6高频功率放大器

高频电子线路教案 第六章 高频功率放大器

储存的非平街少数载流子来不及扩散到集电极，又被这反向偏置所形成的电场重新推斥回发射极，形成了负脉冲。同时，主脉冲的高度也有些降低。此外，频率升高后，增加了通过发射结电容的电流，使基极电阻上电压降增大，因而结电压下降。结果减少了由发射极注入基区的载流子，也使主电流脉冲高度降低。

通过大量的实验(从示波器上观察波形)证明，如果频率不超过手册上所给定的该型号晶体管的最高工作领率．并且工作于欠压或临界状态．则集电极电流波形实际上仍为尖顶余弦脉冲。只有在颇率的高端，脉冲顶部对于垂直轴才有点不对称，且振幅赂有下降。图6.4.2表示集电极电流ic脉冲与发射极电流iE脉冲的关系，以及由这二者之差所获得的基极电流iB的波形。集电极电流脉冲峰点落后于发射权电流脉冲峰点的角度?＝wt，这是由于非平衡少数载流子从发射极到集电极的平均渡越时间所引起的。集电极电流与发射扳电流几乎是同时产生的，直到基区储存的非平衡少载流子全部消失时，发射极反向电流下降到零，集电报电流才等于零。因而频率增高后，使集电极电流脉冲的通角加大，脉冲峰值幅度下降，峰点落后于发射极电流峰点。频率越高，上述现象就越严重。此外，频率越高，集电结电容的分流作用也越强。这些都导致有用负载电流的下降，因而使输出功率随之减小。

总起来说，晶体管在高频工作时的一些特点如下： 1)发射极电流出现负脉冲，而且主脉冲高度有所下降。

2)发射结的有效激励电压小于外加激励电压，集电极电流成小，因而在实际调试时应适当加大外加激励电压与激励功率。

3)集电极电流基波分量落后于激励电压，因此使输入与输出电压的相位不再符合图6.2.2所示的关系，而是有了附加相移。这一特点也要在调试放大器时加以考虑。

4)基极电流直流分量减小，甚至可能出现反向直流电流。

5)各极电流不能从晶体管的静态特性曲线求出，特别是基极电流更是如此，否则会产生很大的误差。因此在已句输出功率后，激励功率一般应从Pi＝Po/Ap的关系式求出。 6.5 高频功率放大器的电路组成

要想使高按功率放大器正常工作，晶体管各电极必须有相应的馈电电源。无论是集电极电路还是基极电路，它们的馈电方式都可以分为串联馈电与并联馈电两种基本形式。但无论是哪一种馈电方式，都应遵循下列几条基本组成原则：

1)直流电流Ico是产生能量的源泉，它由VCC经管外电路输至集电极，应该是除了晶体管的内阻外，没有其它电阻消耗能量。因此要求管外电路对直流来说的等效电路如图6.5.1(a)所示。

2)高频基波分量Icm1应通过负载回路，以产生所带要的高频输出功率。因此，Icm1只应在负载回路上产生电压降，其余的部分对于Icm1来说，都应该是短路的。所以，对于Icm1的等效电路应如 图6.5.1(b)所示。

图6.5.1 集电极电路对不同频率电流的等效电路

3)高频谐波分量Icmn是“副产品”，不应消耗功率(倍频器除外)。因此管外电路对Icmn来说，应该尽可能接近于短路，如图6.5.l(c)所示。

可以采用如图6.5.2所示的串联馈电与并联馈电两种电路，简称串馈与并馈。

所谓串馈，就是说，电子器件、负载回路和直流电源三部分是串联起来的。所谓并馈，就是将

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这三部分并联起来。因6.5.2清楚示出这两种馈电方法。图中：LC是负载回路；L’是高频扼流圈，它对直流是短路的，但对高频则呈现很大的阻抗，可以认为是开路的，以阻止高频电流通过公用电源内阻产生高频能量损耗，特别是避免在各级之间由此而产生的寄生耦合；C’是高频旁路电容，C’’是电容，它们对高频应呈现很小的阻抗，相当于短路。加入这些附属元件L’ 、C’、C’’等的目的，就是为了使电路能满足上述组成电路的三条原则。隔阻元件L’、C’、C’’等都是为了使电路正常工作所必不可少的辅助元件。它们的数值祖工作频率范围而定，原则上应使L’的阻抗远大于回路阻抗Rp，C’与C’’的阻抗则应远小于Rp。

(a)串联 (b)并联

图6.5.2 集电极电路的两种馈电形式

VCC为什么不能和LC或是L’换一下位置，从工作原理来说，这样互换位置好像是可以的。但是从实际上来说，这样互换位置是绝对不许可的。这是由于电源VCC与“地”之间有一定的杂散电容，而且比较大。如果位置互换了，这些杂散电容将与负载回路并联，成为回路电容的一部分，它不但限制了电路所能工作的最高频率，而且由于杂散电容的不稳定，会引起电路的不稳定。因此，直流电源的一端必须接地，这可以说是电子线路馈电的一条基本原则。

应该指出，所谓串馈或并馈，仅仅是指电路的结构形式而言。对于电压来说，无论是串馈或并馈，直流电压与交流电压总是串联的。

对于基极电路来说，同样也有串馈与并馈两种形式。图6.5.3(a)是串馈电路，图(b)是并馈电路。图中，C’为高频旁路电容，C’’为隔直电容，L’为高频扼流圈。在实际电路中，工作频率较低或工作额带较宽的功率放大器往往采用互感耦合，可采用图(6.5.3)的形式。对于甚高频段的功率放大器，由于采用电容耦合比较方便，所以几乎都是用图(b)的馈电形式。

（a）串馈 （b）并馈

图6．.5.3 基极馈电的两种形式

在以上的电路中，偏置电压VBB都用电池的形式来表示。实际上，VBB单独用电池供给是不方便的，因而常采用以下的方法来产生VBB，如图6.5.4。图中(a)、(6)是并馈，(c)是串馈。

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（a） （b） （c）

图6.5.4 几种常用的产生基极偏压的方法

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