w第3章-1-高频功率放大器解析.ppt

w w第第3 3章章-1--1-高频功率放大高频功率放大器解析器解析高频电路高频电路高频功率放大器的位址高频功率放大器的位址高频电路高频电路第一节第一节 概述概述一、高频功放功能一、高频功放功能 高频功率放大器的功能是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器的功能是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器将直流电源供给的能量转换为大功率的高频能高频功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输出量输出(称为称为功率放大功率放大）其输出信号与输入信号频谱相同其输出信号与输入信号频谱相同二、高频功放技术指标二、高频功放技术指标 高频输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等高频输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等由于输出功率高，通常要求效率高，因此，高频功率放大器多由于输出功率高，通常要求效率高，因此，高频功率放大器多选择工作在选择工作在丙类丙类工作状态工作状态三、高频功放分类三、高频功放分类 分为分为窄带放大器窄带放大器（谐振功率放大器，（谐振功率放大器，非线性放大非线性放大）和）和宽带宽带放大器放大器（传输线变压器为负载的宽频带高频功率放大器，（传输线变压器为负载的宽频带高频功率放大器，线性线性放大放大)两类。

两类 窄带信号举例：中波段调幅广播，载波频率窄带信号举例：中波段调幅广播，载波频率531-1602kHz，信息带，信息带宽宽9kHz,相对带宽相对带宽0.6 ℅～～1.7℅.高频电路高频电路第二节第二节 谐振高频功放的工作原理谐振高频功放的工作原理一、基本电路及其特点一、基本电路及其特点电路形式：电路形式：中间级（中间级（a）、输出级（）、输出级（b））实际负载是下一级放实际负载是下一级放大电路的输入阻抗大电路的输入阻抗天线是实天线是实际负载际负载 天线等效阻天线等效阻抗抗 CA 、、rA中间级、输出级的负载均中间级、输出级的负载均可等效为并联谐振回路可等效为并联谐振回路高频电路高频电路高频功放高频功放特点特点特点特点1:为提高效率，放大为提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶器常工作于丙类状态，晶体管发射结为静态负偏压，体管发射结为静态负偏压，由由Vbb< 0来保证流过晶来保证流过晶体管的电流为失真的脉冲体管的电流为失真的脉冲波型；波型；非线性状态（非线性状态（非线非线性性电路），且输入是大信电路），且输入是大信号号；；特点特点2:负载为负载为LC并联谐振回路，除了确保从电流脉并联谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。

实现放大器的阻抗匹配高频电路高频电路二、工作原理二、工作原理输入信号ub= Ubm cosωt发射结电压ube=Vbb+Ubm cosωtib为脉动形状，同样ic也为脉动形状ic与ub周期相同， ic可分解成无数个正弦波之和:高频电路高频电路分析讨论分析讨论 当集电极当集电极LC回路调谐于高频输回路调谐于高频输入信号频率入信号频率ω时时,由于回路的选择性由于回路的选择性,对集电极电流的基波分量来说对集电极电流的基波分量来说,回回路等效为纯电阻路等效为纯电阻,且为最大值且为最大值Rp,. 对各次谐波来说对各次谐波来说,回路失谐回路失谐严重严重,呈现很小的阻抗呈现很小的阻抗,LC回路两端可近回路两端可近似认为短路似认为短路. 直流分量只能通过电感支路直流分量只能通过电感支路,其其直流电直流电阻阻很小很小,可近似认为短路可近似认为短路.晶体管晶体管c、、e极间压降极间压降LC并联回路并联回路两端的压降两端的压降uc电压符号的约定：电压符号的约定：下为下为+，上为，上为-++--高频电路高频电路由于谐振回路由于谐振回路的选频，的选频，集电集电极的输出电压极的输出电压（交流部分）（交流部分）仍是与输入电仍是与输入电压相同的正弦压相同的正弦波，但相位相波，但相位相反，幅度增大。

反，幅度增大高频电路高频电路第三节第三节 折线分析法折线分析法一、特性曲线的理想化一、特性曲线的理想化放大器特点：放大器特点：工作在大信号、工作在大信号、非线性状态非线性状态晶体管工作的三个区：晶体管工作的三个区：线性区、饱和区、截止区线性区、饱和区、截止区高频电路高频电路（一）输入特性的理想化（折线化）（一）输入特性的理想化（折线化）0.2 0.4 0.6 0.8 1.05101520对于晶体管的输入特性对于晶体管的输入特性,当集当集电极电压大于一定值后电极电压大于一定值后,输入输入特性就可用一条输入特性曲特性就可用一条输入特性曲线来表示线来表示.用如图虚线用如图虚线,表示理想化表示理想化(折线折线化化,两段两段)的输入特性曲线的输入特性曲线.输入特性表达式为输入特性表达式为:高频电路高频电路（二）正向传输特性的理想化（二）正向传输特性的理想化正向传输特性正向传输特性(转移特性曲线）转移特性曲线）是指是指ic与与ube的关系曲线的关系曲线因为因为ic =βib（放大区）（放大区）正向传输特性正向传输特性表达式为表达式为:ic = 0 ube ＜Ubz 截止区 ic = gc (ube - Ubz), ube ≥Ubz 线性区Ubz高频电路高频电路（三）输出特性的理想化（三）输出特性的理想化1、饱和区、饱和区发射有余，收集不足，集电极电流发射有余，收集不足，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。

这样，理想化特性曲线电压无关这样，理想化特性曲线对不同的对不同的vbe(ib )值，重合为一条通过值，重合为一条通过原点的斜线，这斜线称为饱和临界原点的斜线，这斜线称为饱和临界线，斜率用线，斜率用gcr表示ic = gcr uce ，，gcr=Δic/Δuce2、放大区、放大区收集能力充足，因此集电极电流只受收集能力充足，因此集电极电流只受基极电流的控制，而与集电极电压无关，各条特性曲线均为平行的水平线基极电流的控制，而与集电极电压无关，各条特性曲线均为平行的水平线ic = ββib ，，为了下面分析方便，理想化输出特性曲线中的参变量为了下面分析方便，理想化输出特性曲线中的参变量ib改为改为ube，， ic = βib = β gb(ube - Ubz) =gc (ube - Ubz) 高频电路高频电路总结总结饱和区：饱和区：ic = gcr uce放大区：放大区：ic = gc (ube - Ubz)截止区：截止区：ic = 0本章本章½次课次课end高频电路高频电路二、集电极余弦电流脉冲的分解二、集电极余弦电流脉冲的分解θc 、、 ICM 结果结果1设激励信号设激励信号ub= Ubm cosωt，则，则ube=Vbb+Ubmcosωt当当ube≥Ubz时，时，ic= gc(ube-Ubz) =gc (Vbb+Ubm cosωt - -Ubz)定义发射结临界导通时定义发射结临界导通时的的ωt为为半通角半通角θc，或称，或称通角。

通角在在- -θc<ωt<θc 发射结导通发射结导通当当ωt =θc时，时，ic=0，，得得高频电路高频电路结果结果2中间结果中间结果结果结果3高频电路高频电路余弦电流脉冲的分解系数余弦电流脉冲的分解系数α 称称为余弦脉冲分解系数余弦脉冲分解系数,α0(θc) 称为称为直流分量直流分量分解系数分解系数,α1(θc) 称为称为基波分量基波分量分解分解系数系数,αn(θc) 称为称为n次谐波分量次谐波分量分解系数分解系数,以上系数均可查表获得以上系数均可查表获得高频电路高频电路g1高频电路高频电路三、功率和效率三、功率和效率1、直流电源供给的功率、直流电源供给的功率2、输出功率、输出功率(负载得到的功率负载得到的功率)3、晶体管集电极消耗的功率、晶体管集电极消耗的功率4、集电极的效率、集电极的效率高频电路高频电路讨论效率、功率讨论效率、功率1、在ξ=1的理想条件(输出最大)下，甲类放大θc =180o，g1 (θc )=1，故甲类放大器的理想效率ηc=50％ ；乙类放大θc =90o，g1 (θc )=1.57，故乙类放大器的理想效率ηc=78.5％；丙类放大θc <90o，g1 (θc )>1.57，故丙类放大器的理想效率ηc>78.5％；高频电路高频电路2、高频功率放大器在谐振电阻 Rp一定的条件下， θc =120o时，输出功率最大，但集电极效率只有66％ ； θc =1o ~15o时，输出功率很小，但集电极效率最高； 在实际中，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，通常取θc =60o ~80o 。

高频电路高频电路g1高频电路高频电路四、动态特性四、动态特性1、、晶体管的晶体管的静态特性静态特性是是晶体管晶体管在集电极电路内没有负载阻抗的条件下得在集电极电路内没有负载阻抗的条件下得到的晶体管的输入、输出特性曲线，这是到的晶体管的输入、输出特性曲线，这是晶体晶体管本管本身所固有的身所固有的, 例例ic=f(ube,uce) 2、、放大器的放大器的动态特性动态特性在高频功率放大器的电路和输入、输出条件确定后，在高频功率放大器的电路和输入、输出条件确定后，也就是在晶体管、电源电压也就是在晶体管、电源电压Vcc和和Vbb、输入信号振、输入信号振幅幅Ubm和输出信号振幅和输出信号振幅Ucm（或（或Rp）一定条件下，）一定条件下， ic=f(ube,uce)的关系的关系高频电路高频电路类推 如何用图解法来分析丙类功率放大器的动如何用图解法来分析丙类功率放大器的动态特性呢？态特性呢？ 采用类似于模拟电路的图解方法采用类似于模拟电路的图解方法:找到两个找到两个ic与与uce的关系方程，图解的关系方程，图解两个方程两个方程的的交线，交线，即即是丙类功率放大器的动态特性。

是丙类功率放大器的动态特性 同样我们已知三极管的输出特性，并已理同样我们已知三极管的输出特性，并已理想化线性想化线性放大区：放大区： ic = gc (ube - Ubz) 只要再找到另外一个方程即可只要再找到另外一个方程即可高频电路高频电路推导推导ic = f(uce)当放大器工作在谐振状态时当放大器工作在谐振状态时晶体管外部电路晶体管外部电路约束，方程约束，方程1ube≥Ubz，晶体管工作性区时，内部约束，方程晶体管工作性区时，内部约束，方程2输入外回路输入外回路输出外回路输出外回路晶体管内部、外部电路共同约晶体管内部、外部电路共同约束，方程束，方程1、、2的交线的交线高频电路高频电路截距法绘动态特性截距法绘动态特性2、当、当ube＜＜Ubz时时ic＝＝0，但由于谐，但由于谐振回路的作用，振回路的作用，uce≠0动态特性为图上动态特性为图上BC段段1、当、当ube≥ ubz 时，时，ic = gd (uce - U0)，首先确定，首先确定B点点(U0，，0)，由，由B点点作斜率为作斜率为gd = - gc Ubm /Ucm的直线，与的直线，与ubemax = Vbb+Ubm的交点即为的交点即为A点（点（ic峰值），即图上峰值），即图上BA段，为段，为ube ≥ Ubz段的动态特性段的动态特性动态特性动态特性AB -BC是折线是折线高频电路高频电路虚拟电流法虚拟电流法1、首先确定、首先确定AB延长线与延长线与Vcc线的交点线的交点Q，， Q点横坐标是点横坐标是Vcc，纵坐标为虚拟电流，纵坐标为虚拟电流IQ2 2、然后确定、然后确定A A点点 A A点的横坐标点的横坐标: :ucemin=Vcc - Ucm 纵坐标纵坐标: :ubemax=Vbb + Ubm AQ AQ间连线，与横轴的交点即为间连线，与横轴的交点即为B B3、最后确定、最后确定C点点 C点的横坐标点的横坐标:ucemax= Vcc+ Ucm 纵坐标纵坐标:ic=0, (这时这时ubemin=Vbb-Ubm ，，小于小于 Ubz )高频电路高频电路动态特性动态特性(折线折线)总结总结B(U0，0)C(ucemax=Vcc+ Ucm，0)Q(Vcc，IQ = - gc(Ubz-Vbb) )U0 = Vcc – Ucm cosθcAB斜率gd = - gc×Ubm /Ucmubemax = Vbb +Ubmucemax = VCC + Ucm IQ = - g c (Ubz - Vbb) A(Vcc- Ucm，ubemax = Vbb + Ubm)高频电路高频电路动态特性的三种状态动态特性的三种状态1、欠压状态、欠压状态动态特性为动态特性为A1B1-B1C1，，A1处于放大区，电流为处于放大区，电流为尖脉冲尖脉冲(2个区个区)2、临界状态、临界状态动态特性为动态特性为A2B2-B2C2，，A2处于临界线上，电流处于临界线上，电流为尖脉冲为尖脉冲(2个区个区)3、过压状态、过压状态动态特性为动态特性为MA3-A3B3-B3C3，晶体管工作进入，晶体管工作进入了饱和区，集电极电流了饱和区，集电极电流为一个凹顶脉冲为一个凹顶脉冲(3个区个区)Q(Vcc，IQ)IQ = - g c (Ubz - Vbb)AB斜率gd = - gc×Ubm /Ucm高频电路高频电路动态特性的三种状态动态特性的三种状态结论：对于欠压和临界状态，由于集电极电流为尖顶脉冲，其直结论：对于欠压和临界状态，由于集电极电流为尖顶脉冲，其直流分量和基波分量可按尖顶脉冲分解系数求得。

流分量和基波分量可按尖顶脉冲分解系数求得 对过压状态，由于集电极电流为凹顶脉冲，它相当于一个尖对过压状态，由于集电极电流为凹顶脉冲，它相当于一个尖顶脉冲减去两个小的尖顶脉冲，不能用尖顶脉冲的分解系数顶脉冲减去两个小的尖顶脉冲，不能用尖顶脉冲的分解系数Q(Vcc，IQ)IQ = - g c (Ubz - Vbb)AB斜率gd = - gc×Ubm /Ucm1次课次课end结束结束 。