射频技术与应用 谐振功率放大器的负载特性-讲稿.docx

射频技术中的谐振功率放大器是无线通信系统中至关重要的组成部分，主要负责将高频信号放大到足够的功率，以便通过天线有效地辐射出去。在设计和优化这些放大器时，理解其负载特性至关重要。负载特性是指在保持某些关键参数不变（如晶体管的跨导gm、开启电压Uon）的情况下，输出功率、效率以及其他性能指标如何随负载电阻Rp变化的规律。 谐振功率放大器通常工作在三种状态：欠压状态、临界状态和过压状态。晶体管的基极输入电压ub决定了放大器的工作区域。在欠压状态下，管子V仅在放大区域内导通，输出功率较低，但效率随着负载电阻的增加而缓慢上升。在临界状态，放大器的输出功率和效率达到最大，此时集电极电流脉冲的最大值Icm1基本保持恒定，输出电压Ucm随着Rp的增加而线性上升。过压状态则意味着晶体管在导通期间进入了饱和区，导致Icm1急剧下降，输出电压Ucm上升的速度放缓。 负载电阻Rp的变化直接影响放大器的工作状态和性能。从欠压状态到临界状态，放大器的输出功率Po逐渐增加，最佳工作状态发生在Rp等于Ropt时，此时的效率η较高，称为最佳负载或匹配负载。而过压状态虽然可以提供相对稳定的输出电压，但输出功率会降低，不过效率在弱过压状态时可能会达到峰值。 在直流输入功率PV（VCC乘以集电极直流电流IC0）和交流输出功率Po（集电极输出交流电压Ucm乘以集电极电流脉冲最大值Icm1）之间，集电极耗损功率Pc等于两者之差。在欠压区，Pc随着Rp的减小迅速上升，可能导致晶体管过热，因此应避免在这种状态下长时间工作。效率η在欠压状态随着Po的增加而增加，临界状态达到最大值，过压状态则因Icm1的下降而略降。 根据这三种工作状态的特点，临界状态适合用作发射机末级，因为它能提供最大的输出功率和较高的效率。过压状态常用于中间放大级，保证输出电压的稳定性。而欠压状态虽然不常用，但在基极调幅等特殊应用中，可以通过调整使其工作在这种状态下，以实现调制目的。 理解和掌握谐振功率放大器的负载特性对于设计高效、稳定的射频系统至关重要，这包括选择合适的晶体管参数、优化负载电阻以达到最佳工作效率，并根据应用场景调整放大器的工作状态。在实际操作中，这些理论知识结合实践经验，可以帮助我们设计出更符合需求的射频功率放大器。