2020/10/25
6
谐振功率放大器的基本工作原理
1、原理电路
u ()
＋
ibB V ＋
uce
ub
ube － －
ic －
uc CL
＋
2020/10/25
VEBbB
VCECc
R
7
2020/10/25
vBE VBB Vbm cost
iC gc (vBE VBZ )
( t 2k ) C )
则
iC gc (VBB Vbm cost VBZ )
第5章 高频功率放大器
1、熟练掌握高频谐振功率放大器的工作原理、特性分 析 2、正确理解馈电电路和匹配网络在高频谐振功率放大 器中的应用 3、了解丙类倍频器的工作原理 4、了解传输线变压器的工作原理
2020/10/25
1
§5.1 概述
一、高频功率放大器的分类
2020/10/25
2
二、高频功率放大器与高频小信号放大器的比较
2020/10/25
16
输出特性的理想化
在高频功率放大器中，又常根据集电极电流是否进 入饱和区，将它的工作状态分为三种： 欠压工作状态：集电极电流最大点电流在直线1的右 方，交流输出电压较低； 过压工作状态：集电极电流最大点电流在直线1的左 方饱和区，交流输出电压较高； 临界工作状态：集电极电流最大点电流在直线1上。
Ik iC max k (C ) 波形分解系数
Ico
ic
m
ax
sin (1
cos cos )
ic maxa0 ( )
I
c1
ic
max
sin cos (1 cos )
ic maxa1( )
Icn
ic
m
ax
2
sin
n
n cos 2n sin (n2 1)(1 cos
c
cosn os )
当t C时，iC 0
则
VBB Vbm cosC VBZ 0
故得
cosC
VBZ VBB Vbm
iC gcVbm (cost cosC )
iC max gcVbm (1 cosC )
则
iC
iC max
cost cosC 1 cosC
周期性的余弦尖脉冲
8
用傅立叶级数展开得：
iC Ik cos kt IC0 Icm1 cos t Icm2 cos 2t k 0
2、低频功率放大器工作于甲类、甲乙类或乙类状态； 高频功率放大器则一般都工作于丙类。
2020/10/25
4
§5.2 谐振功率放大器的工作原理
一、获得高效率所需要的条件
P==直流电源供给的直流功率 PO=交流输出信号功率 PC=集电极耗散功率
P PO PC
c
PO P
PO PO PC
1）在给定的 P=时，降低PC，则 c 自然会提高。这样，晶体管的交流输出功率
直流电源VCC所供给的直流功率为
P VCC IC0
回路可吸取的基频功率为
PO
1 2
Vcm
I
cm1
Vc2m 2Rp
1 2
I
2
cm1
Rp
集电极耗散功率为
2020/10/25
PC P PO
11
放大器的集电极效率为：
C
PO P
1 2
Vcm
Icm1
VCC ICO
1 2
g1
(c
)
Vcm (集电极电压利用系数）
2020/10/25
14
2020/10/25
15
§5.3、晶体管谐振功率放大器的 折线近似分析法
一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式
折线近似分析法，是将电子器件的特性曲线理想化，每 一条特性曲线用一条或几条直线（组成折线）来代替。可 以用简单的数学解析式来代表电子器件的特性曲线。 优点是简单，缺点是准确度较低。
VCC
g1(c )
I cm1 ICO
iiCCmmaaxx（（10 cc））
（1 c）（波形系数） （0 c）
2020/10/25
12
2020/10/25
13
增大ξ和g1的值是提高效率的两个措施, 增大α1是增大 输出功率的措施。然而增大g1与增大α1是互相矛盾的。 导通角θ越小, g1越大, 效率越高, 但α1却越小, 输出功率 也就越小。所以要兼顾效率和输出功率两个方面, 选取合 适的导通角θ。若取θ=70°, 此时的集电极效率可达到 85.9%, 而θ=120°时的集电极效率仅为64%左右。因此, 一般以70°作为最佳导通角, 可以兼顾效率和输出功率两 个重要指标。
2020/10/25
3
三、高频功率放大器与低频功率放大器的区别
共同点是：输出功率大和效率高
不同点是： 1、低频功率放大器的工作频率低，20Hz～20kHz，相对 频带宽。因此都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等； 高频功率放大器的工作频率高，几百kHz～几百MHz，相 对频带窄。因此，一般都采用选频网络作为负载回路。
1、前者放大的是大信号，后者放大的是小信号 2、前者为非线性电路（分析方法为折线分析法）；后者为 线性电路（用y参数等效电路分析法） 3、前者通常工作于丙类状态，后者工作于甲类状态 4、质量指标不同：前者为输出功率大、效率高以及输出中 的谐波分量应尽量小，以免对其他频道产生干扰；后者有 增益、选择性、通频带、稳定性、噪声系数等。
ic maxan ( )
(n 1)
2020/10/25
9
2020/10/25
10
2、功率关系
由于负载调谐在基波上，所以输出端只有基波分量，并且
v o
1 cost
（Rp
p2
L ，R为电感的损耗电阻） CR
vC VCC Vcm cost
vBE VBB Vbm cost
PO就会增大。
2）维持晶体管的集电极耗散不超过规定值，提高集电极效率，将使交流输出功 率大为增加。
2020/10/25
5
如何减小集电极耗散？
集电极耗散的瞬时功率为：
pC iCvC
如果使iC只有在vC最低的时候才能通过，那么集电极耗散功率 自然会大为减小。iC需是脉冲状。 电流通角2C 180o 即工作在丙类状态
临界线方程可写为：
iC gcrvC
2020/10/25
17
二、高频功率放大器的动态特性与负载特性
高频功率放大器的工作状态取决于负载阻抗Rp和电压VCC、VBB、Vbm四个参数。
负载特性曲线：如果维持三个电压参数不变，此时各种电流、 输出电压、功率和效率等随Rp而变化的曲线。
动态特性曲线：在输出特性图中, 表示输出电压vC、vB与iC的关系曲线 又称为交流负载线。由于谐振功放的负载是选频网络, 故输出交流电压vc必 然是一个完整的余弦信号。由图可以看到, 截止区和饱和区内的动态线分 别和输出特性中截止线和临界饱和线重合(其中临界饱和线斜率为gcr), 而放 大区内的动态线是一条其延长线经过Q点的负斜率线段AB。