東華大學(xué)高頻電子電路通信電子電路課件.docx

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1、4.3高頻功率放大器的動態(tài)特性分析4.3.1高頻功率放大器的動態(tài)特性及方程（課本P60）晶體管的靜態(tài)特性是在集電極未接負(fù)載阻抗的條件下得到的三極管集電極電流與電壓和的關(guān)系曲線，這是晶體管本身所固有的。本章4.2.2節(jié)中介紹的晶體管的輸入特性曲線、正向傳輸特性曲線和輸出特性曲線都是未接負(fù)載時的靜態(tài)特性曲線。諧振功放的動態(tài)特性：當(dāng)基極加入激勵信號，并且集電極接上負(fù)載阻抗時，三極管集電極電流與電壓和的關(guān)系曲線稱為諧振功放的動態(tài)特性。諧振功率放大器的動態(tài)特性曲線就是當(dāng)負(fù)載和晶體管（可用和表示）確定后，瞬時工作點(diǎn)在輸

2、入信號作用下移動的軌跡，有時也叫負(fù)載線。?可以證明：當(dāng)靜態(tài)特性曲線折線化后，且放大器負(fù)載處于諧振狀態(tài)，即負(fù)載為純電阻，則動態(tài)特性曲線也為一條直線。1放大區(qū)動態(tài)特性工作于丙類放大狀態(tài)的高頻諧振功率放大器，集電極電流為周期性脈沖，屬于非線性電路，因此動態(tài)特性曲線不是一條直線，而是曲線。工程上采用折線法作近似估算，并結(jié)合實驗調(diào)整來解決問題。要將實際是一條曲線的諧振功放動態(tài)特性近似為一條直線，其前提條件是：1）晶體管的靜態(tài)特性曲線（轉(zhuǎn)移特性曲線，輸出特性曲線）理想化為直線；2）其二，功放的負(fù)載回路工作于諧振狀態(tài)（即

3、負(fù)載為純電阻）。在此條件下，放大器的外部電路方程（4.3.1）（4.3.2）由上二式消去可得（4.3.3）動態(tài)特性應(yīng)同時滿足晶體管外部電路和內(nèi)部電路關(guān)系方程，而內(nèi)部電路方程是由晶體管理想化的正向傳輸特性決定的。對于導(dǎo)通段，即將式（4.3.3）代入上式，可得（4.3.4）上式為截距式直線方程，在軸上的截距為（4.3.5）斜率負(fù)斜率的物理意義：對負(fù)載而言，放大器相當(dāng)于一個交流電能發(fā)生器，可以提供能量給負(fù)載（正電阻消耗能量，負(fù)電阻提供能量）。推導(dǎo)過程見課本P61（了解即可）.結(jié)論：在理想化晶體管輸出特性的放大區(qū)，

4、動態(tài)特性為一條直線，由式（4.3.4）決定；而當(dāng)時，。2動態(tài)特性曲線方程諧振功率放大器的動態(tài)特性曲線是在負(fù)載和晶體管（可用和表示）確定后，瞬時工作點(diǎn)在輸入信號作用下移動的軌跡，也叫負(fù)載線。已知諧振功率放大器晶體管的理想化輸出特性和外部電壓、、和的值，通?？梢圆捎媒鼐喾ê吞摂M電流法求出動態(tài)特性曲線及輸出電壓、電流波形。1)截距法畫圖依據(jù)：式（4.3.4）在輸出特性的軸上取一點(diǎn)B，滿足：過B點(diǎn)作斜率為的直線交于A點(diǎn)圖4—14，AB線為放大區(qū)的動態(tài)特性曲線；，線段BC為截止區(qū)的動態(tài)特性曲線。雖然，但由于諧振回路的

5、作用，回路電壓不為0。完整的動態(tài)特性曲線為AB—BC折線。圖4—14給出截距法求解動態(tài)特性曲線示意圖。丙類功放的集電極電流為余弦脈沖，但輸出電壓卻為與輸入信號頻率相等的正弦波形2）虛擬電流法思路：在晶體管輸出特性坐標(biāo)系中確定虛擬靜態(tài)工作點(diǎn)Q和A兩點(diǎn)，連接AQ即得集電極交流負(fù)載線，也即動態(tài)特性曲線，如圖4—15所示。下面將分析如何確定該動態(tài)特性曲線。圖4—15虛擬電流法求解動態(tài)特性首先確定虛擬靜態(tài)工作點(diǎn)Q（沒有外部輸入）。在Q點(diǎn)，，由式可知，由式（4.3.1）可知，。該電流為“負(fù)值”，晶體管電流是不能反向流動

6、的，因此實際上是不存在的，僅僅是為了確定Q點(diǎn)，我們稱其為虛擬工作點(diǎn)電流。確定動態(tài)特性曲線上的另外一點(diǎn)A。在A點(diǎn)，，由式（4.3.2）可知（4.3.7）由式（4.3.1）可知（4.3.8）連接AQ可作出動態(tài)特性曲線，與軸交于B點(diǎn)。在導(dǎo)通角內(nèi)，晶體管導(dǎo)通，；在導(dǎo)通角之外，，即晶體管截止。晶體管開始截止發(fā)生在B點(diǎn)，B點(diǎn)到Q點(diǎn)一段虛線是為作圖需要而畫，實際上，此時晶體管截止，由動態(tài)線BC表示，因此整條動態(tài)線由AB—BC構(gòu)成。3）動態(tài)負(fù)載電阻與導(dǎo)通角的關(guān)系丙類放大電路的動態(tài)負(fù)載電阻為動態(tài)特性曲線斜率的倒數(shù)。由圖4—1

7、5可知==（4.3.9）所以（4.3.10）結(jié)論：丙類功率放大電路的動態(tài)負(fù)載電阻，不僅與回路的諧振電阻有關(guān)，還與導(dǎo)通角有關(guān)。下面我們將討論高頻功放的外部特性4.3.2高頻功率放大器的負(fù)載特性什么是負(fù)載特性？當(dāng)放大器集電極電壓，基極偏置電壓及輸入信號幅值保持不變時，回路負(fù)載電阻變化，從而引起放大器的集電極電流、、回路電壓、輸出功率、效率等發(fā)生變化。高頻功率放大器的這個特性稱為負(fù)載特性，它是高頻功率放大器的重要特性之一。1丙類功率放大器的三種工作狀態(tài)當(dāng)丙類功率放大器的回路諧振電阻變化時，動態(tài)負(fù)載線的斜率也會隨之

8、改變。而可知，、確定后，就不變了，這時的變化完全由決定。當(dāng)、和確定后，增加，則動態(tài)線的斜率減小，這時，動態(tài)線上的Q點(diǎn)位置不變，動態(tài)線會以Q點(diǎn)為軸逆時針旋轉(zhuǎn)，圖4—15表示在三種不同負(fù)載電阻時，所對應(yīng)的三條動態(tài)線及相應(yīng)的電流、電壓波形。根據(jù)晶體管在信號的一個周期內(nèi)是否進(jìn)入飽和區(qū)，將丙類功率放大器的工作狀態(tài)分為欠壓、臨界和過壓三種狀態(tài)。欠壓狀態(tài)：若在整個信號周期內(nèi)，晶體管工作部不進(jìn)入飽和區(qū)，也就是說在任何時刻都工作在