高增益大功率放大器

高增益大功率放大器

（一）功率放大器是很重要的一个部分，它的基本要求有：1．要求输出功率尽可能大；

为了获得大的输出功率，要求输出电压和输出电流均有较大的幅度，即三极管处于大信号状态（往往在接近截止区与饱和区之间摆动），因此晶体管在尽限应用。选择功放管时要保留一定的余量。不得超越极限参数进入安全区，以保证功放管安全可靠的工作。

2．非线性失真要小；

功率放大器是在大信号下工作的，所以不可避免要产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真越严重，就使得输出功率与非线性失真成为一对主要矛盾。

3．效率要高；

由于功率放大器的输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，就存在一个效率问题。所谓效率就是最大交流功率P0与电源供给的支流功率P e的比值，即:η= P0 / P e，比值越大，放大器的效率就越高。

4．要充分考虑功放管的散热；

在功率放大器中，电源供给的直流功率，一部分转换成负载有用的功率，而另一部分则成为功放管的损耗，使功放管发热，热的积累

将导致晶体管性能恶化，甚至烧坏，为使管子输出足够大的功率，还要保证管子安全可靠的工作，因此管子的散热及防止击穿等问题应特别给予考虑。

（二）微波功率晶体管的性能参数

（1）极限工作电压、结击穿电压和最高工作电压；

极限工作电压（V c）是指发生下列三种情况之一的最小电压值：P-N结发生击穿，或甚至完全损坏；晶体管的参数发生显著的变化，以至暂时丧失工作能力；管子的参数发生缓慢的，而不是不可恢复的变化。

结击穿电压V b（极电结或发射结击穿电压，这里统称为结击穿电压）是指极电结或发射结在加有反向电压下发生击穿现象时的电压值。通常将P-N结反向电流达到一定值时的反向电压值定为击穿电压值。

最高工作电压（V m）是指晶体管能够安全工作的最高电压。为了防止可能出现的偶然不利因素，以及保证晶体管工作的可靠性，稳定性和使用寿命，V m必须小于晶体管的极限工作电压。

（2）极限工作温度、最高结温度和最高储存温度；

极限工作温度，通常理解为保证晶体管能够正常工作的最高温度。当晶体管内部温度超过结温时，它就要暂时失去工作的能力，或者完全失效。最高结温度是指晶体管正常工作时的最高P-N结温度（主要指集电结温度，因为热量主要在该处产生）。最高储存温度，

它是保证晶体管未加电压时不遭受破坏的最高温度当温度超过最高存储温度时，其工作能力会发生不可恢复的突然丧失，或引起管子特性的不可恢复的恶化。

（3）热阻和最大集电极耗散功率；

热阻是功率晶体管是一个重要参数，它表征晶体管工作时所产生的热量向外界散发的能力。单位是“℃/W”，它的物理意义是当管子的耗散功率等于1W时晶体管的管内温升度数。它越小，晶体管散发所产生的热量本领越大，因而在相同环境温度下能够承受更大的耗散功率，热阻的定义是：R t =（T2 - T1 ）/ P c。

其中T2是热源温度（即极电结温度）；T1是环境温度；P c是晶体管工作时的极电结耗散功率。

晶体管的热阻由三个部分组成：R t = R ti + R tc + R to

其中R ti表示热流由热源流至晶体管底座的那部分热阻，称为内热阻；R tc表示热流由管子底座流至外散热器的热阻，称为接触热阻。R to表示由散热器向周围介质（一般为空气）散发热量的热阻，称为外热阻。

最大集电极耗散功率是指在一定环境温度T1 = T0下，使极电结温度到达允许的最高值。即T2 = T jm时的集电极耗散功率。

（4）饱和电阻和最大集电极电流；

晶体管的饱和电阻是指晶体管处在饱和状态下集电极-发射极之间的电阻（在一定的集电极电流下），可用公式：R ces = V ces / I c。其中V ces为晶体管在饱和状态时集电极-发射极之间的压降，称为晶体管的

饱和压降（在一定集电极电流下）。

无论是从制造工艺难易程度来看，还是从使用方便，安全可靠的角度来看，通常希望功率晶体管工作在低电压大电流的状态，而不是工作在高电压小电流状态。在很低的电压范围内，晶体管的饱和电阻是限制最大工作电流的主要因素。当工作电压稍大时，管子的电流放大系数（α或β）将随电流增加而下降，从而限制了工作电流的增加。当工作电压增大到一定值后，管子允许的P cm就成为限制工作电流的决定因素了。

I c

0 E V ce

如图所示的功率晶体管的安全工作区。当管子工作在ABCDE曲线所规定的区域内时，可以认为是安全的。其中AB是管子最大集电极工作电流I cm的限制曲线。CD为二次击穿限制曲线。DE为集电极-发射极最大耐压V CEmaxc曲线。

（5）特征频率；

特征频率定义为晶体管的电流增益β下降到1时的频率。它是表征晶体管在高频时放大能力的一个基本参量。由于特征频率与电流有关，故必须考虑它随电流分布关系。但特征频率高的管子在高频工作

时，并不一定能够输出大的功率，只有在大的工作电流范围内特征频率高的管子在高频下工作才能达到大的功率输出，因此对应于特征频率峰值下的I fm的大小是衡量晶体管输出能力的重要标志。（如图）

f T

fm c

（6）功率增益；

功率增益G p是微波功率晶体管重要参数之一。微波功率晶体管由于受到材料和工艺的限制，一般其G p都不是很高，而且还受带宽和增益乘积的限制。如果要求带宽宽G p就低，反之就大。同时G p也是随着工作频率升高而下降，在微波功率晶体管中，由于各种因素的影响。它不遵循每倍频程6dB的下降规律，而通常以每倍频程（3~5）dB规律下降。

（7）输出功率；

微波功率晶体管的输出功率P o不仅与工作功率和工作状态有关，而且极大的依赖于管子的热状态和电流分布的均匀性。器件内部局部过热点的出现是限制最大安全输出功率的重要参数。