集電極調(diào)制特性課件

為天線等效電、放大器（

4.2諧振功率放大器的原理與應用

4.2.1諧振功率放大器（ResonatePowerAmplifier）的工作原理一．諧振功率放大器的工作原理分析

圖4.2.1(a)(b)分別為發(fā)送設備的中間放大級和末級4.2.1路),(c)為相應的原理電路。

圖4.2.1丙類諧振放大器的電路組成

AC為天線等效電、放大器（4.2諧振功率放大器的原按工作狀態(tài)分為電路是以諧振系統(tǒng)作匹配網(wǎng)絡（負載）。1．電路的基本組成電路中各元件作用：

輸入信號（又稱為激勵信號）經(jīng)變壓器耦合到晶體管的輸入端得到；按工作狀態(tài)分為電路是以諧振系統(tǒng)作匹配網(wǎng)絡（負載）。1．電路的是集電極直流電源電壓，是基極偏置電壓；為旁路電容，為電源濾波電容；L、C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負載回路（或匹配網(wǎng)絡），該回路又稱為槽路，負載回路既可以實現(xiàn)選頻濾波的功能，又實現(xiàn)阻抗匹配；4.2.1

放大后的信號通過變壓器耦合到負載上(圖(a))或通過天線(圖（b))向空間輻射?；芈返闹C振總電阻。圖（c）中的為L、C

圖4.2.1丙類諧振放大器的電路組成

（放大器工作原理動畫）是集電極直流電源電壓，是基極偏置電壓；為旁路電容，為電當時為甲類狀態(tài)；當時為乙類狀態(tài)；當時為丙類狀態(tài)。稱為晶體管的導通電壓。4.2.1放大器的工作狀態(tài)由偏置電壓的大小決定2．電路特點：①電路工作在丙類狀態(tài)。高，流過晶體管的電流為余弦脈沖；②諧振回路做負載。其作用是：阻抗匹配，選出余弦脈沖中的基波分量當時為甲類狀態(tài)；當時為乙類狀態(tài)；當時二．工作原理：，且若激勵電壓所以電路工作在丙類狀態(tài)。4.2.1圖4.2.1丙類諧振放大器的電路組成

電路的工作波形如圖4.2.2所示。晶體管的集電極電流為周期性的余弦脈沖。實際上，工作在丙類狀態(tài)的晶體管各極電流、、均為周期性余弦脈沖，均可以展開為傅立葉級數(shù)。二．工作原理：，且若激勵電壓所以電路工作在丙類狀態(tài)。44.2.1（集電極電流電壓圖解法分析動畫）4.2.1（集電極電流電壓圖解法分析動畫）其中式中，、、、…、分別為集電極電流的直流分量、基波分量、以及各高次諧波分量的振幅。4.2.1……的傅立葉級數(shù)展開式為其中，其中式中，、、、…、分別為集電極電流的直流分量、基、、…、為余弦脈沖分解系數(shù)，的關系曲線。

圖4.2.3給出了導通角與各分解系數(shù)、、…、

由圖可清楚地看到各次諧波分量隨導通角變化的趨勢。諧波次數(shù)越高，振幅就越小。因此，在諧振功率放大器中只需研究直流功率與基波功率。見附錄二。

圖4.2.3余弦脈沖分解系數(shù)曲線

（余弦脈沖分解系數(shù)曲線動畫）、、…、為余弦脈沖分解系數(shù)，的關系曲線。顯然，只要知道電流脈沖的最大值和導通角、就可以計算、、…、。輸出，即：當回路諧振于時，在回路兩端得到的最大4.2.1為回路等效總電阻，（負載等效值）式中顯然，只要知道電流脈沖的最大值和導通角、就可以計算、

結(jié)論：丙類諧振功率放大器，流過晶體管的各極電流均為余弦脈沖，但利用諧振回路的選頻作用，其輸出電壓仍能反映輸入電壓的變化規(guī)律，即輸出信號基本上是不失真的余弦信號，實現(xiàn)線性放大的功能。圖4.2.4諧振功率放大器的各極電壓、電流波形

4.2.1丙類諧振功率放大器的電流、電壓波形如圖7.2.4所示。（高頻工作時晶體管電壓電流波形動畫）結(jié)論：丙類諧振功率放大器，流過晶體管的各極電二．諧振功率放大器的質(zhì)量指標

在保證功放管安全工作的條件下，在允許失真的范圍內(nèi)，高效率地輸出足夠大的信號功率，因此，高頻功率放大器的主要技術指標有：1．電源電壓提供的直流輸入功率4.2.1對功率放大器的要求是：2．輸出高頻交流功率二．諧振功率放大器的質(zhì)量指標在保證功放管安

3．集電極損耗功率根據(jù)能量守恒定律，集電極損耗功率應為4．集電極效率②當器件確定時，一定，增大增大。③當增大的時候（或者減小的時候），減?。凰栽龃髸r，讓靜態(tài)工作點降低是提高和的重要途徑。一定時，越大，越大。結(jié)論：①當

3．集電極損耗功率根據(jù)能量守恒定律，集電極損耗功率應為4.2.24.2.2諧振功率放大器的近似分析方法

一．近似分析方法

近似分析方法（又稱為準靜態(tài)分析法），所作的近似如下：

近似一：諧振回路具有理想的選頻濾波特性，其上只能產(chǎn)生基波電壓，而其它分量的電壓均可忽略。因而，盡管集電極電流為脈沖波，但是集電極電壓卻是余弦的。

同理，放大器輸入端也接有諧振回路，因而，盡管基極電流為脈沖波，但是加到基極上的電壓卻是余弦波，它們可分別表示為4.2.24.2.2諧振功率放大器的近似分析方法一．近

近似二：功率管的特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線表示，其高頻效應可忽略。根據(jù)和設定的，便可確定所需的集電極諧振回路的諧振總電阻值

近似二：功率管的特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線4.2.2時，可先設定四個電量、、、的數(shù)值，并將按在上述兩個近似條件下，分析諧振功率放大器性能間隔給定不同的數(shù)值（例如）則和便是確定的數(shù)值，如圖4.2.5（a）所示。圖4.2.5諧振功率放大器的近似分析方法4.2.2時，可先設定四個電量、、、的數(shù)值，并將

為工作路，負載線)，它是指輸入信號的一個周期內(nèi)，由管子的集電極電流與集電極電壓共同決定的動態(tài)點的運動軌跡。根據(jù)不同間隔上的和值，在以為參變量的輸出特性曲線上找出對應的動態(tài)點和由此確定的值。動態(tài)線(DynamicLine）：動態(tài)點的連線稱為諧振功率放大器的動態(tài)線(又稱

為工作路，負載線)，它是指輸入信號的一個周期內(nèi)，由管子的（1）動態(tài)線在橫軸上的截距是，而非，這是區(qū)別于乙類放大器之處。

（2）在輸入信號變化一周的過程中，由晶體管的集電極電流與集電極電壓共同決定的動態(tài)點沿著A→B→C→D→C→B→A軌跡移動。即動態(tài)線是條曲線，管子經(jīng)歷了導通→截止→導通的過程。4.2.2從圖示的動態(tài)線可以看出以下幾點：（諧振功率放大器的近似分析方法動畫）（1）動態(tài)線在橫軸上的截距是，而非，這是區(qū)別于乙類放大（3）集電極電壓的最大值。若，則在選擇功放管時，應保證集電極與發(fā)射極間4.2.2的擊穿電壓。

（4）丙類放大器是非線性放大器，不適合放大振幅變化的已調(diào)信號。如圖4.2.6所示。顯然，當幅度變化時，電流導通角不同，造成輸出電流的基波分量振幅不同（與之間是非線性的關系），使輸出電壓的幅度與輸入電壓的包絡不成正比，產(chǎn)生了失真。（3）集電極電壓的最大值。若，則在選擇功放管時，應保證集圖4.2.6調(diào)幅波（AM）通過丙類放大器

7.2.2圖4.2.6調(diào)幅波（AM）通過丙類放大器7.2.2二．丙類諧振功率放大器的工作狀態(tài)圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

4.2.2二．丙類諧振功率放大器的工作狀態(tài)圖4.2.7諧振功率放大集電極電流脈沖的寬度主要取決于和的大小，參見圖4.2.2。也就近似一定，幾乎不隨的大小而變化。集電極電流脈沖的最大值由與的交點確定。時當一定時，集電極電流脈沖寬度（和）當圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

集電極電流脈沖的寬度主要取決于和的大小，參見圖4.2.2

臨界線：放大管輸出特性曲線上由放大區(qū)進入飽和區(qū)的點稱為臨界點?；驗榕R界線的斜率，為臨界線方程。4.2.2臨界點的連線為臨界線，臨界線上滿足，cb端的PN結(jié)導通vBE到達最大值后，就再也不會增加了臨界線：放大管輸出特性曲線上由放大區(qū)進入飽和區(qū)

（1）欠壓（Undervoltage）狀態(tài)的交點交與臨界線的右側(cè)，與交點

確定了集電極電流脈沖的高度。顯然，集電極電流波形如圖7.2.7（b）中曲線①所示，為尖頂?shù)挠嘞颐}沖。4.2.2所示的動態(tài)線①所示。如圖4.2.7（a）（較?。ɑ蜉^?。┑那闆r），稱為欠壓工作狀態(tài)。圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

（1）欠壓（Undervoltage）狀態(tài)的交點交與臨界（2）臨界（Critical）狀態(tài)的交點交在臨界線上，與

對應的集電極電流脈沖波形如圖4.2.7（b）中曲線②所示，仍然是尖頂?shù)挠嘞颐}沖。4.2.2的動態(tài)線②（較大（或較大）。如圖4.2.7（a）所示與交點意味著動態(tài)線的斜率減小，這時正好落在靜態(tài)曲線的臨界點上，這時放大器的工作工作狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。圖7.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

（2）臨界（Critical）狀態(tài)的交點交在臨界線上，與（3）過壓（Overvoltage）狀態(tài)與的交點交在臨界線的左側(cè)，4.2.2如圖4.2.7（a）所示的動態(tài)線③。繼續(xù)增大（或繼續(xù)增大）的情況，由于仍是那個靜態(tài)特性曲線，所以對應與的動態(tài)點必定進入飽和區(qū)，并在E點（對應的點）轉(zhuǎn)折，這種工作狀態(tài)稱為過壓狀態(tài)。

對應的集電極電流脈沖波形如圖4.2.7（b）中曲線③所示，是頂部凹陷的電流脈沖，E點對應電流脈沖的圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

（3）過壓（Overvoltage）狀態(tài)與的交點交在臨界波形才會

電流脈沖出現(xiàn)凹陷是由于集電極負載性質(zhì)造成的。它的負載是具有選頻作用的LC并聯(lián)諧振回路，其上只能產(chǎn)生基波余弦電壓，因而只有沿動態(tài)線畫出的出現(xiàn)中間凹陷。4.2.2值，點對應凹陷脈沖的值。圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

波形才會電流脈沖出現(xiàn)凹陷是由于集電極負載性質(zhì)造成4.2.3諧振功率放大器的外部特性

由諧振功率放大器的原理分析知：所以，當晶體管確定后，放大器的工作狀態(tài)及，，，，與，四個參量有關，同時也影響，也就唯一地確定了。

4.2.3，當，，這四個參量一定時，工作狀態(tài)4.2.3諧振功率放大器的外部特性由諧振功率放大器的原一．負載特性⑵對工作狀態(tài)的影響：同時電路的工作狀態(tài)經(jīng)歷了從欠壓狀態(tài)到臨界狀態(tài)又到過壓狀態(tài)的變化。⑴定義：不變時，，，變化時對放大器工作，，狀態(tài)及，的影響。升高的時候，可以得到同樣升高，圖4.2.7負載變化對放大器工作狀態(tài)的影響一．負載特性⑵對工作狀態(tài)的影響：同時電路的工作狀態(tài)經(jīng)歷了⑶對的影響：欠壓狀態(tài)到臨界狀態(tài)：略微減小，卻幾乎不變，和也幾乎不變。臨界狀態(tài)到過壓狀態(tài)：迅速下降，曲線出現(xiàn)凹陷，和也迅速下降。如圖4.2.8所示。圖4.2.8負載變化對電流脈沖的影響

4.2.3（Re變化時ic波形波形動畫）⑶對的影響：欠壓狀態(tài)到臨界狀態(tài)：略微減小，卻幾乎不變圖4.2.9負載特性

結(jié)論：在臨界狀態(tài)：最大，較高，最佳狀態(tài)；發(fā)射機末級。弱過壓狀態(tài)：最大，接近最大，隨著，平穩(wěn)，中間放大級；4.2.3⑷負載特性曲線（對功率、效率的影響）（放大器的負載特性動畫）圖4.2.9負載特性結(jié)論：在臨界狀態(tài)：最大，較高，欠壓狀態(tài)：比較低，比較小，且隨著的增大而增大。所以，一般不用，但基極調(diào)幅電路工作于欠壓狀態(tài)。二．放大特性⑴定義：放大特性是指保持，，一定時，放大器性能隨輸入激勵電壓的振幅變化的特性。4.2.3⑵對工作狀態(tài)的影響由零開始增加時，隨著的增大而增大，放大器的工作狀態(tài)經(jīng)歷從欠壓區(qū)、臨界狀態(tài)、最后到過壓區(qū)的變化過程，導致集電極電流導通角均隨著以及電流脈沖最大值的增大而增大。欠壓狀態(tài)：比較低，比較小，且隨著的增大而增大。所以，⑶對的影響和高度都隨之增大。如圖4.2.10所示。也會隨增大，所以脈沖的寬度圖4.2.10

對集電極電流

的影響

（Vbm變化對工作狀態(tài)的影響動畫）⑶對的影響和高度都隨之增大。如圖4.2.10所示。⑷放大特性曲線：在欠壓狀態(tài)時，隨的增大而增大，但不成線性關系。僅當處于甲類或乙類工作狀態(tài)時固定為，此時和成線形關系。如圖4.2.11所示。圖4.2.11放大特性曲線

4.2.3（放大特性動畫）⑷放大特性曲線：在欠壓狀態(tài)時，隨的增大而增大，但不成⑸應用：作為線性放大器和振幅限幅器。如圖4.2.12所示。圖4.2.12放大特性的應用

4.2.3（線性放大器和振幅限幅器的作用動畫）⑸應用：作為線性放大器和振幅限幅器。如圖4三．調(diào)制特性調(diào)制特性是指諧振功率放大器，在保持、不變時，放大器的性能（、、）跟隨集電極電源電壓或基極偏置電壓變化的特性，前者稱為集電極調(diào)制特性，后者稱為基極調(diào)制特性。4.2.3三．調(diào)制特性調(diào)制特性是指諧振功率放大器，在保持、不變時⑴集電極調(diào)制特性、A．定義：若和固定，輸出電壓振幅隨集電極電壓變化的規(guī)律即集電極調(diào)制特性B．對工作狀態(tài)的影響：

的變化使靜態(tài)工作點左右平移，從而使欠壓區(qū)內(nèi)的動態(tài)線左右平移，動態(tài)線的斜率不變，于是工作狀態(tài)在欠壓，臨界，過壓中轉(zhuǎn)換。（改變對工作狀態(tài)的影響動畫）⑴集電極調(diào)制特性、A．定義：若和固定，輸出電壓振幅

圖4.2.13集電極調(diào)制特性

C．對的影響：隨著的增大或變小而增大或減小，但是并非線性關系。

D．調(diào)制特性：在過壓狀態(tài)時，隨而單調(diào)變化，此時，起到了控制作用，即振幅調(diào)制作用4.2.3（集電極調(diào)制特性動畫）圖4.2.13集電極調(diào)制特性C．對的影響：隨著E．應用：使電路工作在過壓狀態(tài)，就可以起到振幅調(diào)制作用。集電極調(diào)幅電路及其工作波形4.2.3（集電極調(diào)幅電路動畫）E．應用：使電路工作在過壓狀態(tài)，就可以起到振幅調(diào)B．對工作狀態(tài)的影響：當由零開始增加時，隨著的增大而增大，放大器的工作狀態(tài)經(jīng)歷從欠壓區(qū)、臨界狀態(tài)、最后到過壓區(qū)的變化過程，導致集電極電流導通角以及電流脈沖最大值均隨著的增大而增大。4.2.3⑵基極調(diào)制特性：，A．定義：若和固定，輸出電壓振幅隨基極偏壓變化的規(guī)律成為基極調(diào)制特性（VBB變化對工作狀態(tài)的影響動畫）B．對工作狀態(tài)的影響：當