1、第二章第二章 諧振功率放大器諧振功率放大器要求：要求：掌握諧振功率放大器的工作原理，負載特性，掌握諧振功率放大器的工作原理，負載特性，了解調制特性和放大特性，熟悉實際電路組成了解調制特性和放大特性，熟悉實際電路組成;2.1概述概述v在無線電廣播和通信發射機中，為了獲得大功率的在無線電廣播和通信發射機中，為了獲得大功率的高頻信號，必須采用高頻信號，必須采用高頻功率放大器。高頻功率放大器。高頻功率放高頻功率放大器按工作頻帶的寬窄可分為大器按工作頻帶的寬窄可分為窄帶高頻功率放大器窄帶高頻功率放大器和和寬帶高頻功率放大器寬帶高頻功率放大器。窄帶高頻功率放大器通常。窄帶高頻功率放大器通常以以LC并聯諧振

2、回路作負載并聯諧振回路作負載，因此又稱為，因此又稱為諧振功率放諧振功率放大器大器。寬帶高頻功率放大器以傳輸線變壓器為負載，。寬帶高頻功率放大器以傳輸線變壓器為負載，因此又稱為非諧振功率放大器。因此又稱為非諧振功率放大器。 在低頻電子線路課程中，已經建立了一個很重要的在低頻電子線路課程中，已經建立了一個很重要的概念概念, ,即功率放大器的實質是即功率放大器的實質是: :將直流電源供給的直流功率轉換為交流輸出功率。將直流電源供給的直流功率轉換為交流輸出功率。 在轉換過程中，不可避免地存在著能量的損耗，這在轉換過程中，不可避免地存在著能量的損耗，這部分損耗的功率通常變成了熱能。若損耗功率過大就部分損

3、耗的功率通常變成了熱能。若損耗功率過大就會使功率放大器因過熱而損壞。高頻功率放大電路對高會使功率放大器因過熱而損壞。高頻功率放大電路對高頻已調波信號進行功率放大頻已調波信號進行功率放大, , 然后經天線將其輻射到空然后經天線將其輻射到空間間, , 所以要求輸出功率很大。所以要求輸出功率很大。 輸出功率大輸出功率大, , 從節省能量的角度考慮從節省能量的角度考慮, , 效率更加顯效率更加顯得重要。得重要。因此，功率放大器研究的主要問題就是如何提因此，功率放大器研究的主要問題就是如何提高效率，減小損耗及獲得大的輸出功率。高效率，減小損耗及獲得大的輸出功率。功率放大器的效率與什么有關？功率放大器的效

4、率與什么有關？ 功率放大器的效率與其放大器件的工作狀態有直接關系，功率放大器的效率與其放大器件的工作狀態有直接關系，為了提高為了提高效率，高頻功率放大器多選擇在丙類或丁類，甚至戊類工作狀態。效率，高頻功率放大器多選擇在丙類或丁類，甚至戊類工作狀態。晶體管放大電路有哪些工作狀態？晶體管放大電路有哪些工作狀態？功功率率放放大大器器按按工工作作狀狀態態分分類類：近近年年來來雙雙出出現現了了D類類、E類類及及S類類等等開開關關功功率率放放大大器器ECICEO uCE iCO轉轉移移特特性性曲曲線線輸輸出出特特性性曲曲線線 常常量量 CEuBEcufi 常常量量 BEuCEcufiBBU UBZ QQB

5、類類：o90BZBBUU C 類類：o90 ,BZBBUU 。 BEuci截止區截止區飽和區飽和區A類類 ：Q位位于于放放大大區區0180 對于諧波抑制度要求很高的高頻功率放大器，通常選用對于諧波抑制度要求很高的高頻功率放大器，通常選用甲類或甲乙類推挽工作狀態，以使晶體管工作在線性放大甲類或甲乙類推挽工作狀態，以使晶體管工作在線性放大區。顯然，效率不高，且輸出功率不可能太高。若要求輸區。顯然，效率不高，且輸出功率不可能太高。若要求輸出功率高，出功率高，可以采用功率合成的辦法來提高可以采用功率合成的辦法來提高。v晶體管在這樣的工作狀態下，輸出電流波形失真很大晶體管在這樣的工作狀態下，輸出電流波形

6、失真很大,怎么辦？怎么辦？v必須采用具有一定濾波特性的選頻網絡作為負載，以得到必須采用具有一定濾波特性的選頻網絡作為負載，以得到接近正弦波的輸出電壓波形，多用于推動級和末級作功率接近正弦波的輸出電壓波形，多用于推動級和末級作功率放大，其諧波抑制度不可能做得很高。放大，其諧波抑制度不可能做得很高。v高頻功率放大器的主要指標是高頻功率放大器的主要指標是高頻輸出功率、效率、高頻輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度等功率增益、帶寬和諧波抑制度等。這幾項指標往往。這幾項指標往往是相互矛盾的。在設計功率放大器時，總是根據放是相互矛盾的。在設計功率放大器時，總是根據放大器的待點，突出其中的一些指標，兼

7、顧另外一些大器的待點，突出其中的一些指標，兼顧另外一些指標。例如，對于發射機的輸出級，其特點是希望指標。例如，對于發射機的輸出級，其特點是希望輸出功率最高，對應的效率不一定會最高；對于單輸出功率最高，對應的效率不一定會最高；對于單邊帶發射機，則要求功率放大器非線性失真盡可能邊帶發射機，則要求功率放大器非線性失真盡可能小，也就是諧波抑制度是設計的主要問題。顯然，小，也就是諧波抑制度是設計的主要問題。顯然，在這類功率放大器中，效率是不很高的。在這類功率放大器中，效率是不很高的。v高頻功率放大器常用的有源器件是：高頻功率放大器常用的有源器件是： 晶體管、場效應管和電子管，輸出功率在晶體管、場效應管和

8、電子管，輸出功率在1KW以以下的功率管常采用晶體管；而對下的功率管常采用晶體管；而對1KW以上的則主要采以上的則主要采用電子管，本章主要討論晶體管諧振功率放大器，共用電子管，本章主要討論晶體管諧振功率放大器，共工作原理亦適用于其他器件的諧振功率放大器。工作原理亦適用于其他器件的諧振功率放大器。v工作頻率：工作頻率： 幾百千赫幾百千赫幾百兆赫，幾百兆赫， ZZMHKH小結小結在在高高頻頻范范圍圍內內，為為了了獲獲得得足足夠夠大大的的高高頻頻輸輸出出功功率率，必必須須采采用用高高頻頻調調諧諧功功率率放放大大器器，這這是是發發射射設設備備的的重重要要組組成成部部分分。對對高高頻頻功功率率放放大大器器

9、的的一一般般要要求求同同低低頻頻功功放放相相同同： 輸輸出出功功率率大大 效效率率高高特特點點：(1)工工 作作 頻頻 率率 高高 ， 相相 對對 頻頻 帶帶 窄窄(2)采采 用用 選選 頻頻 網網 絡絡 作作 為為 負負 載載 回回 路路2.2 高頻功率放大器的工作原理高頻功率放大器的工作原理 1 基基本本電電路路結結構構晶晶體體管管：輸輸入入激激勵勵電電路路：提提供供所所需需信信號號電電壓壓；輸輸出出諧諧振振回回路路：（1）濾濾波波選選頻頻，(2)阻阻抗抗匹匹配配。+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b) 等效電路等效電路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-(a) 原理電路原理

10、電路+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic常常數數 ceuBEccuig2 工作原理分析工作原理分析uBEic-UBBUBZubCCicCC(1) 集集電電極極電電流流ci tUubmb cos Ubm則則 加加 到到 晶晶 體體 管管 基基 極極 ,發發 射射 級級 的的有有效效電電壓壓為為:tUUUuubmBBBBbBE cos 由由晶晶體體管管的的轉轉移移特特性性曲曲線線可可以以看看出出：當當BZBEUu ，0 ci 當當BZBEUu ， BZBEccUugi 式式中中cg為為：gC折線的斜率折線的斜率有有 BZbmBBccUtUUgi cos +uBE _2 工作原理分析

11、工作原理分析(1) 集集電電極極電電流流ci BZbmBBccUtUUgi cos由由于于當當ct 時時，0 cibmBZBBcUUU cosbmBZBBcUUU 1cos cbmccbmbmcBZBBbmcctUgUtUgUUtUgi coscoscoscos)(cos 又又當當0t 時時， cbmccUgI cos1max vBEic-UBB-UBZvbCCicCCVbmgCIcmaxccbmcIUg cos1max 代代 入入ci有有 ： 尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖的的數數學學表表達達式式cccmaxccos1coscos tIi+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE

12、 _ccmaxcccos1costcosii (1) 集電極電流集電極電流若若對對ci分分解解為為付付里里葉葉級級數數為為： ntItItIIic cos2coscoscmncm1cm1co其其中中各各系系數數分分別別為為： ccoIItdiI 0cmaxcccccmaxc)cos1cossin)(21 11111cmaxcmaxsincoscos()()cosccccccmcccIitdtII maxcmax2sincoscossin12cos()1 1 coscccccccmnccnccnnnIin tdtiIn n 式式中中：(1) c 0， c 1， cn 稱稱為為尖尖頂頂余余弦弦脈脈

13、沖沖的的分分解解系系數數。一一般般可可以以根根據據c 的的數數值值查查表表求求出出各各分分解解系系數數的的值值。 (2) coI，cm1I，cm2I，cmnI為直流及基波和各次諧波的振幅。為直流及基波和各次諧波的振幅。 ictccic1ic2ic3IcoIcmaxiC頻譜頻譜(2)集電極輸出電壓集電極輸出電壓ci經經 LC 并并聯聯諧諧振振回回路路后后，此此回回路路對對基基波波產產生生諧諧振振，呈呈純純電電阻阻PRci（最最大大值值） ，而而對對其其它它諧諧波波失失諧諧阻阻抗抗很很低低，呈呈電電容容性性。因因而而回回路路選選出出基基波波電電壓壓1cu，而而濾濾除除各各次次諧諧波波電電壓壓。 2

14、 3LC回回路阻路阻抗抗 Rp故故回回路路輸輸出出的的基基波波電電壓壓：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 而而晶晶體體管管集集電電極極的的輸輸出出電電壓壓：tUEucmCCE cos 0+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE _ictccic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 3. 高頻功放的功率關系高頻功放的功率關系 (1) 集集電電極極電電源源提提供供的的直直流流功功率率：0CCDIEP (2) 集集 電電 極極 輸輸 出出 交交 流流

15、 功功 率率 （ 負負 載載 上上 得得 到到 的的 功功 率率 ）PCmPCmCmCmRURIIUP2212121210 （注注意意PR為為回回路路諧諧振振阻阻抗抗）(3) 集集電電極極耗耗散散功功率率CP，oDCPPP (4) 集集電電極極能能量量轉轉換換效效率率c ： cCOCCmCmCooDocgIEIUPPPPP 112121 其其中中：CCmEU 為為集集電電極極電電壓壓利利用用系系數數； CO1Cmc1IIg )()(01cc稱稱為為波波形形系系數數，是是導導通通角角c 的的函函數數，通通常常可可查查表表求求出出。討討論論：(1 )CPCmCCmERIEU1 ， cPR (2)

16、COCmcIIg11 ，一一般般有有： cccg 1 (3)cccocoocPPPPP 1 co13g11.02.02當晶體管允許的耗散功率一定時，當晶體管允許的耗散功率一定時， ocP VT1VT2T1LCRLECCC2.2.3 D類和類和E類功率放大器簡介類功率放大器簡介 1. D類功率放大器的原理分析類功率放大器的原理分析 D類功率放大器有類功率放大器有電壓開關型電壓開關型和和電流開關型電流開關型兩種基本兩種基本電路，電壓開關型電路，電壓開關型D類功率放大器是已推廣應用的電路類功率放大器是已推廣應用的電路 uiub1ub2ic1ic2uLuA ub1和和ub2是由是由ui通過變壓器通過變

17、壓器T1產生的兩個極性相反的輸入激勵產生的兩個極性相反的輸入激勵電壓電壓 ui正半周時正半周時VT1管飽和導通，管飽和導通，VT2管截止，電源管截止，電源EC對電容對電容C充充電，電容上的電壓很快充至電，電容上的電壓很快充至（EC- -UCES1）值，）值，A點對地的電點對地的電壓壓uA=（EC- -UCES1） 。 ui負半周時負半周時VT2管飽和導通，管飽和導通，VT1管截止。管截止。VT2管的直管的直流電源由電容流電源由電容C上充的電荷供給，上充的電荷供給，uA= UCES20 uA近似為矩形波電壓，幅值為（近似為矩形波電壓，幅值為（EC-2UCES）。若）。若L、C和和RL串聯諧振回路

18、調諧在輸入信號的角頻率串聯諧振回路調諧在輸入信號的角頻率上，且回路的上，且回路的Q值值足夠高，則通過回路的電流足夠高，則通過回路的電流ic1或或ic2是角頻率為是角頻率為的余弦波，的余弦波，RL上可得相對輸入信號不失真的輸出功率。上可得相對輸入信號不失真的輸出功率。ECUCESEC-2-2UCESuAtic1tic2tuLt 盡管每管飽和導通時的電流很大，但相應的管壓降很盡管每管飽和導通時的電流很大，但相應的管壓降很小，這樣，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高小，這樣，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高 uA為矩形方波，用傅里葉級數展開后可求得其基波分為矩形方波，用傅里葉級數展開后可求

19、得其基波分量的振幅為量的振幅為 ： VT1管電流管電流ic1 (或或VT2管管電流電流ic2)的直流電流為：的直流電流為： ECEC-2-2UCESuAtUCESic1tic2tuLt021sinC1CdEUEtt ID電源供給的直流功率：電源供給的直流功率：PD=EC ID max1DcPE i放大器的輸出功率放大器的輸出功率Po為為 ；1 12sincos111()221 cosCocmaxcmax2cccCcEEPU III 效率效率=PoPD =100 實際晶體管的飽和壓降不可能為零，又考慮到管子結電實際晶體管的飽和壓降不可能為零，又考慮到管子結電容、電路分布電容的影響容、電路分布電容

20、的影響(使管壓降波形使管壓降波形uA有一定上升沿和下有一定上升沿和下降沿降沿)，從而使，從而使D類功放的效率小于類功放的效率小于100，典型值大于，典型值大于90。 2. 輸出功率及效率計算輸出功率及效率計算sincos1)1coscmaxccccmaxccoIII 2.2.4 丙類倍頻器丙類倍頻器 功用：功用：輸出信號的頻率是輸入信號頻率的整數倍。輸出信號的頻率是輸入信號頻率的整數倍。 采用倍頻器的目的是：采用倍頻器的目的是： 1能降低電子設備的主振頻率，對提高設備的頻率穩定能降低電子設備的主振頻率，對提高設備的頻率穩定 度有利。度有利。2在通信機的主振器工作波段不擴展的條件下，可利用在通信

21、機的主振器工作波段不擴展的條件下，可利用 倍頻器擴展發射機輸出級的工作波段。倍頻器擴展發射機輸出級的工作波段。3在調頻和調相發射機中，采用倍頻器可加大頻移或相在調頻和調相發射機中，采用倍頻器可加大頻移或相 移，即可加深調制深度。移，即可加深調制深度。1、利用丙類放大器電流脈沖中的諧波經選頻回路獲、利用丙類放大器電流脈沖中的諧波經選頻回路獲得倍頻。得倍頻。2、利用模擬乘法器實現倍頻。、利用模擬乘法器實現倍頻。3、利用、利用PN結電容的非線性變化，得到輸入信號頻率結電容的非線性變化，得到輸入信號頻率的諧波，經選頻回路獲得倍頻，稱為參量倍頻器。的諧波，經選頻回路獲得倍頻，稱為參量倍頻器。倍頻器按其工

22、作原理可分為三類：倍頻器按其工作原理可分為三類：2.2.4 丙類倍頻器丙類倍頻器1 丙丙類類倍倍頻頻器器的的電電路路結結構構晶晶體體管管倍倍頻頻器器與與高高頻頻功功放放的的線線路路基基本本相相同同，唯唯一一不不同同之之處處是是它它的的集集電電極極回回路路對對輸輸入入信信號號的的某某次次諧諧波波頻頻率率 nf 調調諧諧。 (1) 丙丙類類倍倍頻頻器器工工作作原原理理分分析析已知丙類放大器集電極電流已知丙類放大器集電極電流ci為尖頂余弦脈沖，即：為尖頂余弦脈沖，即： tncosIt2cosItcosIIiCn2C1CCOc 如如果果集集電電極極回回路路不不是是調調諧諧于于基基波波，而而是是調調諧諧

23、于于 n 次次諧諧波波那那么么回回路路對對基基波波和和其其它它諧諧波波的的阻阻抗抗很很小小，而而對對 n 次次諧諧波波的的阻阻抗抗則則達達到到最最大大值值，且且呈呈電電阻阻性性。于于是是回回路路的的輸輸出出電電壓壓和和功功率率就就是是 n 次次諧諧波波，故故起起到到了了倍倍頻頻作作用用。2.2.4 丙類倍頻器丙類倍頻器工工作作于于二二次次諧諧波波倍倍頻頻器器的的電電流流和和電電壓壓關關系系如如下下圖圖所所示示：其其中中：tUEuCCce 2cos2 , 而而 PCCRIU22 PR為為 LC 回回路路諧諧振振在在 2時時的的并并聯聯諧諧振振電電阻阻。iC+uce- Ec +-uc2+iciC1

24、iC2ic頻譜頻譜0 2 3 4ICOIC1IC2IC3IC4LC諧振特性諧振特性注注意意點點：1 在在有有ci流流通通的的時時間間內內，倍倍頻頻器器的的集集電電極極瞬瞬時時電電壓壓上上升升速速度度比比較較快快， 故故倍倍頻頻器器的的集集電電極極耗耗散散功功率率CP比比正正常常工工作作于于基基波波狀狀態態時時大大得得多多，即即集集電電極極效效率率c 較較低低，且且倍倍頻頻次次數數 n 值值較較高高，損損耗耗較較大大，效效率率較較低低，故故丙丙類類倍倍頻頻器器一一般般只只限限于于二二倍倍頻頻和和三三倍倍頻頻的的應應用用。 iC1iC1iC1iC2iC2iC22.2.4晶體管倍頻器晶體管倍頻器2.

25、 由由于于倍倍頻頻器器主主要要是是利利用用了了余余弦弦尖尖頂頂脈脈沖沖的的諧諧波波分分量量，即即： maxccncniI 在在作作倍倍頻頻器器應應用用時時，為為使使輸輸出出最最大大，一一般般應應選選擇擇使使 cn 為為最最大大值值的的導導通通角角，而而此此最最佳佳導導通通角角為為： 0c0c040,3n60,2n,n120 3. 如如果果設設倍倍頻頻器器的的導導通通角角為為c ，則則倍倍頻頻器器的的輸輸出出功功率率和和效效率率為為 cnCcncnonIEIUP cmax2121而而其其中中：ccnEU 電電壓壓利利用用系系數數 cncoccncncgIEIUPP 2121Don 而而cocnc

26、ocncnIIg 可可見見， n 次次諧諧波波倍倍頻頻器器的的輸輸出出功功率率正正比比于于 n 次次諧諧波波的的分分解解系系數數cn 。在實際倍頻器電路中，考慮到下述兩個因素：在實際倍頻器電路中，考慮到下述兩個因素： 首先，集電極電流脈沖中諧波分量幅度是隨首先，集電極電流脈沖中諧波分量幅度是隨n的增大而迅的增大而迅速減小的，因而，倍頻次數過高，倍頻器的輸出功率和效率速減小的，因而，倍頻次數過高，倍頻器的輸出功率和效率就會過低而導致不能正常工作。就會過低而導致不能正常工作。 其次，倍頻器的輸出回路需要濾除高于其次，倍頻器的輸出回路需要濾除高于n和低于和低于n的各次的各次諧波分量。其中低于諧波分量

27、。其中低于n的各次諧波分量幅度比有用分量大，要的各次諧波分量幅度比有用分量大，要將它們濾除較為困難。倍頻次數過高，倍頻器對輸出回路提將它們濾除較為困難。倍頻次數過高，倍頻器對輸出回路提出的濾波度要求就會過于苛刻而難以實現。出的濾波度要求就會過于苛刻而難以實現。 所以，如果實際電路中需要增加倍頻次數，可將所以，如果實際電路中需要增加倍頻次數，可將m個倍頻個倍頻器級聯起來工作或采用變容二極管、階躍二極管構成的參量器級聯起來工作或采用變容二極管、階躍二極管構成的參量倍頻器。倍頻器。2.3 高頻功率放大器的動態分析高頻功率放大器的動態分析 2.3.1 高高頻頻功功率率放放大大器器的的動動態態特特性性

28、2.3 高頻功率放大器的動態分析高頻功率放大器的動態分析由由于于高高頻頻功功放放工工作作在在大大信信號號的的非非線線性性狀狀態態，顯顯然然晶晶體體管管的的小小信信號號等等效效電電路路的的分分析析方方法法已已不不適適用用，所所以以分分析析方方法法一一般般利利用用晶晶體體管管的的靜靜態態特特性性曲曲線線，但但由由于于晶晶體體管管的的靜靜態態特特性性曲曲線線與與頻頻率率有有關關，如如右右圖圖所所示示了了 與與f之之間間的的關關系系。而而通通常常所所說說的的靜靜態態特特性性曲曲線線是是指指低低頻頻區區：o0.5ff0.2fTfT f5 .0f 中中頻頻區區：Tf2 . 0ff5 . 0 高高 頻頻 區

29、區 ：TTfff2 .0 故故直直接接進進行行高高頻頻區區或或中中頻頻區區的的分分析析和和計計算算是是相相當當困困難難的的。本本節節將將從從低低頻頻區區的的靜靜態態特特性性來來解解析析晶晶體體管管的的高高頻頻功功放放的的工工作作原原理理。1、 放放大大區區動動態態特特性性方方程程 當當放放大大器器工工作作在在諧諧振振狀狀態態時時，其其外外部部電電路路電電壓壓方方程程為為：若若 設設 ：tUubmb cos 輸輸入入端端：tUUubmBBBE cos 輸輸 出出 端端 ：tUEucmCce cos 其其 中中 ：tUuCmc cos1 由上兩式消除由上兩式消除tcos 可得：可得：cmceCbm

30、BBBEUuEUUu 又又利利用用晶晶體體管管的的內內部部特特性性關關系系式式（折折線線方方程程） ： BZBEccUugi 可可得得： ocedbmBZBBcmCcecmbmcBZcmceCbmBBccUugUUUUEuUUgUUuEUUgi )(uBEicgCUBZ+ub-CLEC-UBB+uc1-icRp+uCE-+uBE _2.3.1 高頻功率放大器的動態特性高頻功率放大器的動態特性 ocedbmBZBBcmCcecmbmcBZcmceCbmBBccUugUUUUEuUUgUUuEUUgi )(2.3.1 高高頻頻功功率率放放大大器器的的動動態態特特性性 1、 動動態態特特性性方方程程

31、 Ci與與ceu之之間間關關系系的的動動態態特特性性方方程程。 式式中中： cmbmcdUUgg表表示示動動態態特特性性曲曲線線的的斜斜率率， cCmCbmBZBBcmCoUEUUUUEU cos)( 式式中中：bmBZBBcUUU cos; oU動動態態特特性性曲曲線線在在ceu軸軸上上的的截截距距。 uceic2.3.1 高頻功率放大器的動態特性高頻功率放大器的動態特性 2 動動態態特特征征曲曲線線 的的畫畫法法：畫畫 法法 一一 ：UoA在在靜靜態態特特征征曲曲 線線的的ceu軸軸上上取取 B 點點，使使oUOB ，由由 B 點點作作斜斜 率率為為dg的的直直線線 BA， 即即 得得 動

32、動 態態 特特 征征 曲曲 線線 。 BO畫畫 法法 二二 ：（1）作作靜靜態態工工作作點點 Q：ECQ令令ot90 由由外外部部方方程程可可得得： )(,:BZBBcQcBBBECceUUgIiUuEuQ(2) 作作 A 點點 :令令o0t bmBBbbeCmCcceUUuuUEuuAmaxmin:連連 接接 Q 、 A 兩兩 點點 即即 得得 動動 態態 特特 性性 曲曲 線線 。Ucmc ucmingd輸輸 出出 端端 ：tUEucmCce cos 輸輸 入入 端端 ：tUUubmBBBE cos BZBEccUugi ubemax2.3.2 高頻功率放大器的負載特性高頻功率放大器的負載

33、特性 高高 頻頻 功功 放放 的的 工工 作作 狀狀 態態 ： 動動態態曲曲線線： )(ocedcUugi uceicUo PccccCocbmcdRIUUEUUUgg1111cos而而 可可見見動動態態特特性性曲曲線線的的斜斜率率和和負負載載PR有有關關，放放大大器器的的工工作作狀狀態態將將隨隨負負載載的的不不同同而而變變化化。下下面面討討論論當當CE、BBU、bmU不不變變時時，動動態態特特性性曲曲線線與與負負載載PR的的關關系系。 gd(1) 欠欠壓壓工工作作狀狀態態當當PR減減小小111cbmcdPccUUggRIU 較較大大，動動態態特特征征曲曲線線與與maxbeu所所對對的的靜靜態

34、態特特征征曲曲線線的的交交點點位位于于放放大大區區。 uBEic-UBBUBZubCCicCCgCUbmubemaxicmaxuceicECQuceminUcescesceUu min晶晶 體體 管管 的的 工工 作作 范范 圍圍 在在 放放 大大 區區 和和 截截 止止 區區 。 ci為為尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖，集集電電極極電電壓壓利利用用不不充充分分。2.過過壓壓工工作作狀狀態態PR較較大大PccRIU11 較較大大1cbmcdUUgg 較較小小， 動動態態特特性性曲曲線線與與maxbeu所所對對的的靜靜態態特特征征曲曲線線的的交交點點位位于于飽飽和和區區。 gdubemax特特點點：c

35、esceUu min ，晶晶體體管管的的動動態態范范圍圍延延伸伸到到飽飽和和區區。 ci的的 波波 形形 頂頂 部部 為為 下下 凹凹 的的 余余 弦弦 脈脈 沖沖 。ucemin3.臨臨 界界 工工 作作 狀狀 態態動動態態特特性性曲曲線線與與臨臨界界飽飽和和線線以以及及maxbeu對對應應的的靜靜態態特特性性曲曲線線，三三線線相相交交于于一一點點 ubemaxgcr此此時時：cesceUu min, ci為為尖尖頂頂余余弦弦脈脈沖沖。 ECQUcesUcmuBEic-UBBUBZubCCicCCgCUbmubemaxicmaxuceicECQuceminUcesgdubemaxucemin

36、ubemaxgcr如如果果設設臨臨界界線線的的斜斜率率為為crg則則 有有 :)(maxcmCcrcescrcUEgUgI 又又令令 crCcm EU cr 為為臨臨界界狀狀態態的的電電壓壓利利用用系系數數 crCcrcEgI 1maxCcrccrEgImax1 uCEicgcr由由上上可可以以看看出出高高頻頻功功放放工工作作在在臨臨界界狀狀態態時時，有有較較大大的的基基波波電電流流1CI和和較較大大的的回回路路電電壓壓1CU，故故晶晶體體管管輸輸出出功功率率最最大大，高高頻頻功功放放通通常常選選擇擇這這種種工工作作狀狀態態。為為保保證證這這種種工工作作狀狀態態所所需需的的集集電電極極負負載載

37、電電阻阻PR稱稱為為最最佳佳負負載載電電阻阻。 1cmcmPcrIUR Icmaxubemax研研究究的的問問題題：當當CE，BBU，bmU不不變變， 而而PR變變化化時時，與與 ccoDCCCPPPUII ,101 的的關關系系。 （1） 欠欠壓壓區區：icucePR由由 小小maxci 幾幾 乎乎 不不 變變（ 略略 減減 少少 ）1C0CI ,I幾幾 乎乎不不 變變011CCDPccIEPRIU 幾幾 乎乎 不不 變變 1121CCoIUP CccoccEUII1121 oDCPPP 2.3.2 高頻功率放大器的負載特性高頻功率放大器的負載特性PoRp欠壓區欠壓區過壓區過壓區臨界區臨界區

38、Rp欠壓區欠壓區過壓區過壓區臨界區臨界區Ic1Ico（2） 過過壓壓區區：c PDPcubemax注注意意：Uc1臨臨界界狀狀態態輸輸出出功功率率最最大大ocroPP ，效效率率也也較較高高，可可以以說說是是最最佳佳工工作作狀狀態態，常常選選此此狀狀態態為為末末級級功功放放輸輸出出狀狀態態。過過壓壓狀狀態態，效效率率高高，但但輸輸出出功功率率較較小小。2.3.3 高頻功率放大器的調制特高頻功率放大器的調制特性性 當當bm ,URP不不變變， 而而改改變變 BBCUE與與 oDCCPPII,01之之間間的的關關系系。 1. 集電極調制特性集電極調制特性 當當bm ,URP，BBU不不變變， 壓壓

39、區區減減少少功功放放由由臨臨界界進進入入過過壓壓區區增增加加功功放放由由臨臨界界進進入入欠欠CCEEuceicubemaxQECQECQEC注注意意：只只有有工工作作在在過過壓壓區區才才能能有有效效地地實實現現CE對對1CI及及oP的的調調制制作作用用，故故集集電電極極調調幅幅電電路路應應工工作作在在過過壓壓區區。 t icEC欠壓區欠壓區過壓區過壓區臨界區臨界區EC欠壓區欠壓區過壓區過壓區臨界區臨界區Ic1IcoPDPOPC2.3.3 高頻功率放大器的調制特性高頻功率放大器的調制特性2. 基基極極調調制制特特性性 tUUubmBBBE cos 注注意意：如如果果要要實實現現BBU對對輸輸出出

40、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

41、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 2.3.4 高頻功率放大器的放大特性高頻功率放大器的放大特性tUUubmBBBE cos uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict飽和區飽和區放大區放大區截止區截止區1C 2C 3C UcmIcmlIcoUbm過壓過壓臨界臨界欠壓欠壓OO ticOticUbm增大增大OtictOictUbm線性功率線性功率放放 大大 器器tUcmUbmUcm

42、振振 幅幅限幅器限幅器UcmtUbmUcm當當C , ERP，BBU不不變變， 固定固定UBB、增大、增大Ubm和固定和固定Ubm、增大、增大UBB的情況類似，的情況類似，它們都使基極輸它們都使基極輸入電壓入電壓uBEmax隨之增大，隨之增大，對對應應的的集電極脈沖電流集電極脈沖電流ic的幅度和寬度均增大，放的幅度和寬度均增大，放大器的工作狀態由欠壓進入過壓大器的工作狀態由欠壓進入過壓 。 當諧振功率放大器作為線性功率放大器，為了使輸出信號振幅當諧振功率放大器作為線性功率放大器，為了使輸出信號振幅Ucm反映反映輸入信號振幅輸入信號振幅Ubm的變化，的變化，放大器必須在放大器必須在Ubm變化范圍

43、內工作在欠壓狀態。變化范圍內工作在欠壓狀態。 當諧振功率放大器用作振幅限幅器時，當諧振功率放大器用作振幅限幅器時，放大器必須在放大器必須在Ubm變化的范圍內變化的范圍內工作在過壓狀態。工作在過壓狀態。2.3.5 高頻功率放大器的調諧特性高頻功率放大器的調諧特性 實際回路在調諧過程中，其負載是一阻抗實際回路在調諧過程中，其負載是一阻抗Zp，當改變回，當改變回路的元件數值，如改變回路的電容路的元件數值，如改變回路的電容C時，時，功放的外部電流功放的外部電流Ico、Icml和相應的和相應的Ucm等隨等隨C的變化特性稱為調諧特性。的變化特性稱為調諧特性。 設諧振時功放工作在弱過壓設諧振時功放工作在弱過

44、壓狀態，當回路失諧后，由于阻抗狀態，當回路失諧后，由于阻抗Zp的模值減小，根據負載特性可的模值減小，根據負載特性可知，功放的工作狀態將向臨界及知，功放的工作狀態將向臨界及欠壓狀態變化，此時欠壓狀態變化，此時Ico和和Icml要增要增大，而大，而Ucm將下降將下降 。 應該指出，回路失諧時直流應該指出，回路失諧時直流輸入功率輸入功率PD=IcoEC隨隨Ico的增加而的增加而增加，而輸出功率增加，而輸出功率Po=UcmIcmlcos將主要因將主要因cos因因子而下降子而下降，因此失諧后集電極功，因此失諧后集電極功耗耗PC將迅速增加。這表明將迅速增加。這表明高頻功高頻功放必須經常保持在諧振狀態放必須

45、經常保持在諧振狀態。 UcmIcmlIco并聯諧振：阻抗最大，電并聯諧振：阻抗最大，電流最小，電壓最大。流最小，電壓最大。回路失諧：阻抗減小，電回路失諧：阻抗減小，電流增大，電壓減小。流增大，電壓減小。當當低低頻頻時時：信信號號周周期期 fT1基基區區載載流流子子的的分分布布與與外外加加瞬瞬時時電電 壓壓是是一一一一對對應應的的。2.3.6 高頻功放的高頻效應高頻功放的高頻效應 以以上上對對高高頻頻功功放放是是以以靜靜態態特特性性為為基基礎礎的的分分析析，只只能能近近似似說說明明和和估估計計高高頻頻功功放放的的工工作作原原理理，無無法法反反映映高高頻頻工工作作時時的的其其它它現現象象。實實際際

46、的的高高頻頻功功放放電電路路，晶晶體體管管工工作作在在“中中頻頻區區”甚甚至至“高高頻頻區區” ，通通常常會會出出現現：輸輸出出功功率率效效率率c 高高頻頻效效應應功功率率增增益益PG輸輸入入輸輸出出阻阻抗抗變變為為復復阻阻抗抗ubet-UBBUBZbici 高高頻頻一一 少少數數載載流流子子的的渡渡越越時時間間效效應應定定義義：少少數數載載流流子子在在基基區區擴擴散散而而到到達達集集電電極極所所需需要要的的時時間間 稱稱為為少少數數載載流流子子的的渡渡越越時時間間。當當高高頻頻時時：信信號號周周期期fT1與與 相相當當。由由于于少少 數數載載流流子子在在基基區區的的渡渡越越時時間間使使基基區

47、區內內的的電電荷荷具具有有一一定定的的儲儲存存效效應應。當當發發射射結結電電壓壓由由正正偏偏轉轉為為反反偏偏時時，在在基基區區內內一一部部分分還還未未到到達達集集電電結結的的少少數數載載流流子子來來不不及及擴擴散散到到集集電電極極，而而被被反反向向偏偏置置所所形形成成的的電電場場重重新新推推斥斥回回發發射射極極，而而形形成成負負脈脈沖沖，同同時時主主脈脈沖沖高高度度降降低低。另另外外，由由于于渡渡越越時時間間的的影影響響，集集電電極極電電流流ci落落后后ei脈脈沖沖峰峰點點的的角角度度為為 ，且且導導通通角角增增大大，脈脈沖沖峰峰值值下下降降。另另外外，由由于于cebiii，所所以以基基極極電

48、電流流波波形形也也變變復復雜雜。ei低低 頻頻2.3.7高頻功放的高頻特性高頻功放的高頻特性二二 非非線線性性電電抗抗效效應應（cbC 1） 由由于于集集電電結結電電容容是是隨隨集集電電結結電電壓壓ceu變變化化的的非非線線性性勢勢壘壘電電容容，其其數數值值可可達達 （幾幾十十到到幾幾百百 PF） ， 在在高高頻頻時時構構成成輸輸出出與與輸輸入入之之間間的的反反饋饋支支路路，且且頻頻率率越越高高反反饋饋越越大大，會會引引起起不不穩穩定定性性。 三三 發發射射極極引引線線電電感感的的影影響響在在高高頻頻時時，發發射射極極的的引引線線電電感感產產生生的的電電抗抗eL ，會會構構成成輸輸出出與與輸輸

49、入入回回路路之之間間的的射射極極反反饋饋耦耦合合，而而引引起起增增益益下下降降，輸輸入入阻阻抗抗附附加加一一個個電電感感分分量量。四四 飽飽 合合 壓壓 降降 的的 影影 響響當當晶晶體體管管工工作作于于高高頻頻時時，其其飽飽合合壓壓降降隨隨頻頻率率提提高高而而增增加加，即即如如果果在在保保持持同同一一工工作作電電流流時時：Ciucef1f2f2f1 CcccesEUUUf11 )(g211c 小結（小結（1）1在欠壓工作狀態的大部分范圍內，輸出功率和集電極效率在欠壓工作狀態的大部分范圍內，輸出功率和集電極效率都較低，集電極損耗功率大，而且當諧振電阻變化時，輸出都較低，集電極損耗功率大，而且當

50、諧振電阻變化時，輸出信號電壓振幅將產生較大變化。信號電壓振幅將產生較大變化。2在臨界工作狀態，輸出功率最大，且集電極效率也高，在臨界工作狀態，輸出功率最大，且集電極效率也高，為諧振功放的最佳工作狀態。常用于發射機的功率輸出級，為諧振功放的最佳工作狀態。常用于發射機的功率輸出級，以便獲得最大輸出功率。以便獲得最大輸出功率。3在過壓工作狀態，當諧振電阻變化時，輸出信號電壓振在過壓工作狀態，當諧振電阻變化時，輸出信號電壓振幅變化較小，多用于需要維持輸出電壓比較平穩的場合，如幅變化較小，多用于需要維持輸出電壓比較平穩的場合，如發射機的中間放大級。發射機的中間放大級。 小結（小結（2） (1) 若對等幅

51、信號進行功率放大若對等幅信號進行功率放大, 應使功放工作在臨界狀態應使功放工作在臨界狀態, 此時輸出功率最大此時輸出功率最大, 效率也接近最大。比如對調頻信號進行功效率也接近最大。比如對調頻信號進行功率放大。率放大。 (2) 若對非等幅信號進行功率放大若對非等幅信號進行功率放大, 應使功放工作在欠壓狀態應使功放工作在欠壓狀態, 但線性較差。若采用甲類或乙類工作但線性較差。若采用甲類或乙類工作, 則線性較好。比如對調則線性較好。比如對調幅信號進行功率放大。幅信號進行功率放大。 (3) 丙類諧振功放在進行功率放大的同時丙類諧振功放在進行功率放大的同時, 也可進行振幅調制。也可進行振幅調制。若調制信

52、號加在基極偏壓上若調制信號加在基極偏壓上, 功放應工作在欠壓狀態；功放應工作在欠壓狀態； 若調制若調制信號加在集電極電壓上信號加在集電極電壓上, 功放應工作在過壓狀態。功放應工作在過壓狀態。 (4) 回路等效總電阻回路等效總電阻R直接影響功放在欠壓區內的動態線斜直接影響功放在欠壓區內的動態線斜率率, 對功放的各項性能指標關系很大對功放的各項性能指標關系很大, 在分析和設計功放時應在分析和設計功放時應重視負載特性。重視負載特性。 根據以上對丙類諧振功放的性能分析根據以上對丙類諧振功放的性能分析, 可得出以下幾點結論可得出以下幾點結論: 諧振功率放大器是由輸入回路、晶體管和輸出回路組成。諧振功率放

53、大器是由輸入回路、晶體管和輸出回路組成。輸入、輸出回路在諧振功率放大器中的作用是輸入、輸出回路在諧振功率放大器中的作用是:提供放大器所提供放大器所需的正常偏置；實現濾波需的正常偏置；實現濾波(調諧于基波頻率調諧于基波頻率)；保證阻抗匹配。；保證阻抗匹配。可認為它是由可認為它是由直流饋電電路直流饋電電路和和匹配網絡匹配網絡兩部分組成。兩部分組成。一、直流饋電電路一、直流饋電電路 晶體管高頻功率放大器的直流饋電電路分為晶體管高頻功率放大器的直流饋電電路分為集電極饋集電極饋電電路電電路和和基極饋電電路基極饋電電路兩類。兩類。 2.4 高頻功率放大器的電路組成高頻功率放大器的電路組成直流饋電線路：為晶

54、體管各級提供合適的偏置；直流饋電線路：為晶體管各級提供合適的偏置；交流匹配網絡：將交流功率信號有效地傳輸。交流匹配網絡：將交流功率信號有效地傳輸。2.4 高頻功率放大器的電路組成高頻功率放大器的電路組成 根根據據直直流流電電源源連連接接方方式式的的不不同同，可可分分為為：串串聯聯饋饋電電線線路路：直直流流電電源源、匹匹配配網網絡絡和和晶晶體體管管三三者者形形成成串串聯聯連連接接的的方方式式。并并聯聯饋饋電電線線路路：直直流流電電源源、匹匹配配網網絡絡和和晶晶體體管管三三者者形形成成并并聯聯連連接接的的方方式式。兩兩種種饋饋電電方方式式雖雖然然電電路路結結構構不不同同，但但對對電電路路來來說說，

55、總總應應有有：tUEucCce cos1 2.4.1高頻功率放大器的電路組成高頻功率放大器的電路組成1 集集電電極極饋饋電電電電路路：（1） 集集電電極極饋饋電電電電路路的的組組成成原原則則： ci的的直直流流分分量量COI除除晶晶體體 管管的的內內阻阻外外，應應予予以以短短路路， 以以保保證證CE全全部部加加在在集集電電極極 上上，避避免免管管外外電電路路消消耗耗電電源源 功功率率，即即CCODEIP ci的的 基基 波波 分分 量量1CI只只 應應 在在 負負 載載 回回 路路 上上 產產 生生 電電 壓壓 降降 ， 其其 余余 部部 分分 電電 路路 對對1CI應應 短短 路路 。 ci

56、的的 高高 次次 諧諧 波波 分分 量量CnI 不不 應應 消消 耗耗 功功 率率 ， 因因 此此CnI對對 晶晶 體體 管管 外外 的的 電電 路路 應應 盡盡 可可 能能 短短 路路 。 IcoECIc1CLIcnLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT2.4.1高頻功率放大器的電路組成高頻功率放大器的電路組成（2） 常常用用的的集集電電極極串串饋饋和和并并饋饋電電路路如如下下圖圖所所示示：cL高高頻頻扼扼流流圈圈：通通直直流流阻阻交交流流 cC：高高頻頻旁旁路路電電容容：通通交交流流隔隔直直流流 c1C：隔隔直直電電容容：通通交交流流隔隔直直流流 以以上上兩兩個個電電路

57、路勻勻滿滿足足： tUEucCce cos1 ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC頻譜頻譜 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT 串聯饋電方式串聯饋電方式優點優點:1、是、是Lc和和Cc處于高頻地電處于高頻地電位位, 它們對地的分布電容不它們對地的分布電容不會影響回路的諧振頻率會影響回路的諧振頻率,穩穩定。定。2、可用于短波、超短波。、可用于短波、超短波。缺點：回路兩

58、端都處于直缺點：回路兩端都處于直流高電位，調諧電容器流高電位，調諧電容器C的動片不能直接接地的動片不能直接接地,必須必須與機架絕緣，安裝調整不與機架絕緣，安裝調整不方便。方便。并聯饋電方式并聯饋電方式優點：優點：1、回路處于直流地電位、回路處于直流地電位, L、C元件可接地元件可接地, 故安裝調整方便。故安裝調整方便。 2、便于多級高功放振蕩回路的、便于多級高功放振蕩回路的同軸調諧；同軸調諧；缺點：由于缺點：由于Lc和和Cc1不處于高頻不處于高頻地電位地電位, 它們對地的分布電容直它們對地的分布電容直接影響回路的諧振頻率接影響回路的諧振頻率,；高頻扼流圈高頻扼流圈 對對 分流，使分流，使 較小

59、，只能用于中小發射機；較小，只能用于中小發射機；cL1ciCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 基極饋電線路基極饋電線路對對基基級級饋饋電電線線路路來來說說，也也有有串串聯聯和和并并聯聯兩兩種種形形式式。在在實實際際應應用用中中，由由于于基基極極饋饋電電電電路路中中采采用用單單獨獨電電源源BBU不不方方便便，通通常常采采用用自自給給偏偏壓壓的的方方式式提提供供基基極極偏偏置置。 (1) 利用基極回路直流利用基極回路直流BOI產生偏壓產生偏壓bBOBBRIU IBOUBB(2) 利利用用BOI在在bbr上上產產生生偏偏壓壓bbBOBBrIU ，注注

60、意意：一一般般bbr 很很小小，所所以以BBU很很小小且且不不穩穩定定。 IBO(3) 利利用用射射極極電電流流eoI在在eR上上產產生生偏偏壓壓eeoBBRIU ，而而且且這這種種電電路路能能自自動動維維持持放放大大器器的的工工作作穩穩定定。 Ieo +UBB -以以上上基基極極自自給給偏偏壓壓電電路路中中，前前兩兩個個為為并并饋饋線線路路，后后一一種種為為串串饋饋線線路路。2.4.2 高頻功放的耦合回路高頻功放的耦合回路RiRoRLRS功功 率率放大器放大器輸入輸入匹配匹配網絡網絡輸出輸出匹配匹配網絡網絡RLRSuS (1) 使負載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸到負使