高頻電子線路20522

1、3.1 3.1 概述概述功能功能將高頻已調(diào)信號的將高頻已調(diào)信號的功率功率進(jìn)行放大。進(jìn)行放大。 類型類型按按信號帶寬信號帶寬分為：分為：窄帶窄帶寬帶寬帶要求要求輸出功率大、效率高、非線性失真小。輸出功率大、效率高、非線性失真小。 動畫動畫下 頁上 頁集電極出現(xiàn)電流時所對應(yīng)集電極出現(xiàn)電流時所對應(yīng)相角的一半相角的一半稱為稱為電流導(dǎo)通角電流導(dǎo)通角，用用 表示。表示。3.2.1 電路的組成及工作原理電路的組成及工作原理 設(shè)輸入信號設(shè)輸入信號 ，則晶體管基極與發(fā)，則晶體管基極與發(fā)射極之間的輸入電壓為射極之間的輸入電壓為3.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理下 頁上 頁晶體管集電極電流是余

2、弦脈沖電流。用晶體管集電極電流是余弦脈沖電流。用傅里葉級數(shù)傅里葉級數(shù)展開為：展開為： 式中式中IC0、Ic1m、Ic2m分別為直流、基波和分別為直流、基波和二次諧波分量的振幅。二次諧波分量的振幅。 基波分量電流在回路兩端產(chǎn)生壓降為基波分量電流在回路兩端產(chǎn)生壓降為 式中式中Ucm=Ic1mRp，是，是LC回路兩端輸出電壓的振幅。回路兩端輸出電壓的振幅。3.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理下 頁上 頁晶體管晶體管集集- -射極射極電壓為：電壓為： 動畫動畫3.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理下 頁上 頁3.2.2 高頻功率放大器折線近似分析法高頻功率放大器折

3、線近似分析法 1晶體管特性曲線理想化及解析式晶體管特性曲線理想化及解析式在圖在圖3.2.3（a）中，轉(zhuǎn)移特性折線化的解析式為）中，轉(zhuǎn)移特性折線化的解析式為其中其中g(shù)c=iC/uBE稱為轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)。稱為轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)。 3.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理 對于圖對于圖3.2.3（b）的輸出特性，臨界飽和線用）的輸出特性，臨界飽和線用一條通過坐標(biāo)原點的直線表示，其斜率為一條通過坐標(biāo)原點的直線表示，其斜率為 下 頁上 頁2集電極余弦脈沖電流的分解集電極余弦脈沖電流的分解當(dāng)當(dāng) 時，時，iC=0，則，則 3.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理可得到可得到下 頁上 頁即即當(dāng)

4、當(dāng) =0時，時，iC達(dá)到最大，用達(dá)到最大，用ICM表示，因此表示，因此上式為集電極余弦脈沖電流的上式為集電極余弦脈沖電流的數(shù)學(xué)解析式數(shù)學(xué)解析式。由傅里葉級數(shù)求系數(shù)公式得由傅里葉級數(shù)求系數(shù)公式得3.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理下 頁上 頁則則即即 式中式中 等是等是 的函數(shù)，稱為尖頂余弦的函數(shù)，稱為尖頂余弦脈沖電流的脈沖電流的分解系數(shù)分解系數(shù)。3.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理下 頁上 頁3.2.3 高頻功率放大器的功率和效率高頻功率放大器的功率和效率1集電極直流電源供給功率集電極直流電源供給功率2集電極輸出平均功率集電極輸出平均功率3集電極耗散功率

5、集電極耗散功率 4集電極效率集電極效率 式中式中 稱為波形系數(shù)，稱為波形系數(shù)， 稱為稱為電壓利用系數(shù)。電壓利用系數(shù)。 3.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理下 頁上 頁2111112222c mcmoc mcmc mpIUPIUIR3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析3.3.1 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1高頻功放的動態(tài)特性高頻功放的動態(tài)特性又又，可得到，可得到imcCECCcmcmU= -gu- V-UcosU這是一條通過點這是一條通過點 、斜率為、斜率為 的直線方程。的直線方程。 ,0CCcmV-Ucos下 頁上 頁BEt

6、huU1)當(dāng)時：BEthCuUi = 02)當(dāng)時，由由1 1）2 2）知，高功放的動態(tài)特性是一條）知，高功放的動態(tài)特性是一條折線折線外部外部特性特性內(nèi)部內(nèi)部特性特性2高頻功放動態(tài)線的畫法高頻功放動態(tài)線的畫法由由 ， 確定三點確定三點：連結(jié)連結(jié)A、B、C三點，即可畫出動態(tài)線。三點，即可畫出動態(tài)線。 取取 =0，uBE=uBEmax，uCE=VCC-Ucm，在輸出特，在輸出特性相交于性相交于A點點； 取取 ，uCE=VCC-Ucmcos ，在輸出特性相交，在輸出特性相交于于B點點； 當(dāng)當(dāng) 時，時，uCE=VCC+Ucm。在輸出特性的橫軸上。在輸出特性的橫軸上確定確定C點點。 3.3 3.3 高頻功

7、率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析下 頁上 頁3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析下 頁上 頁動態(tài)線斜率的倒數(shù)稱為高頻功放的動態(tài)線斜率的倒數(shù)稱為高頻功放的動態(tài)電阻動態(tài)電阻，用，用Rd表示。表示。 可見，可見，動態(tài)電阻動態(tài)電阻Rd不等于不等于諧振電阻諧振電阻Rp ， 只有當(dāng)只有當(dāng) =180o時，時，Rd=Rp 。 3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析由由ICM=gcUim(1-cos ) 得得 ，代入上式得：，代入上式得：CMcimIg U=1-cos下 頁上 頁公式公式3.2.10又因為：又因為：公式公式3.2.3又：又：公式公式

8、3.2.133.3.2 高頻功率放大器的工作狀態(tài)高頻功率放大器的工作狀態(tài) （1）欠壓工作狀態(tài)：集電極電流的最大值落）欠壓工作狀態(tài)：集電極電流的最大值落在臨界線的右側(cè)，交流輸出電壓較低且變化較大。在臨界線的右側(cè)，交流輸出電壓較低且變化較大。 （2）過壓工作狀態(tài)：集電極電流出現(xiàn)凹陷，）過壓工作狀態(tài)：集電極電流出現(xiàn)凹陷，交流輸出電壓較高且變化不大。交流輸出電壓較高且變化不大。 （3）臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓的分界線，）臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓的分界線，集電極電流的最大值落在臨界線上。集電極電流的最大值落在臨界線上。動畫動畫3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析下 頁上

9、頁3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析下 頁上 頁3.3.3 高頻功率放大器的外部特性高頻功率放大器的外部特性 1高頻功率放大器的負(fù)載特性高頻功率放大器的負(fù)載特性1）電流）電流IC0、Ic1m及電壓及電壓Ucm隨隨Rp變化變化關(guān)系關(guān)系（1）欠壓區(qū)域）欠壓區(qū)域 欠壓區(qū)的放大器近似看作欠壓區(qū)的放大器近似看作一個一個恒流源恒流源。 （2）過壓區(qū)域）過壓區(qū)域 過壓區(qū)的放大器近似看作過壓區(qū)的放大器近似看作一個一個恒壓源恒壓源。 動畫動畫 指當(dāng)指當(dāng)VBB 、VCC 、Uim 保持一定值時，放大器的集電極電保持一定值時，放大器的集電極電流流IC0、Ic1m、輸出電壓幅值、輸出電壓

10、幅值Ucm、輸出功率、輸出功率Po、效率、效率 c等等隨隨負(fù)載電阻負(fù)載電阻Rp變化變化的關(guān)系。的關(guān)系。 3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析下 頁上 頁（1）直流電壓源功率）直流電壓源功率 PVCC與與IC0曲線變化形狀一致。曲線變化形狀一致。 （2）輸出功率）輸出功率 Po曲線可由曲線可由Ic1m與與Ucm兩條曲線兩條曲線相乘求出。相乘求出。在臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài)Po為最大。為最大。 （3）集電極耗散功率）集電極耗散功率 Pc曲線可由曲線可由PVCC與與Po曲線相減而得。曲線相減而得。當(dāng)當(dāng)Rp=0時，時，Pc達(dá)達(dá)到最大值到最大值，這樣可能使晶體管燒毀。因此，在調(diào)試高

11、頻功，這樣可能使晶體管燒毀。因此，在調(diào)試高頻功率放大器時，負(fù)載不能短路。率放大器時，負(fù)載不能短路。 2）功率）功率PVCC、Po、Pc和效率和效率 c隨隨Rp變化變化關(guān)系關(guān)系3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析（4）效率）效率 與與UcmRp曲線相似。曲線相似。下 頁上 頁2高頻功率放大器的放大特性高頻功率放大器的放大特性 是指在是指在VBB、VCC、Rp保持不變的情況下，改變保持不變的情況下，改變輸入信號振幅輸入信號振幅Uim ，放大器的，放大器的IC0 、Ic1m 、Ucm以及功以及功率率PVCC、Po、Pc的變化特性。的變化特性。 在在欠壓區(qū)欠壓區(qū)，電流、，電

12、流、電壓隨電壓隨Uim的增加而增的增加而增加加; 在在過壓區(qū)過壓區(qū)電流、電電流、電壓基本不隨壓基本不隨Uim變化。變化。 動畫動畫3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析下 頁上 頁3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 是指當(dāng)是指當(dāng)Uim和和Rp保持不變時，放大器的性能隨著保持不變時，放大器的性能隨著VBB、VCC變化的特性。變化的特性。 1）基極調(diào)制特性）基極調(diào)制特性 在在VCC、Uim和和Rp不變的情況下，放大器的不變的情況下，放大器的IC0、Ic1m、Ucm隨基極偏置電壓隨基極偏置電壓VBB變化的規(guī)律，稱為基極調(diào)制特性。變化的規(guī)律，稱為基極調(diào)制特性。 在欠壓區(qū)在欠壓區(qū) ，當(dāng)改變，當(dāng)改變VBB 時時 ，可，可以改變以改變Ic1m和和Ucm，起到了基極調(diào)，起到了基極調(diào)制作用。所以，制作用。所以，工作在欠壓狀態(tài)工作在欠壓狀態(tài)的高頻功率放大器具有基極調(diào)制的高頻功率放大器具有基極調(diào)制特性特性。 3.3 3.3 高頻功率放大器的動態(tài)分析高頻功率放大器的動態(tài)分析下 頁上 頁2）集電極調(diào)制特性）集電極調(diào)制特性 當(dāng)當(dāng) VBB、Uim 和和 Rp 不變的情況下，放大器的不變的情況下，放大器的IC0、Ic1m、Ucm