通信电子线路第三章第1～4节课件

通信电子线路第三章第14节1通信电子线路第三章第14节23.1 概述概述3.2 调谐功率放大器的工作原理调谐功率放大器的工作原理3.3 功率和效率功率和效率3.4 调谐功率放大器的工作状态分析调谐功率放大器的工作状态分析3.5 调谐功率放大器的实用电路调谐功率放大器的实用电路3.6 功率晶体管的高频效应功率晶体管的高频效应 3.7 倍频器倍频器 3.8 集成高频功率放大电路集成高频功率放大电路通信电子线路第三章第14节3（一）本章重点（一）本章重点 1.1.调谐功放的用途与特点调谐功放的用途与特点( (与小信号调谐放大器与小信号调谐放大器进行比较进行比较) )； 2.2.折线近似分析法；折线近似分析法；3.3.调谐功放的工作原理；调谐功放的工作原理； 4.4.功率和效率，区别五种功率和两种效率；功率和效率，区别五种功率和两种效率； 5.5.工作状态工作状态( (过压状态、欠压状态、临界状态过压状态、欠压状态、临界状态) )和和阻抗变换问题；阻抗变换问题； 6.6.直流馈电电路；自给偏压环节直流馈电电路；自给偏压环节基流偏压与基流偏压与射流偏压；射流偏压； 7.7.倍频器。倍频器。通信电子线路第三章第14节4（二）本章难点（二）本章难点 1.1.工作状态分析工作状态分析特别是过压状态；特别是过压状态； 2.2.自给偏压环节；自给偏压环节； 3.3.调谐功率放大器动态负载线调谐功率放大器动态负载线。通信电子线路第三章第14节5reverse bias 反向偏置反向偏置 zero bias 零偏置零偏置 forward bias 正向偏置正向偏置2. C class 丙类丙类3. tank circuit 槽路槽路4. power 功率功率5. efficiency 效率效率6. cosine pulse 余弦脉冲余弦脉冲通信电子线路第三章第14节6一、作用一、作用 高频功率放大器是一种能量转换器件，高频功率放大器是一种能量转换器件，它是它是将电源供给的直流能量转换为高频交将电源供给的直流能量转换为高频交流输出流输出。 高频功率放大器是通信系统中发送装高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。它的作用是置的重要组件。它的作用是放大信号，使放大信号，使之达到足够功率输出之达到足够功率输出，以满足天线发射或，以满足天线发射或其他负载的要求。其他负载的要求。 作为载波发射机及无线电发射机输出作为载波发射机及无线电发射机输出级或输出前一级级或输出前一级( (末级或末前级末级或末前级) )。通信电子线路第三章第14节71.1.输入信号强，电压在几百毫伏输入信号强，电压在几百毫伏 几伏数几伏数量级附近量级附近; ;2.2.为了提高放大器的工作效率，它通常工为了提高放大器的工作效率，它通常工作在作在丙类丙类，即晶体管工作延伸到非线性，即晶体管工作延伸到非线性区域区域饱和区、截止区饱和区、截止区; ;3.3.要求：输出功率大、效率高。要求：输出功率大、效率高。通信电子线路第三章第14节8 高频功率放大器因工作于大信号的非线高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，用解析法分析较困难，故工程上普性状态，用解析法分析较困难，故工程上普遍采用近似的分析方法遍采用近似的分析方法折线法折线法来分析其来分析其工作原理和工作状态。工作原理和工作状态。通信电子线路第三章第14节9一、电路一、电路二、折线近似分析法二、折线近似分析法直线段近似法直线段近似法三、晶体管导通的特点、导通角、三、晶体管导通的特点、导通角、 余弦脉冲电流的分析余弦脉冲电流的分析四、槽路电压四、槽路电压通信电子线路第三章第14节10注意注意: :该电路和小信号调谐放大器的不同该电路和小信号调谐放大器的不同(bias)(bias)通信电子线路第三章第14节11 E Ec c 直流电源电压；直流电源电压； E Eb b 基极偏置电源电压。基极偏置电源电压。 L、C 组成并联谐振回路，作为集电极负载，这个组成并联谐振回路，作为集电极负载，这个回路也叫回路也叫槽路槽路。 放大后的信号通过变压器耦合到负载放大后的信号通过变压器耦合到负载 RL上以达到上以达到阻抗匹配的要求。阻抗匹配的要求。 输入信号输入信号经变压器经变压器T1 耦合到晶体管基耦合到晶体管基-射极，这射极，这个信号也个信号也叫激励信号。叫激励信号。通信电子线路第三章第14节12图图3-2 3-2 晶体管特性及其折线化晶体管特性及其折线化通信电子线路第三章第14节13 所谓折线近似分析法，是将电子器件所谓折线近似分析法，是将电子器件的特性理想化，的特性理想化，每条特性曲线用一组折线每条特性曲线用一组折线来代替。来代替。这样就忽略了特性曲线弯曲部分这样就忽略了特性曲线弯曲部分的影响，简化了电流的计算，可满足工程的影响，简化了电流的计算，可满足工程的需要。的需要。 通信电子线路第三章第14节14在转移特性的放大区，折线化后的线斜在转移特性的放大区，折线化后的线斜率为（约几十至几百）。此时，理想静态率为（约几十至几百）。此时，理想静态特性可用下式表示特性可用下式表示 （3-13-1） jbejbejbec0)(UuUuUugi通信电子线路第三章第14节15 折线近似分析法可以使折线近似分析法可以使计算简化计算简化，在，在一定程度上能反映出特性曲线的基本特点。一定程度上能反映出特性曲线的基本特点。对于分析大幅度电压或电流作用下的非线对于分析大幅度电压或电流作用下的非线性电路性电路有一定的准确度有一定的准确度。常用来分析大信。常用来分析大信号调幅、检波和调谐功率放大器。号调幅、检波和调谐功率放大器。通信电子线路第三章第14节16 1. 1.晶体管导通的特点晶体管导通的特点 无信号：晶体管截止无信号：晶体管截止 有信号：激励信号有信号：激励信号 Eb+ +Uj 导通导通 通信电子线路第三章第14节17当激励信号当激励信号 ube 足够大，放大器工作在放大区足够大，放大器工作在放大区和截止区，集电极电流是周期性的余弦脉冲，波和截止区，集电极电流是周期性的余弦脉冲，波形如图形如图3-33-3示。将示。将ube表示式表示式 代入式（代入式（3-13-1）可得）可得)cos(jbbmcUEtUgi bbmbecosEtUu (3-3)(3-3)通信电子线路第三章第14节18 根据导通角的定义，根据导通角的定义， 当当 时，时， 即即 由此可得由此可得导通角导通角 与与Eb、Ubm、Uj 间的关系间的关系 t0c i0)cos(bjbm EUUg bmbjcosUEU )cos(jbbmcUEtUgi 通信电子线路第三章第14节19 1）当当Eb、Uj一定，改变激励信号，就可改一定，改变激励信号，就可改变变导通角导通角 (3-4)(3-4) 2）当管子定下来，当管子定下来，Uj 一定，在一定激励信一定，在一定激励信号下，改变号下，改变Eb 就可改变导通角的大小。就可改变导通角的大小。bmbjcosUEU 通信电子线路第三章第14节20图图3-3 3-3 折线法分析非线性电路电流电压波形折线法分析非线性电路电流电压波形通信电子线路第三章第14节211 1）采用折线近似分析法）采用折线近似分析法 ic是周期性余弦脉冲电流。是周期性余弦脉冲电流。2 2）余弦特征的表达）余弦特征的表达峰值峰值Icmax , ,导通角导通角 3 3）余弦特征的分解）余弦特征的分解直流成分、基波及直流成分、基波及 2 2、3 3、 n n次谐波次谐波 。通信电子线路第三章第14节22)cos(cosbmc tgUi 周期性余弦脉冲电流可用傅里叶级数展周期性余弦脉冲电流可用傅里叶级数展开。为此，需要求得开。为此，需要求得余弦脉冲电流的幅度余弦脉冲电流的幅度Icmax 。将式（将式（3-43-4）代入式（）代入式（3-33-3）得到）得到 bmbjcosUEU )cos(jbbmcUEtUgi （3-33-3）（3-43-4）通信电子线路第三章第14节23 )cos1(bmmaxc gUI当当0 t 时，电流时，电流 ic 为最大值，以为最大值，以Icmax表示表示这样电流这样电流 ic又又可写成可写成 (3-5)(3-5)cos(coscos1maxcc tIi (3-6)(3-6)cos(cosbmc tgUi通信电子线路第三章第14节24电流电流 ic 的傅里叶级数展开式为的傅里叶级数展开式为 1cnmcoccosntnIIi (3-7)(3-7)其中，其中，ic 直流分量直流分量为为coccmax1d21coscosd21 cosIittIt)cos1 (cossinmaxc I(3-8)(3-8)cos(coscos1maxcc tIi通信电子线路第三章第14节25基波基波分量幅值为分量幅值为)cos1(cossincos1cmaxcc1m ItdiI (3-9)(3-9)对于对于 n 次谐波次谐波的幅值为的幅值为,.3 , 2)cos1)(1()sincoscos(sin2cos12cmaxccnm nnnnnnItdniI (3-10)(3-10) 上述各式都包含两部分，上述各式都包含两部分，一部分是一部分是最大电流最大电流 Icmax ，另一部分是另一部分是以以 为变量的函数为变量的函数。 通信电子线路第三章第14节26)cos1(cossin0 )cos1(cossin1 )cos1)(1()sincoscos(sin22 nnnnnn 对应于直流分量、基波分量，对应于直流分量、基波分量，n 次谐波分量的次谐波分量的函数，分别用函数，分别用 、 、 表示，即表示，即 0 1 n 通信电子线路第三章第14节27 直流成分为直流成分为 基波成分为基波成分为 2 2次谐波为次谐波为 、 、 称作称作余弦脉冲分解系数，余弦脉冲分解系数，它们是导通角它们是导通角 的函数。的函数。 为了使用方便，将几个常用系数与为了使用方便，将几个常用系数与 的关系绘制在图的关系绘制在图3-43-4中。中。maxc00cII maxc11cIIm 01maxc22cIIm 2通信电子线路第三章第14节28图图3-4 3-4 余弦脉冲分解系数曲线余弦脉冲分解系数曲线通信电子线路第三章第14节29 、 的特点的特点1）2）当当 ， ， o101o0110,2010通信电子线路第三章第14节301.波形波形基本正弦基本正弦 条件条件11）槽路调谐于基波）槽路调谐于基波 2 2）QL 足够高（足够高（QL =5 =51010）通信电子线路第三章第14节312.电路分析电路分析 Rc抽头部分谐振电阻抽头部分谐振电阻cc1mcmRIU LQNNRNNR0L210210c)()( L221000L)/(RNNLQLQ tUEu coscmcce 通信电子线路第三章第14节32图图3-3 3-3 折线法分析非线性电路电流电压波形折线法分析非线性电路电流电压波形通信电子线路第三章第14节33调谐功率放大器有如下五种功率需要考虑：调谐功率放大器有如下五种功率需要考虑：1.1.电源供给的直流功率电源供给的直流功率P PS S ；2.2.通过晶体管转换的交流功率，即晶体管集电极输出的通过晶体管转换的交流功率，即晶体管集电极输出的交流功率交流功率P Po o ；3.3.通过槽路送给负载的交流功率通过槽路送给负载的交流功率, ,即即RL RL 上得到的功率上得到的功率P PL L; ;通信电子线路第三章第14节344.4.晶体管在能量转换过程中的损耗功率，即晶晶体管在能量转换过程中的损耗功率，即晶体管损耗体管损耗功率功率PC ；5.5.槽路损耗功率槽路损耗功率 PT。 以上五项功率的相互关系：以上五项功率的相互关系：电源供给的功率电源供给的功率PS ，一部分，一部分( (PC) )损损耗在管子，使管子发热；另一部分耗在管子，使管子发热；另一部分( (Po) )转换转换为交流功率，输出给槽路。通过槽路一部分为交流功率，输出给槽路。通过槽路一部分( (PT) )损耗在槽路线圈和电容中，另一部分损耗在槽路线圈和电容中，另一部分( (PL) )输出给负载输出给负载RL。通信电子线路第三章第14节35图图3-5 3-5 调谐功率放大器中的功率关系调谐功率放大器中的功率关系通信电子线路第三章第14节36 晶体管转换能量的效率叫晶体管转换能量的效率叫集电极效率集电极效率，以，以 表示，其计算式为表示，其计算式为 (3-21)(3-21) c ocSPP通信电子线路第三章第14节37 槽路将交流功率槽路将交流功率Po传送给负载的效率，叫传送给负载的效率，叫槽路效率槽路效率，以，以 表示，其计算式为表示，其计算式为 (3-22)(3-22) 下面分析下面分析 、 与哪些因素有关，以便设与哪些因素有关，以便设计出高效率的放大器。计出高效率的放大器。ocSPPT oLTPP c T 通信电子线路第三章第14节38 电源供给功率电源供给功率PS和交流输出功率和交流输出功率Po可分别表可分别表示为示为 c c0cSIEP mIUPc1cmo21 （3-23）（3-24）通信电子线路第三章第14节39 集电极效率集电极效率 为为 (3-25) 上式说明上式说明 与与 、 成正比，前者是余弦脉冲成正比，前者是余弦脉冲基波分量和直流分量分解系数之比，代表着集电极基波分量和直流分量分解系数之比，代表着集电极电流基波幅值与直流电流之比，所以这个比值叫电流基波幅值与直流电流之比，所以这个比值叫集集电极电流利用系数电极电流利用系数。因为。因为 、 都是都是 的函数，所的函数，所以以它与负载、激励大小及导通角有关。它与负载、激励大小及导通角有关。0 1 c ccm01cmax0cmax1ccm0ccc1mcmSoc21212EUIIEUIEIUPP 01ccmEUc 通信电子线路第三章第14节40讨论：讨论： 不论由于上述什么原因使不论由于上述什么原因使Ucm增大时，则增大时，则 也增大，从而使也增大，从而使 提高。提高。 不过不过 也不能任意提高，因为在管也不能任意提高，因为在管子导通的某一瞬间，集电极电压子导通的某一瞬间，集电极电压 uce下降的下降的最小值为最小值为 c ccmEUcmcminceUEu ccmEU通信电子线路第三章第14节41 ，则，则 ，当减小到一定程度（约，当减小到一定程度（约为为1 1 2V2V），晶体管进入饱和区。此后虽然），晶体管进入饱和区。此后虽然Ucm仍仍可增大，可增大，ucemin进一步减小，电压利用系数也有进一步减小，电压利用系数也有所提高，但其变化缓慢极限为所提高，但其变化缓慢极限为1 1。 cmUminceu通信电子线路第三章第14节42 一般管子饱和电压可按一般管子饱和电压可按1V计算，高频计算，高频时可适当增大，例如，某放大区电源电时可适当增大，例如，某放大区电源电压压 ，管子饱和压降，管子饱和压降1V， 电压利用系数为电压利用系数为cm12 111VU c12VE 915. 01211ccm EU通信电子线路第三章第14节43 根据以上分析，在根据以上分析，在调整较好调整较好的调谐放大器中的调谐放大器中 对比，对比，甲类放大器甲类放大器 为为180,查曲线可知查曲线可知 由此可见由此可见丙类放大器的丙类放大器的 比甲类约高一倍比甲类约高一倍，这正是丙类优于甲类的地方。这正是丙类优于甲类的地方。 87. 082. 0915. 0)9 . 18 . 1 (2121ccm01cEU, 101407. 0915. 0121c c 通信电子线路第三章第14节44 图图3-63-6是负载折算到槽路的等效回路，是负载折算到槽路的等效回路，Um为回路两端的电压幅值。由图可以看出，为回路两端的电压幅值。由图可以看出，负载功率负载功率PL是是RL所吸收的功率，所吸收的功率，槽路损耗功槽路损耗功率率PT是槽路空载电阻是槽路空载电阻R0所吸收的功率；而集所吸收的功率；而集电极电极输输出的基波功率出的基波功率Po相当于总电阻相当于总电阻R所吸收所吸收的功率。的功率。这些功率都可用槽路电压和各有关这些功率都可用槽路电压和各有关电阻表示。电阻表示。即即通信电子线路第三章第14节45 图图3-63-6是负载折算到槽路的等效回路，是负载折算到槽路的等效回路，Um为回路两端的电压幅值。由图可以看出，为回路两端的电压幅值。由图可以看出，负载功率负载功率PL是是RL所吸收的功率，所吸收的功率，槽路损耗功槽路损耗功率率PT是槽路空载电阻是槽路空载电阻R0所吸收的功率；而所吸收的功率；而集集电极电极输输出的基波功率出的基波功率Po相当于总电阻相当于总电阻R所吸收所吸收的功率。的功率。这些功率都可用槽路电压和各有关这些功率都可用槽路电压和各有关电阻表示。电阻表示。即即通信电子线路第三章第14节46图图3-6 3-6 负载折算到槽路的等效回路及其功率关系负载折算到槽路的等效回路及其功率关系通信电子线路第三章第14节47将上两式代入式（将上两式代入式（3-283-28）可得）可得0L0L2m02mL2moToT222QQQLQULQULQUPPP0L0TQQQ （3-293-29）LQURUP L2m2mo22 LQURUP 02m02mT22 通信电子线路第三章第14节48 上式表明，上式表明， 决定于槽路的空载与有载品质因决定于槽路的空载与有载品质因数数。Q0愈大，愈大，QL愈小，则愈小，则 愈高。愈高。实际上，由于受实际上，由于受到槽路元件质量的限制，到槽路元件质量的限制，Q0不可能很大不可能很大，一般只有，一般只有几十到几百。几十到几百。QL也不能太小也不能太小，否则槽路滤波效果太，否则槽路滤波效果太差，输出波形不好，一般至少要差，输出波形不好，一般至少要 ，若若 ， ，则，则 如果选用较好的如果选用较好的L、C 元件，元件，Q0 可再大些，可再大些， 也可也可再高些，故在电路设计中再高些，故在电路设计中 可按可按0.8 0.9估计。估计。 T T 105L Q500 Q10L Q8 . 0501050T T T 通信电子线路第三章第14节49 知道了知道了 和和 ，就可以根据负载要求的，就可以根据负载要求的输出功率输出功率PL 计算晶体管损耗。计算晶体管损耗。)11(cTLocooSC PPPPPP （3-303-30）c T ocSPPoLTPP 通信电子线路第三章第14节50 PC 是选用晶体管容量的依据。例如是选用晶体管容量的依据。例如 ， 则则 若若PL =1 =1W，则晶体管损耗，则晶体管损耗PC=0.31=0.31W，所选用晶，所选用晶体管功率容量必须大于此值。为留有余地，可选用体管功率容量必须大于此值。为留有余地，可选用PCM =0.5 =0.5W 的管子。的管子。 在在甲类放大器甲类放大器中，中，同样容量的管子，同样容量的管子，理论上最高理论上最高输出功率也只有输出功率也只有0.250.25W ，同丙类放大器相比要差同丙类放大器相比要差4 4倍之多。倍之多。 8 . 0c 8 . 0T LLcTLC31. 0) 18 . 01(8 . 0) 11(PPPP 通信电子线路第三章第14节51 综上所述，为了尽可能利用小功率容量综上所述，为了尽可能利用小功率容量的管子和电源，输出较大的功率，应力求的管子和电源，输出较大的功率，应力求和和 高。高。 高要适当选取高要适当选取 ，电压利用系数，电压利用系数尽可能大；尽可能大； 高，要求槽路空载高，要求槽路空载品质因数品质因数Q0大大，即应选用低损耗的电感和电容元件。，即应选用低损耗的电感和电容元件。c T c T 通信电子线路第三章第14节52 为了讨论调谐功率放大器不同工作状态为了讨论调谐功率放大器不同工作状态对电压、电流、功率和效率的影响，需要对对电压、电流、功率和效率的影响，需要对调谐功率放大器的动态特性进行分析。调谐功率放大器的动态特性进行分析。通信电子线路第三章第14节53 调谐功率放大器的调谐功率放大器的动态特性动态特性是晶体管内是晶体管内部特性和外部特性结合起来的特性（即实际部特性和外部特性结合起来的特性（即实际放大器的工作特性）。晶体管放大器的工作特性）。晶体管内部特性内部特性是无是无载情况下，晶体管的输出特性和转移特性。载情况下，晶体管的输出特性和转移特性。 晶体管晶体管外部特性外部特性是有载情况下，晶体管是有载情况下，晶体管输入、输出电压（输入、输出电压（ ， ）同时变化时，）同时变化时， ， 特性。特性。beuceubec uicec ui通信电子线路第三章第14节54放大区动态特性由下列三个方程求得，即放大区动态特性由下列三个方程求得，即内部特性方程内部特性方程 (3-31)外部特性方程外部特性方程 (3-32)将将 代入式（代入式（3-313-31），得），得 (3-33)由于由于则有则有 beu tUEutUEu coscoscmccebmbbe)cos(jbmbcUtUEgi )(jbecUugi tUEu coscmcce cmceccosUuEt 通信电子线路第三章第14节55 代入式（代入式（3-333-33）得）得 (3-34) 在回路参数、偏置、激励、电源电压确定后，在回路参数、偏置、激励、电源电压确定后， 。它表明放大器的动态特性是一条直线，它表明放大器的动态特性是一条直线，只需找出两个特殊点，就可把动态线绘出。只需找出两个特殊点，就可把动态线绘出。 例如，要确定静态工作点例如，要确定静态工作点Q 和起始导通点和起始导通点B 。 对于对于静态工作点静态工作点Q，其特征是，其特征是 ，代入式，代入式（3-343-34）得）得 )(cmcecbmjbcUuEUUEgi )(cecufi cceEu 通信电子线路第三章第14节56)()(bjjbcEUgUEgi )(,bjcEUgE 由于调谐功率放大器由于调谐功率放大器Eb 和和 Uj 的值恒为的值恒为正，所以正，所以ic 为负值。为负值。Q 点的坐标点的坐标（见图（见图3-73-7）为为通信电子线路第三章第14节57 对于对于起始导通点起始导通点B, ,其特征是其特征是 , ,代入式代入式（3-343-34）得）得解方程得解方程得 此时此时 , ,晶体管刚好处于截止到导通的晶体管刚好处于截止到导通的转折点，转折点，B点的坐标点的坐标为为0c i)(0cmcecbmjbUuEUUEg coscmcbmbjcmceUEUEUUEuc 0,c it 0,coscmc UEB 通信电子线路第三章第14节58图图3-73-7调谐功率放大器的动态特性调谐功率放大器的动态特性通信电子线路第三章第14节59 连连Q,B点的直线并延长与点的直线并延长与 相交于相交于C 点，点，BC段就是晶体管处于放大区的段就是晶体管处于放大区的动态线动态线。 由图由图3-73-7可见，放大区的动态特性，类似于低频可见，放大区的动态特性，类似于低频放大器的负载特性，但是与它有着严格的区别。其放大器的负载特性，但是与它有着严格的区别。其动态线不仅是负载的函数，而且是导通角的函数动态线不仅是负载的函数，而且是导通角的函数。bemaxu通信电子线路第三章第14节60 从上式可以看出，调谐功率放大器的从上式可以看出，调谐功率放大器的动态电阻动态电阻不仅与导通角不仅与导通角 有关，而且与等效负载电阻有关，而且与等效负载电阻Rc有关。有关。c1cmaxcc1mcmaxcmc)cos1)()cos1()cos1(RIRIIUR 丙类放大器的动态电阻是丙类放大器的动态电阻是通信电子线路第三章第14节611.1.调谐功率放大器的三种工作状态调谐功率放大器的三种工作状态 根据调谐功率放大器在工作时根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱是否进入饱和区和区，可将放大器的工作状态分为欠压、过压，可将放大器的工作状态分为欠压、过压和临界三种。和临界三种。通信电子线路第三章第14节621)1)欠压欠压若晶体管在任何时刻都工作在放大状态，若晶体管在任何时刻都工作在放大状态，称放大器工作在欠压状态；称放大器工作在欠压状态；2)2)临界临界若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临界状态；作在临界状态；3)3)过压过压若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，则称放大器工作在过压状态。则称放大器工作在过压状态。通信电子线路第三章第14节63 ( (欠压欠压) ) ( (临界临界) ) ( (过压过压) )ceminccmuEUcemincesuUcemincesuUcemincesuU通信电子线路第三章第14节64ceminccmc1 cmaxcuEUEIR因为因为 bmbjcosUEU )cos1(cossin1 所以放大器的这三种工作状态取决于所以放大器的这三种工作状态取决于集电极等效负载电阻集电极等效负载电阻 Rc电源电压电源电压Ec偏置电压偏置电压Eb激励电压幅值激励电压幅值Ubm通信电子线路第三章第14节65 当调谐功率放大器的电源电压、偏置当调谐功率放大器的电源电压、偏置电压和激励电压幅值一定后，放大器的集电压和激励电压幅值一定后，放大器的集电极电流，槽路电压、输出功率、效率随电极电流，槽路电压、输出功率、效率随晶体管等效负载电阻的变化特性被称做调晶体管等效负载电阻的变化特性被称做调谐功率放大器的谐功率放大器的负载特性负载特性。 图图3-83-8表示在三种不同负载电阻表示在三种不同负载电阻Rc 时，时，作出的三条不同动态特性作出的三条不同动态特性QA1 ,QA2 , QA3A3通信电子线路第三章第14节66 图图3-83-8不同负载电阻时的动态特性不同负载电阻时的动态特性通信电子线路第三章第14节67 其中其中QA1 对应于对应于欠欠压状态，压状态， QA2 对应于临界状态，对应于临界状态， QA3 A3 对应于过压状态。对应于过压状态。 通信电子线路第三章第14节68图图3-9 3-9 放大器的负载特性曲线放大器的负载特性曲线)cos1(cossincos1cmaxcc1m ItdiI)cos1(bmmaxc gUI)cos1 (cossinmaxc0c II通信电子线路第三章第14节69（1）欠压状态欠压状态 ， Ucm 几乎随几乎随R c成正比成正比增加增加； 可见输出功率可见输出功率Po 随随R c增大而增大而增加增加； 接近接近常量常量； 随随R c增大而增大而增加增加； 随随R c增大而增大而减小减小。c2c1mo21RIP )constant(c1m Icc1mcmRIU SocPP c0SEIPc oSCPPP 通信电子线路第三章第14节70 （2）过压过压状态状态( ) 输出功率输出功率Po 随随 R c增大而减小。增大而减小。在临界状态在临界状态Po 最大。最大。PS ，PC ， 自行分析。自行分析。constantcm Uc2cmo21RUP c ccm01ccmc0c1mc2121EUEUII c2cmoc2c1moc1mcmo212121RUPRIPIUP 通信电子线路第三章第14节71 临界状态时，放大器输出功率临界状态时，放大器输出功率Po最最大，效率也较高。一般调谐功率放大器大，效率也较高。一般调谐功率放大器工作在工作在临界状态、弱过压状态临界状态、弱过压状态比较好。比较好。通信电子线路第三章第14节72欠压欠压临界临界过压过压Ic0、Ic1mIcmax 略有减小略有减小Ic0、Ic1m也随之也随之减小，接近常量减小，接近常量ic 波形下凹、波形下凹、 Icmax下降较快下降较快Ic0、Ic1m随之下降较快随之下降较快Ucm=RcIc1mUcm几乎随几乎随Rc成成正比增加正比增加Ic1m减小，减小，Rc增加增加总体总体Ucm缓慢上升缓慢上升输出功率输出功率PO=Ic1mUcm/2=Ucm2/2Rc=Ic1m2Rc/2Po随随Rc增加增加最大最大Ic1m下降较快，下降较快，Ucm缓慢上升，缓慢上升，Po减小减小电源供给功率电源供给功率PS=ESIc0PS 随随Rc增大而增大而略有减小略有减小PS 随随Rc增大而下降较快增大而下降较快集电极损耗功率集电极损耗功率PC= PS-POPC 迅速减小迅速减小PC减小减小集电极效率集电极效率C= PO/PSC迅速增加迅速增加刚过临界点时，刚过临界点时，PO下降没有下降没有PS 快快,C继续增加，但增加缓慢；继续增加，但增加缓慢；随着随着Rc增加，增加， PO下降略比下降略比PS 快快,C略有减小；略有减小；在靠近临界点的弱过压区出现在靠近临界点的弱过压区出现C的最大值的最大值通信电子线路第三章第14节73 在一定在一定 Ec、Ubm下下 , ,调整调整Rc, ,使使Rc= =Rcp使放大器工作在临界状态使放大器工作在临界状态, ,可获得最大的输可获得最大的输出功率出功率Po 和高的效率和高的效率 。符合此条件叫。符合此条件叫“阻抗匹配阻抗匹配”。c 通信电子线路第三章第14节74 集电极调制特性集电极调制特性是指当是指当Eb、Ubm、Rc保持保持恒定，放大器的性能随集电极电源电压恒定，放大器的性能随集电极电源电压Ec 变变化的特性。化的特性。 当当Ec改变时，放大器工作状态的变化如改变时，放大器工作状态的变化如图图3-10示。示。通信电子线路第三章第14节75 因为因为Rc不变，动态负载特性曲线的斜率不不变，动态负载特性曲线的斜率不变。变。又又因为因为Eb、Ubm不变，不变，ubemax = Ubm - Eb也不也不变，变，因而，对应于因而，对应于ucemin的动态点必定在的那条的动态点必定在的那条输出特性曲线上移动。输出特性曲线上移动。通信电子线路第三章第14节76 Ec 变化，变化，ucemin 也随之变化。也随之变化。使得使得ucemin和和Ucm的的相对大小发生变化。相对大小发生变化。 当当Ec较大时，较大时， ucemin 具有较大数值，具有较大数值， ucemin Uces ，放大器工作在欠压状态。，放大器工作在欠压状态。 随着随着Ec减小，减小，ucemin 也减小，当也减小，当ucemin=Uces ，放大器，放大器工作在临界状态。工作在临界状态。 Ec再减小再减小, , ucemin Ec2 时，放大器工作在时，放大器工作在欠压欠压状态；状态； Ec Ec2 时，放大器工作在时，放大器工作在过压过压状态。状态。 即当即当Ec由大变小时由大变小时，放大器的工作状态，放大器的工作状态由欠由欠压进入过压压进入过压，ic波形也由余弦脉冲波形变为中间波形也由余弦脉冲波形变为中间出现凹陷的脉冲波。可见出现凹陷的脉冲波。可见Ec控制控制ic波形的变化。波形的变化。通信电子线路第三章第14节79 由于由于Ec控制控制ic 波形的变化，波形的变化，Ic1m、Ic0以以及及Ucm= =Ic1mRc 也同样随也同样随Ec变化而变化。如图变化而变化。如图3-113-11所示。所示。 这是集电极调制特性。该特性是晶体管这是集电极调制特性。该特性是晶体管集电极调幅集电极调幅的理论依据。的理论依据。 由图可见，只有在过压状态由图可见，只有在过压状态Ec对对Ucm才才能有较大的控制作用，所以集电极调幅应工能有较大的控制作用，所以集电极调幅应工作在作在过压状态过压状态。通信电子线路第三章第14节80 图图3-11 3-11 集电极调制特性集电极调制特性通信电子线路第三章第14节81 基极调制特性基极调制特性是指当是指当Ec、Ubm、Rc保持恒定，放大保持恒定，放大器的性能随基极偏置电压器的性能随基极偏置电压Eb变化的特性。变化的特性。 因为因为 ，当，当Ubm一定时，一定时， ubemax 随随Eb 改变，从而导致改变，从而导致 icmax 和和 的变化。的变化。bbmbemaxEUu通信电子线路第三章第14节82 在欠压状态下，由于在欠压状态下，由于ubemax较小，所以较小，所以icmax和和 也较小，从而也较小，从而Ic0、Ic1m都较小。都较小。 当当Eb 增大，增大，icmax和和 也增大，从而也增大，从而Ic0 和和Ic1m也随之增大，也随之增大，当当Eb 增大到一定程度，放大器增大到一定程度，放大器的工作状态由欠压进入过压，电流波形出现凹陷。的工作状态由欠压进入过压，电流波形出现凹陷。)cos1(bmmaxc gUIbmbjcosUEU )(,bjcEUgE 通信电子线路第三章第14节83 但此时，但此时，icmax和和 还会增大，所以还会增大，所以Ic0、Ic1m随着随着Eb增大略有增加。又由于增大略有增加。又由于 Rc不变，所以不变，所以Ucm的变化规律与的变化规律与Ic1m一样。如图一样。如图3-12示。该特示。该特性是晶体管性是晶体管基极调幅基极调幅的理论依据。的理论依据。 由图可以看出，在欠压区，高频振幅由图可以看出，在欠压区，高频振幅Ucm基基本随本随Eb成线性变化，所以成线性变化，所以Eb对对Ucm有有较强的控制较强的控制作用，这就是作用，这就是基极调幅基极调幅的工作原理。的工作原理。通信电子线路第三章第14节84 图图3-12 3-12 基极调制特性基极调制特性通信电子线路第三章第14节85 调谐功放的调谐功放的振幅特性振幅特性是指当是指当Ec、 Eb 、 Rc 保持恒定，放大器的性能随激励振幅保持恒定，放大器的性能随激励振幅 Ubm变化的特性。变化的特性。 因为因为 ，Eb和和Ubm决定决定了放大器的了放大器的ubemax，因此改变因此改变 Ubm的情况和的情况和改变改变Eb的情况类似。的情况类似。bbmbemaxEUu 通信电子线路第三章第14节86图图3-13 3-13 调谐功放的振幅特性调谐功放的振幅特性通信电子线路第三章第14节87由图可见：由图可见： 在欠压区，高频振幅在欠压区，高频振幅Ucm基本随基本随Ubm线性线性变化，所以为使输出振幅变化，所以为使输出振幅Ucm反映输入信号反映输入信号Ubm的变化，放大器必须在的变化，放大器必须在Ubm变化范围内变化范围内工作在工作在欠压状态欠压状态。 当调谐功放用作限幅器，将振幅在较大当调谐功放用作限幅器，将振幅在较大范围内变化的输入信号变换为振幅恒定的范围内变化的输入信号变换为振幅恒定的输出信号时，放大器必须在输出信号时，放大器必须在Ubm变化范围内变化范围内工作在工作在过压状态过压状态。