东华大学高频电子电路通信电子电路课件.docx

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1、4.3高频功率放大器的动态特性分析4.3.1高频功率放大器的动态特性及方程（课本P60）晶体管的静态特性是在集电极未接负载阻抗的条件下得到的三极管集电极电流与电压和的关系曲线，这是晶体管本身所固有的。本章4.2.2节中介绍的晶体管的输入特性曲线、正向传输特性曲线和输出特性曲线都是未接负载时的静态特性曲线。谐振功放的动态特性：当基极加入激励信号，并且集电极接上负载阻抗时，三极管集电极电流与电压和的关系曲线称为谐振功放的动态特性。谐振功率放大器的动态特性曲线就是当负载和晶体管（可用和表示）确定后，瞬时工作点在输

2、入信号作用下移动的轨迹，有时也叫负载线。Ø可以证明：当静态特性曲线折线化后，且放大器负载处于谐振状态，即负载为纯电阻，则动态特性曲线也为一条直线。1放大区动态特性工作于丙类放大状态的高频谐振功率放大器，集电极电流为周期性脉冲，属于非线性电路，因此动态特性曲线不是一条直线，而是曲线。工程上采用折线法作近似估算，并结合实验调整来解决问题。要将实际是一条曲线的谐振功放动态特性近似为一条直线，其前提条件是：1）晶体管的静态特性曲线（转移特性曲线，输出特性曲线）理想化为直线；2）其二，功放的负载回路工作于谐振状态（即

3、负载为纯电阻）。在此条件下，放大器的外部电路方程（4.3.1）（4.3.2）由上二式消去可得（4.3.3）动态特性应同时满足晶体管外部电路和内部电路关系方程，而内部电路方程是由晶体管理想化的正向传输特性决定的。对于导通段，即将式（4.3.3）代入上式，可得（4.3.4）上式为截距式直线方程，在轴上的截距为（4.3.5）斜率负斜率的物理意义：对负载而言，放大器相当于一个交流电能发生器，可以提供能量给负载（正电阻消耗能量，负电阻提供能量）。推导过程见课本P61（了解即可）.结论：在理想化晶体管输出特性的放大区，

4、动态特性为一条直线，由式（4.3.4）决定；而当时，。2动态特性曲线方程谐振功率放大器的动态特性曲线是在负载和晶体管（可用和表示）确定后，瞬时工作点在输入信号作用下移动的轨迹，也叫负载线。已知谐振功率放大器晶体管的理想化输出特性和外部电压、、和的值，通常可以采用截距法和虚拟电流法求出动态特性曲线及输出电压、电流波形。1)截距法画图依据：式（4.3.4）在输出特性的轴上取一点B，满足：过B点作斜率为的直线交于A点图4—14，AB线为放大区的动态特性曲线；，线段BC为截止区的动态特性曲线。虽然，但由于谐振回路的

5、作用，回路电压不为0。完整的动态特性曲线为AB—BC折线。图4—14给出截距法求解动态特性曲线示意图。丙类功放的集电极电流为余弦脉冲，但输出电压却为与输入信号频率相等的正弦波形2）虚拟电流法思路：在晶体管输出特性坐标系中确定虚拟静态工作点Q和A两点，连接AQ即得集电极交流负载线，也即动态特性曲线，如图4—15所示。下面将分析如何确定该动态特性曲线。图4—15虚拟电流法求解动态特性首先确定虚拟静态工作点Q（没有外部输入）。在Q点，，由式可知，由式（4.3.1）可知，。该电流为“负值”，晶体管电流是不能反向流动

6、的，因此实际上是不存在的，仅仅是为了确定Q点，我们称其为虚拟工作点电流。确定动态特性曲线上的另外一点A。在A点，，由式（4.3.2）可知（4.3.7）由式（4.3.1）可知（4.3.8）连接AQ可作出动态特性曲线，与轴交于B点。在导通角内，晶体管导通，；在导通角之外，，即晶体管截止。晶体管开始截止发生在B点，B点到Q点一段虚线是为作图需要而画，实际上，此时晶体管截止，由动态线BC表示，因此整条动态线由AB—BC构成。3）动态负载电阻与导通角的关系丙类放大电路的动态负载电阻为动态特性曲线斜率的倒数。由图4—1

7、5可知==（4.3.9）所以（4.3.10）结论：丙类功率放大电路的动态负载电阻，不仅与回路的谐振电阻有关，还与导通角有关。下面我们将讨论高频功放的外部特性4.3.2高频功率放大器的负载特性什么是负载特性？当放大器集电极电压，基极偏置电压及输入信号幅值保持不变时，回路负载电阻变化，从而引起放大器的集电极电流、、回路电压、输出功率、效率等发生变化。高频功率放大器的这个特性称为负载特性，它是高频功率放大器的重要特性之一。1丙类功率放大器的三种工作状态当丙类功率放大器的回路谐振电阻变化时，动态负载线的斜率也会随之

8、改变。而可知，、确定后，就不变了，这时的变化完全由决定。当、和确定后，增加，则动态线的斜率减小，这时，动态线上的Q点位置不变，动态线会以Q点为轴逆时针旋转，图4—15表示在三种不同负载电阻时，所对应的三条动态线及相应的电流、电压波形。根据晶体管在信号的一个周期内是否进入饱和区，将丙类功率放大器的工作状态分为欠压、临界和过压三种状态。欠压状态：若在整个信号周期内，晶体管工作部不进入饱和区，也就是说在任何时刻都工作在