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1、高频电子线路高频电子线路 本章教学基本要求本章教学基本要求一、了解高频功率放大器的功能和性能指标一、了解高频功率放大器的功能和性能指标二、掌握二、掌握C类谐振功率放大器的工作原理、分析方法、电路构成和使用方法。类谐振功率放大器的工作原理、分析方法、电路构成和使用方法。三、了解传输变压器的工作原理和应用特点。掌握用传输线变压器实现阻抗变换的方三、了解传输变压器的工作原理和应用特点。掌握用传输线变压器实现阻抗变换的方 法、了解用传输变压器实现功率合成、功率分配的方法。了解法、了解用传输变压器实现功率合成、功率分配的方法。了解D类、类、E类功率放类功率放 大器的特点。大器的特点。本章教学主要内容本章
2、教学主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 丙类（丙类（C类）功率放大器的工作原理类）功率放大器的工作原理第三节第三节 丙类（丙类（C类）功率放大器的折线分析法类）功率放大器的折线分析法第四节第四节 丙类功率放大器的电路丙类功率放大器的电路第三章第三章 高频功率放大器高频功率放大器 第五节第五节 丁类（丁类（D类）和戊类（类）和戊类（E类）高频功率放大器类）高频功率放大器第六节第六节 宽频带高频功率放大器宽频带高频功率放大器第七节第七节 功率合成功率合成高频电子线路高频电子线路 n高频功率放大器用于发射机的末级，将已调信号放大到所需要的高频功率放大器用于发射机的末级，将已调信号放大到所需要
3、的功率值，送到天线发射。输入输出频谱不变。功率值，送到天线发射。输入输出频谱不变。n高频功率放大器与小信号放大器的区别高频功率放大器与小信号放大器的区别n要求输出大的功率要求输出大的功率便携式：几毫瓦便携式：几毫瓦无无线广播：几十千瓦广播：几十千瓦无无线导航：兆瓦航：兆瓦1千瓦以上采用千瓦以上采用电子管或者功率合成器子管或者功率合成器1千瓦以下采用双极晶体管和大功率千瓦以下采用双极晶体管和大功率场效效应管管n功率放大器要求高的效率功率放大器要求高的效率 A、B、C、D、E类功率放大器的功率放大器的设计均均围绕着提高效率展开的着提高效率展开的第一节第一节 概概 述述一一 高频功率放大器的功能高频
4、功率放大器的功能图图3-1 高频功率放大器在系统中的位置高频功率放大器在系统中的位置高频电子线路高频电子线路 二二 高频功率放大器的分类高频功率放大器的分类宽带宽带高频功率放大器高频功率放大器窄带窄带高频功率放大器高频功率放大器(谐振谐振功率放大器功率放大器)其放大信号的相对带宽一般其放大信号的相对带宽一般不超过不超过10，通常采用，通常采用LC谐振回路作负载谐振回路作负载。其放大信号的相对带宽一般其放大信号的相对带宽一般可达可达30，通常采用，通常采用宽频带宽频带的传输线变压器作负载。的传输线变压器作负载。按工作按工作频率分频率分按放大按放大方式分方式分n线性线性高频功率放大器：高频功率放大
5、器：A、类，、类，B类电路类电路接成推挽形式。接成推挽形式。n非线性非线性高频功率放大高频功率放大器：器：C、D、E、F类，类，负载是谐振电路负载是谐振电路按工作按工作类型分类型分甲（甲（A）类）类乙（乙（B）类）类丙（丙（C）类）类丁（丁（D）类）类戊（戊（E）类）类按晶体按晶体管导通管导通A类类B类类C类类（一般（一般60 70 ）按晶体按晶体管等效管等效电路分电路分n晶体管等效为受输入信号晶体管等效为受输入信号控制电流源：控制电流源：A、B、C类：类：输入正弦波。输入正弦波。n晶体管等效为受输入信号晶体管等效为受输入信号控制开关：控制开关：D、E、F类，类，输入为方波，导通角为输入为方波
6、，导通角为90为半半导通角通角高频电子线路高频电子线路 4三三 高频功率放大器的高频功率放大器的主要技术指标主要技术指标1 输出功率：输出功率：放大器的负载放大器的负载RL 上得到的最大不失真功率。上得到的最大不失真功率。2 效率：效率：高频输出功率与直流电源供给输入功率的比值。高频输出功率与直流电源供给输入功率的比值。3 功率增益：功率增益：高频输出功率与信号输入功率的比值。高频输出功率与信号输入功率的比值。4 谐波抑制度：谐波抑制度：是对非线性高频功率放大器而提出的，是对非线性高频功率放大器而提出的，5 谐振分量相对于基波分量越小越好。谐振分量相对于基波分量越小越好。高频功率放大器的主要特
7、点是：工作于大信号的非线性状高频功率放大器的主要特点是：工作于大信号的非线性状态，用解析法分析较困难，故工程上普遍采用近似的分析态，用解析法分析较困难，故工程上普遍采用近似的分析方法方法折线法来分析其原理和工作状态。折线法来分析其原理和工作状态。高频电子线路高频电子线路 5三三 高频功率放大器的高频功率放大器的主要技术指标主要技术指标p保保证高的效率和大的功率是高高的效率和大的功率是高频功放功放设计的核心。的核心。p对于于线性要求高的功率放大器，非性要求高的功率放大器，非线性失真系数性失真系数则 为重要的指重要的指标。牺牲效率保牲效率保证线性。性。高频功率放大器的主要几项指标往往是相互矛盾的。
8、在设计功高频功率放大器的主要几项指标往往是相互矛盾的。在设计功率放大器时，总是根据放大器的待点，突出其中的一些指标，兼顾率放大器时，总是根据放大器的待点，突出其中的一些指标，兼顾另外一些指标。另外一些指标。例如，对于发射机的输出级，其特点是希望输出功率最高，对例如，对于发射机的输出级，其特点是希望输出功率最高，对应的效率不一定会最高；对于单边带发射机，则要求功率放大器非应的效率不一定会最高；对于单边带发射机，则要求功率放大器非线性失真尽可能小，也就是谐波抑制度是设计的主要问题。显然，线性失真尽可能小，也就是谐波抑制度是设计的主要问题。显然，在这类功率放大器中，效率是不很高的。在这类功率放大器中
9、，效率是不很高的。高频电子线路高频电子线路 n对于要求输出功率很高的放大器对于要求输出功率很高的放大器n关键是提高效率。通常选择在丙类或丁类，甚至戊类工作状态。在关键是提高效率。通常选择在丙类或丁类，甚至戊类工作状态。在这样的工作状态下，晶体管输出电流波形失真很大，因此必须采用这样的工作状态下，晶体管输出电流波形失真很大，因此必须采用具有一定滤波特性的选频网络作为负载，以得到接近正弦波的输出具有一定滤波特性的选频网络作为负载，以得到接近正弦波的输出波形。这类高频功率放大器称为谐振功率放大器，多用于推动级和波形。这类高频功率放大器称为谐振功率放大器，多用于推动级和末级作功率放大。末级作功率放大。
10、n缺点是谐波抑制度不可能做得很高。缺点是谐波抑制度不可能做得很高。n对于谐波抑制度要求很高的放大器对于谐波抑制度要求很高的放大器n通常选用甲类或甲乙类推挽工作状态，以使晶体管工作在线性放大通常选用甲类或甲乙类推挽工作状态，以使晶体管工作在线性放大区。区。n缺点是效率不高，且输出功率不可能太高。缺点是效率不高，且输出功率不可能太高。n若要求输出功率高，可以采用功率合成的办法来提高。若要求输出功率高，可以采用功率合成的办法来提高。三三 高频功率放大器的高频功率放大器的主要技术指标主要技术指标高频电子线路高频电子线路 n高频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，还要高频功率放大器的主要技术指标是
11、输出功率与效率，还要求输出中的谐波分量还应该尽量小，以免对其他频道产生求输出中的谐波分量还应该尽量小，以免对其他频道产生干扰。干扰。n国际上对谐波幅射规定有两个标准；国际上对谐波幅射规定有两个标准；对中波广播来说，在空间任一点的谐波场强与基波场强之比不得超对中波广播来说，在空间任一点的谐波场强与基波场强之比不得超过过0.02；不论电台的功率有多大，在距电台不论电台的功率有多大，在距电台1km处的谐波场强不得大于处的谐波场强不得大于50V/m。在一般情况下，如任一谐波的辐射功率不得超过。在一般情况下，如任一谐波的辐射功率不得超过25mW，即可以满足上述要求。，即可以满足上述要求。目前，广播与电视
12、发射机的谐波辐射已降到目前，广播与电视发射机的谐波辐射已降到-60dB以下。以下。三三 高频功率放大器的高频功率放大器的主要技术指标主要技术指标高频电子线路高频电子线路 n高频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。高频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。这是研究这种放大器应抓住的主要矛盾，工作状态这是研究这种放大器应抓住的主要矛盾，工作状态的选择就是由这主要矛盾决定的。可以这样说，在的选择就是由这主要矛盾决定的。可以这样说，在给定电子器件之后，为了获得高的输出功率与效率，给定电子器件之后，为了获得高的输出功率与效率，应采用丙类工作状态。而允许采用丙类工作的先决应采用丙类工作状态。而允
13、许采用丙类工作的先决条件则是工作频率高、频带窄，且允许采用调谐回条件则是工作频率高、频带窄，且允许采用调谐回路做负载。路做负载。n那么，为什么在丙类工作时能获得高的输出功率和那么，为什么在丙类工作时能获得高的输出功率和效率呢效率呢?这就是下面我们要讨论的问题。这就是下面我们要讨论的问题。三三 高频功率放大器的高频功率放大器的主要技术指标主要技术指标高频电子线路高频电子线路 一一基本电路及其特点基本电路及其特点 第二节第二节 丙类（丙类（C类）功率放大器的工作原理类）功率放大器的工作原理 图图3-2 丙类高频功率放大电路丙类高频功率放大电路 图图3-2(a)、(b)是谐振高频功率放大器的原理电路
14、图。它主要用于发射机是谐振高频功率放大器的原理电路图。它主要用于发射机中，电路形式可分为中间级和输出级。中，电路形式可分为中间级和输出级。图图3-2(a)是一般中间级原理电路，其负载是下一级的输入阻抗经变压器是一般中间级原理电路，其负载是下一级的输入阻抗经变压器次级折合到初级与次级折合到初级与LC谐振回路组成等效负载。谐振回路组成等效负载。图图 3-2(b)是最简单的输出级原理电路，其负载是天线，而天线的等效阻是最简单的输出级原理电路，其负载是天线，而天线的等效阻抗可看成为天线电容抗可看成为天线电容CA和电阻和电阻rA串联组成。串联组成。从原理图可以看出，无论是中间级还是输出级，负载均可等效为
15、并联谐从原理图可以看出，无论是中间级还是输出级，负载均可等效为并联谐振回路。因而，在分析讨论谐振高频功率放大器时，通常是用图振回路。因而，在分析讨论谐振高频功率放大器时，通常是用图3-3所示的所示的原理电路。原理电路。高频电子线路高频电子线路 从原理图可以看出，谐振高频功率放大器的特点是：从原理图可以看出，谐振高频功率放大器的特点是：为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为负偏置，为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为负偏置，由由 VBB 来保证。流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；来保证。流过晶体管的电流为失真的脉冲波形；负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波
16、分量，获得正负载为谐振回路，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，还能实现放大器的阻抗匹配。弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。一一 基本电路及其特点基本电路及其特点 第二节第二节 丙类（丙类（C类）功率放大器的工作原理类）功率放大器的工作原理 图图3-3 丙类高频功率放大器等效原理图丙类高频功率放大器等效原理图高频电子线路高频电子线路 二二 工作原理工作原理 谐振高频功率放大器的发射结在谐振高频功率放大器的发射结在V bb的作用下处于负偏压状的作用下处于负偏压状态，当无输入信号电压时，晶体管了处于截止状态，集电极电流态，当无输入信号电压时，晶体管了处于截止状态，集电极电
17、流 i C=0。当输入信号为当输入信号为 时，基极与发射极之间的电时，基极与发射极之间的电压压 ，由输入特性可得基极电流由输入特性可得基极电流 i b 为脉冲形为脉冲形状。状。i b 可用傅氏级数展开为可用傅氏级数展开为:式中，式中，Ib0为基极电流的直流分量；为基极电流的直流分量；Ib1m为基极电流的基波电流为基极电流的基波电流振幅，振幅，Ib2mI b nm分别为电流的二次至分别为电流的二次至n次谐波电流振幅；经晶体次谐波电流振幅；经晶体管放大后的管放大后的 i c 也是脉冲形状，傅氏级数展开为也是脉冲形状，傅氏级数展开为 式中，式中，IC0 为集电极电流的直流分量；为集电极电流的直流分量
18、；IC1m为集电极电流的基波为集电极电流的基波电流振幅；电流振幅；IC2mI C nm，分别为集电极电流的二次至，分别为集电极电流的二次至n次谐波电次谐波电流振幅。流振幅。高频电子线路高频电子线路 n当集电极回路调谐于高频输入信号频率时，由于回路的选择性当集电极回路调谐于高频输入信号频率时，由于回路的选择性:n对集电极电流的基波分量来说，回路等效为纯电阻对集电极电流的基波分量来说，回路等效为纯电阻RA；n对各次谐波来说回路失谐，呈现很小的阻抗，回路两端可近似认为短路；对各次谐波来说回路失谐，呈现很小的阻抗，回路两端可近似认为短路；n而直流分量只能通过回路电感支路，其直流电阻很小，也可近似认为短
19、路。而直流分量只能通过回路电感支路，其直流电阻很小，也可近似认为短路。n因此，脉冲形状的集电极电流因此，脉冲形状的集电极电流 I C 流经谐振回路时，只有基波电流才产生电压流经谐振回路时，只有基波电流才产生电压降，即回路两端只有基波电压。因而输出的高频电压信号的波形没有失真。回降，即回路两端只有基波电压。因而输出的高频电压信号的波形没有失真。回路两端的基波电压振幅路两端的基波电压振幅 U0m 为为:U0m=IC1m RP 式中，式中，RP 为谐振回路的有载谐振电阻。为谐振回路的有载谐振电阻。二二 工作原理工作原理 第二节第二节 丙类（丙类（C类）功率放大器的工作原理类）功率放大器的工作原理 高
20、频电子线路高频电子线路 图图3-4 谐谐振高振高频频功率放大器各功率放大器各级电压级电压和和电电流的波形流的波形图图高频电子线路高频电子线路 n图图3-4是谐振高频功率放大器各级电压和电流的波形图。其中是谐振高频功率放大器各级电压和电流的波形图。其中(a)是由是由晶体管晶体管 T 的正向传输特性在电路输入条件一定时，得出的集电极电流的正向传输特性在电路输入条件一定时，得出的集电极电流的实际波形。因为正向传输特性在的实际波形。因为正向传输特性在 u BE 很小时，呈现非线性，故波形很小时，呈现非线性，故波形不是一个理想的尖顶余弦脉冲，而是呈钟罩形。但是，在不是一个理想的尖顶余弦脉冲，而是呈钟罩形
21、。但是，在 u BE 很小的很小的区域内区域内 i C 很小，在大信号输入时，通常可以忽略其影响，故可以近似很小，在大信号输入时，通常可以忽略其影响，故可以近似认为正向传输特性为线性，其导通电压为认为正向传输特性为线性，其导通电压为 UBZ。n这样电路在余弦信号输入电压激励情况下，晶体管只有在这样电路在余弦信号输入电压激励情况下，晶体管只有在 u BE 大于导大于导通电压通电压 UBZ(硅管硅管0.5V-0.6V，锗管，锗管0.2V-0.3V)的时间内才有显著的集电的时间内才有显著的集电极电流流通。因此，晶体管的基极电流和集电极电流可认为是理想的极电流流通。因此，晶体管的基极电流和集电极电流可
22、认为是理想的余弦脉冲。图余弦脉冲。图(b)是理想条件下各极电压和电流的波形。是理想条件下各极电压和电流的波形。15iC+uCE+uBE iB-uc+丙类高频功放工作原理小结：丙类高频功放工作原理小结：(1)设置设置VBB UBZ，使晶体管工作于丙类。，使晶体管工作于丙类。(2)当输入信号较大时，可得集电极余弦电流脉冲。当输入信号较大时，可得集电极余弦电流脉冲。(3)将将LC回路调谐在信号频率上，就可将余弦电流脉冲变换回路调谐在信号频率上，就可将余弦电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出。为不失真的余弦电压输出。谐振功放电路与谐振功放电路与小信号谐振放大器小信号谐振放大器电路有何区别？电路有何区别？
23、类型类型实质实质任务任务输入信输入信号幅度号幅度工作工作状态状态性能性能指标指标小信小信号调号调谐放谐放大器大器能量转换能量转换器器将直将直流能量转流能量转换为交流换为交流能量输出能量输出不失真不失真地地提高提高信号幅信号幅度度小小VmV数量级数量级甲类甲类线性工线性工作状态作状态电压放电压放大倍数大倍数选频特选频特性等性等高频高频调谐调谐功率功率放大放大器器在在 信信 号号不不 失失 真真或或 轻轻 度度失失 真真 的的条条 件件 下下提提 高高 输输出功率出功率大大几百几百mV V数量级数量级丙类丙类非线性非线性工作状工作状态态输出功输出功率、效率、效率、信率、信号失真号失真度等度等调谐功
24、放与小信号调谐放大器的比较调谐功放与小信号调谐放大器的比较高频电子线路高频电子线路 第三节第三节 丙类丙类(C类类)高频功率放大器的折线分析方法高频功率放大器的折线分析方法 因为高频功率放大器是工作在大信号非线性状态，晶体管的小信号等因为高频功率放大器是工作在大信号非线性状态，晶体管的小信号等效电路的分析方法是不适用的。通常采用静态特性曲线经过理想化成为折效电路的分析方法是不适用的。通常采用静态特性曲线经过理想化成为折线来进行近似分析，当然会存在一定的误差。但是，用它对高频功率放大线来进行近似分析，当然会存在一定的误差。但是，用它对高频功率放大器进行定性分析是一种较为简便的方法。器进行定性分析
25、是一种较为简便的方法。在没有带负载阻抗的条件下得到的在没有带负载阻抗的条件下得到的 i c=f(u BE，u CE)的关系，是晶的关系，是晶体管本身固有的。体管本身固有的。(1)静态特性的概念静态特性的概念(2)动态特性的概念动态特性的概念 在谐振功率放大器的电路参数确定的条件下，也就是电源电压在谐振功率放大器的电路参数确定的条件下，也就是电源电压(VCC和和VBB)、晶体管、晶体管(g C、UBZ)、输入信号、输入信号u b=U b m cos t 和输出电压和输出电压 u c=U cm cos t（或谐振电阻（或谐振电阻RP）一定的条件下，集电极电流）一定的条件下，集电极电流 i C=f(
26、u BE,u CE)的关系称为放大器的动态特性。的关系称为放大器的动态特性。高频电子线路高频电子线路 图图3-5 3DA21型晶体管的静型晶体管的静态态特性曲特性曲线线及其理想化及其理想化一一 晶体管特性曲线的理想化及其解析式晶体管特性曲线的理想化及其解析式 在大信号工作条件下，理想化特性曲在大信号工作条件下，理想化特性曲线线的原理是指：在放大区，集的原理是指：在放大区，集电电极极电电流流和基极和基极电电流不受集流不受集电电极极电压电压影响，而又与基极影响，而又与基极电压电压成成线线性关系；在性关系；在饱饱和区，集和区，集电电极极电电流与集流与集电电极极电压电压成成线线性关系，而不受基极性关系
27、，而不受基极电压电压的影响。的影响。下面以下面以图图3-5所示的所示的3DA21型晶体管的静型晶体管的静态态特性特性为为例来例来说说明理想化的方法。明理想化的方法。高频电子线路高频电子线路 1 输入特性曲线的理想化输入特性曲线的理想化 对于晶体管的输入特性来说，当集电极电压大于一定值后，集电极电对于晶体管的输入特性来说，当集电极电压大于一定值后，集电极电压的改变对基极电流的影响是不大的，可以近似认为输入特性与集电极电压的改变对基极电流的影响是不大的，可以近似认为输入特性与集电极电压无关，可用一条输入特性曲线表示。若将该曲线直线部分延长，并与压无关，可用一条输入特性曲线表示。若将该曲线直线部分延
28、长，并与 U BE 轴交于轴交于UBZ 点，如图点，如图3-5(a)所示的虚线。这条用虚线表示的直线就是理所示的虚线。这条用虚线表示的直线就是理想化的输入特性曲线。它与横坐标轴的交点处的电压想化的输入特性曲线。它与横坐标轴的交点处的电压UBZ 为理想化晶体管为理想化晶体管的导通电压或称截止电压。特性的数学表示式为的导通电压或称截止电压。特性的数学表示式为 i B=0 u BE UBZ i B=g b（u BE UBZ）u BE UBZg b 为理想化输入特性的斜率，即为理想化输入特性的斜率，即一一 晶体管特性曲线的理想化及其解析式晶体管特性曲线的理想化及其解析式实实际际理理想想高频电子线路高频
29、电子线路 理想化晶体管的电流放大系数理想化晶体管的电流放大系数 被认为是常数，因而将输入特性的被认为是常数，因而将输入特性的 乘以乘以 就可得到理想化正向传输特性。正向传输特性的斜率为就可得到理想化正向传输特性。正向传输特性的斜率为:2 正向传输特性曲线的理想化正向传输特性曲线的理想化 g C 称为理想化晶体管的跨导。它表示晶体管工作于放大区时，单位称为理想化晶体管的跨导。它表示晶体管工作于放大区时，单位基极电压变化产生的集电极电流变化。正向传输特性的数学表示式为基极电压变化产生的集电极电流变化。正向传输特性的数学表示式为:i C=0 u BE UBZ i C=g C（u BE UBZ）u B
30、E UBZ一一 晶体管特性曲线的理想化及其解析式晶体管特性曲线的理想化及其解析式 在在饱和区饱和区，根据理想化原理，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基，根据理想化原理，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。这样，理想化特性曲线对不同的极电压无关。这样，理想化特性曲线对不同的u BE值，应重合为一条通过原点值，应重合为一条通过原点的斜线。由于高频功率放大器在大电流条件下工作，因而在实际应用时，电流的斜线。由于高频功率放大器在大电流条件下工作，因而在实际应用时，电流较大的线段对结果影响大，故理想化的斜线应画在电流较大的几条曲线附近的较大的线段对结果影响大，故理想化的斜线应画在电流较
31、大的几条曲线附近的中间位置上，如图中斜蓝线所示。该斜线称为中间位置上，如图中斜蓝线所示。该斜线称为饱和临界线，斜率用饱和临界线，斜率用g cr 表示表示。它表示晶体管工作于饱和区时，单位集电极电压变化引起集电极电流的变化的它表示晶体管工作于饱和区时，单位集电极电压变化引起集电极电流的变化的关系。因此，可表示为关系。因此，可表示为:i C=g cru CE，式中式中 g cr=i C/u CE一一 晶体管特性曲线的晶体管特性曲线的二二 理想化及其解析理想化及其解析式式临界饱和线临界饱和线 放大区放大区饱和区饱和区3 输出特性曲线的理想化输出特性曲线的理想化 图图3-5(b)所示的输出特性所示的输
32、出特性曲线要分别对饱和区和放大区曲线要分别对饱和区和放大区采取不同的简化方法。采取不同的简化方法。高频电子线路高频电子线路 临界饱和线临界饱和线 放大区放大区饱和区饱和区 在放大区，根据理想化原理，集在放大区，根据理想化原理，集电极电流与集电极电压无关。那么，电极电流与集电极电压无关。那么，各条特性曲线均为平行于各条特性曲线均为平行于 u CE 轴的水轴的水平线。又因平线。又因为常数，故各平行线对等为常数，故各平行线对等差的差的 i B 来说，间隔应该是均匀相等来说，间隔应该是均匀相等的。的。因为在大功率运用下，电流较大的特性曲影响较大，故在画理想因为在大功率运用下，电流较大的特性曲影响较大，
33、故在画理想化特性曲线时，应以高频功率放大器实际输入电流的最大值为准进行化特性曲线时，应以高频功率放大器实际输入电流的最大值为准进行理想化。例理想化。例 ，则应使理想化特性曲线近于实际，则应使理想化特性曲线近于实际 的那一条。这样近似后与实际情况比较，误差要小些。的那一条。这样近似后与实际情况比较，误差要小些。一一 晶体管特性曲线的理想晶体管特性曲线的理想二二 化及其解析式化及其解析式高频电子线路高频电子线路 另外，为了分析方便，根据理想另外，为了分析方便，根据理想化输入特性，将理想化输出特性曲线化输入特性，将理想化输出特性曲线中的参变量中的参变量 i B 改为改为 u BE。图中。图中 i B
34、=7mA，由输入特性可知，由输入特性可知，u BE=0.68V 时，对应的时，对应的 i C=180mA；而；而 i B=3mA,u BE=0.60V，在，在 0.60V-0.68V 之间，可按每间隔之间，可按每间隔 0.02V 画出画出水平线，即得到以水平线，即得到以u BE 为参变量的理为参变量的理想化特性曲线。这样的理想化特性正想化特性曲线。这样的理想化特性正好满足好满足g C 为常数。为常数。一一 晶体管特性曲线的理想化及其解析式晶体管特性曲线的理想化及其解析式临界饱和线临界饱和线 放大区放大区饱和区饱和区高频电子线路高频电子线路 二二 集电极余弦电流脉冲的分解集电极余弦电流脉冲的分解
35、 在高频功率放大器所选用的晶体管、电源电压在高频功率放大器所选用的晶体管、电源电压VCC、基、基极偏压极偏压VBB、谐振回路、谐振回路LC和输入信号振幅和输入信号振幅U bm 一定的条件下，一定的条件下，采用理想化正向传输特性进行分析，可知集电极电流采用理想化正向传输特性进行分析，可知集电极电流i C是一是一理想的余弦电流脉冲。而高频功率放大器的输出电压振幅是理想的余弦电流脉冲。而高频功率放大器的输出电压振幅是由电流脉冲中的基波振幅由电流脉冲中的基波振幅IC1m与谐振电阻与谐振电阻 RP的乘积决定。要的乘积决定。要求出电流脉冲中的基波振幅，首先必须求出求出电流脉冲中的基波振幅，首先必须求出 i
36、 C的数学表示式，的数学表示式，通过傅氏级数分解求出通过傅氏级数分解求出IC1m。+ub-RpCL+uCE-VCCVBB-uc+ic+u BE _uBEiCVBBUBZubiCUbmICMgc+ub-RpCL+uCE-VCCVBB-uc+ic+uBE _uBEiCVBBUBZubiCUbmICMgcictccic1ic2ic3IcoIcmax高频电子线路高频电子线路 28波形系数波形系数 iC频谱频谱(二二)集电极输出电压集电极输出电压LC回回路阻路阻抗抗Rp+ub-RpCL+uCE-VCCVBB-uc+ic+uBE _ictccic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZUBBIcmaxuB
37、EtibtictuCEuctECUcmUbuBEicVBBUBZubUbmgC高频电子线路高频电子线路 30三、三、功率与效率功率与效率（1）直流功率：）直流功率：（2）输出功率：）输出功率：（3）集电极损耗功率：）集电极损耗功率：（4）集电极效率：）集电极效率：集电极电压利用系数集电极电压利用系数 高频电子线路高频电子线路 31甲类：甲类：乙类：乙类：丙类：丙类：在在 条件下，条件下，导通角越小，效率越高，导通角越小，效率越高，但导通角不能取得太小，因为但导通角不能取得太小，因为 为了兼顾输出功率和效率，通常导通角取为了兼顾输出功率和效率，通常导通角取600800，（5）导通角的选择：）导通
38、角的选择：32例例1 某谐振功率放大器，某谐振功率放大器，VCC=24 V，Po=5W，c=70，=0.9,求该功放的求该功放的 c、P=、Pc、ICM 和回路谐振阻抗和回路谐振阻抗Rp。解：解：高频电子线路高频电子线路 33（一）（一）什么是静态特性？什么是静态特性？没有带负载阻抗的条件下得到的没有带负载阻抗的条件下得到的的关系，是晶体管本身固有的。的关系，是晶体管本身固有的。四、丙类四、丙类高频功率放大器的动态特性高频功率放大器的动态特性（二）（二）什么是动态特性？什么是动态特性？是指在电源电压是指在电源电压(VCC和和VBB)、晶体管、晶体管(gc、UBZ)、输入、输入信号信号Ubm和输
39、出电压和输出电压Ucm（或谐振电阻（或谐振电阻Rp）一定的条件下，）一定的条件下，集电极电流集电极电流iC=f(uBE,uCE)的关系称为放大器的动态特性。的关系称为放大器的动态特性。34uBEiCgcUBZ（三）动态特性的表示形式（三）动态特性的表示形式35表示表示动态特性曲线的斜率动态特性曲线的斜率 故动态特性的表示形式：故动态特性的表示形式：可见动态特性为折线，而不是一条直线。可见动态特性为折线，而不是一条直线。若已知晶体管理想化输出特性和外部电压若已知晶体管理想化输出特性和外部电压VCC、VBB、Ubm、Ucm，如何求出动态特性和电流、电压波形呢？，如何求出动态特性和电流、电压波形呢？
40、36U0ABVCCUcmuCEmingd4.4.动态特性的画法动态特性的画法(一）一）截距法截距法（1）在输出特性的）在输出特性的 轴上取截距为轴上取截距为（2）通过）通过B点作斜率为点作斜率为 gd的直线交的直线交 线于线于A点，则点，则BA直线即为直线即为 段的动态特性段的动态特性(3)在在uCE轴上找出相应的轴上找出相应的VCC点，点，A点在点在uCE轴上投影为轴上投影为:C(4)在在uCE轴上选取轴上选取 得得C点，点，BC直线即为直线即为 段的动态特性，则段的动态特性，则AB-BC为总动态特性为总动态特性 0uCEiCubemaxube4ube3ube2ube1高频电子线路高频电子线
41、路 37(二）虚拟电流法二）虚拟电流法(3)连接连接AQ交横轴于交横轴于B点（管子导通点）点（管子导通点）(4)在在UCE轴上选取轴上选取 得得C点，点，则则AB-BC为总动态特性为总动态特性 Q0uCEU0ABVCCUcmuCEmingdCiCubemaxube4ube3ube2ube1ABCQ(VCC,IQ)高频电子线路高频电子线路 功率放大器通常是根据晶体管集电极电流导通角的不功率放大器通常是根据晶体管集电极电流导通角的不同，划分为甲类、乙类、丙类放大器。同，划分为甲类、乙类、丙类放大器。5高功放的三种工作状态高功放的三种工作状态 谐振功率放大器的工作状态是指处于丙类或乙类放大谐振功率放
42、大器的工作状态是指处于丙类或乙类放大时，在输入信号激励的一周内，是否进入晶体管特性曲线时，在输入信号激励的一周内，是否进入晶体管特性曲线的饱和区来划分。的饱和区来划分。谐振功率放大器分为欠压、临界和过压三种状态。用谐振功率放大器分为欠压、临界和过压三种状态。用动态特性能较容易区分这三种工作状态。动态特性能较容易区分这三种工作状态。高频电子线路高频电子线路 39 5高功放的三种工作状态高功放的三种工作状态 uCEtQUcm1Ucm2Ucm3A1A2A3A3MiC欠压状态：欠压状态：A点在点在 线上，但是线上，但是在放大区，输出电压幅度在放大区，输出电压幅度较小，较小，iC为尖顶脉冲。为尖顶脉冲。
43、临界状态：临界状态：A点在点在 线和临界线和临界饱和线的交点上，输出饱和线的交点上，输出电压幅度较大电压幅度较大，iC为尖为尖顶脉冲。顶脉冲。过压状态：过压状态：A点在点在 的延长线上的延长线上（实际上是不存在），进（实际上是不存在），进入晶体管饱和区，输出电入晶体管饱和区，输出电压幅度大，压幅度大，iC为凹顶脉冲为凹顶脉冲 B2B1B3VCCuCE临界线临界线0iCubemaxube4ube3ube2ube1高频电子线路高频电子线路 以上分析可以得出如下结论：以上分析可以得出如下结论：（1）在欠压工作状态的大部分范围内，输出功率和集电极效）在欠压工作状态的大部分范围内，输出功率和集电极效率都
44、较低，集电极损耗功率大，而且当谐振电阻变化时，输率都较低，集电极损耗功率大，而且当谐振电阻变化时，输出信号电压振幅将产生较大变化。出信号电压振幅将产生较大变化。（2）在临界工作状态，输出功率最大，且集电极效率也高，）在临界工作状态，输出功率最大，且集电极效率也高，为谐振功放的最佳工作状态。常用于发射机的功率输出级，为谐振功放的最佳工作状态。常用于发射机的功率输出级，以便获得最大输入功率。以便获得最大输入功率。（3）在过压工作状态，当谐振电阻变化时，输出信号电压）在过压工作状态，当谐振电阻变化时，输出信号电压振幅变化较小，多用于需要维持输出电压比较平稳的场合，振幅变化较小，多用于需要维持输出电压
45、比较平稳的场合，如发射机的中间放大级。如发射机的中间放大级。41随随Rp增大，增大，减小减小五、五、丙类高频功率放大器的负载特性丙类高频功率放大器的负载特性负载特性是指负载特性是指gc、UBZ、VCC、VBB、Ubm 不变时，改变谐振回路的谐不变时，改变谐振回路的谐振电阻振电阻 Rp，放大器的输出电流、电放大器的输出电流、电压、功率和效率等压、功率和效率等RP随变化的关系。随变化的关系。1什么是负载特性？什么是负载特性？2负载特性的分析负载特性的分析Q点点，不随不随Rp变化而变化的，以变化而变化的，以Q点为参考点点为参考点Q不变不变不变不变AVCCuCE临界线临界线0iCubemaxube4u
46、be3ube2ube1高频电子线路高频电子线路 42QAgdVCCiCuCEubemaxube3ube2ube1ube4临界线临界线OiCRp欠压欠压过压过压Ic1mIc0UcmPcPoP=c临界状态临界状态:输出功率最大输出功率最大,效率也较高效率也较高，是是功率放大器的最佳工作状态功率放大器的最佳工作状态，一般用于发，一般用于发射机的输出级。射机的输出级。欠压状态：欠压状态：输出功率和效率输出功率和效率都较低，都较低，Pc较大，较大，Rp0，Pc最大，可能烧坏管最大，可能烧坏管子，应避免。子，应避免。但输出电流几乎不随但输出电流几乎不随Rp变变化，放大器可视为恒流源。化，放大器可视为恒流源
47、。过压状态过压状态：在：在弱过压区效率最高，弱过压区效率最高，而而输出输出功率下降不多，且功率下降不多，且Rp变化时，输出变化时，输出电压相电压相对较平稳，常用于发射机的中间级。对较平稳，常用于发射机的中间级。临界临界Rp欠压欠压过压过压临界临界六、各级电压变化对工作状态的影响六、各级电压变化对工作状态的影响1 VCC 的影响的影响Q点点，icuceubemaxube3ube2ube1ube4临界线临界线OA集电极调制特性集电极调制特性（gc、UBZ、Rp、VBB、Ubm 不变）不变）不变不变改变改变QVCCVCC欠压欠压过压过压 临界临界IcoIc1mVcmP=VCC欠压欠压过压过压临界临界
48、P0PCQVCCVCCQ注意：注意：只有工作在过压只有工作在过压区才能有效地实现区才能有效地实现VCC对对Ucm的控制作用，的控制作用，故故集电极调幅电路应工作集电极调幅电路应工作在过压区。在过压区。高频电子线路高频电子线路 442 VBB 的影响的影响（gc、UBZ、Rp、Ubm、VCC 不变）不变）Q点向上移动点向上移动ube2maxube3maxube1maxVccicuCE临界线临界线OQ1A1B1Q2A2B2A3B3Q3ict基极调制特性基极调制特性高频电子线路高频电子线路 45 进入过压状态后，随着进入过压状态后，随着VBB向正值方向增大，集电极脉冲电流的宽度向正值方向增大，集电极
49、脉冲电流的宽度和幅度也增大，但凹陷加深，结果使和幅度也增大，但凹陷加深，结果使Ico、Icml增大得十分缓慢。增大得十分缓慢。UcmIcoIcml临界临界 过压过压欠压欠压UBBO 在欠压状态：在欠压状态：VBB自负值向正值方向增大时，集电极脉冲电流的自负值向正值方向增大时，集电极脉冲电流的幅度幅度I ICMCM和导通角和导通角c增大，增大，故故Ico、Icml 随随VBB的增大而增大。的增大而增大。注意：注意：只有工作在欠压区才能有效地实现只有工作在欠压区才能有效地实现V VBBBB对对VcmVcm的控制作用，的控制作用，故基极调幅电路应工作在欠压区。故基极调幅电路应工作在欠压区。高频电子线
50、路高频电子线路 Ubemax=VBB+Ubm ，随随Ubm增大而增大增大而增大 VCC 不变不变 IQ=-gc（UBZ VBB)Q点不变点不变*过压区过压区 与欠压区相比与欠压区相比 随随 的增大，的增大，的增大要减缓，的增大要减缓，故故，随随 增大增大 略增。略增。3 Ubm 的影响的影响（gc、VBZ、RP、VBB、Vcc 不变）不变）*欠压临界区欠压临界区 随随 增大而减小，增大而减小，随随 增大而增大，增大而增大，随随 增大而增大，增大而增大，随随 增大而减小。增大而减小。高频电子线路高频电子线路 改变改变 Ubm 对工作状态的影响对工作状态的影响(a)当当 时，时，对应的动态特性为对