《高频4高频功率放大器课件.ppt

1、第1页，共52页。4.1 概述概述1、高频功率放大器的主要任务高频功率放大器的主要任务 放大高频大信号，使发射机获得足够大的发射功率。常用于发射放大高频大信号，使发射机获得足够大的发射功率。常用于发射机的末级。机的末级。2、功率放大的含义功率放大的含义 在输入高频信号的控制下，将直流电源的直流功率转换成高在输入高频信号的控制下，将直流电源的直流功率转换成高频功率。频功率。要求高的输出功率，高的转换效率。要求高的输出功率，高的转换效率。第2页，共52页。3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负相同

2、之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。载均为谐振回路。不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。晶体管动态范围不同。icebtooictVBZ谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图icQebtooict第3页，共52页。icQebtooict小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 第4页，共52页。icebtooictVBZ谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图第5页，共52页。4 4、高频谐振功放与低频功放的比较、高频谐振功放与低

3、频功放的比较共同之处共同之处:都要求输出功率大和效率高。都要求输出功率大和效率高。不同之处：工作频率和相对带宽不同，因此存在本质区别。不同之处：工作频率和相对带宽不同，因此存在本质区别。2.工作状态不同工作状态不同低频功放工作在甲类或乙类工作状态；低频功放工作在甲类或乙类工作状态；高频功放工作在丙类工作状态（丙类工作状态电流波形失真很大，必高频功放工作在丙类工作状态（丙类工作状态电流波形失真很大，必须使用调谐负载恢复波形）；须使用调谐负载恢复波形）；1.负载不同负载不同低频功放工作频率低，相对带宽很宽，故不能使用调谐负载。低频功放工作频率低，相对带宽很宽，故不能使用调谐负载。高频功放工作频率高

4、，相对带宽窄，一般使用调谐负载。（也有宽带高频功放工作频率高，相对带宽窄，一般使用调谐负载。（也有宽带高频功放，使用频率响应很宽的传输线负载。）高频功放，使用频率响应很宽的传输线负载。）第6页，共52页。5、工作状态、工作状态 功率放大器一般分为功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。6、主要技术指标、主要技术指标功率放大器的两个主要技术指标是：功率放大器的两个主要技术指标是：输出功率与效率。输出功率与效率。第7页，共52页。4.2 谐振功率放大器的

5、工作原理谐振功率放大器的工作原理1、原理电路原理电路谐振功率放大器的基本电路谐振功率放大器的基本电路外部电路关系式：外部电路关系式：晶体管的内部特性：晶体管的内部特性：tVVvtVVvcmCCCEbmBBBEcoscosBZBEBZBEccVvVvgi)(电路的四个组成部分：电电路的四个组成部分：电源及静态偏置；晶体管；源及静态偏置；晶体管；LC谐谐振回路和输入激励信号。振回路和输入激励信号。由于基极负偏置，所以电由于基极负偏置，所以电路工作在丙类工作状态。路工作在丙类工作状态。2、电压电流波形电压电流波形第8页，共52页。t或电压电流oVBZVCCVBBVbmVcmvbE maxqiCic

6、maxciCvCEvBEvCE min1.iC 与与vBE同相，与同相，与vCE反相；反相；2.iC 脉冲最大时，脉冲最大时，vCE最小；最小；tVVbmBBBEcosvtVVcmCCCEcosvtVcmcos第9页，共52页。由右图可以得到：由右图可以得到：Vbmcosqc=BBV+VBZ 转移 特性 ic VBZ o 理想化 ic max ic t o+qc qc o+qc qc Vbm Vbm vBE vBE VBB t 谐振功率放大器转移特性谐振功率放大器转移特性故得：故得：bmBZBBcVVVcosq 必须强调指出必须强调指出，集电极，集电极电流电流i ic c虽然是脉冲状，但由虽然

7、是脉冲状，但由于谐振回路的滤波作用于谐振回路的滤波作用(谐谐振于基频振于基频)，仍然能得到正，仍然能得到正弦波形的输出。弦波形的输出。第10页，共52页。VBZ VBB t VCC t t t VBE iB iC VCE Vcm Vcm Vbm VCEmin 高频功率放大器中各部分电压与电流的关系高频功率放大器中各部分电压与电流的关系tVVvcmCCCEcos第11页，共52页。3、谐振功率放大器的功率关系和效率谐振功率放大器的功率关系和效率 功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制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直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号集电

8、极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。功率输出去。由前述所知：由前述所知：有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。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；根据能量守衡定理：根据能量守衡定理：故定义集电极效率：故定义集电极效率：cooocPPPPPcoPPP第12页，共52页。由上式可以得出以下两点结论：由上式可以得出以下两点结论：1)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P Pc c，则集

9、电极效率，则集电极效率 c c自自 然会提高。这样，在给定然会提高。这样，在给定P P=时，晶体管的交流输出功时，晶体管的交流输出功 率率P Po o就会增大；就会增大；2）由式由式cccoP1P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P Pc c不超过规定值，那么不超过规定值，那么提高集电极效率提高集电极效率 c c，将使交流输出功率，将使交流输出功率P Po o大为增加。大为增加。谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。的。第13页，共52页。如何减小集电极耗散功率如何减小集电极耗散功率Pc？

10、晶体管集电极平均耗散功率：晶体管集电极平均耗散功率：dtvTTCEc01i 故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极电流应该是脉冲状。导通角小于流应该是脉冲状。导通角小于180，处于丙类工作状态。，处于丙类工作状态。谐振功率放大器工作在丙类工作状态时谐振功率放大器工作在丙类工作状态时q qc90，集电极余弦，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：电流脉冲可分解为傅里叶级数：ic=Ico+Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+可见使可见使 在在 最低的时候才能通过，那么，集电极最低的时候才能通过，那么，集电极耗散功

11、率自然会大为减小。耗散功率自然会大为减小。CEvCi第14页，共52页。输出交流功率：输出交流功率：pcmpcmcmcmoRIRVIVP212121221 Vcm 回路两端的基频电压回路两端的基频电压 Icm1 基频电流基频电流Ic0 直流电流直流电流Rp 回路的谐振阻抗回路的谐振阻抗 放大器的集电极效率：放大器的集电极效率：)(ccCCcmcmocgIVIVPPq1012121放大器中各功率关系：放大器中各功率关系：直流功率：直流功率：0cCCIVP 第15页，共52页。CCcmVV集电极电压利用系数集电极电压利用系数0c1cmc1II)(gq波形系数，通角波形系数，通角q qc的函数；的函

12、数；q qc越小越小g1(q qc)越大越大 可以看出，可以从提高电压利用系数和波形系数两个方面入手，可以看出，可以从提高电压利用系数和波形系数两个方面入手，越大越大(即即Vcm越大越大)，q qc越小效率越小效率 c越高。越高。可以算出甲类，乙类工作状态的理想效率分别为可以算出甲类，乙类工作状态的理想效率分别为5050和和78.578.5。基极偏置为负值；半通角基极偏置为负值；半通角q qc90，即丙类工作状态；，即丙类工作状态；负载为负载为LC谐振回路；集电极电流为余弦脉冲状；输出电压为完整正谐振回路；集电极电流为余弦脉冲状；输出电压为完整正弦波。弦波。总结谐振功率放大器的工作特点：总结谐

13、振功率放大器的工作特点：第16页，共52页。4.3 谐振功放的折线近似分析法谐振功放的折线近似分析法一、折线法一、折线法 对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量量Ic0和基频分量和基频分量Icm1。工程上都采用近似估算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析法。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。所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后

14、进行分析和计算的方法。替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。第17页，共52页。二、晶体管特性曲线的理想化及其解析式二、晶体管特性曲线的理想化及其解析式 理想化折线（虚线）ic gc vBE 0 VBZ ic 过压区 临界线 欠压区 vBE vCE 0(a)(b)gcr 晶体管实际特性和理想折线晶体管实际特性和理想折线（a）转移特性曲线）转移特性曲线（b）输出特性曲线）输出特性曲线第18页，共52页。在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大器的工作状态分为三种：大器的工作状态分为三种：1)1)欠压工作状态：

15、欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方（放大集电极最大点电流在临界线的右方（放大区），交流输出电压较低且变化较大。区），交流输出电压较低且变化较大。2)2)过压工作状态：过压工作状态：集电极最大点电流在临界线的左方（饱和区），集电极最大点电流在临界线的左方（饱和区），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。3)3)临界工作状态：临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。点电流正好落在临界线上。理想化特性曲线的原理：理想化特性曲线的原理：在放大区，集电极电流受基极电在放大区，集电极电流受基极电压控制；在饱和

16、区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与压控制；在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。基极电压无关。饱和区，在此也称过压区；放大区，也称欠压区。饱和区，在此也称过压区；放大区，也称欠压区。第19页，共52页。若临界线的斜率为若临界线的斜率为gcr，则，则临界线方程可写为临界线方程可写为 ic=gcrvCE转移特性方程：转移特性方程：ic=gc(vBEVBZ)(vBE VBZ)常数CEvBEccvgi 晶体管的静态转移特性理想化后可用交横轴于晶体管的静态转移特性理想化后可用交横轴于VBZ的一条直的一条直线来表示线来表示(VBZ为截止偏压为截止偏压)。注：过压、欠压从电压利用

17、系数的角度理解。注：过压、欠压从电压利用系数的角度理解。称为跨导，一般约几十到几百毫西。称为跨导，一般约几十到几百毫西。第20页，共52页。三、集电极余弦电流脉冲的分解三、集电极余弦电流脉冲的分解 当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。ic maxto2qc尖顶余弦脉冲尖顶余弦脉冲晶体管的内部特性为：晶体管的内部特性为：它的外部电路关系式它的外部电路关系式ic max=gcVbm(1cos q qc)tVVvtVVvcmCCCEbmBBBEcos

18、cos)(BZBEccVvgibmBZBBcVVVcosq得到：得到：第21页，共52页。若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数ic=Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+Icmncosnt+其中：其中：n2.01.00.50.40.30.20.1020 40 6080100qc10180120160100123140尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数)()(maxmax10max0CnCcmnCCcmCCCiIiIiIqqq)1(ccmaxCCcoscostcosiiqq尖顶余弦脉冲表达式为：尖顶余弦脉冲表达式为：第22页，共52页。n2.01.00.50.40.

19、30.20.1020406080100qc10180120 160100123140尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数 从输出功率看：当从输出功率看：当q qc120 时，时，基波电流的分解系数基波电流的分解系数达到达到最大值，在最大值，在Ic max与负载阻抗与负载阻抗Rp为某定值的情况下，输出功为某定值的情况下，输出功率将达到最大值；但此时放率将达到最大值；但此时放大器处于甲级工作状态效率大器处于甲级工作状态效率太低。太低。)(21)()(2111ccnccgqqq 从效率角度看：从效率角度看：q qc=0时，波时，波形系数达到最大值形系数达到最大值2,2,若此时若此时=1，c可达可达1

20、00%，但输出功，但输出功率为零率为零；第23页，共52页。尖顶脉冲的分解系数尖顶脉冲的分解系数 因此，为了兼顾功率与因此，为了兼顾功率与效率，最佳通角取效率，最佳通角取70 左右。左右。另：另：6 60 时二次谐波分量时二次谐波分量最大，最大，40 时三次谐波分量最时三次谐波分量最大，作为倍频器设计的参考。大，作为倍频器设计的参考。n2.01.00.50.40.30.20.1020406080100qc10180120 160100123140第24页，共52页。1.谐振功率放大器的动态特性谐振功率放大器的动态特性 高频功放的工作状态是由负载阻抗高频功放的工作状态是由负载阻抗Rp、电压、电压

21、Vbm、VCC、VBB等等4个参量决定的。个参量决定的。如果如果3个电压参变量不变，放大器的工作状态就由负载电阻个电压参变量不变，放大器的工作状态就由负载电阻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，就叫做放大器的而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。负载特性。四、谐振功率放大器的动态特性与负载特性四、谐振功率放大器的动态特性与负载特性 下面主要讨论高频谐振功放的三种工作状态：优缺点，下面主要讨论高频谐振功放的三种工作状态：优缺点，调节方式等等。调节方式等等。考虑了负载的作用以后，得到的考虑了负载的作用以后，得到的

22、vBE、vCE和和iC之间的关系曲线之间的关系曲线称之为称之为动态特性曲线。动态特性曲线。第25页，共52页。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vBE=VBB+Vbmcos t vCE=VCCVcmcos t消去消去cos t可得，可得，cmCECCbmBBBEVvVVVv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 得出在得出在ic vCE坐标平面上的动态特性曲线方程坐标平面上的动态特性曲线方程(同时满足外部电同时满足外部电路关系式和内部关系式路关系式和内部关系式)：BZcmCECCbmBBccVVvVVVg)(ibm

23、cmBBcmBZCCbmCEcmbmcVVVVVVVvVVg)(BZBEccVvgi)(0VvgCEd第26页，共52页。t O qc+qc vCE 斜率 ic max VCm 2qc vCE min Vo IQ O ic A vBE max=VBB+Vbm cmVbmVcgdg B VCC q i ic c v vCECE坐标平面上的动态特性曲坐标平面上的动态特性曲线的作法与相应的线的作法与相应的i ic c波形波形 动态线作法：动态线作法：取取B B点，作斜率为点，作斜率为g gd d的的直线；直线；取取Q Q、A A两点，连成直两点，连成直线。线。特殊点说明特殊点说明 (1)A(1)A点

24、：点：wtwt0 0，V VBEBE达到最达到最大，大，v vCECE达到最小，达到最小，i iC C达到最达到最大；大；(2)Q(2)Q点：点：wtwt9090，v vCE CE V VCCCC，虚拟电流，虚拟电流I IQ Qg gC C（V VBBBBV VBZBZ）;(3)B(3)B点：点：wtwtq qc c，v vCE CE V V0 0，I IC C0;0;第27页，共52页。vBEicgC-VBBVbmVBZCqCqicCqCqvBEmaxicmaxvCEicvBEmaxVCCQvCEvCE min1gdvCE min2vCE min31、欠压2、过压3、临界第28页，共52页。

25、1)放大器的三个电压参量保持放大器的三个电压参量保持不变，在负载电阻不变，在负载电阻RP由小由小至大变化时，负载线的斜至大变化时，负载线的斜率由小变大（因为率由小变大（因为VcmVcm变变大）。不同的负载，放大大）。不同的负载，放大器的工作状态是不同的器的工作状态是不同的（对应为（对应为 欠压欠压临界临界过过压压）。）。2.功率放大器的负载特性功率放大器的负载特性icvCEvBE max第29页，共52页。临界状态临界状态 负载变大，动态线和负载变大，动态线和v vBE max正好相交于临界线的拐点（集电极正好相交于临界线的拐点（集电极最大点电流在临界线上）。交流输出电压幅度最大点电流在临界线

26、上）。交流输出电压幅度V Vcm变大，称为临界工作状态。变大，称为临界工作状态。交点决定了集电极电流的高度，波形仍为尖顶余弦脉冲。交点决定了集电极电流的高度，波形仍为尖顶余弦脉冲。过压状态过压状态 负载继续变大，动态线和负载继续变大，动态线和v vBE max相交于临界线的左边（集电相交于临界线的左边（集电极最大点电流在过压区）。交流输出电压幅度极最大点电流在过压区）。交流输出电压幅度V Vcm继续变大且稳定，称为继续变大且稳定，称为过压工作状态。过压工作状态。与临界线交点决定了集电极电流的高度，穿过临界线后（进入饱和与临界线交点决定了集电极电流的高度，穿过临界线后（进入饱和区），集电极电流开

27、始受区），集电极电流开始受v vCE影响，沿临界线下降，出现凹顶，过压越重，影响，沿临界线下降，出现凹顶，过压越重，波形的下凹越严重。波形的下凹越严重。2)欠压、过压、临界三种工作状态欠压、过压、临界三种工作状态 欠压状态欠压状态 负载较小的时候，动态线与负载较小的时候，动态线与v vBE max 的交点在临界线的右边（集电的交点在临界线的右边（集电极最大点电流在欠压区），交流输出电压幅度极最大点电流在欠压区），交流输出电压幅度V Vcm较小且变化较大，称为欠压较小且变化较大，称为欠压工作状态。交点决定了集电极电流的高度，波形为尖顶余弦脉冲。工作状态。交点决定了集电极电流的高度，波形为尖顶余弦

28、脉冲。第30页，共52页。由电压、电流随负载变化的波形，可以定性说明负载由电压、电流随负载变化的波形，可以定性说明负载特性：特性：PcmcmRIV10cCCIVP 121cmcmoIVP PPococPPP 在欠压区到临界线这一范围内在欠压区到临界线这一范围内，随着负载的，随着负载的增大，集电极电流脉冲高度、通角变化不大增大，集电极电流脉冲高度、通角变化不大（略减小），从而直流、基波分量的值变化不（略减小），从而直流、基波分量的值变化不大（略减小）。大（略减小）。在临界线到过压区这一范围内在临界线到过压区这一范围内，集电极电，集电极电流出现凹顶，随着负载的增大，凹顶越严重，流出现凹顶，随着负载

29、的增大，凹顶越严重，从傅立叶级数对波形分解知道，其直流、基波从傅立叶级数对波形分解知道，其直流、基波分量的值开始急剧下降。分量的值开始急剧下降。第31页，共52页。根据上述分析，得到下列的负载特性曲线，并可以总结一下三种根据上述分析，得到下列的负载特性曲线，并可以总结一下三种工作状态的优缺点工作状态的优缺点欠 压过 压0临界Ic 1Ic 0VCRp0cP=PoPc欠 压过 压临界Rp负载特性曲线负载特性曲线 欠压状态欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较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（不稳定），大，输出电压随负载阻抗变化而变化（不稳定），因此

30、较少因此较少采用采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。注：欠压区内，负载减小，注：欠压区内，负载减小，Pc急剧上升，可能烧坏晶体急剧上升，可能烧坏晶体管，所以功放要避免失谐。管，所以功放要避免失谐。第32页，共52页。过压状态过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳的优点是，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。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。发射机的中间级发射机的中间级（需要维持输出电压比较平稳）、集电极调幅级常（需要维持输出电压比较平稳）、集电极调幅级常采

31、用这种状态。采用这种状态。临界状态临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大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，效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常发射机的末级常设计成这种状态设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。第33页，共52页。五、导通角的调整五、导通角的调整bmBBBZcVVV1cosq由由 若保持若保持Vbm不变增大偏置不变增大偏置VBB（减小绝对值）（减小绝对值）；或保持；或保持VBB不不变增大激励电压振幅变增大激励电压振幅Vbm；或同时增大；或同时增大V

32、BB和和Vbm，这三种情况均可，这三种情况均可使导通角使导通角q qc增大，若相反，则可使增大，若相反，则可使q qc减小。减小。但是采取上述三种方法中的任一个方法，当但是采取上述三种方法中的任一个方法，当q qc增大时，增大时，ic脉冲脉冲电流的振幅电流的振幅ic max会加大，输出功率会加大，输出功率Po当然也会加大，而当当然也会加大，而当q qc减小时，减小时，ic max和和Po均将减小。均将减小。有时希望增大有时希望增大q qc，但要保持但要保持ic max不变，则应在增加不变，则应在增加VBB的同时，的同时，适当减小激励适当减小激励Vb。第34页，共52页。1.改变改变VCC对工作

33、状态的影响对工作状态的影响六、各极电压对工作状态的影响六、各极电压对工作状态的影响VCC由小由小大时，对应工作状态由过压大时，对应工作状态由过压临界临界欠压。欠压。电压利用系数电压利用系数 随随VCC变大而变小；变大而变小；CCcmVV由动态曲线发现随由动态曲线发现随VCC变大，变大，Q Q点向右移动；点向右移动；注：随注：随VCC减小转入过减小转入过压状态后。基波电流下降，压状态后。基波电流下降，Vcm变小，动态线斜率绝对值变小，动态线斜率绝对值变大，电流会有变大的反作用变大，电流会有变大的反作用（总的趋势变小）。所以将过（总的趋势变小）。所以将过压区内电流下降速度取近似线压区内电流下降速度

34、取近似线性。性。vCEicticvBEmaxQVCCQVCCQVCC第35页，共52页。在过压区中输出电压随在过压区中输出电压随VCC改变而变化的特性为集电极调幅的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实现提供依据；因为在集电极调幅电路中是依靠改变VCC来实现调幅来实现调幅过程的。过程的。0 0(a)(b)欠 压 状 态 过 压 状 态 VC C 欠 压 状 态 过 压 状 态 VC C Ic0 Icm 1 Po P=Pc VCC对工作状态的影响对工作状态的影响第36页，共52页。可见，可见，无论是无论是Vbm还是还是VBB的变化，其结果都是引起的变化，其

35、结果都是引起vBE的变化（增大的变化（增大Vbm等效于等效于减小减小VBB的绝对值）。的绝对值）。vBE=VBB+Vbmcos t vBE max=VBB+Vbm 当当vBE max由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压临界临界过压。过压。2.改变改变vBE max对工作状态的影响对工作状态的影响ticvCEicvBEmax1QVCCvBEmax2vBEmax3 vBE max由小到大等效于由小到大等效于“vbm由小到大由小到大”和和“vBB的绝对值由的绝对值由大到小大到小”。第37页，共52页。(a)过压状态欠压状态VbmIC0OIcm1(b)过压状态欠

36、压状态VbmPoOP=PcipvBE max变化时电流、功率的变化变化时电流、功率的变化第38页，共52页。七、谐振功率放大器的计算七、谐振功率放大器的计算谐振功率放大器的主要指标是功率和效率。谐振功率放大器的主要指标是功率和效率。1)首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量ic max和和q qcbmBZBBcVVV arccosq导通角导通角q qc集电极电流脉冲幅值集电极电流脉冲幅值ic max以临界状态为例：以临界状态为例：)cos1(maxcbmccVgiq)()1(minmaxcmCCcrCCcrCEccVVgVgvgir临界状态下临界状态下ic

37、vCEvBE maxgcrvCE miniC max第39页，共52页。2)电流余弦脉冲的各谐波分量系数电流余弦脉冲的各谐波分量系数 0(q qc)、1(q qc)、n(q qc)可查表求得，并求得个分量的实际值。可查表求得，并求得个分量的实际值。3)谐振功率放大器的功率和效率谐振功率放大器的功率和效率直流功率：直流功率：交流输出功率：交流输出功率：112121cmCCcmcmoIVIVP集电极效率：集电极效率：)(21ccocgPPq)()(maxmax10max0CnCcmnCCcmCCCiIiIiIqqq0cCCIVP第40页，共52页。4)其他值计算（功率增益、负载、天线输出功率等）其

38、他值计算（功率增益、负载、天线输出功率等）pCCpcmoRVRVP22)(2121可求得可求得oCCpPVR2)(2在临界工作时，在临界工作时，接近于接近于1 1，作为工作估算，可设定，作为工作估算，可设定=1=1。功率增益：功率增益：)(lg10dBPPGiop最佳负载电阻：最佳负载电阻：例题：例题：P107 “最佳最佳”的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放大器的含义在于采用这一负载值时，调谐功率放大器的效率较高，输出功率较大。的效率较高，输出功率较大。天线输出功率：天线输出功率：koAPPP中介回路效率：中介回路效率：oAkPP总效率：总效率：kCAPP第41页，共52页。4.4 高频功

39、率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成一、直流馈电电路一、直流馈电电路 包含包含集电极馈电电路集电极馈电电路和和基极馈电电路基极馈电电路，馈电方式都可以分为，馈电方式都可以分为串联馈串联馈电电和和并联馈电并联馈电两种基本形式。两种基本形式。馈电电路应满足的几条原则：馈电电路应满足的几条原则：（1 1）直流电源）直流电源V VCCCC或或 V VBBBB畅通无阻全部加到晶体管的集电极或基极，尽可畅通无阻全部加到晶体管的集电极或基极，尽可能的避免管外电路消耗功率。能的避免管外电路消耗功率。（2 2）基波电流应只在负载回路产生高频输出功率，其他部分对基波电流短）基波电流应只在负载回路产生高频输出

40、功率，其他部分对基波电流短路。路。（3 3）谐波成分不应消耗功率，管外电路对各次谐波而言应全部）谐波成分不应消耗功率，管外电路对各次谐波而言应全部短路。短路。IcoIcm1CLIcmn第42页，共52页。1.1.集电极馈电电路集电极馈电电路LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)串馈(b)并馈第43页，共52页。(1)(1)串馈电路串馈电路 ：C C1、L LC为低通滤波电路，为低通滤波电路，A A点为高频地电点为高频地电位，既阻止电源位，既阻止电源V VCC中的高频成分影响放大器的工作，又避中的高频成分影响放大器的工作，又避免高频信号在免高频信号在L LC负载回路以外不必要的损耗

41、。负载回路以外不必要的损耗。C C1、L LC的选取的选取原则为原则为 1/1/C C1 回路阻抗回路阻抗 1/101/10 L LC回路阻抗回路阻抗 1010(2)(2)并馈电路并馈电路 ：如图：如图L LC为高频扼流圈，为高频扼流圈，C C1为高频旁路电容，为高频旁路电容，C2为隔直电容，为隔直电容，LC、C1、C2 的选取原则与串馈电路基本相的选取原则与串馈电路基本相同。同。(3)串并馈直流供电路的优缺点串并馈直流供电路的优缺点第44页，共52页。2.基极馈电电路基极馈电电路基极馈电电路也分基极馈电电路也分串馈串馈和和并馈并馈两种。两种。基极偏置电压基极偏置电压VBB可以单独由稳压电源供

42、给，也可以由集电可以单独由稳压电源供给，也可以由集电极电源极电源VCC分压供给，或者使用自偏置。分压供给，或者使用自偏置。利用发射极直流电流在发射极偏置电阻上产生所需的偏置的方利用发射极直流电流在发射极偏置电阻上产生所需的偏置的方法，称为自偏置。这种方法具有在输入信号幅度变化时自动稳定输法，称为自偏置。这种方法具有在输入信号幅度变化时自动稳定输出电压的作用。出电压的作用。CBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB第45页，共52页。1.级间耦合网络级间耦合网络 对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输出稳对于中间级而言，最主要的是应该保证它的电压输出稳定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效

43、率则降为次要问定，以供给下级功放稳定的激励电压，而效率则降为次要问题。题。二、输出回路和级间耦合回路二、输出回路和级间耦合回路对于中间级应采取如下措施：对于中间级应采取如下措施：1)1)使中间级放大器工作于过压状态，使它近似为一个恒使中间级放大器工作于过压状态，使它近似为一个恒 压源。压源。2)降低级间耦合回路的效率。回路效率降低后，其本身降低级间耦合回路的效率。回路效率降低后，其本身 的损耗加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回路本的损耗加大。这样下级输入阻抗的变化相对于回路本 身的损耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路的效身的损耗而言就不显得重要了。中间级耦合回路的效 率一般为率一般为 k

44、k=0.1=0.10.50.5，平均在，平均在0.30.3上下。上下。第46页，共52页。2.输出匹配网络输出匹配网络 输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负载间的网输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负载间的网络。络。输出匹配网络的主要功能与要求是输出匹配网络的主要功能与要求是匹配匹配、滤波和高效率滤波和高效率。高频调谐功率放大器的阻抗匹配就是在给定的电路条件下，改高频调谐功率放大器的阻抗匹配就是在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，将负载阻抗变负载回路的可调元件，将负载阻抗Z ZL L转换成放大管所要求的最佳负转换成放大管所要求的最佳负载阻抗载阻抗R Rp p，使

45、管子送出的功率，使管子送出的功率P P0 0能尽可能多的馈至负载。这就叫做达能尽可能多的馈至负载。这就叫做达到了匹配状态，或简称匹配。到了匹配状态，或简称匹配。第47页，共52页。最常见的输出回路是最常见的输出回路是复合输出回路复合输出回路，这种电路是将天线，这种电路是将天线(负载负载)回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。如图所示。如图所示。介于电子器件与天线回路介于电子器件与天线回路之间的之间的L1C1回路就叫做中介回回路就叫做中介回路；路；RACA分别代表天线的辐分别代表天线的辐射电阻与等效电容；射电阻与等效电容；Ln、cn为天线回路

46、的调谐元为天线回路的调谐元件，它们的作用是使天线回路处件，它们的作用是使天线回路处于串联谐振状态，以获得最大的于串联谐振状态，以获得最大的天线回路电流天线回路电流iA，亦即使天线辐亦即使天线辐射功率达到最大。射功率达到最大。Ln C1 CA RA Cn L1 r1 L2 复合输出回路复合输出回路第48页，共52页。C1L1rr1ik等效电路等效电路 由耦合电路的理论可知，当由耦合电路的理论可知，当天线回路调谐到串联谐振状态时，天线回路调谐到串联谐振状态时，它反映到它反映到L1C1中介回路的等效电中介回路的等效电阻为阻为A22RM r因而等效回路的谐振阻抗为因而等效回路的谐振阻抗为A221111

47、11pRMCL)(CLRrrr Ln C1 CA RA Cn L1 r1 L2 第49页，共52页。为了使器件的输出功率绝大部分能送到负载为了使器件的输出功率绝大部分能送到负载R RA A上就希望上就希望 反射电阻反射电阻r r 回路损耗电阻回路损耗电阻r r1 1 rrrrrr1122)(kkkII 功率功率电子器件送至回路的总电子器件送至回路的总回路送至负载的功率回路送至负载的功率 衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的有效功率与输衡量回路传输能力优劣的标准，通常以输出至负载的有效功率与输入到回路的总交流功率之比来代表。这比值叫做中介回路的传输效率入到回路的总交流功率之比来代表。这

48、比值叫做中介回路的传输效率 k，简称中介回路效率。简称中介回路效率。rrrrrr11111110111 )(LQQCLRLQQCLRLpp值值有有载载时时回回路路有有载载时时回回路路谐谐振振阻阻抗抗值值空空载载时时回回路路空空载载时时回回路路谐谐振振阻阻抗抗第50页，共52页。从回路传输效率高的观点来看，应使从回路传输效率高的观点来看，应使Q QL L尽可能地小。但从要求尽可能地小。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Q QL L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，Q QL L值一般不应小于值一般不应小于1010。在功率很大的。在功率很大的放大器中，放大器中，Q QL L也有低到也有低到1010以下的。以下的。011111QQrLkrrrrr故有故有:天线输出功率：天线输出功率：koAPPP中介回路效率：中介回路效率：oAkPP总效率：总效率：kCAPP第51页，共52页。作业：作业：:117P4-34-54-144-154-16第52页，共52页。