通信電子電路_第三章_第1～4節(jié)

1、第三章第三章 高頻調(diào)諧功率放大器高頻調(diào)諧功率放大器3.1 概述概述3.2 調(diào)諧功率放大器的工作原理調(diào)諧功率放大器的工作原理3.3 功率和效率功率和效率3.4 調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析3.5 調(diào)諧功率放大器的實(shí)用電路調(diào)諧功率放大器的實(shí)用電路3.6 功率晶體管的高頻效應(yīng)功率晶體管的高頻效應(yīng) 3.7 倍頻器倍頻器 3.8 集成高頻功率放大電路集成高頻功率放大電路返回總目錄返回總目錄一、本章內(nèi)容一、本章內(nèi)容二、本章重點(diǎn)和二、本章重點(diǎn)和難點(diǎn)難點(diǎn)（一）本章重點(diǎn)（一）本章重點(diǎn) 1.1.調(diào)諧功放的用途與特點(diǎn)調(diào)諧功放的用途與特點(diǎn)( (與小信號(hào)調(diào)諧放大器進(jìn)行與小信號(hào)調(diào)諧放大器進(jìn)行

2、比較比較) )； 2.2.折線近似分析法；折線近似分析法； 3.3.調(diào)諧功放的工作原理；調(diào)諧功放的工作原理； 4.4.功率和效率，區(qū)別五種功率和兩種效率；功率和效率，區(qū)別五種功率和兩種效率； 5.5.工作狀態(tài)工作狀態(tài)( (過壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)過壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)) )和阻和阻 抗變換問題；抗變換問題； 6.6.直流饋電電路；自給偏壓環(huán)節(jié)直流饋電電路；自給偏壓環(huán)節(jié)基流偏壓與射基流偏壓與射 流偏壓；流偏壓； 7.7.倍頻器。倍頻器。（二）本章難點(diǎn)（二）本章難點(diǎn) 1.1.工作狀態(tài)分析工作狀態(tài)分析特別是過壓狀態(tài)；特別是過壓狀態(tài)； 2.2.自給偏壓環(huán)節(jié)；自給偏壓環(huán)節(jié)； 3.3.調(diào)諧功率放

3、大器動(dòng)態(tài)負(fù)載線調(diào)諧功率放大器動(dòng)態(tài)負(fù)載線。reverse bias 反向偏置反向偏置 zero bias 零偏置零偏置 forward bias 正向偏置正向偏置2. C class 丙類丙類3. tank circuit 槽路槽路4. power 功率功率5. efficiency 效率效率6. cosine pulse 余弦脈沖余弦脈沖三、相關(guān)英文詞匯三、相關(guān)英文詞匯一、作用一、作用 高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。流輸出。 高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝高頻功率放大器是通信

4、系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。它的作用是放大信號(hào)，使置的重要組件。它的作用是放大信號(hào)，使之達(dá)到足夠功率輸出，以滿足天線發(fā)射或之達(dá)到足夠功率輸出，以滿足天線發(fā)射或其他負(fù)載的要求。其他負(fù)載的要求。 作為載波發(fā)射機(jī)及無線電發(fā)射機(jī)輸出作為載波發(fā)射機(jī)及無線電發(fā)射機(jī)輸出級(jí)或輸出前一級(jí)級(jí)或輸出前一級(jí)( (末級(jí)或末前級(jí)末級(jí)或末前級(jí)) )。3.1 3.1 概述概述1.1.輸入信號(hào)強(qiáng)，電壓在幾百毫伏輸入信號(hào)強(qiáng)，電壓在幾百毫伏 幾伏數(shù)幾伏數(shù)量級(jí)附近量級(jí)附近; ;2.2.為了提高放大器的工作效率，為了提高放大器的工作效率，它通常它通常工作在丙類，工作在丙類，即晶體管工作延伸到非線即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域性區(qū)域飽和區(qū)飽

5、和區(qū)、截止區(qū)截止區(qū); ;3.3.要求：要求：輸出功率大、效率高輸出功率大、效率高。二、特點(diǎn)二、特點(diǎn) 高頻功率放大器因工作于大信號(hào)的非線高頻功率放大器因工作于大信號(hào)的非線性狀態(tài)，用解析法分析較困難，故工程上普性狀態(tài)，用解析法分析較困難，故工程上普遍遍采用近似的分析方法采用近似的分析方法折線法來分析其折線法來分析其工作原理和工作狀態(tài)。工作原理和工作狀態(tài)。三、分析方法三、分析方法3.2 3.2 調(diào)諧功率放大器的工作原理調(diào)諧功率放大器的工作原理一、電路一、電路二、折線近似分析法二、折線近似分析法直線段近似法直線段近似法三、晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)、導(dǎo)通角、三、晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)、導(dǎo)通角、 余弦脈沖電流的分析余弦

6、脈沖電流的分析四、槽路電壓四、槽路電壓注意注意: :該電路該電路和小信號(hào)調(diào)諧放大器的不同和小信號(hào)調(diào)諧放大器的不同(bias)(bias)一、電路一、電路各元件的作用：各元件的作用： Ec 是直流電源電壓；是直流電源電壓； Eb 是基極偏置電源電壓。是基極偏置電源電壓。 輸入信號(hào)輸入信號(hào)經(jīng)變壓器經(jīng)變壓器T1 耦合到晶體管基耦合到晶體管基- -射極，射極，這個(gè)信號(hào)也這個(gè)信號(hào)也叫激勵(lì)信號(hào)。叫激勵(lì)信號(hào)。 L、C 組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負(fù)載，組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負(fù)載，這個(gè)回路也叫這個(gè)回路也叫槽路。槽路。 放大后的信號(hào)通過變壓器耦合到負(fù)載放大后的信號(hào)通過變壓器耦合到負(fù)載 RL上以上以達(dá)到阻抗

7、匹配的要求。達(dá)到阻抗匹配的要求。二、折線近似分析法二、折線近似分析法直線段近似法直線段近似法圖圖3-2 3-2 晶體管特性及其折線化晶體管特性及其折線化 所謂折線近似分析法，是將電子器件的特性所謂折線近似分析法，是將電子器件的特性理想化，理想化，每條特性曲線用一組折線來代替。每條特性曲線用一組折線來代替。這樣這樣就忽略了特性曲線彎曲部分的影響，簡(jiǎn)化了電流就忽略了特性曲線彎曲部分的影響，簡(jiǎn)化了電流的計(jì)算，可滿足工程的需要。的計(jì)算，可滿足工程的需要。 在轉(zhuǎn)移特性的放大區(qū)，折線化后的線斜率為在轉(zhuǎn)移特性的放大區(qū)，折線化后的線斜率為（約幾十至幾百）。此時(shí)，理想靜態(tài)特性可用下（約幾十至幾百）。此時(shí)，理想靜

8、態(tài)特性可用下式表示式表示 （3-13-1） 折線近似分析法可以使計(jì)算簡(jiǎn)化，在一定程折線近似分析法可以使計(jì)算簡(jiǎn)化，在一定程度上能反映出特性曲線的基本特點(diǎn)。對(duì)于分析大度上能反映出特性曲線的基本特點(diǎn)。對(duì)于分析大幅度電壓或電流作用下的非線性電路有一定的準(zhǔn)幅度電壓或電流作用下的非線性電路有一定的準(zhǔn)確度。常用來分析大信號(hào)調(diào)幅、檢波和調(diào)諧功率確度。常用來分析大信號(hào)調(diào)幅、檢波和調(diào)諧功率放大器。放大器。 jbejbejbec0)(UuUuUugi三、晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)、導(dǎo)通角、三、晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)、導(dǎo)通角、余弦脈沖電流的分析余弦脈沖電流的分析 1. 1.晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn)晶體管導(dǎo)通的特點(diǎn) 無信號(hào)：晶體管截止無信號(hào)：

9、晶體管截止 有信號(hào)：有信號(hào)：激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)信號(hào) Eb+ +Uj 導(dǎo)通導(dǎo)通 當(dāng)激勵(lì)信號(hào)當(dāng)激勵(lì)信號(hào) ube 足夠大，放大器工作在放大足夠大，放大器工作在放大區(qū)和截止區(qū)，集電極電流是周期性的余弦脈沖，區(qū)和截止區(qū)，集電極電流是周期性的余弦脈沖，波形如圖波形如圖3-33-3示。將示。將ube表示式表示式 代入式（代入式（3-13-1）可得）可得)cos(jbbmcUEtUgi bbmbecosEtUu (3-3)(3-3) 根據(jù)導(dǎo)通角的定義，根據(jù)導(dǎo)通角的定義， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 即即 由此可得由此可得導(dǎo)通角導(dǎo)通角 與與Eb、Ubm、Uj 間的間的關(guān)系關(guān)系 t0c i0)cos(bjbm EUUg bmbjc

10、osUEU 2. .導(dǎo)通時(shí)間的衡量導(dǎo)通時(shí)間的衡量導(dǎo)通角導(dǎo)通角 1）當(dāng)當(dāng)Eb、Uj一定，一定，改變激勵(lì)信號(hào)，就可改變改變激勵(lì)信號(hào)，就可改變導(dǎo)通角導(dǎo)通角 (3-4)(3-4) 2）當(dāng)當(dāng)管子定下來，管子定下來，Uj 一定，在一定一定，在一定激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)信號(hào)下下，改變，改變Eb 就可改變導(dǎo)通角的大小。就可改變導(dǎo)通角的大小。bmbjcosUEU 圖圖3-3 3-3 折線法分析非線性電路電流電壓波形折線法分析非線性電路電流電壓波形1 1）采用）采用折線近似分析法折線近似分析法 ic是周期性是周期性余弦脈沖電流。余弦脈沖電流。2 2）余弦特征的表達(dá)余弦特征的表達(dá)峰值峰值Icmax , ,導(dǎo)通角導(dǎo)通角 3 3

11、）余弦特征的）余弦特征的分解分解直流成分、基波及直流成分、基波及 2 2、3 3、 n n次諧波次諧波 。3.3.余弦脈沖電流的分析余弦脈沖電流的分析)cos(cosbmc tgUi 周期性余弦脈沖電流可用傅里葉級(jí)數(shù)展開。周期性余弦脈沖電流可用傅里葉級(jí)數(shù)展開。為此，需要求得為此，需要求得余弦脈沖電流的幅度余弦脈沖電流的幅度Icmax 。將式將式（3-43-4）代入式（）代入式（3-33-3）得到）得到 )cos1(bmmaxc gUI當(dāng)當(dāng)0 t 時(shí)，電流時(shí)，電流 ic 為最大值，以為最大值，以Icmax表示表示這樣電流這樣電流 ic又又可寫成可寫成 (3-5)(3-5)cos(coscos1m

12、axcc tIi (3-6)(3-6)電流電流 ic 的傅里葉級(jí)數(shù)展開式為的傅里葉級(jí)數(shù)展開式為 1cnmcoccosntnIIi (3-7)(3-7)其中，其中，ic 直流分量直流分量為為coccmax1d21coscosd21 cosIittIt)cos1(cossinmaxc I(3-8)(3-8)基波分量幅值為基波分量幅值為)cos1(cossincos1cmaxcc1m ItdiI (3-9)(3-9)對(duì)于對(duì)于 n 次諧波的幅值為次諧波的幅值為,.3 , 2)cos1)(1()sincoscos(sin2cos12cmaxccnm nnnnnnItdniI (3-10)(3-10) 上

13、述各式都包含兩部分，上述各式都包含兩部分，一部分是最大電流一部分是最大電流 Icmax ，另一部分是以另一部分是以 為變量的函數(shù)。為變量的函數(shù)。 )cos1(cossin0 )cos1(cossin1 )cos1)(1()sincoscos(sin22 nnnnnn 對(duì)應(yīng)于直流分量、基波分量，對(duì)應(yīng)于直流分量、基波分量，n 次諧波分量的次諧波分量的函數(shù)，分別用函數(shù)，分別用 、 、 表示，即表示，即 0 1 n 直流成分為直流成分為 基波成分為基波成分為 2 2次諧波為次諧波為 、 、 稱作稱作余弦脈沖分解系數(shù)，余弦脈沖分解系數(shù)，它們是導(dǎo)通角它們是導(dǎo)通角 的函數(shù)。的函數(shù)。 為了使用方便，為了使用方

14、便，將幾個(gè)常用系數(shù)與將幾個(gè)常用系數(shù)與 的關(guān)系的關(guān)系繪制在圖繪制在圖3-43-4中。中。maxc00cII maxc11cIIm 01maxc22cIIm 2圖圖3-4 3-4 余弦脈沖分解系數(shù)曲線余弦脈沖分解系數(shù)曲線 、 的特點(diǎn)的特點(diǎn)1）2）當(dāng)當(dāng) ， ， o101o0110,2010四、四、槽路電壓槽路電壓1.波形波形基本正弦基本正弦 條件條件1 1）槽路調(diào)諧于基波）槽路調(diào)諧于基波 2 2）QL 足夠高（足夠高（QL =5 =51010）2.大小大小 Rc抽頭部分諧振電阻抽頭部分諧振電阻3.相位相位cc1mcmRIU LQNNRNNR0L210210c)()( L221000L)/(RNNLQ

15、LQ tUEu coscmcce 圖圖3-3 3-3 折線法分析非線性電路電流電壓波形折線法分析非線性電路電流電壓波形3.3 3.3 功率和效率功率和效率 從能量轉(zhuǎn)換方面看，放大器是通過晶體管從能量轉(zhuǎn)換方面看，放大器是通過晶體管把直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率，通過槽路把脈沖功把直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率，通過槽路把脈沖功率轉(zhuǎn)換為正弦功率，然后傳輸給負(fù)載。率轉(zhuǎn)換為正弦功率，然后傳輸給負(fù)載。在能量的在能量的轉(zhuǎn)換和傳輸過程中，不可避免地產(chǎn)生損耗，所以轉(zhuǎn)換和傳輸過程中，不可避免地產(chǎn)生損耗，所以放大器的效率不能達(dá)到放大器的效率不能達(dá)到100100。功率放大器功率功率放大器功率大，電源供給、管子發(fā)熱等問題也大。大，

16、電源供給、管子發(fā)熱等問題也大。為了盡量為了盡量減小損耗，合理地利用晶體管和電源，必須了解減小損耗，合理地利用晶體管和電源，必須了解功率放大器的功率和效率問題。功率放大器的功率和效率問題。 調(diào)諧功率放大器有如下五種功率需要考慮。調(diào)諧功率放大器有如下五種功率需要考慮。1.1.電源供給的直流功率電源供給的直流功率PS ；2.2.通過晶體管轉(zhuǎn)換的交流功率，即通過晶體管轉(zhuǎn)換的交流功率，即晶體管集電極輸出的晶體管集電極輸出的交流功率交流功率Po ；3.3.通過槽路送給負(fù)載的交流功率通過槽路送給負(fù)載的交流功率, ,即即RL 上得到的功率上得到的功率PL;4.4.晶體管在能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗功率，即晶體管損耗

17、晶體管在能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗功率，即晶體管損耗功率功率PC ；5.5.槽路損耗功率槽路損耗功率 PT。 以上五項(xiàng)功率的相互關(guān)系可用圖以上五項(xiàng)功率的相互關(guān)系可用圖3-53-5表示。電源供表示。電源供給的功率給的功率PS ，一部分，一部分( (PC) )損耗在管子，使管子發(fā)熱；損耗在管子，使管子發(fā)熱；另一部分另一部分( (Po) )轉(zhuǎn)換為交流功率，輸出給槽路。通過槽路轉(zhuǎn)換為交流功率，輸出給槽路。通過槽路一部分一部分( (PT) )損耗在槽路線圈和電容中，另一部分損耗在槽路線圈和電容中，另一部分( (PL) )輸輸出給負(fù)載出給負(fù)載RL。圖圖3-5 3-5 調(diào)諧功率放大器中的功率關(guān)系調(diào)諧功率放大器中的

18、功率關(guān)系 晶體管轉(zhuǎn)換能量的效率叫集電極效率，以晶體管轉(zhuǎn)換能量的效率叫集電極效率，以 表示，其計(jì)算式為表示，其計(jì)算式為 (3-21)(3-21) 槽路將交流功率槽路將交流功率Po傳送給負(fù)載的效率，叫傳送給負(fù)載的效率，叫槽路效率以槽路效率以 表示，其計(jì)算式為表示，其計(jì)算式為 (3-22)(3-22) 下面分析下面分析 、 與哪些因素有關(guān)，以便設(shè)與哪些因素有關(guān)，以便設(shè)計(jì)出高效率的放大器。計(jì)出高效率的放大器。c ocSPPT oLTPP c T 電源供給功率電源供給功率PS和交流輸出功率和交流輸出功率Po可分別表可分別表示為示為 c c0cSIEP mIUPc1cmo21 1 1 . .集電極效率集電

19、極效率（3-23）（3-24） 集電極效率集電極效率 為為 (3-25) 上式說明上式說明 與與 、 成正比，是余弦脈沖基波成正比，是余弦脈沖基波分量和直流分量分解系數(shù)之比，代表著集電極電流基分量和直流分量分解系數(shù)之比，代表著集電極電流基波幅值與直流電流之比，所以這個(gè)比值叫波幅值與直流電流之比，所以這個(gè)比值叫集電極電流集電極電流利用系數(shù)利用系數(shù)。因?yàn)椤Ｒ驗(yàn)?、 都是都是 的函數(shù)，所以的函數(shù)，所以它與負(fù)它與負(fù)載、激勵(lì)大小及導(dǎo)通角有關(guān)。載、激勵(lì)大小及導(dǎo)通角有關(guān)。0 1 c ccm01cmax0cmax1ccm0ccc1mcmSoc21212EUIIEUIEIUPP 01ccmEUc 討論：討論：

20、不論由于上述什么原因使不論由于上述什么原因使Ucm增大時(shí)，則增大時(shí)，則也增大，從而使也增大，從而使 提高。提高。 不過不過 也不能任意提高，因?yàn)樵诠茏訉?dǎo)通的也不能任意提高，因?yàn)樵诠茏訉?dǎo)通的某一瞬間，集電極電壓某一瞬間，集電極電壓 uce下降的最小值為下降的最小值為 ，則，則 ，當(dāng)減小到一定程度（約為，當(dāng)減小到一定程度（約為1 1 2V2V），晶體管進(jìn)入飽和區(qū)。此后雖然），晶體管進(jìn)入飽和區(qū)。此后雖然Ucm仍可增仍可增大，大，ucemin進(jìn)一步減小，電壓利用系數(shù)也有所提高，進(jìn)一步減小，電壓利用系數(shù)也有所提高，但其變化緩慢極限為但其變化緩慢極限為1 1。c ccmEUcmcminceUEu cmU

21、minceuccmEU 一般管子飽和電壓可按一般管子飽和電壓可按1V計(jì)算，高頻計(jì)算，高頻時(shí)可適當(dāng)增大，例如，某放大區(qū)電源電時(shí)可適當(dāng)增大，例如，某放大區(qū)電源電壓壓 ，管子飽和壓降，管子飽和壓降1V， 電壓利用系數(shù)為電壓利用系數(shù)為cm12 111VU c12VE 915. 01211ccm EU 根據(jù)以上分析，在調(diào)整較好的調(diào)諧放大器中根據(jù)以上分析，在調(diào)整較好的調(diào)諧放大器中 對(duì)比，對(duì)比，甲類放大器甲類放大器 為為180,查曲線可知查曲線可知 由此可見丙類放大器的由此可見丙類放大器的 比甲類約高一倍，比甲類約高一倍，這正是丙類優(yōu)于甲類的地方。這正是丙類優(yōu)于甲類的地方。 87. 082. 0915. 0

22、)9 . 18 . 1(2121ccm10c EU , 110 407. 0915. 0121c c 2.2.槽路效率槽路效率 圖圖3-63-6是負(fù)載折算到槽路的等效回路，是負(fù)載折算到槽路的等效回路，Um為回路兩端的電壓幅值。由圖可以看出，為回路兩端的電壓幅值。由圖可以看出，負(fù)載功率負(fù)載功率PL是是RL所吸收的功率，槽路損耗功所吸收的功率，槽路損耗功率率PT是槽路空載電阻是槽路空載電阻R0所吸收的功率；所吸收的功率；而集而集電極電極輸輸出的基波功率出的基波功率Po相當(dāng)于總電阻相當(dāng)于總電阻R所吸收所吸收的功率。的功率。這些功率都可用槽路電壓和各有關(guān)這些功率都可用槽路電壓和各有關(guān)電阻表示。電阻表示

23、。即即圖圖3-6 3-6 負(fù)載折算到槽路的等效回路及其功率關(guān)系負(fù)載折算到槽路的等效回路及其功率關(guān)系將上兩式代入式（將上兩式代入式（3-283-28）可得）可得0L0L2m02mL2moToT222QQQLQULQULQUPPP0L0TQQQ （3-293-29）LQURUP L2m2mo22 LQURUP 02m02mT22 上式表明，上式表明， 決定于槽路的空載與有載品質(zhì)因決定于槽路的空載與有載品質(zhì)因數(shù)。數(shù)。Q0愈大，愈大，QL愈小，則愈小，則 愈高。愈高。實(shí)際上，由于受實(shí)際上，由于受到槽路元件質(zhì)量的限制，到槽路元件質(zhì)量的限制，Q0不可能很大，一般只有不可能很大，一般只有幾十到幾百。幾十到幾

24、百。QL也不能太小，否則槽路濾波效果太也不能太小，否則槽路濾波效果太差，輸出波形不好，一般至少要差，輸出波形不好，一般至少要 ，若若 ， ，則，則 如果選用較好的如果選用較好的L、C 元件，元件，Q0 可再大些，可再大些， 也可也可再高些，故在電路設(shè)計(jì)中再高些，故在電路設(shè)計(jì)中 可按可按0.8 0.9估計(jì)。估計(jì)。 T T 105L Q500 Q10L Q8 . 0501050T T T 知道了知道了 和和 ，就可以根據(jù)負(fù)載要求的，就可以根據(jù)負(fù)載要求的輸出功率輸出功率PL 計(jì)算晶體管損耗。計(jì)算晶體管損耗。)11(cTLocooSC PPPPPP （3-303-30）c T PC 是選用晶體管容量的

25、依據(jù)。例如是選用晶體管容量的依據(jù)。例如 ， 則則 若若PL =1 =1W，則晶體管損耗，則晶體管損耗PC=0.31=0.31W，所選用晶，所選用晶體管功率容量必須大于此值。為留有余地，可選用體管功率容量必須大于此值。為留有余地，可選用PCM =0.5 =0.5W 的管子。的管子。 在在甲類放大器甲類放大器中，中，同樣容量的管子，同樣容量的管子，理論上最高理論上最高輸出功率也只有輸出功率也只有0.250.25W ，同丙類放大器相比要差同丙類放大器相比要差4 4倍之多。倍之多。 8 . 0c 8 . 0T LLcTLC31. 0) 18 . 01(8 . 0) 11(PPPP 綜上所述，為了盡可能

26、利用小功率容量綜上所述，為了盡可能利用小功率容量的管子和電源，輸出較大的功率，應(yīng)力求的管子和電源，輸出較大的功率，應(yīng)力求和和 高。高。 高要適當(dāng)選取高要適當(dāng)選取 ，電壓利用系數(shù)，電壓利用系數(shù)盡可能大；盡可能大； 高，要求槽路空載高，要求槽路空載品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q0大，即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。大，即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。c T c T 為了討論調(diào)諧功率放大器不同工作狀態(tài)為了討論調(diào)諧功率放大器不同工作狀態(tài)對(duì)電壓、電流、功率和效率的影響，需要對(duì)對(duì)電壓、電流、功率和效率的影響，需要對(duì)調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。3.4 3.4 調(diào)諧功率放大器的工作

27、狀態(tài)分析調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析 調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性是晶體管內(nèi)調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性是晶體管內(nèi)部特性和外部特性結(jié)合起來的特性（即部特性和外部特性結(jié)合起來的特性（即實(shí)際實(shí)際放大器的工作特性放大器的工作特性）。晶體管內(nèi)部特性是無）。晶體管內(nèi)部特性是無載情況下，晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性。載情況下，晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性。 晶體管外部特性是有載情況下，晶體管晶體管外部特性是有載情況下，晶體管輸入、輸出電壓（輸入、輸出電壓（ ， ）同時(shí)變化時(shí)，）同時(shí)變化時(shí)， ， 特性。特性。beuceubec uicec ui一、調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性一、調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性由下列

28、三個(gè)方程求得，即放大區(qū)動(dòng)態(tài)特性由下列三個(gè)方程求得，即內(nèi)部特性方程內(nèi)部特性方程 (3-31)外部特性方程外部特性方程 (3-32)將將 代入式（代入式（3-313-31），得），得 (3-33)由于由于則有則有 beu tUEutUEu coscoscmccebmbbe)cos(jbmbcUtUEgi )(jbecUugi tUEu coscmcce cmceccosUuEt 代入式（代入式（3-333-33）得）得 (3-34) 在回路參數(shù)、偏置、激勵(lì)、電源電壓確定后，在回路參數(shù)、偏置、激勵(lì)、電源電壓確定后， 。它表明放大器的動(dòng)態(tài)特性是一條直線，它表明放大器的動(dòng)態(tài)特性是一條直線，只需找出兩個(gè)特

29、殊點(diǎn)，就可把動(dòng)態(tài)線繪出。只需找出兩個(gè)特殊點(diǎn)，就可把動(dòng)態(tài)線繪出。 例如，要確定靜態(tài)工作點(diǎn)例如，要確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q 和起始導(dǎo)通點(diǎn)和起始導(dǎo)通點(diǎn)B 。 對(duì)于對(duì)于靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q，其特征是，其特征是 ，代入式，代入式（3-343-34）得）得 )(cmcecbmjbcUuEUUEgi )(cecufi cceEu )()(bjjbcEUgUEgi 由于調(diào)諧功率放大器放大器由于調(diào)諧功率放大器放大器Eb 和和 Uj 的的值恒為正，所以值恒為正，所以ic 為負(fù)值。為負(fù)值。Q 點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)（見（見圖圖3-73-7）為）為)(,bjcEUgE Q點(diǎn)位于橫坐標(biāo)的下方，即對(duì)應(yīng)于靜態(tài)工作點(diǎn)點(diǎn)位于橫坐標(biāo)的下方，

30、即對(duì)應(yīng)于靜態(tài)工作點(diǎn)的電流為負(fù)，這實(shí)際上是不可能的，它說明的電流為負(fù)，這實(shí)際上是不可能的，它說明Q點(diǎn)是點(diǎn)是個(gè)假想點(diǎn)，反映了丙類放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，集電個(gè)假想點(diǎn)，反映了丙類放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極無電流。極無電流。 對(duì)于對(duì)于起始導(dǎo)通點(diǎn)起始導(dǎo)通點(diǎn)B, ,其特征是其特征是 , ,代入式代入式（3-343-34）得）得解方程得解方程得 此時(shí)此時(shí) , ,晶體管剛好處于截止到導(dǎo)通的晶體管剛好處于截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)，B點(diǎn)得坐標(biāo)為點(diǎn)得坐標(biāo)為0c i)(0cmcecbmjbUuEUUEg coscmcbmbjcmceUEUEUUEuc 0,c it 0,coscmc UEB 圖圖3-73-7調(diào)諧功率放大

31、器的動(dòng)態(tài)特性調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)特性 從上式可以看出，從上式可以看出，調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)電阻調(diào)諧功率放大器的動(dòng)態(tài)電阻不僅與導(dǎo)通角不僅與導(dǎo)通角 有關(guān)，而且與等效負(fù)載電阻有關(guān)，而且與等效負(fù)載電阻Rc有關(guān)。有關(guān)。c1cmaxcc1mcmaxcmc)cos1)()cos1()cos1(RIRIIUR 連連Q,B點(diǎn)的直線并延長(zhǎng)與點(diǎn)的直線并延長(zhǎng)與 相交于相交于C 點(diǎn)，點(diǎn)，BC段就是晶體管處于放大區(qū)的動(dòng)態(tài)線。段就是晶體管處于放大區(qū)的動(dòng)態(tài)線。 由圖由圖3-73-7可見，放大區(qū)的動(dòng)態(tài)特性，類似于低頻可見，放大區(qū)的動(dòng)態(tài)特性，類似于低頻放大器的負(fù)載特性，但是與它有著嚴(yán)格的區(qū)別。其放大器的負(fù)載特性，但是與它有著嚴(yán)格

32、的區(qū)別。其動(dòng)態(tài)線不僅是負(fù)載的函數(shù)，而且是導(dǎo)通角的函數(shù)動(dòng)態(tài)線不僅是負(fù)載的函數(shù)，而且是導(dǎo)通角的函數(shù)。丙類放大器的動(dòng)態(tài)電阻是丙類放大器的動(dòng)態(tài)電阻是bemaxu1.1.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(shí)是否進(jìn)入進(jìn)入根據(jù)調(diào)諧功率放大器在工作時(shí)是否進(jìn)入進(jìn)入飽和區(qū)，可將放大器的工作狀態(tài)分為飽和區(qū)，可將放大器的工作狀態(tài)分為欠壓、過壓欠壓、過壓和臨界三種。和臨界三種。1)1)欠壓欠壓若晶體管在任何時(shí)刻都工作在放大狀態(tài)，若晶體管在任何時(shí)刻都工作在放大狀態(tài)，稱放大器工作在欠壓狀態(tài)；稱放大器工作在欠壓狀態(tài)；2)2)臨界臨界若剛剛進(jìn)入飽和區(qū)的邊緣，稱放大器工若剛剛進(jìn)入飽

33、和區(qū)的邊緣，稱放大器工作在臨界狀態(tài)；作在臨界狀態(tài)；3)3)過壓過壓若晶體管工作時(shí)有部分時(shí)間進(jìn)入飽和區(qū)，若晶體管工作時(shí)有部分時(shí)間進(jìn)入飽和區(qū)，則稱放大器工作在過壓狀態(tài)。則稱放大器工作在過壓狀態(tài)。二、調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)及其判別二、調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)及其判別方法方法 ( (欠壓欠壓) ) ( (臨界臨界) ) ( (過壓過壓) )ceminccmuEUcemincesuUcemincesuUcemincesuU2. 工作狀態(tài)的判別方法工作狀態(tài)的判別方法三三、 Rc 、Ec 、Eb 和和Ubm變化變化對(duì)放大器工作狀態(tài)對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響的影響ceminccmc1 cmaxcuEUE

34、IR因?yàn)橐驗(yàn)?bmbjcosUEU )cos1(cossin1 所以所以放大器的這三種工作狀態(tài)取決于放大器的這三種工作狀態(tài)取決于集電極等效負(fù)載電阻集電極等效負(fù)載電阻 Rc電源電壓電源電壓Ec偏置電壓偏置電壓Eb激勵(lì)電壓幅值激勵(lì)電壓幅值Ubm 當(dāng)調(diào)諧功率放大器的電源電壓、偏置當(dāng)調(diào)諧功率放大器的電源電壓、偏置電壓和激勵(lì)電壓幅值一定后，電壓和激勵(lì)電壓幅值一定后，放大器的集放大器的集電極電流，槽路電壓、輸出功率、效率隨電極電流，槽路電壓、輸出功率、效率隨晶體管等效負(fù)載電阻的變化特性被稱做調(diào)晶體管等效負(fù)載電阻的變化特性被稱做調(diào)諧功率放大器的負(fù)載特性。諧功率放大器的負(fù)載特性。 圖圖3-83-8表示在三種不

35、同負(fù)載電阻表示在三種不同負(fù)載電阻Rc 時(shí)，時(shí)，作出的三條不同動(dòng)態(tài)特性作出的三條不同動(dòng)態(tài)特性QA1 ,QA2 , QA3A31. Rc變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 調(diào)諧功放的負(fù)載特性調(diào)諧功放的負(fù)載特性 圖圖3-83-8不同負(fù)載電阻時(shí)的動(dòng)態(tài)特性不同負(fù)載電阻時(shí)的動(dòng)態(tài)特性 其中其中QA1 對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于欠欠壓狀態(tài)，壓狀態(tài)， QA2 對(duì)應(yīng)于臨界狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于臨界狀態(tài)， QA3 A3 對(duì)應(yīng)于過壓狀態(tài)。對(duì)應(yīng)于過壓狀態(tài)。 圖圖3-9 3-9 放大器的負(fù)載特性曲線放大器的負(fù)載特性曲線（1）欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài) ， Ucm 幾乎隨幾乎隨R c成正比增加；成正比增加； ，可見輸出功率，可見輸出功率P

36、o 隨隨R c增大而增加；增大而增加； ，接近常量；接近常量； ，隨隨R c增大而增加；增大而增加； ，隨隨R c增大而減小。增大而減小。c2c1mo21RIP )constant(c1m Icc1mcmRIU SocPP c0SEIPc oSCPPP 1）不同工作狀態(tài)下，）不同工作狀態(tài)下，電流、電壓電流、電壓 、功率、功率、效率與效率與 RL的關(guān)系的關(guān)系 （2）過壓過壓狀態(tài)狀態(tài)( ) 輸出功率輸出功率Po 隨隨 R c增大而減小。增大而減小。在臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài)Po 最大。最大。 PS ，PC ， 自行分析。自行分析。constantcm Uc2cmo21RUP c ccm01ccmc0c1

37、mc2121EUEUII c2cmoc2c1moc1mcmo212121RUPRIPIUP 結(jié)論：結(jié)論： 臨界狀態(tài)時(shí)，放大器輸出功率臨界狀態(tài)時(shí)，放大器輸出功率Po最最大，效率也較高。一般調(diào)諧功率放大器大，效率也較高。一般調(diào)諧功率放大器工作在臨界狀態(tài)、弱過壓狀態(tài)比較好。工作在臨界狀態(tài)、弱過壓狀態(tài)比較好。 2 2）阻抗匹配）阻抗匹配 在一定在一定 Ec、Ubm下下 , ,調(diào)整調(diào)整Rc, ,使使Rc= =Rcp使放大器工作在臨界狀態(tài)使放大器工作在臨界狀態(tài), ,可獲得最大的輸可獲得最大的輸出功率出功率Po 和高的效率和高的效率 。符合此條件叫。符合此條件叫“阻抗匹配阻抗匹配”。o2cesccescoc

38、esccp2)(2PUEUEPUER c 2. Ec變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響 調(diào)諧功放的調(diào)諧功放的集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 集電極調(diào)制特性是指當(dāng)集電極調(diào)制特性是指當(dāng)Eb、Ubm、Rc保持恒定，保持恒定，放大放大器的性能隨集電極電源電壓器的性能隨集電極電源電壓Ec 變化的特性。變化的特性。 當(dāng)當(dāng)Ec改變時(shí)，放大器工作狀態(tài)的變化如圖改變時(shí)，放大器工作狀態(tài)的變化如圖3-10示。因示。因?yàn)闉镽c不變，動(dòng)態(tài)負(fù)載特性曲線的斜率不變不變，動(dòng)態(tài)負(fù)載特性曲線的斜率不變又又因?yàn)橐驗(yàn)镋b、Ubm不變，不變，ubemax = Ubm - Eb也不變，也不變，因而，對(duì)應(yīng)于因而，對(duì)應(yīng)于uc

39、emin的動(dòng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)必定在的那條輸出特性曲線上移動(dòng)。態(tài)點(diǎn)必定在的那條輸出特性曲線上移動(dòng)。 Ec 變化，變化，ucemin 也隨之變化。也隨之變化。使得使得ucemin和和Ucm的相對(duì)大小發(fā)生變化。的相對(duì)大小發(fā)生變化。 當(dāng)當(dāng)Ec較大時(shí)，較大時(shí)， ucemin 具有較大數(shù)值，具有較大數(shù)值， ucemin Uces ，放大器工作在欠壓狀態(tài)。，放大器工作在欠壓狀態(tài)。 隨著隨著Ec減小，減小，ucemin 也減小，當(dāng)也減小，當(dāng)ucemin=Uces ，放大器工作在臨界狀態(tài)。放大器工作在臨界狀態(tài)。 Ec再減小再減小, , ucemin Ec2 時(shí)，時(shí)，放大器工作在欠壓狀態(tài)；放大器工作在欠壓狀態(tài)； Ec Ec2 時(shí)，放大器工作在過壓狀態(tài)。時(shí)，放大器工作在過壓狀態(tài)。 即當(dāng)即當(dāng)Ec由大變小時(shí)，放大器的工作狀由大變小時(shí)，放大器的工作狀態(tài)態(tài)由欠壓進(jìn)入過壓由欠壓進(jìn)入過壓，ic波形也由余弦脈沖波波形也由余弦脈沖波形變?yōu)橹虚g出現(xiàn)凹陷的脈沖波?？梢娦巫?yōu)橹虚g出現(xiàn)凹陷的脈沖波?？梢奅c控控制制ic波形的變化。波形的變化。 由于由于Ec控制控制ic 波形的變化，波形的變化，Ic1m、Ic0以以及及Ucm= =Ic1mRc 也同樣隨也同樣隨Ec變化而變化。如圖變化而變化。如圖3-113-11所示。所示。 這是集電極調(diào)制特性。該特性是晶體管這是集電極調(diào)制特性。該特性是晶體管集電極調(diào)幅的理論依據(jù)。集電極調(diào)幅的理論依