第 5 章 高频功率放大器

第 5 章 高频功率放大器 5.1 概述 5.2 谐振功放的工作原理 5.3 晶体管谐振功放的折线近似

分析法

高频功放的两个特点：

2、由于工作频率高，但（每一频道的）频带窄，即相对带宽窄，一般选用选频网络作负载。

3、选频网络可实现放大器的阻抗匹配。

5.1 概 述★输出功率大

★输出效率高

1 、为了提高效率，高频功放常工作于丙类放大（导通角 ）甚至于丁类、戊类放大。此时输出电流失真大，必须用选频网络作负载，使之谐振于信号频率，获得与输入相同频率的正弦输出信号。

2 180c

5.2 谐振功放的工作原理

cosc cmv V t

cos

cos

B BB b BB bm

C CC c CC cm

v V v V V t

v V v V V t

0 1 2cos cos2C C cm cmi I I t I t

为了晶体管可靠地工作在丙类，发射结的直流偏置 为负电压，即发射结为反偏置。

BBV

cosb bmv V t

是余弦脉冲波，周期与 相同 ：Ci bv

1. 功率

0cc cP V I

⑴直流电源提供的直流功率：

22

1 1

1 1

2 2 2cm

o cm cm cm pp

VP V I I R

R

⑵交流输出功率：

c oP P P

⑶集电极耗散功率：

其中 ——并谐电路对 中基频 谐振时的谐振阻抗。 pR Ci ( )

1

0

1100%

2o cm cm

cCC C

P V I

P V I

cm

CC

V

V ——集电极电压利用系数

11

0

( ) cmc

C

Ig

I

2. 效率

——波形系数，与 有关， 1c g ，c

1

1( )

2c cg

⑴ 转移特性曲线的折线化

5.3 谐振功放折线近似分析法 1. 特性曲线的理想化及解析式（温度 不变）T

BE BZv V0

Ci

C BE BZci g v V BE BZv V

——跨导， BC段的斜率。

cg

——折线化后的截止电压BZV

B

C

BZVA

⑵ 输出特性曲线的折线化

欠压：集电极最大电流在直线 1的右方，此时交流输出电压较低 ；c cmv V小( 小)

在高频功放中，根据集电极电流是否进入饱和区，其工作状态分为三种：

C cr ci g v

过压：集电极最大电流在直线 1的左方饱和区，此时交流输出电压较高 ；c cmv V大( 大)

临界：集电极最大电流刚好在直线 1上，直线 1

称为临界线，其斜率为 并过原点：crg

max (cos cos )1 cos

CC c

c

ii t

0 1 2cos cos2 cosC C cm cm cmni I I t I t I n t

其中： 0 max 0 ( )C C cI i

——分解系数1 max 1( )cm C cI i

max ( )cmn C n cI i

0 1 n 、 、 、

2. 集电极余弦电流脉冲的分解

按照第四章的折线分析法， 可以表示为：Ci

由于 是周期性的余弦脉冲波形，将其展开成傅立叶级数：

Ci

② 时， 达到最大值， 达最大。但是 。

0c 1 1 0g c

0 0C oi P ，

③ 通常，折衷考虑， 不太小， 也不太小，此时的 在 左右。

1g

c 70

1

① 时， 达到最

大值， 达最大。但

120c 1

21

1

2o cm pP I R

180 2 360c

66%c

是 ，此时功放工作于甲乙类状态， 小（ ）。

c

3. 动态特性和负载特性 及 决定了功放的工作状态。当前三者不变时， 的变化对功放的功率和效率的影响即称为功放的负载特性。

( )BB CC bm bV V V v、 、 pR

pR

图上直线 1、 2、 3分别是 取不同值时的交流负载线（动态特性），当 增加时，负载线的斜率将减小，因此负载线将趋于平坦。

pR

pR

② 负载线 2： 增加时， 也逐渐增加，与临界线交于 点，称为临界工作状态。此时 依然为尖顶余弦脉冲。

pR

2A CicmV

③ 负载线 3： 继续增加， 也进一步增加，进入过压工作状态。曲线穿过临界点后， 将沿临界线下降，点决定了集电极电流脉冲的高度， 为凹顶状脉冲。此时 ， 。

pR

4ACicmV

Ci

0CI 1cmI

① 负载线 1： 较小，则 也较小，称为欠压工作状态， 点决定了集电极电流脉冲的高度（ ）。此时 为

pR

1A

maxCi Ci

cmV

尖顶余弦脉冲。

在欠压区到临界线之间：随着 的增加， 和 略微减小。因此， 和 随 的增加下降很少，几乎维持常数。而 ，所以 随 的增加近似线性增大。

pR maxCi c

0CI 1cmI pR

1cm cm pV I R cmV pR

过压区：集电极电流呈现凹顶状，并且随着 的增加， 凹陷程度急剧加深，使得 和 也急剧下降，而 随 的增加只有微弱上升，几乎不变。

pR

0CI 1cmI cmV pR

欠压时功放相当一个理想电流源；过压时相当一个理想电压源。

0cc CP V I

1

1

2o cm cmP V I

c oP P P

100%oc

P

P

① 临界状态： 最大， 也较高，是最佳工作状态。用于发射机末级。

oP c

② 过压状态：输出电压较平稳，弱过压时 最高。用作中间放大级。c

③ 欠压状态： 和 都较低，应用少。特殊：基极调幅。oP c

4. 各级电压对工作状态的影响⑴ 不变时，改变bm BB pV V R、 、 CCV

因为 不变， 的变化仅改变 点的位置，但不会改变负载线的斜率。即负载线随 的变化而发生左右平移。

pR

CCV

QCCV

增加，负载线右平移，工作状态由过压 欠压；

CCV

减小，负载线左平移，工作状态由欠压 过压。

CCV

在欠压区， 对 和 的影响很小；在过压区， 和 随 近似成正比。所以，集电极调幅时功放要工作在过压状态。

CCV

1cmI CCV

1cmI

op

op

cosB BB bmv V V t maxB BB bmv V V

⑵ 不变时，改变CC BB pV V R、 、 bmV

增加， 增加，即输出特性曲线中最高曲线上移，工作状态由欠压→临界→过压；反之，过压→临界→欠压。

bmV maxBv

欠压区， ， 与 成线性 增加。过压区，由于 出现凹顶，尽管 增加时 会增加，但同时凹陷程度也增加， 故 增长很缓慢，近似不变。

0 1C cmI I、 bmVmax m (1 cos )C c b ci g V

0 1C cmI I、

Ci

maxCi

bmV

⑶ 不变时，改变CC bm pV V R、 、 BBV

因为 ，增加 相当于减小 的值，对 的影响与 正好相反， 与 关于临界线呈纵轴对称。

BBVmaxB BB bmv V V bmV

0 1C cmI I、 bmVBBVbmV

在过压区， 或 对 的影响很小；在欠压区， 或 才能有效控制 的变化。所以，基极调幅时功放要工作在欠压状态。

1cmI

1cmIbmVBBV

BBV bmV