1、4.2.2 高頻功率放大器的動態分析高頻功率放大器的動態分析 1. 動態特性方程動態特性方程2. 動態特征曲線的畫法動態特征曲線的畫法3. 高頻功放的工作狀態高頻功放的工作狀態二二 高頻功率放大器的負載特性高頻功率放大器的負載特性 三三 高頻功率放大器的調制特性高頻功率放大器的調制特性 四四 高頻功率放大器的放大特性高頻功率放大器的放大特性 五五 高頻功率放大器的調諧特性高頻功率放大器的調諧特性 六六 高頻功放的高頻效應高頻功放的高頻效應 4.2.1 高頻功放的動態特性BBVbvBEvCiovcoscmVtCvCCVcosCCCoCCcmvVvVVt可見，當三極管處于工作區時有可見，當三極管處

2、于工作區時有bmV幅是另外如果輸入信號的振BEvt0tBZVBBVBEvCitVVvbmBBBEcos則bmVtcos,消去聯立二式CCCBEBBbmcmVvvVVV 得負載線的表達式CCCBEBBbmcmVvvVVV t0tBZVBBVBEvCicg斜率)(,BZBEcCVvgi則在工作區內代入代入)(:線稱為負載線這個線性關系畫出的直必須保持的線性關系與就得到了在工作區內CCvi()CCCCcBBbmBZcmVvigVVVV()bmBBBZCcCCCcmcmbmVVVigvVVVV 整理后得負載線的斜率負載線的截距(cos)bmCcCCCcmCcmVigvVVV 還可寫成畫出負載線(cos

3、)bmCcCCCcmCcmVigvVVV dg記為負載線的斜率,0V負載線的截距記為CvCiCCV0VCCVV 0dgBEv不同的CCBEviv和就可以找出它對應的任意給定一個這樣只要在工作區內,關系。波形幫助大家理解變量和畫出我們在這張圖畫上還可CCviiCt三極管工作三極管工作三極管截止三極管截止負載線的Q點（注意是虛擬的）CvCCV0VCi()bmBBBZCcCCCcmcmbmVVVigvVVVV CCV該點的橫坐標顯然是點Q,CCCvVQ將代入上式 得出 點縱坐標BZBBcCQVVgI,CCcBBBZpbmcmQVgVVRVV即 點坐標為，與、都無關！,pbmcmRVVQ即、無論如何變

4、化 負載線延長線都會經過 點對負載線的簡要復習程：負載線表達式的推出過表達式得到消去的表達式和分別寫出CBEBECvvtvvcos,) 1 (2)CBECCiviv代入表達式即得到的表達式的形式表達式寫成將)(3)0VvgiviCdCCCbmdccmVggV 其中負載線斜率0()()BBBZCCCcmbmVVvVVVV負載線在橫軸軸 截距(cos)CCcmCVV從“時間t”的角度畫出并理解負載線tiCvCCCV工作區工作區截止區截止區工作區工作區截止區截止區CCVtCitiCvCCCV工作區工作區截止區截止區工作區工作區截止區截止區vCtVCCvCtVCCvCtVCCvCtVCCvCtVCCv

5、CiC例題4.1 一高頻諧振功放,已知 求：0.92200120，集電極電壓利用系數輸出功率，脈沖的直流分量，WPmAIiVVOCCCCCcmpCIRP半流通角幅輸出的基頻電流分量振、功放的負載、功放效率電源輸出功率)3()2() 1 (1例題4.1(解)(4 . 21020012 ) 1 (30WIVPCCC%3 .834 . 22PPOCpcmORVP221又CCcmVV義根據集電極電壓系數定)(8 .109 . 012VVVCCcm)(16.2928 .10212122OcmpPVR例題4.1(解)mAARVIpcmcm370)(37. 016.298 .10 )2(185. 12003

6、70)( ) 3(011CcmCIIg波形系數1()1.85CAg查參考教材的附錄 表，可知若使)50(49OOC或需放大器的三種工作狀態之欠壓狀態CiCCV0VdgmaxBEv相交與工作區時紅色與負載線藍色線當)()(maxBEv壓狀態”。我們稱放大器處于“欠幅還沒有到達最大值。因為此時的輸出電壓振。則輸出振幅還可以加大減小如果負載線斜率絕對值,CviCtCi欠壓狀態的影響負載線斜率的因素1bmbmdccomcmpVVgggVIR 負載線的斜率有關、的斜率與一般不變，可見負載線pcmbmcRIVg1不變。、對放大器的影響，先設我們先分析1cmbmpIVR絕對值減小。增大時，負載線斜率的則可以

7、看出pR放大器的三種工作狀態之臨界狀態CvCiCCV0V的拐點時相交與紅色與負載線藍色線當maxmax)()(BEBEvv界狀態”。我們稱放大器處于“臨。再大就進入飽和區了飽和區和工作區的邊界此時輸出電壓振幅到達)(會降低。負載線的斜率絕對值就增大當,pRmaxBEviCtCi臨界狀態的臨界狀態的特點(1) 往往利用這些特點來解題。tiCvCCCVcmV三極管就會進入飽和區最小值就會小于再增大如果,CsatCcmVvVCsatCCVvvmin,的最小值從圖上可以讀出對于臨界狀態)(集電極飽和電壓CsatV)(cmCCCsatcmVVVV做題時常用此式求因此有臨界狀態的特點(2)CvCimaxB

8、EviCtmaxCimaxmin4.2.3CCCCiivv從教材圖可知時CsatCVvmin,臨界狀態時而我們上面講到)(minCsatCVv也是crgmaxCCsatcriVg求出和量關系可通過臨界狀態時利用上述變做題時常用此方法做題時常用此方法minmaxCCsatCcrvVig求出和或通過放大器的三種工作狀態之過壓狀態CvCiCCV0V延長線相交與飽和區時紅色與負載線藍色線當)()(maxBEv壓狀態”。我們稱放大器處于“過使三極管進入飽和區大此時的輸出電壓振幅過,會更加降低。負載線的斜率絕對值就繼續增大當,pRmaxBEviCt出現了凹頂過壓狀態的Ci三極管工作區三極管工作區三極管飽和

9、區三極管飽和區三種狀態的波形匯總 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半導通角 t B A C D 3 2 1 負載增大 vBE max VCC Q ec min Vcm 1.欠壓狀態 2.臨界狀態 3.過壓狀態 Rp Vcm Vcm 再過渡到過壓狀態狀態功放由欠壓過渡到臨界的增大隨著,pR指的是輸出電壓的振幅壓的欠壓或過壓所謂的可以看出的波形從左邊,Cv例題4.2 一高頻諧振功放處于臨界狀態,且已知 求AiVAgCcr2 . 1/5 . 0max，飽和臨界線斜率WPVVCMCCC107024功率功率管最大集電極耗散度，?)3()2() 1 (會不會燒毀功率管在此參數下工作功放的負

10、載、功放效率、輸出功率電源輸出功率pCORPP例題4.2(解)0 ) 1 (CCCIVP )(0max0CCCiI而)(0maxCCCCiVP0.253)(,700CC查表可知度)( 3 . 7253. 02 . 124)(0maxWiVPCCCC121cmcmOIVP 所以要分別求出均未直接給出和而已知,1cmcmIV例題4.2(解)cmV先求cmVCvCimaxBEviCtmaxCi)(minCsatCVv也是crgCCVminvVVCCcm從圖中可以看出crCgivmaxmin從圖中還可看出)(6 .215 . 02 . 124maxVgiVVcrCCCcm例題4.2(解)cm1I再求)

11、(1max1CCcmiI0.436)(,701CC查表可知度)(52. 0436. 02 . 1)(1max1AiICCcm)(6 . 552. 06 .2121211WIVPcmcmO%7 .763 . 76 . 5PPOC例題4.2(解)(5 .4152. 06 .21 )2(1cmcmpIVR)(10)(7 . 16 . 53 . 7 ) 3(WPWPPPCMOC功率管不會燒毀功放的負載特性（即Rp變化對功率和效率的影響）vBEmaxicvCIcm1Ic0VcmRp欠壓區欠壓區過壓區過壓區臨界態臨界態過渡時功放從欠壓向臨界狀態增大當,pR略有下降但沒有凹頂弦脈沖的波形始終是標準的余max

12、),(CCii)(max10max0CCcmCCCiIiI都略有下降和10cmcII1cmpcmIRV會基本呈線性上升cmV的波形出現凹頂Ci過渡時功放從臨界向過壓狀態繼續增大當,pR都迅速下降和使10cmcII)(,停止工作區由于三極管進入了飽和同時緩慢上升趨于的限制受到輸出電壓振幅,CCCCcmVVV功放的負載特性（即Rp變化對功率和效率的影響）Icm1Ic0VcmRp欠壓區欠壓區過壓區過壓區臨界態臨界態Rp欠壓區欠壓區過壓區過壓區臨界態臨界態c P=Pc在欠壓區向臨界過渡時,1而線性上升基本不變由于cmcmVI線性上升輸出功率,211cmcmOVIP Po略有下降電源輸出功率,CC0VI

13、Pc基本呈線性上升效率PPOC基本呈線性下降三極管消耗功率OCPPP在臨界向過壓變化時迅速下降而基本不變由于1,cmcmIV迅速下降輸出功率,211cmcmOVIP 迅速下降電源輸出功率,CC0VIPc平緩下降三極管消耗功率OCPPP略有上升所以效率下降的快沒有由于剛過臨界態時COPP,略有下降效率下降的速度加快的進一步增加但隨著COpPR,三種狀態的小結（欠壓狀態特點） 欠壓 過壓 0 臨界 Ic1 Ic0 Vcm Rp 0 c P= Po Pc 欠壓 過壓 臨界 Rp 欠壓狀態的功率和效率都比較低，集電極耗散功欠壓狀態的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化

14、，因此較率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調幅，需采用這種工作狀態。少采用。但晶體管基極調幅，需采用這種工作狀態。三種狀態的小結（臨界狀態特點） 欠壓 過壓 0 臨界 Ic1 Ic0 Vcm Rp 0 c P= Po Pc 欠壓 過壓 臨界 Rp 臨界狀態的特點是輸出功率最大，效率也較高，比最大效臨界狀態的特點是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說是最佳工作狀態，發射機的末級常率差不了許多，可以說是最佳工作狀態，發射機的末級常設計成這種狀態，在計算諧振功率放大器時，也常以此狀設計成這種狀態，在計算諧振功率放大器時，也常以此狀態為例。態為例。三種

15、狀態的小結（過壓狀態特點） 欠壓 過壓 0 臨界 Ic1 Ic0 VC Rp 0 c P= Po Pc 欠壓 過壓 臨界 Rp 過壓狀態的優點是，當負載阻抗變化時，輸出電壓比較平過壓狀態的優點是，當負載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩且幅值較大，在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率穩且幅值較大，在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率有所下降，發射機的中間級、集電極調幅級常采用這種狀有所下降，發射機的中間級、集電極調幅級常采用這種狀態。態。負載特性的動畫演示4.2.3 各極電壓對工作狀態的影響增大時僅其他條件都不變是前面我們一直在討論的pR,變小負載線斜率絕對值逐漸增大功放隨著,pR功放的工作狀態從欠

16、壓臨界過壓?,時會怎樣呢而改變電源或信號電壓不變如果我們保持pR下面我們將分別討論對功放狀態的影響其他條件不變CCV,對功放狀態的影響其他條件不變bmV,對功放狀態的影響其他條件不變BBV,其他條件不變,VCC改變對工作狀態的影響 欠壓 過壓 臨界 ic1 ic2 ic3 ic4 ic5 ic eb ec VCC5 VCC3 VCC1 VC1 VC2 VC3 VC4 VC5 欠壓 臨界 過壓 CvmaxBEvCi保持不變負載線斜率不變和由于cmbmccmbmVVgVVdg,CCV而負載線截距小于負載線平行左移由大變小時當,CCV功放從欠壓臨界過壓其他條件不變,VCC改變對工作狀態的影響負載線平

17、行右移由小變大時當反過來,CCV功放從過壓臨界欠壓CCV臨界臨界過壓區過壓區欠壓區欠壓區0CI1cmI其他條件不變,VCC改變對工作狀態的影響 0 0 (a) (b) 欠壓狀態 過壓狀態 VCC 欠壓狀態 過壓狀態 VCC Ic0 Icm1 Po P= Pc 0CCCIVP 2121cmpOIRP 即集電極調制特性即集電極調制特性其他條件不變,Vbm改變對工作狀態的影響 ic eb4 max vce VCC eb3 max eb2 max eb1 max 0 VC4 VC3 VC2 VC1 t Q tVVvbmBBBEcosbmBBBEVVvmax也由小變大由小變大時當max,BEbmvV)(

18、max小BEv)(max略大BEv功放先欠壓再臨界)(max更大BEv)(max最大BEv最后進入過壓其他條件不變,Vbm改變對工作狀態的影響bmV臨界臨界欠壓區欠壓區過壓區過壓區0CI1cmI其他條件不變,Vbm改變對工作狀態的影響(a)過壓狀態欠壓狀態VbmIC0OIcm1(b)過壓狀態欠壓狀態VbmPoOP=Pcip0CCCIVP 2121cmpOIRP 即放大特性即放大特性tUUubmBBBE cos 注注意意：如如果果要要實實現現BBU對對輸輸出出電電流流1CI的的有有效效調調制制，要要求求功功放放應應工工作作在在欠欠壓壓區區。 進入過壓狀態后，隨著進入過壓狀態后，隨著UBB向正值方

19、向增大，集電極脈沖電流的寬向正值方向增大，集電極脈沖電流的寬度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結果使度增加，幅度幾乎不變，但凹陷加深，結果使Ico、Icml和相應的和相應的Ucm增增大得十分緩慢大得十分緩慢 UcmIcoIcml臨界臨界UBB過壓過壓欠壓欠壓O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict飽和區飽和區放大區放大區截止區截止區 當當Ubm固定，固定，UBB自負值向正值方向增自負值向正值方向增大時，集電極脈沖電流大時，集電極脈沖電流ic的導通角的導通角c增大，增大，從從而集電極脈沖電流而集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，的幅度

20、和寬度均增大，狀態由欠壓區進入過壓區。狀態由欠壓區進入過壓區。 1C 2C 3C 其他條件不變,VBB改變對工作狀態的影響各變量對功放狀態影響的總結功放由欠壓增大時或,bmpVR臨界過壓,CCV增大時 功放由過壓臨界欠壓例題例題4.3一個諧振功放處于過壓狀態，如果想把一個諧振功放處于過壓狀態，如果想把它調到臨界狀態，可以采取哪些措施？它調到臨界狀態，可以采取哪些措施？過壓和欠壓狀態的一個重要特點（做題時常用） 過壓狀態下： 欠壓狀態下：都會保持基本不變只有一者改變時，和cmpbmVRV都會保持基本不變和如何改變，和不變，隨便和只要10cmcCCpBBbmIIVRVV例題4.4 已知一高頻功放處于臨界狀態,輸出功率為10W，Vcc=