高頻電路高頻功率放大器(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 110m a xP2121 PPPIIVVIVPIVPRIVIIicCcmCCcmccmcmCCCPcmcmcmCC?幾乎不變幾乎不變，幾乎不變（略減少）R2） IC0、 Icm Vcm與 RP的特性曲線 3） P=、 Po、 Pc、 ηc與 RP的特性曲線 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 Po ic vCE Rp 欠壓區 過壓區 臨界區 Rp 欠壓區 過壓區 臨界區 Icm1 ICo c?P= Pc vBEmax Vcm 2） IC0、 Icm Vcm與 RP的特性曲線 3） P=、 Po、 Pc、 ηc與 RP的特性曲線 2）過壓區 ??PR 進入過壓區 ? 余弦脈沖頂部下凹， PcmcmcmCc RIVIIi 110m a x , ??????? 幾乎不變（ 略 有 上 升 ）CCcmCcmccmcmoCCC VVIIIVPIVP ??????????0110 2121 ?變 化 緩 慢 ，oDC PPP ??變化緩慢。 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 Po ic vCE Rp 欠壓區 過壓區 臨界區 Rp 欠壓區 過壓區 臨界區 Icm1 ICo c?P= Pc vBEmax Vcm 2） IC0、 Icm Vcm與 RP的特性曲線 3） P=、 Po、 Pc、 ηc與 RP的特性曲線 結論： 1） 臨界狀態輸出功率最大 ，效率也較高，可以說是最佳工作狀態，常選 此狀態為末級功放輸出狀態。過壓狀態，效率高，但輸出功率較小。 2）在欠壓狀態 IC0， Icm1幾乎不變，功放相當于一個恒流源，而過壓狀態 Vcm幾乎不變，相當于一個恒壓源。 1. 改變 Ｖ CC對工作狀態的影響（集電極調制） 一 . 高頻功放電路的調制特性 當 RP， Vbm不變，而 改變 Ｖ CC ， VBB與 Icm1， IC0， P=， Po之間的關系。 當 RP、 Vbm、 VBB不變，動態特性曲線與 Ｖ CC的關系。 vce ic vbemax ?Q VCC ? ?Q VCC ?Q VCC ? ? ? ? t?ic VCC 欠壓區 過壓區 臨界區 VCC 欠壓區 過壓區 臨界區 P= Po PC 在過壓區， VCC能有效的控制 Ｉ cm1與 Ｐ o，因此， 集電極調幅必須工作于過壓區。 VCC↑ Vcm Ico Icm1 E E E E + wtv cos?v vwt iC1 wt v VCC iC wt wt vc wt vc wt v VCC 利用 Ｖ CC↑→ Ｖ cm↑, 這一特性實現集電極調幅 wt iC1 iC wt 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 過壓區 v vcm 欠壓區 臨界 VCC v wt 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 Ｖ BB對工作狀態的影響（基極調制） 當 RP、 Vbm、 VCC不變，動態特性曲線與 VBB的關系。 vbe ? VBB vbemax1 vBE iC ? VBB vbemax2 ? VBB vbemax3 vce iC vbemax1 vbemax2 ?Q VCC vbemax3 ? ? ? ? t?iC 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 進入過壓狀態后，隨著 VBB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 Ico、 Icml和相應 的 Vcm增大得十分緩慢。 Vcm Ico Icml 臨界 VBB 過壓 欠壓 O 當 Vbm固定， VBB自負值向正值方向增大時，集電極脈沖電流 ic 的導通角 θc增大，從而集電極脈沖電流 ic的幅度和寬度均增大， 狀 態由欠壓區進入過壓區。 基極調幅作用是通過改變 Ｖ BB來改變 Ｉ cm1與 Ｐ o才能實現的，因 此，必須工作于 欠壓區 。 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 二 . 高頻功放電路的放大特性 改變 Ｖ bm對工作狀態的影響 當 RP、 VBB、 VCC不變，動態特性曲線與 Ｖ bm的關系。 tVVv bmBBBE ?co s????vBE ic vBEmax1 vBEmax2 vb VBB vBEmax3 VBZ ic t 飽和區 放大區 截止區 1C? 2C? 3C? 固定 VBB、增大 Vbm和固定 Vbm、增大 VBB的情況類似， 它們都使基極輸入電壓 vBEmax隨之增大，對應的集電極脈沖電流 ic的幅度和寬度均增大，放大器的工作狀態由欠壓進入過壓 。 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 vce iC vbemax1 vbemax2 ?Q VCC vbemax4 ? ? ? ? t?iC vbemax3 ? ? Vcm Icml Ico Vbm 過壓 臨界 欠壓 O O ωt ic O ωt ic Vbm增大 O ωt ic ωt O ic 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 Vcm反映 輸入信號振幅 Vbm的變化， 放大器必須 在 Vbm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， 放大器必須在 Vbm變化的范圍內工作 在過壓狀態。 t Vbm 線性功率 放 大 器 t Vcm Vbm Vcm 振 幅 限幅器 Vcm t Vbm Vcm 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 例 有一個用硅 NPN外延平面型高頻功率管 3DA1做成的諧振功率放大器，設已知 Ｖ CC＝ 24Ｖ， Ｐ ｏ ＝２Ｗ，工作頻率＝１ MHz。試求它的能量關系。由晶體管手冊已知其有關參數為 fＴ ≥70MHz ， Ap（功率增益） ≥ 13 dB， Ｉ Cmax＝750ｍＡ ,Ｖ CE(sat)(集電極飽和壓降 )≥ Ｖ ,Ｐ CM＝１ W。 解： １）由前面的討論已知，工作狀態最好選用臨界狀態。作為工程近似估算，可以認為此時集電極最小瞬時電壓 E ( s a t )C m i n ??? C E SVvv m i nCCcm ????? VVV v 2） pcm1cm ???? RVI ?????? )(22o2cmp PVR廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 3）選 ?c=70o， 4） 4 3 )( c1 ???)( c0 ??? 178)(c1c m 1m a xC ???? ??Ii未超過電流安全工作范圍。 5） mA1 0 3mA2 5 0 8)(c0m a xC0c ???? ??iI 6） )W1(W4 7 )24 7 ( CMoc PPPP ?????? ? 30cCC ?????? ?? IVP 7） 8） % 2oc ????PP? 9） 202)(lg2)10(lg11oi ???? ?? pAPP廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 vbe t VBB VBZ biciei低頻 以上對高頻功放是以 靜態特性為基礎的分析 ，只能近似說明和估計高頻功放的工作原理， 無法反映高頻工作時的其它現象。 實際的高頻功放電路， 晶體管工作在 “中頻區”甚至 “高頻區”， 通常會出現： 輸出功率? 效率 ?c? 功率增益 ?PG 輸入輸出阻抗變為復阻抗 一 少數載流子的渡越時間效應定義： 少數載流子在基區擴散而到達集電極所需要的時間 ? 稱為少數載流子的渡越時間。高頻效應 當低頻時：信號周期 ，基區載流子的分布與外加瞬 時電壓是一一對應的。 ???? fT 1廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 vbe t VBB VBZ biciei低頻 ? 高頻 當高頻時：信號周期 fT1?與 ? 相當。由于少數載流子在基區的渡越時間使基區內的電荷具有一定的儲存效應。當發射結電壓由正偏轉為反偏時，在基區內一部分還未到達集電結的少數載流子來不及擴散到集電極，而被反向偏置所形成的電場重新推斥回發射極，而形成負脈沖，同時主脈沖高度降低。 另外，由于渡越時間的影響，集電極電流 ci 落后 ei脈沖峰點的角度為??? ?，且導通角增大，脈沖峰值下降。另外，由于cebiii ?? ，所以基極電流波形也變復雜。 饋電線路 輸出、輸入與級間耦合回路 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 以上的高頻功率放大器的電路僅僅是其原理圖。欲使高頻功率放大器正常工作于丙類某一最佳狀態，與小信號諧振放大器同樣，必須有正確的直流通路和交流通路。除此之外，還要盡量減少功率傳輸中的損耗。這就涉及其饋電線路的實際問題。 一 、 直流饋電線路 直流饋電線路： 為晶體管各級提供合適的偏置。 ?????并聯匹配網絡、晶體管并饋電路：直流電源、串聯匹配網絡、晶體管串饋電路：直流電源、廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 （ 1）集電極饋電電路的組成原則 ① iC的直流分量 IC0除晶體管的內阻外 ,應予以短路 ,以保證 VCC全部加在集電極上， 產生直流 功率。 ② iC的基波分量 Icm1通過負載回路， 產生 高頻輸出功率 。 ③ iC的高次諧波分量 Icmn不應消耗功率，因此 Icmn對晶體管 外的電路應盡可能短路。 0cCC IVP ???Po RIP c m 121? 0?oPRP 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 判斷原理電路集電極饋電是否滿足 3個原則？ ① IC0滿足第一原則 。 ② Icm1通過負載回路，同時也流過電源產生能量損耗 。 ③ Icmn流過電源產生能量損耗。 廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 L? ： 高頻扼流圈， 通直流阻交流 C? ：高頻旁路電容， 通交流隔直流 C ?? ：隔直電容， 通交流隔直流 （ 2 ） 常用的集電極串饋和并饋電路如下圖所示：廣東技術師范學院電子與信息學院 《 高頻電路 》 第 6章 LC CC CC1 EC L C uc1 VT LC CC EC L C uc1 VT 以上兩個電路勻滿足： tVVv cmCCCE ?c o s?? ICO直流通路 ICO EC C1交流通路 Ic1 C C C1 VCC uc1