合工大高頻課件3.2諧振功放折線法

1、 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)3. 2 諧振高功放的折線分析法諧振高功放的折線分析法折線分析法：將晶體管的特性曲線理想化為折線再分析。折線分析法：將晶體管的特性曲線理想化為折線再分析。一、一、 晶體管特性曲線的理想化及其解析式晶體管特性曲線的理想化及其解析式1. 轉(zhuǎn)移特性曲線（正向傳輸特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線（正向傳輸特性曲線)實(shí)際實(shí)際理想理想BZBEUu 0C iBZBEUu )(BEcCBZUugi beccuig稱為稱為跨導(dǎo)跨導(dǎo) 集電極電壓恒定時(shí)，集電極電壓恒定時(shí)，集電極集電極電流與基極電壓電流與基極電壓的關(guān)系

2、曲線的關(guān)系曲線 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)一、一、 晶體管特性曲線的理想化及其解析式晶體管特性曲線的理想化及其解析式是以基極電壓（或基極電流）為參量的是以基極電壓（或基極電流）為參量的集電極電集電極電 流與集電極電壓流與集電極電壓的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 臨界飽和線臨界飽和線 放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)臨界線方程：臨界線方程： CEcrcugi 為臨界線的斜率為臨界線的斜率 crg2. 輸出特性曲線輸出特性曲線 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)

3、大大學(xué)學(xué)二、二、 余弦電流脈沖的分解余弦電流脈沖的分解 )cos1 (bmccCMUgI )cos(cosbmcCctUgi BZBEUu 0C iBZBEUu )(BZBEcCUugi 當(dāng) t = c 時(shí)，iC=0，則 cosbmBBBZUVUc tUVubmBBBE cos )cos(bZbmBBccVtUVgi 當(dāng)當(dāng) t = 0 時(shí)，時(shí)，iC=ICM ，cbmBBBZUVVcos ccMbmcIUgcos1cctIicos1coscosCMC 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)tdiI CC021ttdiI co

4、s1Cc1m )(0cCMI )(1cCMI 余余弦弦電電流流脈脈沖沖分分解解系系數(shù)數(shù)注注： )(c 利用傅里葉級(jí)數(shù)，可將利用傅里葉級(jí)數(shù)，可將iC的脈沖序列展開(kāi)為的脈沖序列展開(kāi)為tnItIIicnmmccoC coscos1 )(cos1ttdniICcnm)cos1(cossinCCCCCMI )cos1 (cossinCCCCCMI)(CnCMaI 直流分量分解系直流分量分解系數(shù)數(shù)基波分量分解系數(shù)基波分量分解系數(shù)n次諧波分量分解系數(shù)次諧波分量分解系數(shù) 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué))()()(011 g01 波

5、形系數(shù)波形系數(shù) 最最大大)(,12010 最大最大)(,6020 最大最大)(,4030 n0max120 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)三、三、 功率與效率功率與效率cmc1m21oUIP pc1m221RIpcm2/21RU PPoC CCcmC0c1m21VUII )(211 gc CCcm01)()(21VU （1）直流功率：）直流功率：CCCVIP0 （2）輸出功率：）輸出功率： （3）集電極損耗功率：）集電極損耗功率：ocPPP（4）集電極效率：）集電極效率： cccmVU 集電極電壓利用系數(shù)集電極電壓

6、利用系數(shù) 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)180 1)(1 g%50C 90 57. 1)(1 g%5 .78C 90 甲類：甲類：乙類：乙類：丙類：丙類：在在 條件下，條件下， 1 57. 1)(1 g%5 .78C 小小0P導(dǎo)通角越小，效率越高，導(dǎo)通角越小，效率越高， 但導(dǎo)通角不能取得太小，因?yàn)榈珜?dǎo)通角不能取得太小，因?yàn)?為了兼顧輸出功率和效率，通常導(dǎo)通角取為了兼顧輸出功率和效率，通常導(dǎo)通角取600800， 1.65-1.8)(1 g90%-82.5%c小小c 小小)(1c 小小mcI1oPoP(5)導(dǎo)通角的選擇

7、：導(dǎo)通角的選擇：)(211ccg)(211ccg則%5 .78C 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)例例1:某諧振功率放大器，某諧振功率放大器，VCC = 24 V，Po = 5W， = 70 ， = 0.9, 求該功放的求該功放的 C、 P=、PC、ICM 和回路諧振阻抗和回路諧振阻抗Rp解：解：Co)2( PP )W( 3 . 679. 05 )W( 3 . 153 . 6)3(oC PPPcmc1m21oUIP 因因?yàn)闉?A( 05. 144. 0463. 0)( 1c1mCMcII)( 65.46)5(c1mc

8、mp IUR%799 . 075. 121)(21)1(1 ccg)(6 .21249 . 0)4(CCVVUcm )A(0.463 6 .21522 oc1m cmUPI故故 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)1. 什么是靜態(tài)特性？什么是靜態(tài)特性？),(CEBEcuufi沒(méi)有帶負(fù)載阻抗的條件下得到的沒(méi)有帶負(fù)載阻抗的條件下得到的的關(guān)系，是晶體管本身固有的。的關(guān)系，是晶體管本身固有的。四、四、高功放的動(dòng)態(tài)特性高功放的動(dòng)態(tài)特性 2. 什么是動(dòng)態(tài)特性？什么是動(dòng)態(tài)特性？ 是指在電源電壓是指在電源電壓( (V VCCCC和和V

9、VBBBB) )、晶體管、晶體管( (g gC C 、 U UBZBZ) )、輸入、輸入信號(hào)信號(hào)U Ubmbm 和輸出電壓和輸出電壓U Ucmcm （或諧振電阻（或諧振電阻R RP P ）一定的條件下，）一定的條件下，集電極電流集電極電流i iC C = f(u= f(uBEBE, u, uCECE) ) 的關(guān)系稱為放大器的動(dòng)態(tài)特性。的關(guān)系稱為放大器的動(dòng)態(tài)特性。 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)當(dāng)當(dāng)放放大大器器工工作作在在諧諧振振狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)，其其外外部部電電路路電電壓壓方方程程為為：若若 設(shè)設(shè) ：tUubmb co

10、s cmCECCbmBBBEUuVUUu 又又利利用用晶晶體體管管的的內(nèi)內(nèi)部部特特性性關(guān)關(guān)系系式式（折折線線方方程程） ： BZBEccUugi 可可得得： BZcmCECCbmBBccUUuVUUgiuBEicgCUBZ3.3.動(dòng)態(tài)特性的表示形式動(dòng)態(tài)特性的表示形式 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué) )(bmBBBZcmCCCEcmbmcUUUUVuUUgccmCCUVU cos0 cmbmcdUUgg其中：其中：表示表示動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率動(dòng)態(tài)特性曲線的斜率 故動(dòng)態(tài)特性的表示形式：故動(dòng)態(tài)特性的表示形式：)(0Uugi

11、CEdcBZBEVu BZBEVu 0 ci 可見(jiàn)動(dòng)態(tài)特性為折線，而不是一條直線。可見(jiàn)動(dòng)態(tài)特性為折線，而不是一條直線。 BZcmCECCbmBBccUUuVUUgi oCEdUug ccmCCCEcmbmcUVuUUg cos )()(BBBZCCCEcmbmcUUVuUUg 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)ic0uCEubemaxube3ube2ube1ube4UoABVCCUcmuCEmingd4.4.動(dòng)態(tài)特性的畫法動(dòng)態(tài)特性的畫法(一）一） 截距法截距法（1）在輸出特性的）在輸出特性的 軸上取截距為軸上取截距為

12、點(diǎn)得Bcos0ccmccUVU CEu（2）通過(guò)）通過(guò)B點(diǎn)作斜率為點(diǎn)作斜率為 gd的直線交的直線交 線于線于A點(diǎn)，則點(diǎn)，則BA直線即為直線即為 maxbeuBZBEVu 段的動(dòng)態(tài)特性段的動(dòng)態(tài)特性在在UCE軸上找出相應(yīng)的軸上找出相應(yīng)的VCC點(diǎn)，點(diǎn)， A點(diǎn)在點(diǎn)在UCE軸上隨投影為軸上隨投影為: cmccCEUVu minC(4)在在UCE軸上選取軸上選取 得得C點(diǎn)，點(diǎn)，BC直線即為直線即為 段的動(dòng)態(tài)特性，則段的動(dòng)態(tài)特性，則AB-BC為總動(dòng)態(tài)特性為總動(dòng)態(tài)特性 BZBEVu cmccCEUVu max 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)

13、業(yè)大大學(xué)學(xué)ic0uCEubemaxube3ube2ube1ube4UoABVCCUcmuCEmingdC4.4.動(dòng)態(tài)特性的畫法動(dòng)態(tài)特性的畫法(二）虛擬電流法二）虛擬電流法QcCCCEIiVu 時(shí)時(shí)，在在點(diǎn)點(diǎn)得得和和）由由（Q)(1BBBZcQCCVUgIV 和和由由bmBBBEUVu max)2(點(diǎn)點(diǎn)得得AmincmccCEUVu (3) 連接連接AQ交橫軸于交橫軸于B點(diǎn)（管子導(dǎo)通點(diǎn)）點(diǎn)（管子導(dǎo)通點(diǎn)）(4) 在在UCE軸上選取軸上選取 得得C點(diǎn)，點(diǎn)， cmccceUVu maxABC則則AB-BC為總動(dòng)態(tài)特性為總動(dòng)態(tài)特性 (VCC，IQ）Q)( )cos()(BBBZcbmBBBZcmcmbm

14、cccmccccdoCEdQVUgUVUUUUgUVVgUugI Q 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué) 5高功放的三種工作狀態(tài)高功放的三種工作狀態(tài) uCEtVCCicuCEubemaxube3ube2ube1ube4臨界線臨界線OQUcm1Ucm2Ucm3A1A2A3A3Mic欠壓狀態(tài)：欠壓狀態(tài)： A點(diǎn)在點(diǎn)在 線上，但是線上，但是在放大區(qū)，輸出電壓幅度在放大區(qū)，輸出電壓幅度較小，較小，ic為尖頂脈沖。為尖頂脈沖。 maxbeu 臨界狀態(tài)：臨界狀態(tài)： A點(diǎn)在點(diǎn)在 線和臨界線和臨界飽和線的交點(diǎn)上，輸出飽和線的交點(diǎn)上，輸出

15、電壓幅度較大電壓幅度較大， ic為尖為尖頂脈沖。頂脈沖。 maxbeu過(guò)壓狀態(tài)：過(guò)壓狀態(tài)： A點(diǎn)在點(diǎn)在 的延長(zhǎng)線上的延長(zhǎng)線上（實(shí)際上是不存在），進(jìn)（實(shí)際上是不存在），進(jìn)入晶體管飽和區(qū)，輸出電入晶體管飽和區(qū)，輸出電壓幅度大，壓幅度大，ic為凹頂脈沖為凹頂脈沖 maxbeuB2B1B3 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)隨隨Rp增大，增大，dg減小減小五、五、 高功放的負(fù)載特性高功放的負(fù)載特性負(fù)載特性是指負(fù)載特性是指gc、VBZ、VCC 、VBB 、Ubm 不變時(shí)，改變諧振回路的諧振不變時(shí)，改變諧振回路的諧振電阻電阻 RP

16、，放大器的輸出電流、電壓、放大器的輸出電流、電壓、功率和效率等功率和效率等RP隨變化的關(guān)系。隨變化的關(guān)系。1什么是負(fù)載特性？什么是負(fù)載特性？2負(fù)載特性的分析負(fù)載特性的分析Q點(diǎn)點(diǎn))(,(BBBZcccVUgV ， 不隨不隨Rp變化而變化的，以變化而變化的，以Q點(diǎn)為參考點(diǎn)點(diǎn)為參考點(diǎn)QVCCicuCEubemaxube3ube2ube1ube4臨界線臨界線O不變不變bmBBbeUVu max不變不變ApccpccbmcbmcpccMbmcpmcbmccmbmcdRRUgUgRIUgRIUgUUgg)()cos1(1 )()cos1( )(1111 cosbmBBBZUVUc 3.2 諧振功率放大器的

17、折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)五、五、 高功放的負(fù)載特性高功放的負(fù)載特性QAgdVCCicuCEubemaxube3ube2ube1ube4臨界線臨界線OicRp欠壓欠壓過(guò)壓過(guò)壓Ic1mIcoUcmpc1mcmRIU pcmRURIP2pc1m221o21 CCC0VIP PCPoP= coCPPP PP /oC 臨界狀態(tài)臨界狀態(tài): : 輸出功率最大輸出功率最大, ,效率也較高效率也較高，是功率放大器的最佳工作狀態(tài)是功率放大器的最佳工作狀態(tài) ，一般用于，一般用于發(fā)射機(jī)的輸出級(jí)。發(fā)射機(jī)的輸出級(jí)。 欠壓狀態(tài)：欠壓狀態(tài)：輸出功率和效率輸出功率和

18、效率都較低，都較低，PC較大，較大，RP0，PC最大，可能燒壞管最大，可能燒壞管子，應(yīng)避免。子，應(yīng)避免。但輸出電流幾乎不隨但輸出電流幾乎不隨RP變變化，放大器可視為恒流源?；?，放大器可視為恒流源。 過(guò)壓狀態(tài)過(guò)壓狀態(tài)：在：在弱過(guò)壓區(qū)效率最高，弱過(guò)壓區(qū)效率最高，而而輸出輸出功率下降不多，且功率下降不多，且RP變化時(shí)，輸出變化時(shí)，輸出電壓相電壓相對(duì)較平穩(wěn)，常用于發(fā)射機(jī)的中間級(jí)。對(duì)較平穩(wěn)，常用于發(fā)射機(jī)的中間級(jí)。 臨界臨界Rp欠壓欠壓過(guò)壓過(guò)壓臨界臨界 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)六、各級(jí)電壓變化對(duì)工作狀態(tài)的影響六、各級(jí)電壓

19、變化對(duì)工作狀態(tài)的影響1 VCC 的影響的影響Q點(diǎn)點(diǎn))(,(BBBZcccVUgV ， icuceubemaxube3ube2ube1ube4臨界線臨界線OA集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性（gc、VBZ、RP 、VBB 、Vbm 不變）不變）PccdRg)cos1)(11 bmBBBZcUVV cosbmBBbeUVu max不變不變改變改變QVCCVCC欠壓欠壓過(guò)壓過(guò)壓 臨界臨界IcoIc1mVcmP=VCC欠壓欠壓過(guò)壓過(guò)壓臨界臨界P0PCQVCCVCCQ注意：注意：只有工作在過(guò)壓只有工作在過(guò)壓區(qū)才能有效地實(shí)現(xiàn)區(qū)才能有效地實(shí)現(xiàn)V VCCCC對(duì)對(duì)VcmVcm的控制作用，的控制作用，故故集電極調(diào)幅電

20、路應(yīng)工作集電極調(diào)幅電路應(yīng)工作在過(guò)壓區(qū)。在過(guò)壓區(qū)。 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)2 VBB 的影響的影響（gc、VBZ、RP 、Vbm 、Vcc 不變）不變）PccdRg)cos1)(11bmBBBZcUVVcosbmBBbeUVumaxBBVcQ點(diǎn)向上移動(dòng)點(diǎn)向上移動(dòng))(BBBZcQVUgIube2maxube3maxube1maxVccicuce臨界線臨界線OQ1A1B1Q2A2B2A3B3Q3ict 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)

21、進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)后，隨著進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)后，隨著VBB向正值方向增大，集電極脈沖電流的寬度向正值方向增大，集電極脈沖電流的寬度和幅度也增大，但凹陷加深，結(jié)果使和幅度也增大，但凹陷加深，結(jié)果使Ico、Icml增大得十分緩慢。增大得十分緩慢。 UcmIcoIcml臨界臨界 過(guò)壓過(guò)壓欠壓欠壓UBBO 在欠壓狀態(tài)：在欠壓狀態(tài)：Vbb自負(fù)值向正值方向增大時(shí)，集電極脈沖電流的幅自負(fù)值向正值方向增大時(shí)，集電極脈沖電流的幅度度I ICMCM和導(dǎo)通角和導(dǎo)通角c增大，增大，故故Ico、Icml 隨隨VBB的增大而增大。的增大而增大。2 VBB 的影響的影響基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性注意：注意：只有工作在欠壓區(qū)才能有效地實(shí)現(xiàn)

22、只有工作在欠壓區(qū)才能有效地實(shí)現(xiàn)V VBBBB對(duì)對(duì)VcmVcm的控制作用，的控制作用，故基極調(diào)幅電路應(yīng)工作在欠壓區(qū)。故基極調(diào)幅電路應(yīng)工作在欠壓區(qū)。（gc、VBZ、RP 、Vbm 、Vcc 不變）不變） 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)bmBBbeUVumaxUcmIcmlIcoUbm過(guò)壓過(guò)壓臨界臨界欠壓欠壓O3 Ubm 的影響的影響（gc、VBZ、RP 、VBB 、Vcc 不變）不變）(1)(1)當(dāng)諧振功率放大器作為線性功率放大器，當(dāng)諧振功率放大器作為線性功率放大器，放大器必須放大器必須 工作在欠壓狀態(tài)。工作在欠壓狀態(tài)

23、。(2)(2)當(dāng)諧振功率放大器用作振幅限幅器時(shí)，當(dāng)諧振功率放大器用作振幅限幅器時(shí)，放大器必須放大器必須 工作在過(guò)壓狀態(tài)。工作在過(guò)壓狀態(tài)。bmBBBZcUVVcos 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)七、諧振功放在臨界狀態(tài)的計(jì)算七、諧振功放在臨界狀態(tài)的計(jì)算)(mincmcccrcecrCMVVgugI VCCVcm 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)例例1:已知晶體管諧振功率放大已知晶體管諧振功率放大 器工作于臨界狀態(tài)，晶體管的器工作于臨界狀態(tài)，

24、晶體管的飽和臨界線斜率飽和臨界線斜率，）（，）（查表得：查表得：得得由由410. 0232. 0,9 .6344. 05 . 2)5 . 0(6 . 0cos100 CCCbmBBBZCUVU PcCMbmCCBBBZcrRPPPAIVUVVVVVUVAg,),(8 . 1,5 . 2,18)(5 . 0),(6 . 0,/9 . 00 試試求求：集集電電極極電電流流脈脈沖沖幅幅值值輸輸入入電電壓壓振振幅幅，電電源源電電壓壓壓壓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性曲曲線線的的導(dǎo)導(dǎo)通通電電解：由于工作于臨界狀解：由于工作于臨界狀態(tài)，則有態(tài)，則有)(mincmcccrcecrCMVVgugI )(169 . 08 . 118VgIVVcrCMcccm 3.2 諧振功率放大器的折線分析法諧振功率放大器的折線分析法 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué))(417. 0232. 08 . 100AIICCMc ）（ )( 8 .75166 .41718) 1 (0