由图 5．2．6 可见，在过压状态，VCC 的变化可引起 Icm1 的显著变化，因而集
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电极调幅应工作于过压状态。 由图 5．2．7 可见，在欠压状态，Vbm 的变化可引起 Icm1 的显著变化。因此，
基极调幅应工作于欠压状态。 5．2．4 晶体管功率放大器的高频特性 晶体管在高频工作时，有如下特点： 1)发射极电流出现负脉冲，而且主脉冲高度有所下降。 2)发射结的有效激励电压小于外加激励电压，集电极电流减小。 3)集电极电流的基波分量落后于激励电压，亦即产生了附加相移。 4)基极电流减小，甚至可能出现反向直流。 5)在更高频率时，还要考虑各极引线电感的影响。 5．2．5 高频功率放大器的电路组成 1)馈电线路的组成三原则见图 5．2．8。根据这三个原则，可以组成如图
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2)输出、输入与级问耦合回路 以输出回路为例，放大器与负载之间所用的回路可用图 5．2．12 所示的四端 网络来表示，它应完成的任务是：
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①使负载阻抗与放大器所需要的最佳 阻抗相匹配，以保证放大器传输到负 载的功率最大，即它起着匹配网络的 作用。
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很缓慢。随着 Rp 的继续增加，Po 因 Icm1 的急速下降而下降，因而ηc 略有减小。 由此可知，在靠近临界的弱过压状态出现ηc 的最大值。
三种工作状态的优缺点综合如下： 1)临界状态的优点是输出功率最大，ηc 也较高，可以说是最佳工作状态。 这种工作状态主要用于发射机末级。 2)过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳；在弱过压时， 效率可达最高，但输出功率略有下降。它常用于需要维持输出电压比较平稳的场 合，例如发射机的中间放大级。 3)欠压状态的输出功率和效率都比较低，一般较少采用。 用类似上述的分析方法，根据图 5．2．4，可以求出各极电压变化时，放大 器工作状态的变化，得出图 5．2．6 与图 5．2．7。
式(5．2．16)说明，要想回路的传输效率高，则空载 Q 值(Q0)越大越好，有 载 Q 值(QL)越小越好，也就是说，中介回路本身的损耗越小越好。在广播波段， 线圈的 Q0 值约为 100～2Байду номын сангаас0。QL 一般不小于 10。
匹配网络还有许多形式。例如图 5．2．15 所示两种π形网络就是其中形式
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在电压开关型电路中，两管是与电源电压 VCC 串联的。当上面的晶体管导通 (饱和)时，下面的晶体管截止，A 点的电压接近于 VCC；当上面的晶体管截止时， 下面的晶体管饱和导通，A 点的电压接近于零。因而 A 点的电压波形即为矩形波。
图 5．2．17(a)与(b)分别示出各点的电压与电流波形。 对于电流开关型丁类放大器经分析，得到如下结果： 输出功率为
晶体管丁类放大器都是由两个晶体管组成的，它们轮流导电，来完成功率放 大任务。控制晶体管工作于开关状态的激励电压波形可以是正弦波，也可以是方 波。晶体管丁类放大器有两种类型的电路：一种是电流开关型，另一种是电压开 关型。它们的典型电路分别如图 5．2．17(a)与(b)所示。
在电流开关型电路中，两管推挽工作，电源 VCC 通过大电感 L’供给一个恒定 电流 ICC。两管轮流导电(饱和)，因而回路电流方向也随之轮流改变。
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第五章 高频功率放大器
5．2．1 高频功率放大器与低频功率放大器的异同点 1)相同点：要求输出功率大，效率高。 2)不同点：低频功率放大器相对频带宽；高频功率放大器相对频带很窄，可 以用调谐回路作负载，能工作于丙类。 5．2．2 谐振功率放大器的工作原理 图 5．2．1 是高频谐振功率放大器的基本电路。图 5．2．2(a)是放大器工 作于丙类时，所得到的集电极电流脉冲波 形。当回路谐振时，各极电压与电流的波 形如图 5．2．2(b)所示。注意，此时集电 极电流脉冲是在集电极瞬时电压最低时通 过，因而电流脉冲幅度小，平均集电极电 流最低，集电极耗散功率最小，因而集电极效率最高。 各极电压的关系式为
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图 5．2．2(b)对于理解谐振放大器的工作原理非常重要，应充分理解并牢 记。
α0、α1 等值可由原书图 5．3．4 或附录 5．1 查得。 5．2．3 动态特性与负载特性
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动态特性曲线(负载线)是指 vB、vC 同时变化时，表示 ic-vc 关系的曲线。当 晶体管的静态特性曲线理想化为折线，放大器工作于负载回路谐振状态时，动态 特性曲线是一条直线。
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因此集电极效率为
集电极功率耗散为
将式(5．2．21)的关系代入，式(5．2．25)可简化为
丁类放大器的优点：由于它是两管工作，输出中的最低次谐波是三次的，而 不是二次的，因此谐波输出较小；效率高。其缺点是：开关转换瞬间的器件损耗 随开关频率的上升而加大，因此频率上限受到限制；在开关转换瞬间，晶体管可 能同时导电或同时断开，可能由于二次击穿作用，使晶体管损坏。为了在电路上 加以改进，就出现了戊类(E 类)放大器。
对应不同的负载阻抗 Rp 的值，可以得出对应各种不同 Rp 值的动态特性直 线与相应的集电极电流脉冲波形，如图 5．2．4 所示。
动态线 1 的 Rp 小，放大器工作于欠压状态。 动态线 2 与临界线 OP 相交，放大器工作于临界状态。
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动态线 3 所产生的电流脉冲顶部下凹，为过压状态。 由此可见，当 VCC、VBB、Vbm 等维持不变时，变动 Rp 会引起电流脉冲的变化， 同时也就引起 Vcm、Po 与η等的变化。各个电流、电压、功率与效率等随 Rp 而变 化的曲线就是负载特性曲线。负载特性曲线是高频功率放大器的重要特性之一。 我们可以借助于动态特性与由此而产生的集电极电流脉冲波形的变化，来定性地 说明负载特性。 仔细观察图 5．2．4，在欠压区至临界线的范围内，当 Rp 逐渐增大时，集 电极电流脉冲的最大值 iCmax 以及流通角θc 的变化都不大。Rp 增加，仅仅使 iCmax
之一。图下方所注的计算公式是从下列三个条件推导出的：①网络的匹配条件； ②网络的谐振条件；③假设 QL 为已知。
输入和级间匹配网络可以用图 5．2．16 所示的 T 型网络为例。下方所注的 计算公式也是根据上述三个条件推导出来的。
5．2．6 丁类(D 类)功率放大器
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丁类放大器的晶体管工作于开关状态：导通时，管子进入饱和区，器件内阻 接近于零；截止时，电流为零，器件内阻接近于无穷大。这样，就使集电极功耗 大为减小，效率大大提高。在理想情况下，丁类放大器的效率可达 100％。
②抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它应有良好的滤波作用。 ③在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能有效地传送功率 到负载，但同时又应尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响。 本节主要研究用什么网络形式来完成前两个任务，即匹配与滤波作用。至于完成 第三个任务的问题，则留在以后的“功率合成器”一节中解决。 最常见的输出回路形式是图 5．2．13 所示的复合输出回路。这种电路是将 天线(负载)回路通过互感或其他形式与集电极调谐回路相耦合。图中，介于电子 器件与天线回路之间的 L1C1 回路就叫做中介回路；RACA 分别代表天线的辐射电阻 与等效电容；Ln、Cn 为天线回路的调谐元件，它们的作用是使天线回路处于串联 谐振状态，以获得最大的天线回路电流 iA，亦即使天线辐射功率达到最大。由耦 合回路的理论可知，当天线回路调到串联谐振时，反映到 L1C1 中介回路的等效电 阻为
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略有减小。因此，在欠压区内的 IC0 与 Icm1 几乎维持常数，仅随 Rp 的增加而略有 下降。但进入过压区后，集电极电流脉冲开始下凹，而且凹陷程度随着 Rp 的增 大而急剧加深，致使 IC0 与 Icm1 也急剧下降。这样，就得到了图 5．2．5(a)的 IC0、 Icm1 随 Rp 而变化的曲线。再由 Vcm=Icm1Rp 的关系式看出，在欠压区由于，Icm1 变化 很小，因此 Vcm 随 Rp 的增加而直线上升。进入过压区后，由于，Icm1 随 Rp 的增加 而显著下降，因此 Vcm 随 Rp 的增加而很缓慢地上升。近似地说，欠压时，Icm1 几 乎不变，过压时 Vcm 几乎不变。因而可以把欠压状态的放大器当作一个理想电流 源；把过压状态的放大器当作一个理想电压源。
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直流输入功率为 因而集电极耗散功率为 由此得集电极效率为 由此可见，晶体管的饱和压降 VCE(sat)越小，ηC 就越高。若 VCE(sat)→0，则ηC→100％。 这是丁类放大器的主要优点。
对电压开关型丁类放大器分析，所得结果如下：
输出到谐振回路的交流功率为
直流输入功率为
由式(5．2．1)与式(5．2．2)，消去 cosωt，得
另一方面，晶体管的折线化方程为 ic=gc(vB-VBZ) (5．2．10)
动态特性应同时满足外部电路关系式(5．2．9)与内部关系式(5．2．10)。 将式(5．2．9)代入式(5．2．10)，即可得出在 ic-vc 坐标平面上的动态特性曲 线(负载线或工作路)方程：
5．2．9(a)与(b)所示的串联馈电与并联 馈电两种电路。必须注意，所谓“串馈” 或“并馈”，只是就电路的。结构形式而 言。对于电压来说，无论是串馈或并馈， 直流电压与交流电压总是串联的。 基极电路同样也有串馈与并馈两种形式，如图 5．2．10(a)与(b)所示。
事实上，常采用如图 5．2．11 所示的几种电路来产生所需要的 VBB。图 5．2．11(a)、(b)是并馈，(c)是串馈。
以下再讨论图 5．2．5(b)所示的功率与效率曲线。
直流输入功率 P==VCCIC0。由于 VCC 不变，因此 P=曲线与，IC0 曲线的形状相同。 交流输出功率 Po=VcmIcm1/2，因此 Po 曲线可以从 Vcm 与 Icm1 两条曲线相乘求出 来。由图 5．2．5(b)看出，在临界状态，Po 达到最大值。这就是为什么我们在设 计高频功率放大器时，如果从输出功率最大着眼，就应力求它工作在临界状态的 原因。 集电极耗散功率 Pc=P=-Po，故 Pc 曲线可由 P=与 Po 曲线相减而得。由图 5．2．5 知，在欠压区内，当 Rp 减小时，Pc 上升很快。当 Rp=0 时，Pc 达到最大值，可能 使晶体管烧坏。必须避免发生这种情况。 效率ηc=Po/P=在欠压时，P=变化很小，所以ηc 随 Po 的增加而增加；到达 临界状态后，开始时因为 Po 的下降没有 P=下降快，因而ηc 继续增加，但增加