第4章 高频功率放大器(2)
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1、1. 1. 谐振功率放大器的工作状态分析谐振功率放大器的工作状态分析 高频放大器的工作状态是由负载阻抗高频放大器的工作状态是由负载阻抗R Rp p、激励电压、激励电压vb、供电电压供电电压VCC、VBB等等4 4个参量决定的。个参量决定的。 为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。样的变化。 如果如果VCC、VBB、vb 3 3个参变量不变，则放大器的工作个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻状态就由负载电阻Rp决定。此时，放大
2、器的电流、输出电决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随压、功率、效率等随Rp而变化的特性，就叫做放大器的负而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。载特性。4.2.2 谐振功率放大器的工作状态分析谐振功率放大器的工作状态分析当放大器工作于谐振状态时，它的外部电路关系式为当放大器工作于谐振状态时，它的外部电路关系式为uBE= VBB+Vbmcos t uCE= VCCVcmcos t消去消去cos t可得，可得，cmCECCVuVuBE= VBB+Vbm另一方面，晶体管的折线化方程为另一方面，晶体管的折线化方程为ic = G(uBEVBZ)得出在得出在icuCE坐标平面上的动态特性曲线坐
3、标平面上的动态特性曲线( (负载线或工作路负载线或工作路) )方程：方程：（4.3.19）BZcmCECCbmBBcVVuVVVG)(ibmcmBBcmBZCCbmCEcmbmVVVVVVVuVVG= gd(uCE V0)负载线的斜率为 ，截距为cmbmdVVGgbmcmBBcmBZCCbmoVVVVVVVV 图中示出动态特性曲图中示出动态特性曲线的斜率为负值，它的线的斜率为负值，它的物理意义是：物理意义是： 从负载方面看来，放从负载方面看来，放大器相当于一个负电阻，大器相当于一个负电阻，亦即它相当于交流电能亦即它相当于交流电能发生器，可以输出电能发生器，可以输出电能至负载。至负载。 用类似的
4、方法，可用类似的方法，可得出在得出在ic uBE坐标平面坐标平面的动态特性曲线的动态特性曲线。电压、电流随负载变化波形电压、电流随负载变化波形 令 uCE= VCC ， 为图中为图中Q点（点（ ic为负值），为负值），再令再令ic = 0时，为图中的C点。BZBBccVVgibmBZBBcmCCCEUVVVVuicic321Im018090半导通角tBACD321负载增大eb=eb maxVCCQec minVcm1.欠压状态2.临界状态3.过压状态RpVcmVcm功率放大器的负载特性功率放大器的负载特性 什么是负载特性呢？什么是负载特性呢？ 即即VCC、VBB、vb不不变时，变时， 与负与负
5、载之间的关系。载之间的关系。 在其他条件不变在其他条件不变( (VCC、VBB、vb为一为一定定) )，只变化放大器的，只变化放大器的负载电阻而引起的放负载电阻而引起的放大器输出电压、输出大器输出电压、输出功率、效率的变化特功率、效率的变化特性称为性称为负载特性。负载特性。图图4.2.7 三种工作状态三种工作状态cmcouP、 vc、ic随负载变化的波形如图所示，放大器的输入电压是随负载变化的波形如图所示，放大器的输入电压是一定的，其最大值为一定的，其最大值为Vbemax，在负载电阻，在负载电阻RP由小至大变化由小至大变化时，负载线的斜率由大变小，如图中时，负载线的斜率由大变小，如图中123。
6、不同的负。不同的负载，放大器的工作状态是不同的载，放大器的工作状态是不同的, ,所得的所得的ic波形、输出交流波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样的。电压幅值、功率、效率也是不一样的。 2. 2. 谐振功率放大器的三种工作状态谐振功率放大器的三种工作状态 欠压状态欠压状态 B B 点以右的区域。在欠压区至临界点点以右的区域。在欠压区至临界点 的范围内，根据的范围内，根据Vc=RpIc1，放大器的交流输出电，放大器的交流输出电 压在欠压区内必随负载电阻压在欠压区内必随负载电阻RP的增大而增大，其的增大而增大，其 输出功率、效率的变化也将如此。输出功率、效率的变化也将如此。 临界状态临界状
7、态 负载线负载线和和eb max正好相交于临界正好相交于临界线的拐点。放大器工作线的拐点。放大器工作在临界线状态时，输出在临界线状态时，输出功率大，管子损功率大，管子损 耗小，耗小，放大器的效率也就较大。放大器的效率也就较大。 过压状态过压状态 放大器的负放大器的负载较大，在过压区，随着负载较大，在过压区，随着负载载Rp的加大，的加大，Ic1要下降，因要下降，因此放大器的输出功率和效率此放大器的输出功率和效率也要减小。也要减小。图图4.2.7 三种工作状态三种工作状态icic321Im018090半导通角tBACD321负载增大eb=eb maxVCCQec minVcm1.欠压状态2.临界状
8、态3.过压状态RpVcmVcm3)3)临界工作状态临界工作状态： 是欠压和过压状态的分界点，动态范围刚好碰到饱和临是欠压和过压状态的分界点，动态范围刚好碰到饱和临界线。界线。2)2)过压工作状态过压工作状态： 动态范围进入临界线之左的动态范围进入临界线之左的饱和区，集电极电流出现凹陷，饱和区，集电极电流出现凹陷，交流输出电压较高且变化不大。交流输出电压较高且变化不大。1)1)欠压工作状态欠压工作状态： 动态范围在饱和临界线的右动态范围在饱和临界线的右方，交流输出电压较低且变化方，交流输出电压较低且变化较大。较大。根据上述分析，可以画出谐振功率放大器的负载特性曲线根据上述分析，可以画出谐振功率放
9、大器的负载特性曲线负载特性曲线负载特性曲线 欠压状态欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。欠压过压0临界Ic 1Ic0VCRp0cP=PoPc欠压过压临界Rp欠压过压0临界Ic 1Ic0VCRp0cP=PoPc欠压过压临界Rp 过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率平
10、稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的有所下降，发射机的中间级中间级、集电极调幅级集电极调幅级常采用这种状常采用这种状态。态。负载特性曲线负载特性曲线 临界状态临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时，也常以此状态为例。此状态为例。负载特性曲线负载特性曲线 掌握负载特性，对分析掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电集电极调幅
11、电路、基极调幅电路的工作原理路的工作原理，对实际，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和调整谐振功率放大器的工作状态和指标指标是很有帮助的。是很有帮助的。欠压过压0临界Ic 1Ic0VCRp0cP=PoPc欠压过压临界Rp3. 调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种方法：改变集电极负载方法：改变集电极负载Rp；改变供电电压；改变供电电压VCC；改变偏压；改变偏压VBB；改变激励；改变激励Vb。(1) (1) 改变改变Rp，但，但Vb、VCC、VBB不变不变 当负载电阻当负载电阻Rp由小至大由小至大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过
