邀际电攻路中航，放吼大器吃所要捕求的闯最佳奶电阻辈需要及通过嫌匹配宅网络滋和终怒端负丛载(如天清线等)相匹忍配。临界化状态串的计蹄算公秧式当ωt=昂0时，uce=uce云mi箭n,uBE=uBE涂ma把x因此宰，icm景ax=Scuce霞ma纽奉xuce鸟ma巾x=icm拦ax/Scr集电帜极电睛压利污用系驳数ξ=Uc摸/E悬c=(Ec驴-uce皇mi确n)/饱EC=1分-(uce敢mi缓n/Ec)=1灯-(幸icm翠ax/ScEc)由于P1=1零/2宅UcIc1=0虚.5ξECIcm纵axa1(θ)所以Icm识ax=2沈P1/ξEca1(θ)因此姓，有例3-状1某高巩频功后率管薯工作贸在临辽界状是态，堵通角济为70，输胳出功球率为3W，EC=2哗4v雅,Eb=-片0.气5v稀,所用征高频价功率掀管的倒临界往饱和乡丰线斜何率SC=0汽.3称3A下/V吐,转移谅特性泉曲线顿斜率SC=0荣.8毕A/顶V,牺E’b=0奋.6日5v上,管子取能安暮全工作寒。试躺计算忆：P0、η、Ub以及丑负载妻阻抗苍的大赠小。解：（1）(2碎)衔ICO=icma0(θ)=那0.桨15换8相Apo=IC0EC=3追.7挂9wIC1=icma1(θ)=米0.耳27教3ApC=P0-P1=0贵.7订9wη=P昆1/秒P0岭=7莲9%或=ξγ/2验=0稠.9亮21澡x(碰a1执/a绞0)月/2=0炭.9疮21仁x0破.2荒73填/0朵.1射58届x2暂=0姥.7冶96购%RLC妥r=UC/IC1=ξEc/0看.2纷73够=0以.9候21桥X2容4/护0.峡27极3=她82欧姆（3）Ub=icm/(眠1-倘co臣sθ)S敲=1批.1烧9vEb=E’b-Ubco辽sθ=0州.2接4v3.射3晶体理管功欧率放材大器位的高除频效步应一、朗概述用折孤线法娱分析泳高频妄功率焰放大介器时订要引清入相进当的子误差豪，低铅频时嗽误差陈还是届允许女的。贡但随星着工菊作频皮率的无提高仇，由缝于晶降体管喂的高耽频特装性及林大信剥号的告注入件效应漂而引叶入的腊误差木将更热大，奶严重踢时，朱使放欢大器需无法咐工作劲。一方镇面应妖该考油虑晶圆体管浪基区伸少数略载流狂子的狭渡越阅时间朴、晶齿体管历的体漫电阻(特别寄是rbb的影疾响)。饱圈和压或降及趁引线耗电感益等因亮素的依影响象；另李一方勾面，跳功率若放大污管基沙本工宿作在袜大信售号，痕即大租注入财条件障下，圣必须领考虑千大注抽入所握引起评的基筐极电席流和些饱和掏压降倚增加景的影治响。筛上述兔的这合些影古响都颜会使链放大酸器的功率遵增益妹、最炭大输慢出功爬率及移效率皂的急功骤下突降。二、毕基区青渡越咽时间乎的影种响在高偿频小毯信号墙工作穴时，德渡越秒角是吴以扩学散电牙容的蝴形式挽来表增示基样区渡荐越时洒间的铲影响捉的，度由于卸信号膜的幅秤度小晌结电衣容可哥等效声成线灾性的喜。而铸在大狗信号并高频兵工作雾时，沿必须较考虑谈其非闭线性胁特性念。高频馒情况放下功时放管肉各电伤极电夹流波忙形为什康么发挤射极旱电流乓出现腰负脉层冲呢竖？这是羊由于馋少数骆载流训子在炎基区策渡越易时间挺所引舌起（浑基区取内的膀空间再电荷飘储存案效应最）。1、当古发射弄结电雕压由翠正变如负时嘉，基绝区内打的非组平衡替少数宽载流项子来潜不及量扩散蕉到集戴电极替，又雀重新莫推斥告回发战射极粮，形济成负内脉冲宿。同贱时频级率升喇高后清，增暴加了抄通过葵发射乓结电忆容的裹电流脆，使磁基极各电阻琴上的催电压腹降增阅加，桶因而捉结电雕压下悦降，足也使畏主脉筒冲的堆高度拴降低.正脉疫冲的盆通角那与频委率无歪关，禁负脉饭冲的绵通角栽为旗。2、集到电极表电流跨峰值侍点落茎后于矮发射绪极电卷流脉刺冲峰洽值点之的角仍度没0，这升是由暗于发悠射极洪到集蜘电极育的渡机越时斩间引叶起的雪。直野到渡骂越结军束，闹集电怜极电仇流才连下降顶到零纯。在工傲作频罗率很歇高，牧渡眯越角轻在0=1凡0~2僵0时。发射栋极电滩流ie随着或工作晃频率快提高竿，存陈贮在期基区捉中的鞠载流子彩由于史输入啊信号vb迅速犯向负籍极性厦变化择而返畏回发配射极土，因而ie出现敌反向东脉冲犬，管暖子的河导通忘角加甲大，置工作课频率焰越高,ie反向挺脉冲卡的宽它度就摩越大田，幅纤值也慨越高蚊，导偷通角宵也越兼扩展毯。(2舌)集电起极电咳流ic峰值煎滞后陶于Ie的峰祸值二狱者差功一渡此越角0，ic导通存角也民由低欲频时成的c增大货到c+20，峰承值下康降。高频南情况即下功烘放管各电舍极电露流波犯形wt0qcwt0(wt0=10°~20°)ibicie2wt0(3扰)基极括电流ib由于ie出现叛反向烛脉冲绘，根押据ib=ie–ic，所以ib也出炎现反证向电修流脉雕冲，物渡越妨角增刊大，油负脉坦冲也佳增大沉，使慢平均朱值电尿流（鬼直流视）减猜小，利平均伪值甚才至变肯负。畏同时脂正脉柔冲幅粥度增拘大，借使基释波电摩流增柏大。1、ic的导敞通角段加大亡，将恋使电损压增劈燕益下诞降，缸使功依率管记的效杰率大谜大降蝴低；2、基极宏基波档电流Ib1的加测大和滑集电睬极基智波电雅流下党降，瞒将使钱激励豪功率凡增加钓，这虑会使舌放大咬器的肚功率龟增益塘降低息，这宋种现撕象将痒随工陕作频速率升饱高而直加剧类。高频撤情况街下功证放管听各电提极电青流波施形三、备晶体霜管基闸极体村电阻rbb的影傍响当频率认增高时，止已经礼证明归基极舞电流颈的基该波振摇值Ib1是迅蛾速增威加的铲，这齿表明b–e间呈上现的宴交流江阻抗货显著轻减小水，因疯此rbb的影稠响便哈相对怨增加类，要哥求的虾激励钩功率较将更榆大，域这会片使功肥率增伞益进廉一步狮减小酷。四、鸭饱和旨压降Vce限s大信虑号注仅入时手，功技率管孔的饱更和压辜降将部增大运，在高频工作马时，枝集电捆极体哀电阻骑也要扮提高株，致粥使饱柜和压活降进捞一步便增加如。例如:当f=眯30庸MH歉z时，实测麻某管愈的Vce踪蝶s=1亡.5房诚V，当f=询20杯0M删Hz时，Vce淡s则可唯大到3.苗5V。Vce遵s的增任加，兆会使效功率宵放大苦器的睛输出规功率册、效望率、遗功率尖增益卧均减棕少。五、拾发射猴极引鹅线电尸感的冶影响在更代高频读率工费作时窃，要捐考虑缩慧管子毕各电摧极引冲线电巨感的缩慧影响劲，其戴中以锦发射沈极的佩引线井电感娱影响组最严绪重，替因为磁它能盖使输选出输祥入电氧路之榨间产肤生寄胡生耦欣合。一般再长度身为10壤mm的引薄线，恶其电赔感约夏为10–3H，在工备作频凯率为30样0M厦Hz时，较感抗峰值约息为1.将9，若雅通过1A高频聚电流汤，则易会在庄此感魔抗上染产生谢约1.羊9V的负叉反馈窃电压践。这嫂种负做反馈条当然括会使烘输出扣功率逐及功惨率增妈益下宋降，弦并使胁激励荐增加宗。1.集电毫极馈盗电电隔路根据龄直流失电源粥连接抖方式层的不征同，寇集电票极馈害电电真路又懒分为串联脂馈电和并联旱馈电两种意。3.冈4.昆1直流拾馈电艳电路LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)

串馈(b)

并馈3.蔑4高频爱功率拒放大把器的厉实际半电路管外际电路侍由二药部分丝式组成石：直茫流馈物电电谣路和宿滤波刺匹配探网络串馈孙电路指直从流电售源VCC、负载崭回路(匹配网逼络)、功住率管阿三者剑首尾揉相接骨的一描种直登流馈电电畜路。C’、L’为低纱通滤妨波电鹊路，A点为矿高频地电列位，扁既阻僚止电孕源VCC中的泼高频黎成分镜影响关放大器肿的工偷作，稼又避扫免高珍频信膛号在LC负载册回路以外荡不必羊要的餐损耗齿。C’、L’的选掘取原脸则为1/C’＜回路殃阻抗R’1尊/(仇50铜~1煤00柴)ωL’＞1/C’(删50慎~10椅0)(2龄)并馈四电路指直能流电纸源VCC、负载痒回路(匹配机网络)、功雨率管但三者兔为并穴联连降接的磁一种肾馈电治电路折。如纳图L’为高善频扼汽流圈，C1为高宋频旁欢路电跟容，C2为隔形直流批通高杨频电版容，LC、C1、C2的选甚取原瞧则与撇串馈曾电路向基本计相同。(3逗)串、症并馈党直流吨供电财电路召的优电缺点在并馈电路南中，灵信号陵回路蒙两端染均处牵于直妙流地遇电位载，即零电封位。寄对高柜频而追言，藏回路胁的一朴端又眠直接逆接地议，因晕此回粘路安装犬比较孩方便砌，调去谐电畏容C上无善高压惠，安膜全可隐靠；缺点是在并馈搜电路闲中，新扼流驰圈LC处于优高频头高电饰位上虾，它肾对地冶的分屈布电容忆较大闸，将口会直假接影各响回晋路谐钱振频盛率的孙稳定由性；串联电路的躬特点滔正好惹与并这馈电葵路相工反。Vc栽c、L’、C’均处脸于高眨频低揉电位现，分刻布电粥容不承会影录响回孕路。缺点是回是路处坊于直职流高率电位铺，电卷容动咐片不粗能直凤接入脊地，新安装剂调试乐不方草便。2.基极图馈电相电路基极构馈电齐电路爆也分串馈和并馈两种哑。基极卫偏置董电压VBB可以距单独阁由稳喘压电侄源供佣给，案也可葡以由集电仙极电局源VCC分压举供给蛮。在软功放破级输永出功做率大剃于1W时，基极吩偏置思常采区用自保给偏论置电恰路。1.级间盒耦合仆网络多级换功放累中间胳级的袜一个慨很大讽问题拨是后透级放吉大器兽的输支入阻兽抗是僵变化恩的，投是随叙激励唯电压娱的大稻小及倦管子证本身容的工追作状公态变糟化而振变化释的。这个锅变化滥反映慰到前堡级回肥路（典即级占间耦尚合回刷路）迈，会适使这细回路纹的等兼效阻婚抗变急化，伶工作哪状态饲发生类变化分。此胆时，沫若前诞级工浆作在编欠压境状态罢，则今由于达负载壳的变优化，斤其输受出电电压将父不稳蜡定。对于终中间狠级而掩言，然最主扬要的磨是应党该保蛇证它影的电压纲输出农稳定风（处于眯过压疯状态），以逝供给俗下级陕功放萍稳定允的激辩励电毫压，灾而效率胸则降衫为次咐要问题陡。4.质3.喝2输入/输出烤匹配斩网络目的参：（1域)保证间传输悟到负伟载的忠功率刚最大劲，即气要求恒阻抗羽匹配阵；（2）滤用波作听用；（3）波萌段匹纵配，稍要求宣方便购改变殊波段圆。对于袜中间武级应爱采取遣如下态措施品：1)使中万间级费放大句器工粮作于过压肺状态，使梁它近尸似为漆一个恒压源。2)降低还级间汁耦合栋回路望的效尝率。回摩路效棚率降物低后崖，其料本身的吼损耗耽加大袭。这极样下鹅级输迎入阻担抗的色变化巴相对始于回杯路勉本身明的损仰耗而烟言就范不显受得重昆要了愁。中芒间级赏耦合寨回路的效跑率一被般为k=0稿.1～0.没5，平均偶在0.瞎3上下盏。也依就是眉说，鄙中间记级的否输出箭功率付应为副后一粗级所画需激心励功弃率的2～10倍。农即2.输出当匹配忠网络输出窄匹配黎网络毅常常讨是指斗设备沸中末柿级功按放与纷天线醒或其苏他负逃载间邻的网萍络，基这种退匹配司网络拼有L型、型、T型网尝络及锐由它暂们组触成的卷多级健网络取，也弦有用约双调鼻谐耦涛合回氏路的组。输出症匹配沉网络既的主恭要功阻能与医要求寨是匹配、滤波和高效冰率。高频膊调谐指功率荐放大很器的投阻抗植匹配兽就是决在给狡定的分电路蓬条件弓下，绢改变遣负载壁回路角的可晴调元惯件，将负屠载阻挖抗ZL转换范成放俯大管晒所要私求的厘最佳托负载献阻抗Rp，使管税子送权出的鬼功率P0能尽禾可能艇多的季馈至酿负载私。这射就叫遭做达雷到了弦匹配蔑状态输，或顷简称逃匹配兔。下图脸所示飞的匹讲配网虚络具辉有电亦路简枕单、枯容易俭实现挑的优灭点，葬不足继之处集是电恒路的决品质葡因数Q值很卖低(通常Q＜10粒)，因此谈电路乌的滤娃波特粥性很愤差，穗所以勒在实梢际的秧发射卸机中遥，常盼常选障用T型或型网弦络作锦匹配辛之用涝。L型匹塑配网般络L-何2型L-1型调节Q值使两之匹茂配，丝式并使XL=XCRpRpLLCRL(小)CRL(大)(b)RL＞Rp匹配网络(a)

RL＜Rp匹配网络下图径是两陕种形网候络是逢其中熔的形欧式之腹一(也可惜以用T型网耽络)。图闲中RL代表杏终端(负载)电阻病，RP代表恐由RL折合邀到左住端的捕等效羽电阻吸，故酬接线皆用虚遥线表诵示。形网消络若即使Q2远小隔于1，即Rs=R音L也无件法满内足匹立配（Rp＜Rs）。下图低是两令种形网脖络是曾其中赤的形滥式之贩一(也可百以用T型网弯络)。图沾中R2代表惹终端(负载)电阻像，R1代表爸由R2折合明到左船端的婶等效躲电阻宜，故昨接线本用虚晋线表从示。T型网美络最常宅见的奏输出艰回路甘是复芳合输推出回谋路，身如图能所示编。图中读，介皂于电圈子器渡件与五天线卫回路之索间的L1C1回路协就叫候做中归介回路绑；RACA分别掀代表赏天线温的辐射电盗阻与析等效磁电容半；Ln、cn为天线极回路昌的调暂谐元教件，盟它们升的作用月是使惊天线楼回路炕处于戒串联唇谐振状桂态，辱以获怠得最话大的遍天线叠回路电辣流iA，亦即恢使天捉线辐毅射功率达画到最桂大。复合次输出筐回路(为了彩简化锁电路嫂，省知略了直流京电源然及辅冲助元范件L、C、C等)这种阶电路娱是将疼天线(负载)回路晋通过踏互感本或其吓他形棒式与姻集电踢极调幅谐回赶路相陡耦合波。LnC1CARACnL1r1L2可以藏看到砖：两羽种输叼出网注络，民从晶桨体管敬集电埋极向分右方邻看去王，都执应等众效为楼一个谋并联罪谐振服回路俘，如想图所能示。等效非电路由耦轧合电冻路的脊理论快可知标，当负天线菌回路鲁调谐到抢串联李谐振肚状态沙时，孩它反巨映到L1C1中介回保路的塑等效驶电阻轮为因而王等效忌回路俩的谐息振阻阿抗为C1L1r¢r1ik改变M(晶体芝管电浸路由美于元谣件小谢，实烈现可贝变M是较缓困难的，足这时袜里为灶了便瓜于说酷明问吵题，牛因而哗仍采分用了壳改变M的讲法)，就辱可以张在不伴影响塌回路刺调谐搅的情埋况下畏，调尊整中饥介回名路的等效叶阻抗贤，以赠达到释阻抗桶匹配杰的目删的。耦合雁越紧长，即蔬互感M越大枪，则霜反映员等效妥电阻发越大漫，回路的鸦等效筒阻抗熄也就麦下降捞越多供。为了轮使器糕件的畏输出扰功率叨绝大辽部分忠能送仪到负何载RA上就寸希望反射健电阻r>>回路览损耗班电阻r1衡量器回路阿传输卖能力什优劣妇的标惜准，朱通常靠以输献