通信電路第3章

1、第3章 高頻功率放大電路. 概述概述. 丙類諧振功率放大電路丙類諧振功率放大電路. 寬帶高頻功率放大電路與功率合成電路寬帶高頻功率放大電路與功率合成電路. 集成高頻功率放大電路及應用簡介集成高頻功率放大電路及應用簡介. 章末小結(jié)章末小結(jié)第第3 3章章 高頻功率放大電路高頻功率放大電路第3章 高頻功率放大電路在在高高頻頻范范圍圍內(nèi)內(nèi)，為為了了獲獲得得足足夠夠大大的的高高頻頻輸輸出出功功率率，必必須須采采用用高高頻頻調(diào)調(diào)諧諧功功率率放放大大器器，這這是是發(fā)發(fā)射射設設備備的的重重要要組組成成部部分分。對對高高頻頻功功率率放放大大器器的的一一般般要要求求同同低低頻頻功功放放相相同同：特特點點：(1)工

2、工 作作 頻頻 率率 高高 ， 相相 對對 頻頻 帶帶 窄窄(4)不不能能用用線線性性模模型型電電路路分分析析，一一般般采采用用圖圖解解法法分分析析和和折折線線法法功功率率放放大大器器按按工工作作狀狀態(tài)態(tài)分分類類：第3章 高頻功率放大電路 諧振功放屬于窄帶功放電路。對于工作頻帶要求較寬諧振功放屬于窄帶功放電路。對于工作頻帶要求較寬, 或要求經(jīng)常迅速更換選頻網(wǎng)絡中心頻率的情況或要求經(jīng)常迅速更換選頻網(wǎng)絡中心頻率的情況, 可采用寬帶可采用寬帶功率放大電路。功率放大電路。 本章著重討論丙類諧振功放的工作原理、動態(tài)特性和本章著重討論丙類諧振功放的工作原理、動態(tài)特性和電路組成電路組成。 第3章 高頻功率放

3、大電路3.2丙類諧振功率放大電路丙類諧振功率放大電路除除電電源源和和偏偏置置電電路路外外，主主要要由由三三個個部部分分組組成成：晶晶體體管管：輸輸入入激激勵勵電電路路：提提供供所所需需信信號號電電壓壓；輸輸出出諧諧振振回回路路：（1）濾濾波波選選頻頻，(2)阻阻抗抗匹匹配配。-UBBCECL+uS-+ub-(a) 原理電路原理電路+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b) 等效電路等效電路+uc1-第3章 高頻功率放大電路3.2.1 工作原理工作原理 圖圖3.2.1是諧振功率放大電路原理圖。是諧振功率放大電路原理圖。 假定輸入信號是角頻率正弦波假定輸入信號是角頻率正弦波, 輸出選頻回路調(diào)

4、諧在輸入信輸出選頻回路調(diào)諧在輸入信號的相同頻率上。號的相同頻率上。 根據(jù)基爾霍夫電壓定律根據(jù)基爾霍夫電壓定律, 可得到以下表達式可得到以下表達式:uBE=UBB+ub=UBB+Ubmcos0t (3.2.1) uCE=UCC+uc=UCC-Ic1mRcos0t =UCC-Ucmcos0t 3.2丙類諧振功率放大電路丙類諧振功率放大電路(3.2.2)第3章 高頻功率放大電路 其中其中uBE和和uCE分別是晶體管分別是晶體管b、e極電壓和極電壓和c、e極電壓，極電壓，ub和和uc分別是輸入交流信號和輸出交流信號分別是輸入交流信號和輸出交流信號, R是回路等效總電是回路等效總電阻阻, IC0和和Ic

5、1m分別是集電極電流分別是集電極電流iC中的直流分量和基波振幅。中的直流分量和基波振幅。UBB和和UCC是直流電源。是直流電源。 第3章 高頻功率放大電路oDCPPP(3.2.3)(3.2.4)(3.2.5) 從式從式(3.2.5)可知可知, 如果要提高效率如果要提高效率, 需增大需增大Ic1m或減小或減小IC0(減小減小IC0即減小集電極平均電流即減小集電極平均電流, 通過降低靜態(tài)工作點可以實現(xiàn)通過降低靜態(tài)工作點可以實現(xiàn))。 由此可以得到由此可以得到集電極電源提供的直流功率集電極電源提供的直流功率P PD D諧振功放輸出交流功率諧振功放輸出交流功率P PO O集電極效率集電極效率c c集電極

6、功耗集電極功耗P PC C0CCCDIUP RURIUIPcmmccmmc22110212121CCCcmmcDocUIUIPP0121第3章 高頻功率放大電路 功率放大電路是大信號工作功率放大電路是大信號工作, 而在大信號工作時必須考慮而在大信號工作時必須考慮晶體管的非線性特性晶體管的非線性特性, 這樣將使分析比較復雜。為簡化分析這樣將使分析比較復雜。為簡化分析, 可以將晶體管特性曲線理想化可以將晶體管特性曲線理想化, 即用一條或幾條直線組成折線即用一條或幾條直線組成折線來代替來代替, 稱為折線近似分析法。稱為折線近似分析法。 圖圖3.2.3用兩段直線組成的折線來近似表示將晶體管的轉(zhuǎn)用兩段直

7、線組成的折線來近似表示將晶體管的轉(zhuǎn)移特性移特性, 由此來分析丙類工作狀態(tài)的有關(guān)參數(shù)。由此來分析丙類工作狀態(tài)的有關(guān)參數(shù)。 第3章 高頻功率放大電路 圖 3.2.3 丙類狀態(tài)轉(zhuǎn)移特性分析如果將輸入信號在一個周期內(nèi)如果將輸入信號在一個周期內(nèi)的導通情況用對應的導通角度的導通情況用對應的導通角度2 2來表示來表示, , 則稱則稱為導通角。為導通角?？梢娍梢? 0, 0180180。第3章 高頻功率放大電路UCCICEO uCE iCO轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性曲曲線線輸輸出出特特性性曲曲線線 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ QQo90BZBBUU BEuci截止區(qū)截止區(qū)飽

8、和區(qū)飽和區(qū)Q位位 于于 放放 大大 區(qū)區(qū)0180第3章 高頻功率放大電路+ub-RpCL+uCE-UCC-UBB+uc1-ic常數(shù)ceuBEcuig2 工作原理分析工作原理分析uBEic-UBBUonubic(1) 集集電電極極電電流流ci 設設輸輸入入信信號號電電壓壓:tUubmb cos Ubm則則 加加 到到 晶晶 體體 管管 基基 極極 ,發(fā)發(fā) 射射 級級 的的有有 效效 電電 壓壓 為為 :tUUUuubmBBBBbBE cos 由由晶晶體體管管的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性曲曲線線可可以以看看出出：g折折線線的的斜斜率率+uBE _第3章 高頻功率放大電路2 工作原理分析工作原理分析(1)

9、集集電電極極電電流流ci onbmBBcUtUUgicos0 cibmonBBUUUcosbmonBBUUU arccoscoscoscoscos)(costgUUtUgUUtUgibmbmbmonBBbmcvBEic-UBB-UonvbicVbmgCIcmcos1cmbmIgU代代 入入ci有有 ： 尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖的的數(shù)數(shù)學學表表達達式式+ub-RpCL+uCE-UCC-UBB+uc1-ic+uBE _cos1coscoscmctIi第3章 高頻功率放大電路(1) 集電極電流集電極電流若若對對ci分分解解為為付付里里葉葉級級數(shù)數(shù)為為：tnItItIIiccos2coscoscnmc

10、2mc1mco其其中中各各系系數(shù)數(shù)分分別別為為： 0cmcmc)cos1cossin)(21IItdiIco 1cmcm1)cos1cossin1()(cos21IIttdiIcmc ncmccnmInnnnIttdniIcm2)cos11sincoscossin2)(cos21ictic1ic2ic3IcoIcmcos1coscoscmctIi第3章 高頻功率放大電路iC頻譜頻譜(2)集電極輸出電壓集電極輸出電壓ci經(jīng)經(jīng) LC 并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振回回路路后后，此此回回路路對對基基波波產(chǎn)產(chǎn)生生諧諧振振，呈呈純純電電阻阻PRci（最最大大值值） ，而而對對其其它它諧諧波波失失諧諧阻阻抗抗很很低低，

11、呈呈電電容容性性。因因而而回回路路選選出出基基波波電電壓壓1cu，而而濾濾除除各各次次諧諧波波電電壓壓。 2 3LC回回路阻路阻抗抗 Rp故故回回路路輸輸出出的的基基波波電電壓壓：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 而而晶晶體體管管集集電電極極的的輸輸出出電電壓壓：tUUucmCCCEcos0+ub-RpCL+uCE-UCC-UBB+uc1-ic+uBE _ictic1ic2ic3IcoIcmubUBZUBBIcmuBEtibtictuCEuctUCCUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 第3章 高頻功率放大電路3. 高頻功放的功率關(guān)系高頻功放的功率關(guān)系

12、（注注意意PR為為回回路路諧諧振振阻阻抗抗）(3) 集集電電極極耗耗散散功功率率CP，oDCPPP (4) 集集電電極極能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換效效率率c ： 112121gIUIUPPPPPCOCCmCCmCooDoc討討論論：(2) COCmcIIg11 ，一一般般有有： cccg 1 co13g11.02.02第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.4 尖頂余弦脈沖的分解系數(shù)()與波形系數(shù)g1() 第3章 高頻功率放大電路 由圖由圖3.2.4可以看出可以看出, 1(90)=1(180)=0.5, 這兩種情況這兩種情況分別對應于乙類和甲類工作狀態(tài)分別對應于乙類和甲類工作狀態(tài), 均比丙類均比丙類(90)

13、的數(shù)值高的數(shù)值高, 而而1的最大值是的最大值是1(120)=0.536, 處于甲乙類狀態(tài)。這意味著處于甲乙類狀態(tài)。這意味著當回路等效總電阻當回路等效總電阻R和脈沖高度和脈沖高度ICm相同時相同時, 丙類的輸出功率丙類的輸出功率比甲類、甲乙類和乙類都要小一些比甲類、甲乙類和乙類都要小一些, 但是丙類的集電極效率比但是丙類的集電極效率比它們都要高。它們都要高。 )(2121101gUIUICCCcmmccRIPCm)(212120co13g11.02.02第3章 高頻功率放大電路 分析式分析式(3.2.12)、 (3.2.13)可知可知, 增大增大和和g1的值是提高效率的值是提高效率的兩個措施的兩

14、個措施, 增大增大1是增大輸出功率的措施。然而圖是增大輸出功率的措施。然而圖3.2.4告訴告訴我們我們, 增大增大g1與增大與增大1是互相矛盾的。導通角是互相矛盾的。導通角越小越小, g1越大越大, 效效率越高率越高, 但但1卻越小卻越小, 輸出功率也就越小。所以要兼輸出功率也就越小。所以要兼顧效率和顧效率和輸出功率兩個方面輸出功率兩個方面, 選取合適的導通角選取合適的導通角。若取若取=70, 此時的此時的集電極效率可達到集電極效率可達到85.9%, 而而=120時的集電極效率僅為時的集電極效率僅為64%左右。因此左右。因此, 一般以一般以70作為最佳導通角作為最佳導通角, 可以兼顧效率可以兼

15、顧效率和輸出功率兩個重要指標。和輸出功率兩個重要指標。 )(2121101gUIUICCCcmmccRIPCm)(212120co13g11.02.02第3章 高頻功率放大電路 例例3.1 在圖3.2.3中, 若Uon=0.6 V, g=10mAV, ICm=20mA, 又UCC=12V, 求當分別為180, 90和60時的輸出功率和相應的基極偏壓UBB, 以及為60時的集電極效率。(忽略集電極飽和壓降) 解解： 由圖3.2.4可知:0(60)=0.22,1(180)=1(90)=0.5, 1(60)=0.38因為 Ucm=UCC=12ViC斜率 gUBB00uBEUonuBEUbmiCICm

16、0tt第3章 高頻功率放大電路因為)cos1 (gIUCosUUUUUUCoscmbmbmonBBbmBBon)cos1 (coscosgIUUUUCmonbmonBB所以可求得:第3章 高頻功率放大電路所以, 當甲類工作時(=180), 根據(jù)式(3.2.11), (3.2.4), VgIUUmWUIPmAIICmonBBcmmcoCmmc6 . 1210206 . 026012102121105 . 020)180(111在乙類工作時(=90)，有VUUmWPmAIIonBBoCmmc6 . 060121021105 . 020)90(11第3章 高頻功率放大電路 當丙類工作時(=60),有

17、%8686. 0124 . 4126 . 721214 . 422. 020)60(6 .45126 . 7216 . 738. 020)60(010101CCCcmmccCmCoCmmcUIUImAIImWPmAIIVgIUUCmonBB4 . 1)60cos1 (1060cos206 . 0)cos1 (cos第3章 高頻功率放大電路3.2.2 性能分析性能分析 利用圖利用圖3.2.5所示折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線所示折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線, 借助借助諧諧振功放輸入回路、振功放輸入回路、 輸出回路和晶體管轉(zhuǎn)移特性的輸出回路和晶體管轉(zhuǎn)移特性的三個表達式三個表達式, 分析兩分析兩個問題

18、：個問題：輸出信號的振幅與輸入信號的振幅有什么關(guān)系？輸出信號的振幅與輸入信號的振幅有什么關(guān)系？ U Ucmcm的大小受哪些參數(shù)影響？的大小受哪些參數(shù)影響？ 當晶體管確定以后當晶體管確定以后, , U Ucmcm的大小與的大小與V VBBBB、V VCCCC、R R和和U Ubmbm四個參四個參數(shù)有關(guān)。數(shù)有關(guān)。 在分析之前在分析之前, 讓我們先確定動態(tài)線的情況。讓我們先確定動態(tài)線的情況。 第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.5 折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性分析 返回1返回2第3章 高頻功率放大電路 由式(3.2.1)和式(3.2.2)可寫出： cmCECCbmBBBEUuUUUu代入式(3.2.6)

19、, 經(jīng)過整理可得到動態(tài)線表達式:iC=-gd(uCE-U0) 其中bmcmoncmBBbmCCcmbmdUUUUUUUUUUgg0(3.2.14)第3章 高頻功率放大電路有關(guān)有關(guān)Q點位置的說明如下。點位置的說明如下。甲類和甲乙類工作時，甲類和甲乙類工作時，Q點位于放大區(qū)內(nèi)的動態(tài)線上；點位于放大區(qū)內(nèi)的動態(tài)線上；乙類工作時，乙類工作時，Q點下移到放大區(qū)與截止區(qū)交界處的動態(tài)線上。點下移到放大區(qū)與截止區(qū)交界處的動態(tài)線上。 所以，丙類工作時，所以，丙類工作時，Q點應該沿著動態(tài)線繼續(xù)下移，位于動點應該沿著動態(tài)線繼續(xù)下移，位于動態(tài)線的延長線上，態(tài)線的延長線上， 即在第四象限內(nèi)。即在第四象限內(nèi)。另外，由另外，

20、由圖圖3.2.5中的轉(zhuǎn)移特性和式（中的轉(zhuǎn)移特性和式（3.2.14）可知，在靜態(tài)工）可知，在靜態(tài)工作點，因為作點，因為uBE=UBB，故有故有uCE=UCC，這也是這也是Q點應該滿足的點應該滿足的條件。條件。綜上所述，輸出特性中的綜上所述，輸出特性中的Q點位置應該是在動態(tài)線點位置應該是在動態(tài)線AB的延長的延長線與線與uCE=UCC的相交處。的相交處。Q點位于第四象限內(nèi)并點位于第四象限內(nèi)并非非表示此時表示此時iC為負值，而是說明此時為負值，而是說明此時iC=0， 因為集電極電流不可能反向流因為集電極電流不可能反向流動。動。Q點是為了作圖的需要而虛設的一個輔助點。點是為了作圖的需要而虛設的一個輔助點

21、。 第3章 高頻功率放大電路由圖(3.2.5)可以寫出斜率值gd的另一種形式:)cos1 (dcmCmUIg因為 Ic1m=ICm1(), R=Ucm/Ic1mRgRd)cos1)(11d(3.2.15)可見，放大區(qū)內(nèi)動態(tài)線的斜率是負的，其數(shù)值可見，放大區(qū)內(nèi)動態(tài)線的斜率是負的，其數(shù)值gd（動態(tài)電導）與動態(tài)電導）與R、兩個參數(shù)都有關(guān)系，且動態(tài)電阻兩個參數(shù)都有關(guān)系，且動態(tài)電阻Rd與回路等效總電阻與回路等效總電阻R不不相等相等第3章 高頻功率放大電路uceic高頻功率放大器的動態(tài)特性高頻功率放大器的動態(tài)特性 畫畫 法法 一一 ：UoA在在靜靜態(tài)態(tài)特特征征曲曲 線線的的ceu軸軸上上取取 B 點點，使

22、使oUOB ，由由 B 點點作作斜斜 率率為為dg的的直直線線 BA， 即即 得得 動動 態(tài)態(tài) 特特 征征 曲曲 線線 。 BO畫畫 法法 二二 ：（1）作作靜靜態(tài)態(tài)工工作作點點 Q：ECQ令令ot90 由由外外部部方方程程可可得得： )(,:BZBBcQcBBBECceUUgIiUuEuQ(2) 作作 A 點點 :令令o0t bmBBbbeCmCcceUUuuUEuuAmaxmin:連連 接接 Q 、 A 兩兩 點點 即即 得得 動動 態(tài)態(tài) 特特 性性 曲曲 線線 。Ucmc ucmingd輸輸 出出 端端 ：tUEucmCce cos 輸輸 入入 端端 ：tUUubmBBBE cos BZ

23、BEccUugi ubemax第3章 高頻功率放大電路調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)根據(jù)調(diào)諧功率放大器在工作時是否進入飽和區(qū)，可根據(jù)調(diào)諧功率放大器在工作時是否進入飽和區(qū)，可將放大器分為欠壓、過壓和臨界三種工作狀態(tài)。將放大器分為欠壓、過壓和臨界三種工作狀態(tài)。1、欠壓、欠壓若在整個周期內(nèi)，晶體管工作不進入若在整個周期內(nèi)，晶體管工作不進入飽和區(qū)，即在任何時刻都工作在放大狀態(tài)，稱放飽和區(qū)，即在任何時刻都工作在放大狀態(tài)，稱放大器工作在欠壓狀態(tài)；大器工作在欠壓狀態(tài)；2、臨界、臨界若剛剛進入飽和區(qū)的邊緣，稱放大器若剛剛進入飽和區(qū)的邊緣，稱放大器工作在臨界狀態(tài)；工作在臨界狀態(tài)；3、過

24、壓、過壓若晶體管工作時有部分時間進入飽和若晶體管工作時有部分時間進入飽和區(qū)，稱放大器工作在過壓狀態(tài)。區(qū)，稱放大器工作在過壓狀態(tài)。cesceUumincesceUumincesceUumincmccceUUumin第3章 高頻功率放大電路1. R變化對放大器工作狀態(tài)的影響變化對放大器工作狀態(tài)的影響調(diào)諧功放的調(diào)諧功放的負載特性負載特性 若若UBB、UCC和和Ubm三個參數(shù)固定三個參數(shù)固定, R發(fā)生變化發(fā)生變化, 動態(tài)線、動態(tài)線、Ucm以及以及Po、c等性能指標會有什么變化呢等性能指標會有什么變化呢?這就是諧振功放的負載這就是諧振功放的負載特性。特性。 UBB和和UCC固定意味著固定意味著Q點固定點

25、固定, Ubm固定進一步意味著固定進一步意味著也固也固定。根據(jù)式定。根據(jù)式(3.2.14), 放大區(qū)動態(tài)線斜率放大區(qū)動態(tài)線斜率1/ Rd將僅隨將僅隨R而變化。而變化。RIUUUuCmcccmccce)(1minRgRd)cos1)(11d因為因為 ，所以放大器的這三，所以放大器的這三種工作狀態(tài)取決于種工作狀態(tài)取決于偏置電壓偏置電壓UBB、電源電壓、電源電壓UCC、激勵電壓幅值、激勵電壓幅值Ubm和集電極等效負載和集電極等效負載 R。)1 (CosgUIbmcm第3章 高頻功率放大電路圖 3.2.6 三種不同斜率情況下的動態(tài)線及波形分析第3章 高頻功率放大電路高頻功率放大器的負載特性高頻功率放大

26、器的負載特性 高高 頻頻 功功 放放 的的 工工 作作 狀狀 態(tài)態(tài) ： 動動態(tài)態(tài)曲曲線線： )(ocedcUugi uceicUo PccccCocbmcdRIUUEUUUgg1111cos而而 可可見見動動態(tài)態(tài)特特性性曲曲線線的的斜斜率率和和負負載載PR有有關(guān)關(guān)，放放大大器器的的工工作作狀狀態(tài)態(tài)將將隨隨負負載載的的不不同同而而變變化化。下下面面討討論論當當CE、BBU、bmU不不變變時時，動動態(tài)態(tài)特特性性曲曲線線與與負負載載PR的的關(guān)關(guān)系系。 gd(1) 欠欠壓壓工工作作狀狀態(tài)態(tài)當當PR減小減小111cbmcdPccUUggRIU 較大，較大，動態(tài)特征曲線與動態(tài)特征曲線與maxbeu所對的靜

27、態(tài)特征曲線的交點位于放大區(qū)。所對的靜態(tài)特征曲線的交點位于放大區(qū)。 uBEic-UBBUBZubCCicCCgCUbmubemaxicmaxuceicECQuceminUcescesceUu min晶晶 體體 管管 的的 工工 作作 范范 圍圍 在在 放放 大大 區(qū)區(qū) 和和 截截 止止 區(qū)區(qū) 。 ci為為尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖，集集電電極極電電壓壓利利用用不不充充分分。2.過過壓壓工工作作狀狀態(tài)態(tài)PR較較大大PccRIU11 較較大大1cbmcdUUgg 較較小小， 動動態(tài)態(tài)特特性性曲曲線線與與maxbeu所所對對的的靜靜態(tài)態(tài)特特征征曲曲線線的的交交點點位位于于飽飽和和區(qū)區(qū)。 gdubemax

28、特特點點：cesceUu min ，晶晶體體管管的的動動態(tài)態(tài)范范圍圍延延伸伸到到飽飽和和區(qū)區(qū)。 ci的的 波波 形形 頂頂 部部 為為 下下 凹凹 的的 余余 弦弦 脈脈 沖沖 。ucemin3.臨臨 界界 工工 作作 狀狀 態(tài)態(tài)動動態(tài)態(tài)特特性性曲曲線線與與臨臨界界飽飽和和線線以以及及maxbeu對對應應的的靜靜態(tài)態(tài)特特性性曲曲線線，三三線線相相交交于于一一點點 ubemaxgcr此此時時：cesceUu min, ci為為尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖。 第3章 高頻功率放大電路研研究究的的問問題題：當當CE，BBU，bmU不不變變， 而而PR變變化化時時，與與 ccoDCCCPPPUII ,10

29、1 的的關(guān)關(guān)系系。 （1） 欠欠壓壓區(qū)區(qū)：icucePR由由 小小maxci 幾幾 乎乎 不不 變變（ 略略 減減 少少 ）1C0CI ,I幾幾 乎乎不不 變變011CCDPccIEPRIU 幾幾 乎乎 不不 變變 1121CCoIUP CccoccEUII1121 oDCPPP 高頻功率放大器的負載特性高頻功率放大器的負載特性PoRp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Rp欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1Ico（2） 過過壓壓區(qū)區(qū)： PR進進 入入 過過 壓壓 區(qū)區(qū)余余 弦弦 脈脈 沖沖 頂頂 部部 下下 凹凹 ，PccCCcRIUIIi1110max, 幾幾 乎乎 不不 變變 （

30、 略略 有有 上上升升 ）01011102121CCCCcCCoCCUUIIIUPIEP 變變 化化 緩緩慢慢 ，oDCPPP 變變 化化 緩緩 慢慢 。 c PDPcubemax注注意意：臨臨界界狀狀態(tài)態(tài)輸輸出出功功率率最最大大ocroPP ，效效率率也也較較高高，可可以以說說是是最最佳佳工工作作狀狀態(tài)態(tài)，常常選選此此狀狀態(tài)態(tài)為為末末級級功功放放輸輸出出狀狀態(tài)態(tài)。過過壓壓狀狀態(tài)態(tài)，效效率率高高，但但輸輸出出功功率率較較小小。在在欠欠壓壓狀狀態(tài)態(tài)0CI，1CI幾幾乎乎不不變變，功功放放相相當當于于一一個個恒恒流流源源，而而過過壓壓狀狀態(tài)態(tài)1CU幾幾乎乎不不變變，相相當當于于一一個個恒恒壓壓源源

31、。 Uc1第3章 高頻功率放大電路 2. Ubm變化對放大器工作狀態(tài)的影響變化對放大器工作狀態(tài)的影響放大特性放大特性 若若UBB、UCC、R三個參數(shù)固定三個參數(shù)固定, 輸入輸入Ubm變化變化, 此時輸出此時輸出Ucm以及以及Po、c等性能指標隨之變化的規(guī)律被稱為放大特性。等性能指標隨之變化的規(guī)律被稱為放大特性。 利用折線化轉(zhuǎn)移特性分析丙類工作時利用折線化轉(zhuǎn)移特性分析丙類工作時iC波形隨波形隨Ubm變化的變化的關(guān)系關(guān)系, 并給出了并給出了Ucm、Ic1m和和Ic0與與Ubm的關(guān)系曲線。由于的關(guān)系曲線。由于Ubm的的變化將導致變化將導致的變化的變化, 從而使輸出特性欠壓區(qū)內(nèi)動態(tài)線的斜率從而使輸出特

32、性欠壓區(qū)內(nèi)動態(tài)線的斜率發(fā)生變化發(fā)生變化, 所以利用輸出特性分析放大特性不方便所以利用輸出特性分析放大特性不方便第3章 高頻功率放大電路高頻功率放大器的放大特性高頻功率放大器的放大特性tUUubmBBBE cos uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)1C 2C 3C UcmIcmlIcoUbm過壓過壓臨界臨界欠壓欠壓OO ticOticUbm增大增大OtictOictUbm線性功率線性功率放放 大大 器器tUcmUbmUcm振振 幅幅限幅器限幅器UcmtUbmUcm當當C , ERP，BBU不不變變， 固定固定UBB、增

33、大增大Ubm和固定和固定Ubm、增大增大UBB的情況類似，的情況類似，它們都使基極輸它們都使基極輸入電壓入電壓uBEmax隨之增大，隨之增大，對對應應的的集電極脈沖電流集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，放的幅度和寬度均增大，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進入過壓大器的工作狀態(tài)由欠壓進入過壓 。 當諧振功率放大器作為線性功率放大器，為了使輸出信號振幅當諧振功率放大器作為線性功率放大器，為了使輸出信號振幅Ucm反映反映輸入信號振幅輸入信號振幅Ubm的變化，的變化，放大器必須在放大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。 當諧振功率放大器用作振幅限幅器時，當諧振功率放大器用作振

34、幅限幅器時，放大器必須在放大器必須在Ubm變化的范圍內(nèi)變化的范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。工作在過壓狀態(tài)。第3章 高頻功率放大電路 3. 3. 調(diào)制特性調(diào)制特性(1) UCC變化對放大器工作狀態(tài)的影響變化對放大器工作狀態(tài)的影響集電極調(diào)制特性。集電極調(diào)制特性。 若若UBB、R和和Ubm固定固定, 輸出電壓振幅輸出電壓振幅Ucm隨集電極電壓隨集電極電壓UCC變化的規(guī)律被稱為變化的規(guī)律被稱為集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性。 UCC的變化使得靜態(tài)工作點左右平移的變化使得靜態(tài)工作點左右平移, 從而使欠壓區(qū)內(nèi)的從而使欠壓區(qū)內(nèi)的動態(tài)線左右平移動態(tài)線左右平移, 動態(tài)線的斜率不變。動態(tài)線的斜率不變。第3章 高頻功率放大電

35、路高頻功率放大器的調(diào)制特性高頻功率放大器的調(diào)制特性 當當bm ,URP不不變變， 而而改改變變 BBCUE與與 oDCCPPII,01之之間間的的關(guān)關(guān)系系。 1. 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 當當bm ,URP，BBU不不變變， 壓壓區(qū)區(qū)減減少少功功放放由由臨臨界界進進入入過過壓壓區(qū)區(qū)增增加加功功放放由由臨臨界界進進入入欠欠CCEEuceicubemaxQECQECQEC顯然：在欠壓區(qū)：顯然：在欠壓區(qū)：10,CCII幾乎不變幾乎不變ODPP ,不變不變 注注意意：只只有有工工作作在在過過壓壓區(qū)區(qū)才才能能有有效效地地實實現(xiàn)現(xiàn)CE對對1CI及及oP的的調(diào)調(diào)制制作作用用，故故集集電電極極調(diào)調(diào)幅幅電

36、電路路應應工工作作在在過過壓壓區(qū)區(qū)。 t icEC欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)EC欠壓區(qū)欠壓區(qū)過壓區(qū)過壓區(qū)臨界區(qū)臨界區(qū)Ic1IcoPDPOPC第3章 高頻功率放大電路 (2) UBB變化對放大器工作狀態(tài)的影響變化對放大器工作狀態(tài)的影響基極調(diào)制特性。基極調(diào)制特性。 若若UCC、R和和Ubm固定固定, 輸出電壓振幅輸出電壓振幅Ucm隨基極偏壓隨基極偏壓UBB變化的規(guī)律被稱為基極調(diào)制特性。變化的規(guī)律被稱為基極調(diào)制特性。 由于由于UBB和和ub是以串聯(lián)迭加方式處于功放的輸入回路是以串聯(lián)迭加方式處于功放的輸入回路, 所所以以UBB的變化與的變化與ub的振幅的振幅Ubm的變化對輸出電流的變化對輸出

37、電流iC和輸出電壓和輸出電壓振幅振幅Ucm的影響是類似的的影響是類似的, 可以將圖可以將圖3.2.9和圖和圖3.2.8(b)進行對照進行對照分析。分析。 基極調(diào)制的目的是使基極調(diào)制的目的是使Ucm隨隨UBB的變化規(guī)律而變化的變化規(guī)律而變化, 所以所以功放應工作在欠壓狀態(tài)功放應工作在欠壓狀態(tài), 才能使才能使UBB對對Ucm有有控制作用?？刂谱饔?。 第3章 高頻功率放大電路高頻功率放大器的調(diào)制特性高頻功率放大器的調(diào)制特性2. 基基極極調(diào)調(diào)制制特特性性 tUUubmBBBE cos 注注意意：如如果果要要實實現(xiàn)現(xiàn)BBU對對輸輸出出電電流流1CI的的有有效效調(diào)調(diào)制制，要要求求功功放放應應工工作作在在欠

38、欠壓壓區(qū)區(qū)。 進入過壓狀態(tài)后，隨著進入過壓狀態(tài)后，隨著UBB向正值方向增大，集電極脈沖電流的寬向正值方向增大，集電極脈沖電流的寬度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結(jié)果使度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結(jié)果使Ico、Icml和相應的和相應的Ucm增增大得十分緩慢大得十分緩慢 UcmIcoIcml臨界臨界UBB過壓過壓欠壓欠壓O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū) 當當Ubm固定，固定，UBB自負值向正值方向增自負值向正值方向增大時，集電極脈沖電流大時，集電極脈沖電流ic的導通角的導通角c增大，增大

39、，從從而集電極脈沖電流而集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，的幅度和寬度均增大，狀態(tài)由欠壓區(qū)進入過壓區(qū)。狀態(tài)由欠壓區(qū)進入過壓區(qū)。 1C 2C 3C 第3章 高頻功率放大電路 4. 小結(jié)小結(jié) 根據(jù)以上對丙類諧振功放的性能分析根據(jù)以上對丙類諧振功放的性能分析, 可得出以下幾點結(jié)論可得出以下幾點結(jié)論: (1) 若對等幅信號進行功率放大若對等幅信號進行功率放大, 應使功放工作在臨界狀態(tài)應使功放工作在臨界狀態(tài), 此時輸出功率最大此時輸出功率最大, 效率也接近最大。比如對第效率也接近最大。比如對第7章將介紹的調(diào)章將介紹的調(diào)頻信號進行功率放大。頻信號進行功率放大。 (2) 若對非等幅信號進行功率放大若對非

40、等幅信號進行功率放大, 應使功放工作在欠壓狀應使功放工作在欠壓狀態(tài)態(tài), 但線性較差。若采用甲類或乙類工作但線性較差。若采用甲類或乙類工作, 則線性較好。比如對則線性較好。比如對第第6章將介紹的調(diào)幅信號進行功率放大。章將介紹的調(diào)幅信號進行功率放大。 第3章 高頻功率放大電路 (3) 丙類諧振功放在進行功率放大的同時丙類諧振功放在進行功率放大的同時, 也可進行振幅也可進行振幅調(diào)制。若調(diào)制信號加在基極偏壓上調(diào)制。若調(diào)制信號加在基極偏壓上, 功放應工作在欠壓狀態(tài)；功放應工作在欠壓狀態(tài)； 若調(diào)制信號加在集電極電壓上若調(diào)制信號加在集電極電壓上, 功放應工作在過壓狀態(tài)。功放應工作在過壓狀態(tài)。 (4) 回路等

41、效總電阻回路等效總電阻R直接影響功放在欠壓區(qū)內(nèi)的動態(tài)線直接影響功放在欠壓區(qū)內(nèi)的動態(tài)線斜率斜率, 對功放的各項性能指標關(guān)系很大對功放的各項性能指標關(guān)系很大, 在分析和設計功放時在分析和設計功放時應重視負載特性。應重視負載特性。第3章 高頻功率放大電路 例例3.2 某高頻功放工作在臨界狀態(tài), 已知UCC=18V, gcr=0.6 AV, =60, R=100, 求輸出功率Po、直流功率PD和集電極效率c。 解解： 由式(3.2.14)可求得:Rd=1(60)(1-cos 60)100=19 Sd191g由圖3.2.6可以寫出以下關(guān)系式:故crdCCcrcmggUgU)cos1 ()1 ()(Cos

42、UgUUgIcmdcmcccrCm第3章 高頻功率放大電路AggUgUgIcrdCCcrCCcrCm45. 0)cos1 (WRIPCmo46. 110038. 045. 021)(2122212WUIPCCCmD78. 11822. 045. 0)(0%8278. 146. 1DocPP所以第3章 高頻功率放大電路 【例例3.3】 已知一諧振功放工作在欠壓狀態(tài)，如果要將它調(diào)已知一諧振功放工作在欠壓狀態(tài)，如果要將它調(diào)整到臨界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？不同調(diào)整方法所得到的輸整到臨界狀態(tài)，需要改變哪些參數(shù)？不同調(diào)整方法所得到的輸出功率出功率Po是否相同？為什么？是否相同？為什么？ 解：解： 可以有四

43、種調(diào)整方法。設原輸出功率為可以有四種調(diào)整方法。設原輸出功率為Po0，原放大原放大區(qū)內(nèi)動態(tài)線及其延長線為區(qū)內(nèi)動態(tài)線及其延長線為AQ1，四種方法得到的輸出功率分別四種方法得到的輸出功率分別為為Po1、Po2、Po3、Po4。 （1） 增大負載增大負載R，則放大區(qū)內(nèi)動態(tài)線斜率減小，則放大區(qū)內(nèi)動態(tài)線斜率減小，Q點不變，點不變， 仍為仍為Q1，動態(tài)線及其延長線為動態(tài)線及其延長線為BQ1。根據(jù)圖根據(jù)圖3.2.7負載特性，負載特性，Ucm和和Po將增大，所以將增大，所以Po1Po0。 第3章 高頻功率放大電路 （2） 減小減小UCC，則動態(tài)線平行左移，則動態(tài)線平行左移，R不變，動態(tài)線及其不變，動態(tài)線及其延長

44、線為延長線為BQ2。根據(jù)圖根據(jù)圖3.2.10集電極調(diào)制特性，集電極調(diào)制特性，Ucm略減小，略減小，Po略有減小，所以略有減小，所以Po2Po0。 （3） 增大增大UBB，則動態(tài)線平行上移，則動態(tài)線平行上移， R 不變，不變，Q點上移，點上移， 動動態(tài)線及其延長線為態(tài)線及其延長線為CQ3。根據(jù)圖根據(jù)圖3.2.9基極調(diào)制特性，基極調(diào)制特性， Ucm增大，增大， Po將增大，所以將增大，所以Po3Po0。 （4） 增大增大Ubm，則動態(tài)線從則動態(tài)線從A延長到延長到D， R不變，不變，Q點不變，點不變， 根據(jù)圖根據(jù)圖3.2.8放大特性，放大特性，Ucm和和Po均增大，所以均增大，所以Po4Po0。 第

45、3章 高頻功率放大電路 從圖例從圖例3.2.11可見，（可見，（4）的）的Ucm略大于（略大于（3）的）的Ucm，而（而（3）和（和（4）的）的R相同，故相同，故Po4Po3。另外，（另外，（1）的）的Ucm 略大于略大于（3）、（）、（4）的）的Ucm ，但（但（1）的）的R大于（大于（3）、（）、（4）的）的R ， 所以，所以， Po1的功率大小取決于的功率大小取決于R增大的程度。若采用方法（增大的程度。若采用方法（1）時時R增大較多，增大較多， 使使Po1Po3，則有則有Po4Po3Po1Po2。 第3章 高頻功率放大電路圖3.2.11 例3.3圖 第3章 高頻功率放大電路一一 直直流流

46、饋饋電電線線路路根根據(jù)據(jù)直直流流電電源源連連接接方方式式的的不不同同，可可分分為為：串串聯(lián)聯(lián)饋饋電電線線路路：直直流流電電源源、匹匹配配網(wǎng)網(wǎng)絡絡和和晶晶體體管管三三者者形形成成串串聯(lián)聯(lián)連連接接的的方方式式。并并聯(lián)聯(lián)饋饋電電線線路路：直直流流電電源源、匹匹配配網(wǎng)網(wǎng)絡絡和和晶晶體體管管三三者者形形成成并并聯(lián)聯(lián)連連接接的的方方式式。tUUutUUucmCCCEbmBBBEcos,cos要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有：要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有：直流饋電線路：為晶體管各級提供合適的偏置；直流饋電線路：為晶體管各級提供合適的偏置；交流匹配網(wǎng)絡：將交

47、流功率信號有效地傳輸。交流匹配網(wǎng)絡：將交流功率信號有效地傳輸。3.2.3直流饋電線路與匹配網(wǎng)絡直流饋電線路與匹配網(wǎng)絡第3章 高頻功率放大電路1 集集電電極極饋饋電電電電路路：（1） 集集電電極極饋饋電電電電路路的的組組成成原原則則： ci的的直直流流分分量量COI除除晶晶體體 管管的的內(nèi)內(nèi)阻阻外外，應應予予以以短短路路， 以以保保證證CE全全部部加加在在集集電電極極 上上，避避免免管管外外電電路路消消耗耗電電源源 功功率率，即即CCODEIP ci的的 基基 波波 分分 量量1CI只只 應應 在在 負負 載載 回回 路路 上上 產(chǎn)產(chǎn) 生生 電電 壓壓 降降 ， 其其 余余 部部 分分 電電 路

48、路 對對1CI應應 短短 路路 。 ci的的 高高 次次 諧諧 波波 分分 量量CnI 不不 應應 消消 耗耗 功功 率率 ， 因因 此此CnI對對 晶晶 體體 管管 外外 的的 電電 路路 應應 盡盡 可可 能能 短短 路路 。 IcoECIc1CLIcn第3章 高頻功率放大電路LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT（2） 常常用用的的集集電電極極串串饋饋和和并并饋饋電電路路如如下下圖圖所所示示：cL高高頻頻扼扼流流圈圈：通通直直流流阻阻交交流流 cC：高高頻頻旁旁路路電電容容：通通交交流流隔隔直直流流 c1C：隔隔直直電電容容：通通交交流流隔隔直直流流 以以上上兩兩個個

49、電電路路勻勻滿滿足足： tUEucCce cos1 ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC頻譜頻譜 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT第3章 高頻功率放大電路串聯(lián)饋電方式的優(yōu)點是串聯(lián)饋電方式的優(yōu)點是Lc和和Cc處于高頻地電位處于高頻地電位, 它們對地的它們對地的分布電容不會影響回路的諧振頻率分布電容不會影響回路的諧振頻率, 缺點是電容器缺點是電容器C的動片不能的動片不

50、能直接接地直接接地, 安裝調(diào)整不方便。而并聯(lián)饋電方式的優(yōu)缺點正好相反。安裝調(diào)整不方便。而并聯(lián)饋電方式的優(yōu)缺點正好相反。由于由于Lc和和Cc1不處于高頻地電位不處于高頻地電位, 它們對地的分布電容直接影響它們對地的分布電容直接影響回路的諧振頻率回路的諧振頻率, 但回路處于直流地電位但回路處于直流地電位, L、C元件可接地元件可接地, 故故安裝調(diào)整方便。安裝調(diào)整方便。 ucLA UCCUCCCCcucLC UCCCc2Lc BCc1UCCUCC(a)(b)LcC第3章 高頻功率放大電路CBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 基極饋電線路基極饋電線路對對

51、基基級級饋饋電電線線路路來來說說，也也有有串串聯(lián)聯(lián)和和并并聯(lián)聯(lián)兩兩種種形形式式。在在實實際際應應用用中中，由由于于基基極極饋饋電電電電路路中中采采用用單單獨獨電電源源BBU不不方方便便，通通常常采采用用自自給給偏偏壓壓的的方方式式提提供供基基極極偏偏置置。 (1) 利利用用基基極極回回路路直直流流BOI產(chǎn)產(chǎn)生生偏偏壓壓bBOBBRIU IBOIBO(3) 利利用用射射極極電電流流eoI在在eR上上產(chǎn)產(chǎn)生生偏偏壓壓eeoBBRIU ，而而且且這這種種電電路路能能自自動動維維持持放放大大器器的的工工作作穩(wěn)穩(wěn)定定。 Ieo +UBB - +UBB -第3章 高頻功率放大電路 (2) 基極饋電線路。

52、基極饋電也有串饋與并饋兩種形式, 但對于丙類諧振功放, 通常采用自給偏壓方式。在無輸入信號時, 自給偏壓電路的偏置為零。 隨著輸入信號的逐漸增大, 加在晶體管be結(jié)之間的偏置電壓向負值方向增大。由此可見, 乙類功放不能采用自給偏壓方式。第3章 高頻功率放大電路2 .匹配網(wǎng)絡匹配網(wǎng)絡高高頻頻功功放放都都要要采采用用一一定定的的耦耦合合回回路路，以以使使輸輸出出功功率率能能有有效效地地傳傳輸輸?shù)降截撠撦d載（下下級級輸輸入入回回路路或或天天線線回回路路） ，一一般般說說來來，放放大大器器與與負負載載之之間間的的耦耦合合可可采采用用下下圖圖所所示示的的四四端端網(wǎng)網(wǎng)絡絡來來表表示示。這這個個四四端端網(wǎng)網(wǎng)

53、絡絡應應完完成成的的任任務務是是：RiRoRLRS功功 率率放大器放大器輸入輸入匹配匹配網(wǎng)絡網(wǎng)絡輸出輸出匹配匹配網(wǎng)絡網(wǎng)絡RLRSuS (1) 使負載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截撌关撦d阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截撦d的功率最大載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡的作用。，即它起著匹配網(wǎng)絡的作用。 (2) 抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波作用。有良好的濾波作用。 (3) 在有幾個電子器件同時輸出功率的情況下，保證它們都在有幾個電子器件同時輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送能有效地傳送功率到

54、公共負載功率到公共負載，同時又盡可能地使這幾個電子器件，同時又盡可能地使這幾個電子器件彼此隔離，互不影響彼此隔離，互不影響。 輸入匹配網(wǎng)絡或級間耦合網(wǎng)絡輸入匹配網(wǎng)絡或級間耦合網(wǎng)絡: :是用以與下級放大器的輸入端相連接是用以與下級放大器的輸入端相連接輸出匹配網(wǎng)絡輸出匹配網(wǎng)絡: :是用以輸出功率至天線或其他負載是用以輸出功率至天線或其他負載第3章 高頻功率放大電路為了衡量輸出匹配網(wǎng)絡上的功率損耗，可以定義回路效率為oLnPP（3.2.16）其中，PL、Po分別是負載上得到的功率和功放的輸出功率第3章 高頻功率放大電路 例例3.4 分析圖例3.2.14所示工作頻率為175 MHz的兩級諧振功率放大電路的組成及元器件參數(shù)。 圖3.2.14 例3.4圖第3章 高頻功率放大電路 高頻大功率晶體管的等效電路與用作小信號放大的高頻小高頻大功率晶體管的等效電路與用作小信號放大的高頻小功率晶體管的等效電路不一樣，比較復雜。工作在高頻段時，功率晶體管的等效電路不一樣，比較復雜。工作在高頻段時， 功放管的輸入電容可以忽略，僅考慮輸入電阻即可；而輸出電功放管的輸入電容可以忽略，僅考慮輸入電阻即可；而輸出電阻很大，可以忽略，只需要考慮輸出電容。在設計匹配網(wǎng)絡時阻很大，可以忽略，只需要考慮輸出電容。在設計匹配網(wǎng)絡時應注意這一點。應注意這一點。 其中第