《通信電子電路》全套PPT課件

《通信電子電路》全套PPT課件,通信電子電路,通信,電子電路,全套,PPT,課件 本章內(nèi)容本章內(nèi)容7.1 7.1 概述概述7.27.2 變頻器的基本原理變頻器的基本原理7.3 7.3 變頻器的主要技術(shù)指標變頻器的主要技術(shù)指標7.4 7.4 晶體三極管混頻電路晶體三極管混頻電路7.5 7.5 超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤7.6 7.6 用模擬乘法用模擬乘法器器構(gòu)成的混頻電路構(gòu)成的混頻電路7.7 7.7 變頻干擾變頻干擾返回總目錄返回總目錄本章重點和難點本章重點和難點(一一)本章重點本章重點1.為什么要進行變頻；為什么要進行變頻；2.變頻器的基本原理及數(shù)學(xué)分析；變頻器的基本原理及數(shù)學(xué)分析；3.晶體三極管混頻電路基本原理、工作狀晶體三極管混頻電路基本原理、工作狀態(tài)選擇及應(yīng)用舉例；態(tài)選擇及應(yīng)用舉例；4.變頻干擾。變頻干擾。(二二)本章難點本章難點1.三點統(tǒng)調(diào)；三點統(tǒng)調(diào)；2.變頻干擾。變頻干擾。一、什么是變頻器一、什么是變頻器頻率變換電路頻率變換電路 把一個已調(diào)的高頻信號變成另一個較把一個已調(diào)的高頻信號變成另一個較低頻率的同類已調(diào)信號低頻率的同類已調(diào)信號。完成這種頻率變完成這種頻率變換的電路稱變頻器。換的電路稱變頻器。由于設(shè)計和制作工作頻率較原載頻低由于設(shè)計和制作工作頻率較原載頻低的固定中頻放大器比較容易的固定中頻放大器比較容易，增益高增益高，選選擇性好擇性好，所以所以采用變頻器后，接收機的性采用變頻器后，接收機的性能將得到提高。能將得到提高。lAM制制：將將載頻載頻位于位于535 kHz1605kHz中波波段中波波段各電臺的普通調(diào)幅信號各電臺的普通調(diào)幅信號lFM制制：把載頻位于把載頻位于88 MHz108MHz的各調(diào)頻的各調(diào)頻臺信號臺信號465kHz的中頻信號的中頻信號；又如又如:超外差電視接收機超外差電視接收機l把載頻位于把載頻位于四十幾兆赫至近千兆赫頻段四十幾兆赫至近千兆赫頻段內(nèi)各電內(nèi)各電視臺信號視臺信號中頻為中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號的調(diào)頻信號;中頻為中頻為38MHz的視頻信號。的視頻信號。例如例如:超外差廣播接收機超外差廣播接收機超外差收音機接收系統(tǒng)及各點波形超外差收音機接收系統(tǒng)及各點波形二、為什么要進行變頻二、為什么要進行變頻1.變頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上變頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大信號，放大器的增益可做得很高而不放大器的增益可做得很高而不自激，電路工作穩(wěn)定自激，電路工作穩(wěn)定（有利于放大）；（有利于放大）；2.接收機在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好有困接收機在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好有困難，難，而對于某一固定頻率選擇性可以做得而對于某一固定頻率選擇性可以做得很好很好（有利于選頻）（有利于選頻）；3.由于變頻后所得的由于變頻后所得的中頻頻率是固定的，中頻頻率是固定的，這樣可以這樣可以使電路結(jié)構(gòu)簡化使電路結(jié)構(gòu)簡化。三、信號載波頻率變換成中頻頻率波形圖三、信號載波頻率變換成中頻頻率波形圖 與與 載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，惟一的差別是惟一的差別是 信號載波頻率信號載波頻率 變換成中頻變換成中頻頻率頻率 ,混頻器輸入輸出波形圖如圖示。混頻器輸入輸出波形圖如圖示。l 與與 載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，惟一的差別是惟一的差別是信號載波頻率信號載波頻率 變變換成中頻頻率換成中頻頻率 。l本地振蕩器本地振蕩器本振信號本振信號-下標為下標為L Ll輸入調(diào)幅信號輸入調(diào)幅信號-下標為下標為S Sl中頻調(diào)幅信號中頻調(diào)幅信號-下標為下標為I I四、變頻器的組成四、變頻器的組成 1.1.變頻電路框圖變頻電路框圖 它是將輸入調(diào)幅信號與本振信號（高頻等幅信號）它是將輸入調(diào)幅信號與本振信號（高頻等幅信號），同時加到混頻器，經(jīng)頻率變換后通過濾波器，同時加到混頻器，經(jīng)頻率變換后通過濾波器，輸出輸出中頻調(diào)幅信號中頻調(diào)幅信號。2.2.變頻電路的組成變頻電路的組成 1)1)非線性元件，非線性元件，如二極管、三極管和場效應(yīng)管和如二極管、三極管和場效應(yīng)管和 模擬乘法器等；模擬乘法器等；2 2）中頻濾波器；中頻濾波器；3 3）產(chǎn)生產(chǎn)生uL的振蕩器的振蕩器。通常稱為。通常稱為本地振蕩器本地振蕩器，振蕩，振蕩 角頻率為角頻率為 。本機振蕩器本機振蕩器可以可以由變頻晶體管兼（叫自激式變激由變頻晶體管兼（叫自激式變激器）。器）。也可以由也可以由另一晶體管組成（稱為他激式變頻另一晶體管組成（稱為他激式變頻器，也叫混頻器，也叫混頻器器）。）。兩種電路中，前一種簡單，但兩種電路中，前一種簡單，但統(tǒng)調(diào)困難。因此一般統(tǒng)調(diào)困難。因此一般工作頻率較高的接收機采用混工作頻率較高的接收機采用混頻器。頻器。一、一、變頻前后的頻譜圖變頻前后的頻譜圖分析：分析：高頻調(diào)幅信號的高頻調(diào)幅信號的上邊頻上邊頻 中頻調(diào)幅信號的中頻調(diào)幅信號的下邊頻，下邊頻，高頻調(diào)幅信號的高頻調(diào)幅信號的下邊頻下邊頻 中頻調(diào)幅信號的中頻調(diào)幅信號的上邊頻上邊頻 二、變頻原理的數(shù)學(xué)分析：冪級數(shù)二、變頻原理的數(shù)學(xué)分析：冪級數(shù)l如果在非線性元件上同時加上輸入信號電壓如果在非線性元件上同時加上輸入信號電壓和等幅的高頻信號電壓，則就會產(chǎn)生具有新和等幅的高頻信號電壓，則就會產(chǎn)生具有新頻率的電流成分。頻率的電流成分。由于變頻管工作于輸入特由于變頻管工作于輸入特性曲線的彎曲段，其電流可采用冪級數(shù)來表性曲線的彎曲段，其電流可采用冪級數(shù)來表示，示，即即對上式近似取前三項，對上式近似取前三項，其中其中則則對對(7-1)(7-1)式近似取前三項式近似取前三項(7-1)差頻分量差頻分量中頻成分中頻成分 和頻分量和頻分量諧波分量諧波分量總結(jié)：總結(jié)：由于電路元件的伏安特性包含有平方項由于電路元件的伏安特性包含有平方項1.1.在在 uS，uL 同時作用下，電流便產(chǎn)生同時作用下，電流便產(chǎn)生了新的頻率成分，了新的頻率成分，它包含：它包含：差頻分量：差頻分量：和頻分量：和頻分量：諧波分量：諧波分量：其中其中差頻分量差頻分量 就是我們所要求的就是我們所要求的中頻成分中頻成分 。2.2.通過中頻濾波器就可將差頻分量取出。通過中頻濾波器就可將差頻分量取出。而將其他頻率成分濾除。這種變頻器而將其他頻率成分濾除。這種變頻器稱為稱為下變頻器下變頻器。若用選擇性電路將若用選擇性電路將和頻分量和頻分量選擇出來，則選擇出來，則這種變頻器稱為這種變頻器稱為上變頻器上變頻器。7.3 7.3 變頻器的主要技術(shù)指標變頻器的主要技術(shù)指標1 1變頻器增益要大變頻器增益要大2 2選擇性選擇性 要求輸出回路具有良好的選擇性?？刹捎靡筝敵龌芈肪哂辛己玫倪x擇性?？刹捎?品品質(zhì)因數(shù)質(zhì)因數(shù)Q Q高的選頻網(wǎng)絡(luò)或濾波器。高的選頻網(wǎng)絡(luò)或濾波器。3 3工作穩(wěn)定性要好工作穩(wěn)定性要好 要求本振信號頻率穩(wěn)定度高，則應(yīng)采用穩(wěn)頻要求本振信號頻率穩(wěn)定度高，則應(yīng)采用穩(wěn)頻等措施。等措施。4 4非線性失真要小非線性失真要小5 5噪聲系數(shù)要小噪聲系數(shù)要小噪聲系數(shù)要小的分析噪聲系數(shù)要小的分析噪聲系數(shù)的定義為噪聲系數(shù)的定義為 由于變頻器位于接收機的前端，它產(chǎn)生的由于變頻器位于接收機的前端，它產(chǎn)生的噪聲對整機影響最大，故要求變頻器本身噪聲對整機影響最大，故要求變頻器本身噪聲系數(shù)越小越好。噪聲系數(shù)越小越好。7.4 7.4 晶體三極管混頻電路晶體三極管混頻電路 一、三極管混頻電路的幾種形式一、三極管混頻電路的幾種形式 三極管混頻器按本振信號接入的不同，一般有四種電三極管混頻器按本振信號接入的不同，一般有四種電路形式。路形式。共發(fā)射極電路多用于頻率較低的情況。共發(fā)射極電路多用于頻率較低的情況。圖圖7-47-4（a a）信信號與本振分別由基極和發(fā)射極注入，相互影響小，但本振號與本振分別由基極和發(fā)射極注入，相互影響小，但本振需要功率大。圖需要功率大。圖7-47-4（b b）信號與本振都由基極注入，相互信號與本振都由基極注入，相互影響大，但本振需要功率小。影響大，但本振需要功率小。共基極電路多用于頻率較高的情況。共基極電路多用于頻率較高的情況。當(dāng)工作頻率不高當(dāng)工作頻率不高時，變頻增益比發(fā)射極電路低。圖時，變頻增益比發(fā)射極電路低。圖7-47-4（d d）比圖比圖7-47-4（c c）相互影響小相互影響小 。圖圖7-4 7-4 三極管混頻電路的幾種形式三極管混頻電路的幾種形式圖圖7-6 7-6（a a）晶體管他激式變頻器晶體管他激式變頻器圖圖7-6 7-6（b b）晶體管自激式變頻器晶體管自激式變頻器7.57.5 超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤 在超外差接收中，為了調(diào)諧方便，希望在超外差接收中，為了調(diào)諧方便，希望高頻高頻調(diào)諧回路（輸入回路、高放回路）與本振回路，調(diào)諧回路（輸入回路、高放回路）與本振回路，實行統(tǒng)一調(diào)諧。實行統(tǒng)一調(diào)諧。即通常采用的每波段中最低到最即通常采用的每波段中最低到最高頻率的調(diào)諧，由同軸可變電容器進行，而高頻率的調(diào)諧，由同軸可變電容器進行，而改變改變波段則采用改變固定電感的方法。波段則采用改變固定電感的方法。由于由于高頻調(diào)諧高頻調(diào)諧回路和本振回路的波段系數(shù)回路和本振回路的波段系數(shù) Kd 不同不同，例如，某例如，某分段波的最低頻率分段波的最低頻率fmin=535kHz，而最高頻率而最高頻率fmax=1605 kHz，則高頻回路的波段覆蓋系數(shù)為則高頻回路的波段覆蓋系數(shù)為 當(dāng)中頻選用當(dāng)中頻選用 時時 ，如用容量相同的可變，如用容量相同的可變電容，則本振波段將從最低頻率電容，則本振波段將從最低頻率 變化到最高頻率變化到最高頻率而要求的最高頻率應(yīng)而要求的最高頻率應(yīng) 這說明除最低頻率處滿足中頻這說明除最低頻率處滿足中頻 外，外，在波段其他頻率處均不是在波段其他頻率處均不是 ,也就是只有也就是只有一點跟蹤一點跟蹤，我們可以用，我們可以用 圖圖7-97-9電容與頻率關(guān)系來說明這種情況。電容與頻率關(guān)系來說明這種情況。為為使統(tǒng)調(diào)要求能基本滿足，而又不使使統(tǒng)調(diào)要求能基本滿足，而又不使電路太復(fù)雜，目前都在本振回路上采取措電路太復(fù)雜，目前都在本振回路上采取措施，這種方法稱為施，這種方法稱為三點統(tǒng)調(diào)或稱三點跟蹤。三點統(tǒng)調(diào)或稱三點跟蹤。圖圖7-9 7-9 電容與頻率關(guān)系電容與頻率關(guān)系 為了滿足三點統(tǒng)為了滿足三點統(tǒng)調(diào)，調(diào)，在本振回路上必須在本振回路上必須附加電容，附加電容，如圖示。如圖示。通常，通常，本振回路附加串聯(lián)電容本振回路附加串聯(lián)電容Cp ，Cp 稱為墊整電容，其容量較大，與稱為墊整電容，其容量較大，與 Cmax的的容量相近，容量相近，還附加并聯(lián)電容還附加并聯(lián)電容Ct ，Ct 稱為墊補稱為墊補電容，其容量較小，與電容，其容量較小，與Cmin的容量相近。的容量相近。l在本振頻率高頻端，在本振頻率高頻端，C=Cmin ，由于由于Ct 與與Cmin 相近，相近，使總的電容增大，所以使高頻本振使總的電容增大，所以使高頻本振頻率降低。頻率降低。l在本振頻率低頻端，在本振頻率低頻端，C=Cmax,Ct 的并聯(lián)作的并聯(lián)作用可忽略。用可忽略。串聯(lián)串聯(lián) Cp 后，使總的電容減少，所后，使總的電容減少，所以使低端本振頻率提高。以使低端本振頻率提高。這樣就達到了三點這樣就達到了三點統(tǒng)調(diào)的目的。統(tǒng)調(diào)的目的。7.67.6 用模擬乘法器構(gòu)成的混頻電路用模擬乘法器構(gòu)成的混頻電路 圖圖7-127-12是用是用MC1596G構(gòu)成的混頻器。構(gòu)成的混頻器。具具有寬帶輸入，其輸出調(diào)諧在有寬帶輸入，其輸出調(diào)諧在9MHz，回路帶回路帶寬寬450kHz，本振輸入電平本振輸入電平100mV，對于對于30MHz信號和信號和3939MHz本振輸入，混頻器變頻增益為本振輸入，混頻器變頻增益為13dB。當(dāng)輸出信噪比為當(dāng)輸出信噪比為10dB時，輸入信號靈時，輸入信號靈敏度為敏度為7.5V。圖圖7-12 7-12 用用MC1596G構(gòu)成的混頻器構(gòu)成的混頻器 二次二次變頻的實際應(yīng)用變頻的實際應(yīng)用7.7 7.7 變頻干擾及其抑制方法變頻干擾及其抑制方法一、組合頻率干抗一、組合頻率干抗由于變頻器使用的是非線性器件，而且工作在非線由于變頻器使用的是非線性器件，而且工作在非線性狀態(tài)。性狀態(tài)。流經(jīng)變頻管的電流不僅含有直流分量、信號頻流經(jīng)變頻管的電流不僅含有直流分量、信號頻率率 fS 、本振頻率本振頻率 fL 成分，還含有信號、本振頻率的各成分，還含有信號、本振頻率的各次諧波，以及它們的和、差頻等組合頻率分量，如次諧波，以及它們的和、差頻等組合頻率分量，如 等，即含有等，即含有mfL nfS 分量。分量。當(dāng)這些組合頻率分量中的某些分量等于或接近中頻時，當(dāng)這些組合頻率分量中的某些分量等于或接近中頻時，就能進入中頻放大器，經(jīng)檢波器輸出產(chǎn)生對有用信號的就能進入中頻放大器，經(jīng)檢波器輸出產(chǎn)生對有用信號的干擾。干擾。l當(dāng)組合頻率符合式（當(dāng)組合頻率符合式（7-97-9）關(guān)系時，就可以）關(guān)系時，就可以在輸出端形成干擾甚至產(chǎn)生哨叫，這種干在輸出端形成干擾甚至產(chǎn)生哨叫，這種干擾就叫組合頻率干擾。擾就叫組合頻率干擾。例如本振頻率例如本振頻率1396kHz，有用信號頻率有用信號頻率931kHz z，兩者兩者的差拍頻率是中頻的差拍頻率是中頻465kHz。（7-97-9）l但信號頻率的二倍頻但信號頻率的二倍頻 1862kHz與本振頻與本振頻率的差拍頻率為率的差拍頻率為 18621396466kHz，顯然這個差頻能被中頻放大器放大，并與顯然這個差頻能被中頻放大器放大，并與標準中頻同時加入到檢波器，標準中頻同時加入到檢波器，由于檢波器由于檢波器也是非線性元件，故有也是非線性元件，故有 4664651kHz 低頻通過低放產(chǎn)生哨叫，干擾正常通信低頻通過低放產(chǎn)生哨叫，干擾正常通信。減弱組合頻率干擾的方法有三種減弱組合頻率干擾的方法有三種 適當(dāng)選擇變頻電路的工作點，尤其是不適當(dāng)選擇變頻電路的工作點，尤其是不要過大；要過大；輸入信號電壓幅值不能過大，否則諧波輸入信號電壓幅值不能過大，否則諧波幅值也大，使干擾增強；幅值也大，使干擾增強；選擇中頻時應(yīng)考慮組合頻率的影響，使選擇中頻時應(yīng)考慮組合頻率的影響，使其遠離在變頻過程中可能產(chǎn)生的組合頻其遠離在變頻過程中可能產(chǎn)生的組合頻率。率。二、副波道干擾副波道干擾l副波道干擾是一種其頻率為副波道干擾是一種其頻率為fn的外來干擾，如的外來干擾，如果頻率為果頻率為fn的干擾信號作用到混頻器的輸入端，的干擾信號作用到混頻器的輸入端，它與本振信號頻率如滿足下面關(guān)系：它與本振信號頻率如滿足下面關(guān)系：式中，式中，m 為本振信號頻率的諧波次數(shù)，為本振信號頻率的諧波次數(shù)，n為干為干擾信號頻率的諧波次數(shù)。擾信號頻率的諧波次數(shù)。這時，干擾信號就會這時，干擾信號就會進入進入中頻放大器，經(jīng)解調(diào)中頻放大器，經(jīng)解調(diào)器輸出將產(chǎn)生干擾和哨叫。器輸出將產(chǎn)生干擾和哨叫?？赡墚a(chǎn)生的干擾頻率可由下式確定可能產(chǎn)生的干擾頻率可由下式確定 (7-10)(7-10)這類干擾主要有中頻干擾、鏡頻干擾和組合這類干擾主要有中頻干擾、鏡頻干擾和組合副波道干擾。副波道干擾。1 1中頻干擾中頻干擾 當(dāng)干擾信號頻率當(dāng)干擾信號頻率 時（時（即即m=0 0，n1 1），），如果接收機輸入回路選擇性不好，如果接收機輸入回路選擇性不好，該信號進入變頻器，并被放大，從而產(chǎn)生該信號進入變頻器，并被放大，從而產(chǎn)生干擾。干擾。對中頻干擾的抑制方法對中頻干擾的抑制方法-主要是提高主要是提高變頻器前面電路的選擇性，增強對中頻信變頻器前面電路的選擇性，增強對中頻信號的抑制或設(shè)置中頻陷波器。號的抑制或設(shè)置中頻陷波器。2.2.鏡頻干擾鏡頻干擾 問題問題：當(dāng)當(dāng) fS=1000kHz，fL=1465kHz，調(diào)諧于中頻調(diào)諧于中頻465kHz，干擾信號頻率干擾信號頻率 fn=1930kHz，能不能抑能不能抑制？制？19301465=465kHz 當(dāng)當(dāng) fn=fL+fI ，相應(yīng)的干擾電臺頻率等于相應(yīng)的干擾電臺頻率等于本振頻率本振頻率 fL 與中頻與中頻 fI 之和。之和。l如果如果將將 fL 所在的位置比作一面鏡子所在的位置比作一面鏡子，則則 fs 與與 fn 分別位于分別位于fL的的兩側(cè)，且距離相等，互為兩側(cè)，且距離相等，互為鏡像，鏡像，故稱為鏡頻干擾，又稱為鏡像干擾。故稱為鏡頻干擾，又稱為鏡像干擾。l抑制它的主要方法抑制它的主要方法是提高變頻級前電路的選是提高變頻級前電路的選擇性。擇性。（即即 m=n=1）3 3組合副波道干擾組合副波道干擾 除上述兩種情況外，在式除上述兩種情況外，在式（7-107-10）中，中，當(dāng)當(dāng) （例如（例如，m=n=2 2，則對應(yīng)則對應(yīng) ）均稱為組合副波道干擾。）均稱為組合副波道干擾。l例如，例如，fs=660kHz，fL=1125kHz時，時，（fI=465kHz）對應(yīng)的對應(yīng)的二次組合干擾頻率二次組合干擾頻率代入式（代入式（7-117-11）中，）中，l可算出可算出fn1=892.5 kHz，fn2=1357.5 kHz。m=n=2三、交調(diào)和互調(diào)干擾三、交調(diào)和互調(diào)干擾 1 1交調(diào)干擾交調(diào)干擾 交調(diào)干擾就是當(dāng)接收機接收的信號和干擾交調(diào)干擾就是當(dāng)接收機接收的信號和干擾信號同時作用于接收機的輸入端時，由接收機信號同時作用于接收機的輸入端時，由接收機中高放管或混頻管轉(zhuǎn)移特性的非線性而形成的中高放管或混頻管轉(zhuǎn)移特性的非線性而形成的干擾。干擾。抑制交調(diào)干擾的方法抑制交調(diào)干擾的方法-必須提高高必須提高高頻放大級前輸入回路或變頻級前各級電路的選頻放大級前輸入回路或變頻級前各級電路的選擇性；擇性；其次可以通過適當(dāng)選擇晶體管工作點電其次可以通過適當(dāng)選擇晶體管工作點電流的方法得到流的方法得到。2 2互調(diào)干擾互調(diào)干擾 互調(diào)干擾是兩個或多個干擾電壓加到接互調(diào)干擾是兩個或多個干擾電壓加到接收機高放級或變頻級的輸入端，由于晶體收機高放級或變頻級的輸入端，由于晶體管的非線性作用，相互混頻。管的非線性作用，相互混頻。如果混頻后如果混頻后產(chǎn)生的頻率接近所接收的信號頻率產(chǎn)生的頻率接近所接收的信號頻率 （對變頻級來說，即對變頻級來說，即為為 ），就會形成干擾，），就會形成干擾，這就是互調(diào)干擾。這就是互調(diào)干擾?；フ{(diào)頻率為：互調(diào)頻率為：互調(diào)階數(shù)互調(diào)階數(shù)（指兩個頻率諧波次數(shù)之和）（指兩個頻率諧波次數(shù)之和）為為：+問題：試分析下列現(xiàn)象：問題：試分析下列現(xiàn)象：在一超外差式廣播收音機中，中頻頻率在一超外差式廣播收音機中，中頻頻率 fI=fL fS。試分析下列現(xiàn)象屬于何種干擾？又是如何形成的？試分析下列現(xiàn)象屬于何種干擾？又是如何形成的？（1 1）當(dāng)聽到頻率當(dāng)聽到頻率931kHz的電臺播音時，伴有音的電臺播音時，伴有音調(diào)約調(diào)約1kHz的哨叫聲；的哨叫聲；（2 2）當(dāng)收聽頻率當(dāng)收聽頻率550kHz的電臺播音時，聽到頻的電臺播音時，聽到頻率為率為1480kHz的強電臺播音的強電臺播音；（3 3）當(dāng)聽到頻率當(dāng)聽到頻率1480kHz的電臺播音時，聽到的電臺播音時，聽到頻率為頻率為740kHz的強電臺的強電臺播音。播音。第三章第三章 高頻調(diào)諧功率放大器高頻調(diào)諧功率放大器3.1 概述概述3.2 調(diào)諧功率放大器的工作原理調(diào)諧功率放大器的工作原理3.3 功率和效率功率和效率3.4 調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析3.5 調(diào)諧功率放大器的實用電路調(diào)諧功率放大器的實用電路3.6 功率晶體管的高頻效應(yīng)功率晶體管的高頻效應(yīng) 3.7 倍頻器倍頻器 3.8 集成高頻功率放大電路集成高頻功率放大電路返回總目錄返回總目錄一、本章內(nèi)容一、本章內(nèi)容二、本章重點和二、本章重點和難點難點（一）本章重點（一）本章重點 1.1.調(diào)諧功放的用途與特點調(diào)諧功放的用途與特點(與小信號調(diào)諧放大器進行與小信號調(diào)諧放大器進行 比較比較)；2.2.折線近似分析法；折線近似分析法；3.3.調(diào)諧功放的工作原理；調(diào)諧功放的工作原理；4.4.功率和效率，區(qū)別五種功率和兩種效率；功率和效率，區(qū)別五種功率和兩種效率；5.5.工作狀態(tài)工作狀態(tài)(過壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài)過壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài)、臨界狀態(tài))和阻和阻 抗變換問題；抗變換問題；6.6.直流饋電電路；自給偏壓環(huán)節(jié)直流饋電電路；自給偏壓環(huán)節(jié)基流偏壓與射基流偏壓與射 流偏壓；流偏壓；7.7.倍頻器。倍頻器。（二）本章難點（二）本章難點 1.1.工作狀態(tài)分析工作狀態(tài)分析特別是過壓狀態(tài)；特別是過壓狀態(tài)；2.2.自給偏壓環(huán)節(jié)；自給偏壓環(huán)節(jié)；3.3.調(diào)諧功率放大器動態(tài)負載線調(diào)諧功率放大器動態(tài)負載線。1.reverse 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 丙類丙類3.tank circuit 槽路槽路4.power 功率功率5.efficiency 效率效率6.cosine pulse 余弦脈沖余弦脈沖三、相關(guān)英文詞匯三、相關(guān)英文詞匯一、作用一、作用 高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。流輸出。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。它的作用是放大信號，使置的重要組件。它的作用是放大信號，使之達到足夠功率輸出，以滿足天線發(fā)射或之達到足夠功率輸出，以滿足天線發(fā)射或其他負載的要求。其他負載的要求。作為載波發(fā)射機及無線電發(fā)射機輸出作為載波發(fā)射機及無線電發(fā)射機輸出級或輸出前一級級或輸出前一級(末末級或級或末前末前級級)。3.1 3.1 概述概述1.1.輸入信號強，電壓在幾百毫伏輸入信號強，電壓在幾百毫伏 幾伏數(shù)幾伏數(shù)量級附近量級附近;2.2.為了提高放大器的工作效率，為了提高放大器的工作效率，它通常它通常工作在丙類，工作在丙類，即晶體管工作延伸到非線即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域性區(qū)域飽和區(qū)飽和區(qū)、截止區(qū)截止區(qū);3.3.要求：要求：輸出功率大、效率高輸出功率大、效率高。二、特點二、特點 高頻功率放大器因工作于大信號的非線高頻功率放大器因工作于大信號的非線性狀態(tài)，用解析法分析較困難，故工程上普性狀態(tài)，用解析法分析較困難，故工程上普遍遍采用近似的分析方法采用近似的分析方法折線法來分析其折線法來分析其工作原理和工作狀態(tài)。工作原理和工作狀態(tài)。三、分析方法三、分析方法3.23.2 調(diào)諧功率放大器的工作原理調(diào)諧功率放大器的工作原理一、電路一、電路二、折線近似分析法二、折線近似分析法直線段近似法直線段近似法三、晶體管導(dǎo)通的特點、導(dǎo)通角、三、晶體管導(dǎo)通的特點、導(dǎo)通角、余弦脈沖電流的分析余弦脈沖電流的分析四、四、槽路電壓槽路電壓注意注意:該電路該電路和小信號調(diào)諧放大器的不同和小信號調(diào)諧放大器的不同(bias)(bias)一、電路一、電路各元件的作用：各元件的作用：Ec 是直流電源電壓；是直流電源電壓；Eb 是基極偏置電源電壓。是基極偏置電源電壓。輸入信號輸入信號經(jīng)變壓器經(jīng)變壓器T1 耦合到晶體管基耦合到晶體管基-射極，射極，這個信號也這個信號也叫激勵信號。叫激勵信號。L、C 組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負載，組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負載，這個回路也叫這個回路也叫槽路。槽路。放大后的信號通過變壓器耦合到負載放大后的信號通過變壓器耦合到負載 RL上以上以達到阻抗匹配的要求。達到阻抗匹配的要求。二、折線近似分析法二、折線近似分析法直線段近似法直線段近似法圖圖3-2 3-2 晶體管特性及其折線化晶體管特性及其折線化 所謂折線近似分析法，是將電子器件的特性所謂折線近似分析法，是將電子器件的特性理想化，理想化，每條特性曲線用一組折線來代替。每條特性曲線用一組折線來代替。這樣這樣就忽略了特性曲線彎曲部分的影響，簡化了電流就忽略了特性曲線彎曲部分的影響，簡化了電流的計算，可滿足工程的需要。的計算，可滿足工程的需要。在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性的的放放大大區(qū)區(qū)，折折線線化化后后的的線線斜斜率率為為（約約幾幾十十至至幾幾百百）。此此時時，理理想想靜靜態(tài)態(tài)特特性性可可用用下下式表示式表示 （3-13-1）折線近似分析法可以使計算簡化，在一定程折線近似分析法可以使計算簡化，在一定程度上能反映出特性曲線的基本特點。對于分析大度上能反映出特性曲線的基本特點。對于分析大幅度電壓或電流作用下的非線性電路有一定的準幅度電壓或電流作用下的非線性電路有一定的準確度。常用來分析大信號調(diào)幅、檢波和調(diào)諧功率確度。常用來分析大信號調(diào)幅、檢波和調(diào)諧功率放大器。放大器。三、晶體管導(dǎo)通的特點、導(dǎo)通角、三、晶體管導(dǎo)通的特點、導(dǎo)通角、余弦脈沖電流的分析余弦脈沖電流的分析 1 1.晶體管導(dǎo)通的特點晶體管導(dǎo)通的特點 無信號：晶體管截止無信號：晶體管截止 有信號：有信號：激勵信號激勵信號 Eb+Uj 導(dǎo)通導(dǎo)通 當(dāng)激勵信號當(dāng)激勵信號 ube 足夠大，放大器工作在放大足夠大，放大器工作在放大區(qū)和截止區(qū)，集電極電流是周期性的余弦脈沖，區(qū)和截止區(qū)，集電極電流是周期性的余弦脈沖，波形如圖波形如圖3-33-3示。將示。將ube表示式表示式 代入式代入式（3-13-1）可得可得(3-3)(3-3)根據(jù)導(dǎo)通角的定義，根據(jù)導(dǎo)通角的定義，當(dāng)當(dāng) 時，時，即即 由此可得由此可得導(dǎo)通角導(dǎo)通角 與與Eb、Ubm、Uj 間的間的關(guān)系關(guān)系2.導(dǎo)通時間的衡量導(dǎo)通時間的衡量導(dǎo)通角導(dǎo)通角 1）當(dāng)當(dāng)Eb、Uj一定，一定，改變改變激勵信號，就可激勵信號，就可改變改變導(dǎo)通角導(dǎo)通角 (3-4)(3-4)2）當(dāng)當(dāng)管子定下來，管子定下來，Uj 一定，在一定一定，在一定激勵信號激勵信號下下，改變改變Eb 就可就可改變改變導(dǎo)通角的大小。導(dǎo)通角的大小。圖圖3-3 3-3 折線法分析非線性電路電流電壓波形折線法分析非線性電路電流電壓波形1 1）采用）采用折線近似分析法折線近似分析法 ic是周期性是周期性余弦脈沖電流。余弦脈沖電流。2 2）余弦特征的表達余弦特征的表達峰值峰值Icmax,導(dǎo)通角導(dǎo)通角 3 3）余弦特征的）余弦特征的分解分解直流成分、基波及直流成分、基波及 2 2、3 3、n n次諧波次諧波。3.3.余弦脈沖電流的分析余弦脈沖電流的分析 周期性余弦脈沖電流可用傅里葉級數(shù)展開。周期性余弦脈沖電流可用傅里葉級數(shù)展開。為此，需要求得為此，需要求得余弦脈沖電流的幅度余弦脈沖電流的幅度Icmax。將式將式（3-43-4）代入式（）代入式（3-33-3）得到）得到 當(dāng)當(dāng)時，電流時，電流 ic 為最大值，以為最大值，以Icmax表示表示這樣電流這樣電流 ic又又可寫成可寫成(3-5)(3-5)(3-6)(3-6)電流電流 ic 的傅里葉級數(shù)展開式為的傅里葉級數(shù)展開式為(3-7)(3-7)其中，其中，ic 直流分量直流分量為為(3-8)(3-8)基波分量幅值為基波分量幅值為(3-9)(3-9)對于對于 n 次諧波的幅值為次諧波的幅值為 (3-10)(3-10)上述各式都包含兩部分，上述各式都包含兩部分，一部分是最大電流一部分是最大電流 Icmax，另一部分是以另一部分是以 為變量的函數(shù)。為變量的函數(shù)。對應(yīng)于直流分量、基波分量，對應(yīng)于直流分量、基波分量，n 次諧波分量的次諧波分量的函數(shù)，分別用函數(shù)，分別用 、表示，即表示，即 直流成分為直流成分為 基波成分為基波成分為 2 2次諧波為次諧波為 、稱作稱作余弦脈沖分解系數(shù)，余弦脈沖分解系數(shù)，它們是導(dǎo)通角它們是導(dǎo)通角 的函數(shù)。的函數(shù)。為了使用方便，為了使用方便，將幾個常用系數(shù)與將幾個常用系數(shù)與 的關(guān)系的關(guān)系繪制在圖繪制在圖3-43-4中。中。圖圖3-4 3-4 余弦脈沖分解系數(shù)曲線余弦脈沖分解系數(shù)曲線 、的特點的特點1）2）當(dāng)當(dāng) ，四、四、槽路電壓槽路電壓1.波形波形基本正弦基本正弦 條件條件1 1）槽路）槽路調(diào)諧于調(diào)諧于基波基波 2 2）QL 足夠高（足夠高（QL=5=51010）2.大小大小 Rc抽頭部分抽頭部分諧振電阻諧振電阻3.相位相位圖圖3-3 3-3 折線法分析非線性電路電流電壓波形折線法分析非線性電路電流電壓波形3.33.3 功率和效率功率和效率 從能量轉(zhuǎn)換方面看，放大器是通過晶體管把從能量轉(zhuǎn)換方面看，放大器是通過晶體管把直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率，通過槽路把脈沖功率直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率，通過槽路把脈沖功率轉(zhuǎn)換為正弦功率，然后傳輸給負載。轉(zhuǎn)換為正弦功率，然后傳輸給負載。在能量的轉(zhuǎn)在能量的轉(zhuǎn)換和傳輸過程中，不可避免地產(chǎn)生損耗，所以放換和傳輸過程中，不可避免地產(chǎn)生損耗，所以放大器的效率不能達到大器的效率不能達到100100。功率放大器功率大，功率放大器功率大，電源供給、管子發(fā)熱等問題也大。電源供給、管子發(fā)熱等問題也大。為了盡量減小為了盡量減小損耗，合理地利用晶體管和電源，必須了解功率損耗，合理地利用晶體管和電源，必須了解功率放大器的功率和效率問題。放大器的功率和效率問題。調(diào)諧功率放大器有如下五種功率需要考慮。調(diào)諧功率放大器有如下五種功率需要考慮。1.1.電源供給的直流功率電源供給的直流功率PS；2.2.通過晶體管轉(zhuǎn)換的交流功率，即通過晶體管轉(zhuǎn)換的交流功率，即晶體管集電極輸出的晶體管集電極輸出的交流功率交流功率Po；3.3.通過槽路送給負載的交流功率通過槽路送給負載的交流功率,即即RL 上得到的功率上得到的功率PL;4.4.晶體管在能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗功率，即晶體管損耗晶體管在能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗功率，即晶體管損耗功率功率PC；5.5.槽路損耗功率槽路損耗功率 PT。以上五項功率的相互關(guān)系可用圖以上五項功率的相互關(guān)系可用圖3-53-5表示。電源供表示。電源供給的功率給的功率PS ，一部分一部分(PC)損耗在管子，使管子發(fā)熱；損耗在管子，使管子發(fā)熱；另一部分另一部分(Po)轉(zhuǎn)換為交流功率，輸出給槽路。通過槽路轉(zhuǎn)換為交流功率，輸出給槽路。通過槽路一部分一部分(PT)損耗在槽路線圈和電容中，另一部分損耗在槽路線圈和電容中，另一部分(PL)輸輸出給負載出給負載RL。圖圖3-5 3-5 調(diào)諧功率放大器中的功率關(guān)系調(diào)諧功率放大器中的功率關(guān)系 晶體管轉(zhuǎn)換能量的效率叫集電極效率，以晶體管轉(zhuǎn)換能量的效率叫集電極效率，以 表示，其計算式為表示，其計算式為 (3-21)(3-21)槽路將交流功率槽路將交流功率Po傳送給負載的效率，叫傳送給負載的效率，叫槽路效率以槽路效率以 表示，其計算式為表示，其計算式為 (3-22)(3-22)下面分析下面分析 、與哪些因素有關(guān)，以便設(shè)與哪些因素有關(guān)，以便設(shè)計出高效率的放大器。計出高效率的放大器。電源供給功率電源供給功率PS和交流輸出功率和交流輸出功率Po可分別表可分別表示為示為 1.1.集電極效集電極效率率（3-23）（3-24）集電極效率集電極效率 為為 (3-25)上式說明上式說明 與與 、成正比，是余弦脈沖基波成正比，是余弦脈沖基波分量和直流分量分解系數(shù)之比，代表著集電極電流基分量和直流分量分解系數(shù)之比，代表著集電極電流基波幅值與直流電流之比，所以這個比值叫波幅值與直流電流之比，所以這個比值叫集電極電流集電極電流利用系數(shù)利用系數(shù)。因為。因為 、都是都是 的函數(shù)，所以的函數(shù)，所以它與負它與負載、激勵大小及導(dǎo)通角有關(guān)。載、激勵大小及導(dǎo)通角有關(guān)。討論：討論：不論由于上述什么原因使不論由于上述什么原因使Ucm增大時，則增大時，則也增大，從而使也增大，從而使 提高。提高。不過不過 也不能任意提高，因為在管子導(dǎo)通的也不能任意提高，因為在管子導(dǎo)通的某一瞬間，集電極電壓某一瞬間，集電極電壓 uce下降的最小值為下降的最小值為 ，則，則 ，當(dāng)減小到一定程度（約為，當(dāng)減小到一定程度（約為1 1 2 2V V），），晶體管進入飽和區(qū)。此后雖然晶體管進入飽和區(qū)。此后雖然Ucm仍可增仍可增大，大，ucemin進一步減小，電壓利用系數(shù)也有所提高，進一步減小，電壓利用系數(shù)也有所提高，但其變化緩慢極限為但其變化緩慢極限為1 1。一一般般管管子子飽飽和和電電壓壓可可按按1V計計算算，高高頻頻時時 可可 適適 當(dāng)當(dāng) 增增 大大，例例 如如，某某 放放 大大 區(qū)區(qū) 電電 源源 電電 壓壓 ，管子飽和壓降，管子飽和壓降1V，電壓利用系數(shù)為電壓利用系數(shù)為 根據(jù)以上分析，在調(diào)整較好的調(diào)諧放大器中根據(jù)以上分析，在調(diào)整較好的調(diào)諧放大器中 對比，對比，甲類放大器甲類放大器 為為180,查曲線可知查曲線可知 由此可見丙類放大器的由此可見丙類放大器的 比甲類約高一倍，比甲類約高一倍，這正是丙類優(yōu)于甲類的地方。這正是丙類優(yōu)于甲類的地方。2.2.槽路效率槽路效率 圖圖3-63-6是負載折算到槽路的等效回路，是負載折算到槽路的等效回路，Um為回路兩端的電壓幅值。由圖可以看出，為回路兩端的電壓幅值。由圖可以看出，負載功率負載功率PL是是RL所吸收的功率，槽路損耗功所吸收的功率，槽路損耗功率率PT是槽路空載電阻是槽路空載電阻R0所吸收的功率；所吸收的功率；而集而集電極電極輸輸出的基波功率出的基波功率Po相當(dāng)于總電阻相當(dāng)于總電阻R所吸收所吸收的功率。的功率。這些功率都可用槽路電壓和各有關(guān)這些功率都可用槽路電壓和各有關(guān)電阻表示。電阻表示。即即圖圖3-6 3-6 負載折算到槽路的等效回路及其功率關(guān)系負載折算到槽路的等效回路及其功率關(guān)系將上兩式代入式（將上兩式代入式（3-283-28）可得）可得（3-293-29）上上式式表表明明，決決定定于于槽槽路路的的空空載載與與有有載載品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)。Q0愈愈大大，QL愈愈小小，則則 愈愈高高。實實際際上上，由由于于受受到到槽槽路路元元件件質(zhì)質(zhì)量量的的限限制制，Q0不不可可能能很很大大，一一般般只只有有幾幾十十到到幾幾百百。QL也也不不能能太太小小，否否則則槽槽路路濾濾波波效效果果太太差差，輸輸出出波波形形不不好好，一一般般至至少少要要 ，若若 ，則，則 如如果果選選用用較較好好的的L、C 元元件件，Q0 可可再再大大些些，也也可可再再高些，故在電路設(shè)計中高些，故在電路設(shè)計中 可可按按0.8 0.9估計。估計。知道了知道了 和和 ，就可以根據(jù)負載要求的，就可以根據(jù)負載要求的輸出功率輸出功率PL 計算晶體管損耗。計算晶體管損耗。（3-303-30）PC 是選用晶體管容量的依據(jù)。例如是選用晶體管容量的依據(jù)。例如 ，則則 若若PL=1=1W，則晶體管損耗則晶體管損耗PC=0.31=0.31W，所選用晶所選用晶體管功率容量必須大于此值。為留有余地，可選用體管功率容量必須大于此值。為留有余地，可選用PCM=0.5=0.5W 的管子。的管子。在在甲類放大器甲類放大器中，中，同樣容量的管子，同樣容量的管子，理論上最高理論上最高輸出功率也只有輸出功率也只有0.250.25W ，同丙類放大器相比要差同丙類放大器相比要差4 4倍之多。倍之多。綜上所述，為了盡可能利用小功率容量綜上所述，為了盡可能利用小功率容量的管子和電源，輸出較大的功率，應(yīng)力求的管子和電源，輸出較大的功率，應(yīng)力求和和 高。高。高要適當(dāng)選取高要適當(dāng)選取 ，電壓利用系數(shù)，電壓利用系數(shù)盡可能大；盡可能大；高，要求槽路空載高，要求槽路空載品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q0大，即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。大，即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。為了討論調(diào)諧功率放大器不同工作狀態(tài)為了討論調(diào)諧功率放大器不同工作狀態(tài)對電壓、電流、功率和效率的影響，需要對對電壓、電流、功率和效率的影響，需要對調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性進行分析。調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性進行分析。3.4 3.4 調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析 調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性是晶體管內(nèi)調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性是晶體管內(nèi)部特性和外部特性結(jié)合起來的特性（即部特性和外部特性結(jié)合起來的特性（即實際實際放大器的工作特性放大器的工作特性）。晶體管內(nèi)部特性是無）。晶體管內(nèi)部特性是無載情況下，晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性。載情況下，晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性。晶體管外部特性是有載情況下，晶體管晶體管外部特性是有載情況下，晶體管輸入、輸出電壓（輸入、輸出電壓（，）同時變化時，）同時變化時，特性。特性。一、調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性一、調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性放大區(qū)動態(tài)特性由下列三個方程求得，即放大區(qū)動態(tài)特性由下列三個方程求得，即內(nèi)部特性方程內(nèi)部特性方程 (3-31)外部特性方程外部特性方程 (3-32)將將 代入式（代入式（3-313-31），得），得 (3-33)由于由于則有則有 代入式（代入式（3-333-33）得）得 (3-34)在回路參數(shù)、偏置、激勵、電源電壓確定后，在回路參數(shù)、偏置、激勵、電源電壓確定后，。它表明放大器的動態(tài)特性是一條直線，它表明放大器的動態(tài)特性是一條直線，只需找出兩個特殊點，就可把動態(tài)線繪出。只需找出兩個特殊點，就可把動態(tài)線繪出。例如，要確定靜態(tài)工作點例如，要確定靜態(tài)工作點Q 和起始導(dǎo)通點和起始導(dǎo)通點B。對于對于靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點Q，其特征是其特征是 ，代入式，代入式（3-343-34）得）得 由于調(diào)諧功率放大器放大器由于調(diào)諧功率放大器放大器Eb 和和 Uj 的的值恒為正，所以值恒為正，所以ic 為負值。為負值。Q 點的坐標點的坐標（見（見圖圖3-73-7）為）為 Q點位于橫坐標的下方，即對應(yīng)于靜態(tài)工作點點位于橫坐標的下方，即對應(yīng)于靜態(tài)工作點的電流為負，這實際上是不可能的，它說明的電流為負，這實際上是不可能的，它說明Q點是點是個假想點，反映了丙類放大器處于截止狀態(tài)，集電個假想點，反映了丙類放大器處于截止狀態(tài)，集電極無電流。極無電流。對于對于起始導(dǎo)通點起始導(dǎo)通點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 此時此時 ,晶體管剛好處于截止到導(dǎo)通的晶體管剛好處于截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點，轉(zhuǎn)折點，B點得坐標點得坐標為為圖圖3-73-7調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性 從上式可以看出，從上式可以看出，調(diào)諧功率放大器的動態(tài)電阻調(diào)諧功率放大器的動態(tài)電阻不僅與導(dǎo)通角不僅與導(dǎo)通角 有關(guān)，而且與等效負載電阻有關(guān)，而且與等效負載電阻Rc有關(guān)。有關(guān)。連連Q,B點的直線并延長與點的直線并延長與 相交于相交于C 點，點，BC段就是晶體管處于放大區(qū)的動態(tài)線。段就是晶體管處于放大區(qū)的動態(tài)線。由圖由圖3-73-7可見，放大區(qū)的動態(tài)特性，類似于低頻可見，放大區(qū)的動態(tài)特性，類似于低頻放大器的負載特性，但是與它有著嚴格的區(qū)別。其放大器的負載特性，但是與它有著嚴格的區(qū)別。其動態(tài)線不僅是負載的函數(shù)，而且是導(dǎo)通角的函數(shù)動態(tài)線不僅是負載的函數(shù)，而且是導(dǎo)通角的函數(shù)。丙類放大器的動態(tài)電阻是丙類放大器的動態(tài)電阻是1.1.調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài) 根據(jù)根據(jù)調(diào)諧功率放大器在工作時是否進入進入調(diào)諧功率放大器在工作時是否進入進入飽和區(qū)，可將放大器的工作狀態(tài)分為飽和區(qū)，可將放大器的工作狀態(tài)分為欠壓、過壓欠壓、過壓和臨界三種。和臨界三種。1)1)欠欠壓壓若若晶晶體體管管在在任任何何時時刻刻都都工工作作在在放放大大狀狀態(tài)態(tài)，稱放大器工作在欠壓狀態(tài)；稱放大器工作在欠壓狀態(tài)；2)2)臨界臨界若剛剛進入飽和區(qū)的邊緣，稱放大器工若剛剛進入飽和區(qū)的邊緣，稱放大器工作在臨界狀態(tài)作在臨界狀態(tài)；3)3)過壓過壓若晶體管工作時有部分時間進入飽和區(qū)，若晶體管工作時有部分時間進入飽和區(qū)，則稱放大器工作在過壓狀態(tài)。則稱放大器工作在過壓狀態(tài)。二、調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)及其判別二、調(diào)諧功率放大器的三種工作狀態(tài)及其判別方法方法 (欠壓欠壓)(臨界臨界)(過壓過壓)2.工作狀態(tài)的判別方法工作狀態(tài)的判別方法三三、Rc、Ec、Eb 和和Ubm變化變化對放大器工作狀態(tài)對放大器工作狀態(tài)的影響的影響因為因為 所以所以放大器的這三種工作狀態(tài)取決于放大器的這三種工作狀態(tài)取決于集電極等效負載電阻集電極等效負載電阻 Rc電源電壓電源電壓Ec偏置電壓偏置電壓Eb激勵電壓幅值激勵電壓幅值Ubm 當(dāng)調(diào)諧功率放大器的電源電壓、偏置電當(dāng)調(diào)諧功率放大器的電源電壓、偏置電壓和激勵電壓幅值一定后，壓和激勵電壓幅值一定后，放大器的集電放大器的集電極電流，槽路電壓、輸出功率、效率隨晶極電流，槽路電壓、輸出功率、效率隨晶體管等效負載電阻的變化特性被稱做調(diào)諧體管等效負載電阻的變化特性被稱做調(diào)諧功率放大器的負載特性。功率放大器的負載特性。圖圖3-83-8表示在三種不同負載電阻表示在三種不同負載電阻Rc 時，時，作出的三條不同動態(tài)特性作出的三條不同動態(tài)特性QA1,QA2,QA3A31.Rc變化對放大器工作狀態(tài)的影響變化對放大器工作狀態(tài)的影響 調(diào)諧功放的負載特性調(diào)諧功放的負載特性 圖圖3-83-8不同負載電阻時的動態(tài)特性不同負載電阻時的動態(tài)特性 其中其中QA1 對應(yīng)于對應(yīng)于欠欠壓狀態(tài)，壓狀態(tài)，QA2 對應(yīng)于臨界狀態(tài)，對應(yīng)于臨界狀態(tài)，QA3 A3 對應(yīng)于過壓狀態(tài)。對應(yīng)于過壓狀態(tài)。圖圖3-9 3-9 放大器的負載特性曲線放大器的負載特性曲線（1）欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài) ，Ucm 幾乎隨幾乎隨R c成正比增加；成正比增加；，可見輸出功率，可見輸出功率Po 隨隨R c增大而增加；增大而增加；，接近常量；接近常量；，隨隨R c增大而增大而增加；增加；，隨隨R c增大而減小。增大而減小。1）不同工作狀態(tài)下，）不同工作狀態(tài)下，電流、電壓電流、電壓、功率、效、功率、效率與率與 RL的關(guān)系的關(guān)系（2）過壓過壓狀態(tài)狀態(tài)()輸出功率輸出功率Po 隨隨 R c增大而減小。增大而減小。在臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài)Po 最大。最大。PS，PC，自行分析。自行分析。結(jié)論：結(jié)論：臨界狀態(tài)時，放大器輸出功率臨界狀態(tài)時，放大器輸出功率Po最最大，效率也較高。一般調(diào)諧功率放大器大，效率也較高。一般調(diào)諧功率放大器工作在臨界狀態(tài)、弱過壓狀態(tài)比較好。工作在臨界狀態(tài)、弱過壓狀態(tài)比較好。2 2）阻抗匹配）阻抗匹配 在一定在一定 Ec、Ubm下下 ,調(diào)整調(diào)整Rc,使使Rc=Rcp使放大器工作在臨界狀態(tài)使放大器工作在臨界狀態(tài),可獲得最大的輸可獲得最大的輸出功率出功率Po 和高的效率和高的效率 。符合此條件叫。符合此條件叫“阻抗匹配阻抗匹配”。2.Ec變化對放大器工作狀態(tài)的影響變化對放大器工作狀態(tài)的影響 調(diào)諧功放的調(diào)諧功放的集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 集電極調(diào)制特性是指當(dāng)集電極調(diào)制特性是指當(dāng)Eb、Ubm、Rc保持恒定，保持恒定，放大放大器的性能隨集電極電源電壓器的性能隨集電極電源電壓Ec 變化的特性。變化的特性。當(dāng)當(dāng)Ec改變時，放大器工作狀態(tài)的變化如圖改變時，放大器工作狀態(tài)的變化如圖3-10示。因示。因為為Rc不變，動態(tài)負載特性曲線的斜率不變不變，動態(tài)負載特性曲線的斜率不變又又因為因為Eb、Ubm不變不變，ubemax=Ubm-Eb也不變，也不變，因而，對應(yīng)于因而，對應(yīng)于ucemin的動的動態(tài)點必定在的那條輸出特性曲線上移動。態(tài)點必定在的那條輸出特性曲線上移動。Ec 變化，變化，ucemin 也隨之變化。也隨之變化。使得使得ucemin和和Ucm的相對大小發(fā)生變化。的相對大小發(fā)生變化。當(dāng)當(dāng)Ec較大時，較大時，ucemin 具有較大數(shù)值，具有較大數(shù)值，ucemin Uces，放大器工作在欠壓狀態(tài)。放大器工作在欠壓狀態(tài)。隨著隨著Ec減小減小，ucemin 也減小，當(dāng)也減小，當(dāng)ucemin=Uces，放大器工作在臨界狀態(tài)。放大器工作在臨界狀態(tài)。Ec再減小再減小,ucemin Ec2 時，時，放大器工作在欠壓狀態(tài)；放大器工作在欠壓狀態(tài)；Ec Ec2 時，放大器工作在過壓狀態(tài)。時，放大器工作在過壓狀態(tài)。即即當(dāng)當(dāng)Ec由大變小時，放大器的工作狀由大變小時，放大器的工作狀態(tài)態(tài)由欠壓進入過壓由欠壓進入過壓，ic波形也由余弦脈沖波波形也由余弦脈沖波形變?yōu)橹虚g出現(xiàn)凹陷的脈沖波?？梢娦巫?yōu)橹虚g出現(xiàn)凹陷的脈沖波?？梢奅c控制控制ic波形的變化。波形的變化。由于由于Ec控制控制ic 波形的變化，波形的變化，Ic1m、Ic0以及以及Ucm=Ic1mRc 也同樣隨也同樣隨Ec變化而變化。如圖變化而變化。如圖3-3-1111所所示。示。這是集電極調(diào)制特性。該特性是晶體管這是集電極調(diào)制特性。該特性是晶體管集電極調(diào)幅的理論依據(jù)。集電極調(diào)幅的理論依據(jù)。由圖可見，只有由圖可見，只有在過壓狀態(tài)在過壓狀態(tài)Ec對對Ucm才才能有較大的控制作用，所以集電極調(diào)幅應(yīng)工能有較大的控制作用，所以集電極調(diào)幅應(yīng)工作在過壓狀態(tài)。作在過壓狀態(tài)。圖圖3-11 3-11 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 基極調(diào)制特性是指基極調(diào)制特性是指當(dāng)當(dāng)Ec、Ubm、Rc保持保持恒定，放大器的性能隨基極偏置電壓恒定，放大器的性能隨基極偏置電壓Eb變化變化的特性。的特性。因為因為 ，當(dāng)，當(dāng)Ubm一定時，一定時，ubemax 隨隨Eb 改變，從而導(dǎo)致改變，從而導(dǎo)致 icmax 和和 的變的變化?；?.Eb變化對放大器工作狀態(tài)的影響變化對放大器工作狀態(tài)的影響 基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性 在欠壓狀態(tài)下，由于在欠壓狀態(tài)下，由于ubemax較小，所以較小，所以icmax和和 也較小，從而也較小，從而Ic0、Ic1m都較小。都較小。當(dāng)當(dāng)Eb 增大，增大，icmax和和 也增大，從而也增大，從而Ic0 和和Ic1m也隨之增大，也隨之增大，當(dāng)當(dāng)Eb 增大到一定程度，放增大到一定程度，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進入過壓，電流波形大器的工作狀態(tài)由欠壓進入過壓，電流波形出現(xiàn)凹陷。出現(xiàn)凹陷。但此時，但此時，icmax和和 還會增大，所以還會增大，所以Ic0、Ic1m隨著隨著Eb增大略有增加。又由于增大略有增加。又由于 Rc不變，所以不變，所以Ucm的變化規(guī)律與的變化規(guī)律與Ic1m一樣。如圖一樣。如圖3-12示。該特示。該特性是晶體管基極調(diào)幅的理論依據(jù)。性是晶體管基極調(diào)幅的理論依據(jù)。由圖可以看出，由圖可以看出，在欠壓區(qū)，高頻振幅在欠壓區(qū)，高頻振幅Ucm基基本隨本隨Eb成線性變化，所以成線性變化，所以Eb對對Ucm有有較強的控制較強的控制作用，這就是基極調(diào)幅的工作原理。作用，這就是基極調(diào)幅的工作原理。圖圖3-12 3-12 基極調(diào)制特性基極調(diào)制特性4.4.Ubm變化對放大器工作狀態(tài)的影響變化對放大器工作狀態(tài)的影響 振幅特性振幅特性 調(diào)諧功放的振幅特性是指當(dāng)調(diào)諧功放的振幅特性是指當(dāng)Ec、Eb、Rc 保持恒定，放大器的性能隨激勵振幅保持恒定，放大器的性能隨激勵振幅 Ubm變化的特性。變化的特性。因為因為 ，Eb和和Ubm決定決定了放大器的了放大器的ubemax，因此改變因此改變 Ubm的情況和的情況和改變改變Eb的情況類似。的情況類似。圖圖3-13 3-13 調(diào)諧功放的振幅特性調(diào)諧功放的振幅特性由圖可見：由圖可見：在欠壓區(qū)，高頻振幅在欠壓區(qū)，高頻振幅Ucm基本隨基本隨Ubm線性變化，線性變化，所以為使輸出振幅所以為使輸出振幅Ucm反映輸入信號反映輸入信號Ubm的變化，放的變化，放大器必須在大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)。當(dāng)調(diào)諧功放用作限幅器，將振幅在較大范圍內(nèi)當(dāng)調(diào)諧功放用作限幅器，將振幅在較大范圍內(nèi)變化的輸入信號變換為振幅恒定的輸出信號時，放變化的輸入信號變換為振幅恒定的輸出信號時，放大器必須在大器必須在Ubm變化范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。變化范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)。