高频功率放大器的应用

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高频功率放大器主要特点和应用

特性；放大特性）； 3、谐振功率放大器工作状态的调整。
3.2.1 谐振功率放大器的工作状态
前面所知，功率放大器的工作状态是根据晶体管的导通角的大小，即晶体管进入截止区的时间长短，来区分功率放大器为甲类、乙类、丙类等工作状态的。
注意，这种区分是在放大器的负载为纯电阻的情况下分析的。但丙类谐振功率放大器的负载是谐振回路。其工作状态是怎样的？
根据晶体管在输入信号的一个周期内是否进入饱和区，将放大器的工作状态分为欠压、过压和临界三种工作状态。
欠压状态：指晶体管在任何时刻都工作在放大状态。
过压状态：指晶体管工作时有部分时间进入饱和区。
临界状态：指晶体管刚刚进入饱和区的边缘。
放大器的这三种状态：主要取决于电源电压、偏置电压、激励电压幅度和负载电阻。也就是说它的外部参数不同，谐振功率放大器就处于不同的工作状态。见下图
第2章高频选频放大器
高频功率放大器主要特点和应用
高频功率放大器主要用来对高频信号进行功率放大。它主要分有：窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。
*窄带高频功率放大器是以LC谐振回路为负载的功率放大器。又称为谐振功率放大器。其主要特点：
1、用在发射设备中。 2、对高频已调波（窄带信号）的功率放大。 3、放大器工作在丙类。 **宽带高频功率放大器是以传输线变压器为负载的功率放大器。
回路的谐振电阻 Re 变化的特性，称为放大器的负载特性。
iC
iC
iC
iC
Re
t
图3.2.2
IC0 Ic1m Vcm
Vcm Ic1m IC0
Re
欠压临界过压
见书P57图3.1.2
3.1.2 余弦电流脉冲的分解
我们知道，在低频功率放大器中，在已知电源电压条件下，如已知负载电阻，就可作出负载线。

高频功率放大器的工作原理

高频功率放大器的工作原理高频功率放大器是一种电子器件，主要用于放大高频信号，并将其输出到负载上。

其工作原理基于电子管或晶体管的放大作用，在输入的高频信号上增加电压，从而实现信号放大的目的。

高频功率放大器广泛应用于无线电通信、雷达、卫星通信等领域。

最常用的高频功率放大器是基于晶体管的，其内部结构由多个不同功能的电路组成。

其中，收发信道通过变压器进行隔离，从而实现信号的单向传输。

在信号放大方面，晶体管的三个引脚分别为基极、集电极和发射极。

输入信号通过基极进入晶体管，集电极则是放大后的信号输出。

发射极则是提供功率的地方，通常在晶体管的大功率管中被找到。

高频功率放大器通常需要很高的驱动电压，它可以由直流电源提供。

晶体管的放大过程是通过电荷扩散和电场漂移来完成的。

在多数晶体管中，材料内部的电子浓度是不均匀的，因此电子在晶体中移动时会发生扩散。

此外，由于电场的存在，电子也会沿着电场方向移动，从而形成漂移的过程。

这两种运动将使得电子的浓度差异减小，最终导致电流被放大。

需要注意的是，在高频电路中，信号通常在不同的电阻、电容和电感之间进行传输，因此高频功率放大器要求不仅具有高放大倍数、低噪声等特点，还需要适应各种不同的阻抗，防止信号反射和损耗。

为了保证高频信号的传输质量，高频功率放大器通常采用多级级联的方式，以达到更高的放大倍数和更佳的工作效率。

总之，高频功率放大器是电子工程领域中极为重要的技术，其工作原理基于电子器件的放大作用。

通过不同级联和高数据速率的设计，高频功率放大器可以实现高精度的信号传输和处理，对无线电通讯、雷达、卫星通讯等领域具有举足轻重的作用。

高频功率放大器的基本原理(一)

高频功率放大器的基本原理(一)高频功率放大器的基本原理1. 什么是高频功率放大器高频功率放大器是一种用于增强高频信号幅度的电子设备。

它通常用于无线通信、雷达、高频电视和天线系统等领域。

高频功率放大器可以将低功率的高频信号放大到足够大的功率，以便传输和处理。

2. 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理可以简单分为三个步骤：放大输入信号、增加信号的功率和输出放大后的信号。

2.1 放大输入信号高频功率放大器的第一个任务是放大输入信号。

它通常使用晶体三极管（BJT）或场效应晶体管（FET）作为放大器的关键元件。

这些元件根据输入信号的幅度和频率变化进行放大操作。

2.2 增加信号的功率放大后的信号仍然可能是低功率的，因此高频功率放大器的下一个任务是增加信号的功率。

这一步骤通常通过使用功率放大器级联来实现。

级联多个放大器可以将信号功率从较低级别逐步增加到所需的功率级别。

2.3 输出信号在增加信号的功率之后，高频功率放大器将输出放大后的信号。

这个信号可以被用于进一步的处理或传输。

输出信号的幅度将取决于放大器的设计和配置。

3. 高频功率放大器的关键考虑因素在设计高频功率放大器时，需要考虑一些关键因素来确保性能和稳定性。

3.1 频率响应高频功率放大器应该能够在指定的频率范围内提供稳定的放大。

对于不同的应用，频率范围和响应要求会有所不同。

3.2 功率输出高频功率放大器应该能够提供足够的功率输出，以满足特定应用的需求。

功率输出的大小通常由设备和系统的要求来确定。

3.3 效率高频功率放大器的效率是指输入功率与输出功率之间的比率。

高效率的放大器能够最大限度地利用输入能量，减少能量浪费。

3.4 线性度高频功率放大器的线性度是指输出信号与输入信号之间的线性关系。

较好的线性度可以保持输入信号的准确度和完整性。

3.5 稳定性高频功率放大器的稳定性是指在各种工作条件下保持良好的性能。

它应该能够在不出现振荡或失真的情况下工作。

高频功率放大器简介

高频功率放大器简介
高频功率放大器，又称射频功率放大器，是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。

高频功率放大器大多工作于丙类。

但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。

由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。

一、高频放大器的特点
1. 采用谐振网络作负载。

2. 一般工作在丙类或乙类状态。

3. 工作频率和相对通频带相差很大。

4. 技术指标要求输出功率大、效率高。

二、高频功率放大器的技术指标
主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。

这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。

高频功率放大器

《高频电子线路》在无线通信中的应用——高频功率放大器高频功率放大器是通信系统中发送设备的重要组成部分。

在无线通信的射频系统中，处理的都是小信号，因此需要对信号进行放大处理，为了获得大功率高频信号，必须采用高频功率放大器。

高频放大器按工作频率的带宽，可以分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。

窄带高频功率放大器以LC并联谐振回路作负载又称谐振功率放大器。

宽带高频功率放大器以传输线变压器为负载，又称非谐振功率放大器。

高频功率放大器放大高频正弦信号或高频已调波（窄带）信号，也可以用于发射机的末极，将高频已调信号进行功率放大，满足发送功率的要求，然后经天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器的主要功能是用小功率的高频输入信号控制高频功率放大器将直流电源的能量转化为大功率高频能量输出，主要用于各种无线电发送设备中，要求输出功率大和效率高。

高频功率放大器采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗变换等问题。

高频功率放大器有源器件有晶体管和真空管，分为甲、乙、甲乙、丙、丁戊几类，高频功率放大器通常工作于丙类，下面主要介绍丙类谐振功率放大器。

对功率放大器，在大信号条件下，丙类工作状态可获得较大功率、较高效率；用谐振回路做负载可以使输出波形不失真。

谐振功率放大器的集电极负载是一个高品质因素的LC并联振荡回路，如果选取谐振角频率ω0等于输入信号的角频率ω，那么，尽管在集电极电流脉冲中含有丰富的高次谐波分量，但由于并联谐振回路的选频滤波作用，振荡回路两端的电压可近似认为只有基波电压。

高频功率放大器的主要参数：PD=Vcc*IC0=直流电源供给的直流功率PO=1/2(Vcm*Ic1m)=交流输出信号功率PC=PD-PO=集电极耗散功率集电极效率ηC=PO/PD PD=PO+PC1.丙类谐振功率放大器工作原理丙类谐振功率放大器原理电路2.丙谐振功率放大器的电路组成主要器件：晶体管，直流电源，偏置电阻，电容，电感。

简述高频功率放大器的特点

简述高频功率放大器的特点高频功率放大器是一种电子设备，它具有放大高频信号的功能。

高频信号是指信号频率在1MHz以上的信号，高频功率放大器主要用于无线电通信、雷达、医学设备和工业加热等领域。

它具有以下特点：1.高效率：高频功率放大器通常使用功率放大管作为放大器核心，这些管子具有高效率的特点。

在高频信号下，功率放大管的效率可以达到60%以上，这意味着大部分的输入功率都能转化为输出功率，从而实现高效率的功率放大。

2.高线性：高频功率放大器要求在放大高频信号时，输出信号要与输入信号保持一致。

这就要求功率放大器具有高线性度，即输出信号随着输入信号的变化而变化，而不会出现非线性失真。

3.高稳定性：在高频信号下，功率放大器的稳定性尤为重要。

任何微小的变化都可能导致输出信号的失真。

因此，高频功率放大器通常采用恒定电流源或者负反馈电路来提高稳定性。

4.高功率密度：高频功率放大器需要在小体积内实现高功率输出，因此需要具有高功率密度。

这要求功率放大器的散热和结构设计都要优化，以实现高功率密度。

5.宽带：高频功率放大器需要能够放大多种频率的信号，因此需要具有宽带特性。

这就要求功率放大器的带宽尽可能宽，能够放大从几百kHz到几GHz的信号。

在中心扩展下，高频功率放大器的应用领域不断扩大。

例如，在无线电通信领域，高频功率放大器可以用于增强信号的传输距离和穿透能力；在雷达领域，高频功率放大器可以用于增强信号的探测能力和精度；在医学设备领域，高频功率放大器可以用于磁共振成像等应用；在工业加热领域，高频功率放大器可以用于快速加热和热处理等应用。

总的来说，高频功率放大器具有高效率、高线性、高稳定性、高功率密度和宽带等特点。

随着应用领域的扩大，高频功率放大器的需求也会越来越高，未来有望在更广泛的领域得到应用。

2.4(3)高频功率放大器

MAX2611的增益和频率曲线图如下图所示。当频率小于0.5 GHz时，功率放大倍数基本维持在20 dB，即10倍左右。频率继续增加将导致功率放大倍数急剧下降，即输出功率明显下降。因此，该功率放大器适合工作在中高频段，不能工作在超高频段。
MAX2611的增益和频率曲线图
§2-4高频功率放大器
三、高频如图所示为一种遥控发射机的实用电路。其工作频率为28~29.7 MHz。电路分为两部分，由三极管V1和晶体等组成的电路是产生28~29.7 MHz载频信号的石英晶体振荡器；V2和L3、C4回路构成调谐功率放大器。T1是输人变压器，T2是输出变压器，它们的一次侧都接成并联谐振回路，并调谐在选定的载频上。T2的二次侧L4以天线回路为负载，放大的载频信号通过T2的互感作用送给天线发射出去。C1、C3、C5是高频旁路电容，R4是V2的负偏压电阻，C6是高频滤波电容。L5是天线加感线圈，调整L5的电感，可以使天线辐射功率最大。
四、典型中、高频功率放大芯片—MAX2611芯片
下面将介绍MAXIM公司出品的低噪声中、高频功率放大芯片MAX2611，它的电路简单，管脚图和内部结构图如下图所示。
MAX2611管脚图和内部结构图
其中1脚为中、高频功率放大器的输出端，2脚和4脚都是接地端。3脚为高频功率放大器的输人端。
一般来说，输出功率越大，器件的体积越大，因为高频功率放大器需要散热。放大器不是100%的效率，进人放大器的能量只有部分是以射频的信号形式输出，其余则以热量的形式散发出来。因此，必须要有大的散热面积，或者引人散热片帮助散热，这些都势必会增加它的体积。

高频功率放大器

高频功率放大器
高频功率放大器是指能够放大高频信号的功率的放大器。

在无线通信、雷达、医学诊断等领域，需要对高频信号进行放大，因此高频功率放大器具有重要的应用价值。

高频功率放大器通常采用半导体器件如晶体管、场效应管等作为放大元件。

不同的放大器结构和电路设计可以用于不同的频率范围和功率要求。

在设计高频功率放大器时，需要考虑以下几个关键因素：
1. 频率响应：要保证放大器在所需的频率范围内具有良好的增益和相位特性，以确保信号的准确放大。

2. 功率输出：放大器应能够提供所需的输出功率，以满足系统的功率要求。

3. 效率：高频功率放大器的效率越高，其在转换输入功率为输出功率时损耗的能量越少。

4. 线性度：在大功率输出时，要保持放大器的线性度，以避免失真和干扰。

5. 稳定性：放大器应具有良好的稳定性，以避免产生震荡或变换输出。

6. 抗干扰性：高频功率放大器应能够抵抗外部干扰，保持信号的纯净性。

高频功率放大器在无线通信系统中扮演着重要的角色，能够增强信号传输的距离和可靠性，提高信号的质量和覆盖范围。

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•及
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3.1 谐振功率放大器
• 4. 高频功率放大器的功率与效率 • 由于输出回路调谐在基波频率上，输出电路的高次谐波处于失谐状态，
相应的输出电压很小，因此，在谐振功率放大器中只需研究直流及基波功率。放大器的输出功率Po 等于集电极电流基波分量在负载Re 上的平均功率，即
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3.1 谐振功率放大器
• 改变UCC 时，其工作状态和电流变化曲线如图3-12 所示。 • （2）基极调制特性。 • 若Re、Ubm、UCC 不变，只改变基极偏置电压UBB，谐振功率放大器
的工作状态将会跟随变化。当UBB 由小变到大时，管子的导通时间加长，由于 Ubemax=UBB+Ubm，从而使集电极电流脉冲宽度和高度都增加，并出现凹陷，放大器的工作状态为欠压→临界→过压。在欠压状态，UBB 增大时，ic 脉冲高度增加显著，所以IC0、Ic1m和相应的Ucm 随UBB 的增加而迅速增大。在过压状态，UBB增大时，ic 脉冲高度虽有增加，但凹陷也加深，所以IC0、Ic1m 和Ucm 增长缓慢。IC0、Ic1m 和 Ucm 随UBB 变化的特性如图3-14 所示。
压UCC、UBB 等四个参量决定的。为了阐明各种工作状态的特点和正确地指导调试放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。
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3.1 谐振功率放大器
• 在高频功率放大器的电路和输入、输出条件确定后，即UCC、UBB、 Ubm 和输出信号幅度Ucm（或Re）一定下，ic = f (ube , uce )的关系称为放大器的动态特性。由于是工作在丙类状态，高频功率放大器的动态特性不是一条直线，而是折线。下面用理特性曲线来讨论动态特性表示形式和方法。
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3.1 谐振功率放大器
• 其中输出匹配网络的主要要求如下。 • ① 把外接的负载阻抗（如天线的阻抗）变换为放大管所要求的负载
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3.1 谐振功率放大器
• 2. 滤波匹配网络 • 根据谐振功率放大器在发射机中所处位置的不同，常将谐振功率放大
器所采用的匹配网络分为输入、输出和级间耦合三种电路：① 输入匹配网络用于信号源与谐振功率放大器之间；② 输出匹配网络用于输出级与天线负载之间；③ 级间耦合匹配网络用于高频功率放大器的推动级与输出级之间。这三种匹配网络都可以使用由L 和C 组成的 L 型、Π 型或T 型这样的基本网络。
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3.1 谐振功率放大器
• 3.1.3 谐振功率放大器电路
• 谐振功率放大器电路由功率管直流馈电电路和滤波匹配网络组成。由于工作频率及使用场合不同，电路组成形式也各不相同。现对常用电路组成形式进行讨论。
• 1. 直流馈电电路 • 1）集电极馈电电路 • 根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并
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3.1 谐振功率放大器
• 2）基极馈电电路 • 要使放大器工作在丙类，功率管基极应加反向偏压或小于导通电压
UD 的正向偏压。基极偏置电压可采用集电极直流电源经电阻分压供给，如图3-18（a）所示，这种方式只能提供小的正向基极偏压。基极偏置电压也可采用自给偏压电路来获得，图3-18（b）和图3-18（c）这两种方式只能提供反向基极偏压。
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3.1 谐振功率放大器
• 2. 谐振功率放大器的外部特性 • 1）负载特性 • 负载特性是指在晶体管及UCC、UBB、Ubm 一定时，改变回路谐振电
阻Re，高频功率放大器的工作状态、电流、电压、功率和效率随Re 变化的关系。由图3-8 可知，晶体管一定，是指理想化特性一定，即 gc、UBZ 不变。采用虚拟电流法可求出不同Re 对应的动态特性，可清楚地分析负载特性。动态特性的斜率gd 与Re 的关系是
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3.1 谐振功率放大器
• （3）放大特性。 • 若UCC、UBB 和Re 不变，只改变输入信号幅度Ubm，谐振功率放大器
的工作状态将会跟随变化。其变化规律与改变UBB 对工作状态的影响类似。这种放大器性能随Ubm 变化的特性称为振幅特性，也称为放大特性。IC0、Ic1m 和Ucm 随Ubm 变化的特性如图3-16所示。
可求出集电极电流脉冲，可用图3-4 来说明。
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3.1 谐振功率放大器
• 2）余弦电流脉冲的分解系数 • 周期性的电流脉冲可以用傅里叶级数分解为直流分量、基波分量及各
高次谐波分量，即
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3.1 谐振功率放大器
• 各分量可用式（3-9）求得，即
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3.1 谐振功率放大器
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3.1 谐振功率放大器
• 2）调制特性 • （1）集电极调制特性。 • 若Re、Ubm、UBB 不变，只改变集电极直流电源电压UCC，谐振功率
放大器的工作状态将会跟随变化。当集电极供电电压UCC 由小至大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压，如图3-11 所示。在欠压区内，输出电流的振幅基本上不随UCC 变化而变化，故输出功率基本不变；而在过压区，输出电流的振幅将随UCC 的减小而下降，输出功率也随之下降。在过压区中这种输出电压随UCC 改变而变化的特性为集电极调幅特性。因为集电极调幅电路是依靠改变UCC 来实现调幅过程的。
第3 章高频功率放大器的应用
• 3.1 谐振功率放大器 • 3.2 宽带高频功率放大器 • 3.3 倍频器 • 3.4 技能训练3：高频功率放大与发射实训
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3.1 谐振功率放大器
• 3.1.1 谐振功率放大器的工作原理
• 1. 电路组成 • 谐振功率放大器的原理电路如图3-1 所示。该电路由高频大功率晶体
联馈电两种。
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3.1 谐振功率放大器
• （1）串馈电路。它指直流电源UCC、负载回路（匹配网络）、功率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。如图3-17（a）所示，C1、LC 为低通滤波电路，A 点为高频地电位，既阻止电源UCC 中的高频成分影响放大器的工作，又避免高频信号在LC 负载回路以外不必要的损耗。C1、LC 的选取原则为
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3.1 谐振功率放大器
• 2. 工作原理 • 谐振高频功率放大器的发射结在UBB 的作用下处于负偏压状态，当无
输入信号电压时，晶体管处于截止状态，集电极电流ic=0。当输入信号为ui=Ubmcosɯ t 时，基极与发射极之间的电压 uBE=UBB+Ubmcosɯ t，为分析电路的工作波形，先对晶体管的特性曲线进行折线化处理。处理后分析与计算大大简化，但误差也大，所以实际电路工作时需要调整。
3.1 谐振功率放大器
• 集电极直流电源供给功率PE 等于集电极电流直流分量IC0 与UCC 的乘积，即
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3.1 谐振功率放大器
• 3.1.2 谐振功率放大器的特性分析
• 1. 谐振功率放大器工作状态的分析 • 1）高频功率放大器的动态特性 • 高频功率放大器的工作状态是由负载阻抗Re、激励电压Ubm、供电电
管VT、LC 谐振回路和直流馈电电源组成。图中UCC、UBB 分别为集电极和基极的直流电源电压。改变UBB可以改变放大器的工作类型，该电路设置在丙类工作状态。RL 为实际负载，通过变压器耦合到谐振回路。L、C 为滤波匹配网络，构成并联谐振回路，调谐在输入信号频率上，作为晶体管集电极负载，滤除高频脉冲电流iC 中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。
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3.1 谐振功率放大器
• 动态特性应同时满足外部电路和内部电路关系式。而内部关系式是由晶体管折线化的正向传输性决定的。对于导通段有
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3.1 谐振功率放大器
• 得出在ic–uce 坐标平面上的动态特性曲线（负载线或工作路）方程为
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3.1 谐振功率放大器
• 必须注意的是，当ube＞UBZ 时，式（3-16）是直线方程；而当ube＜ UBZ 时，ic=0。故高频功率放大器的动态特性是一条折线。
• 若已知高频功率放大器晶体管的理想输出特性和外部电压UCC、UBB、 Ubm 和Ucm 的值，通常可以采用截距法和虚拟电流法来求出动态特性和电流与电压的波形。
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3.1 谐振功率放大器
• 在gc、UBZ、UCC、UBB、Ubm 一定的条件下，cosθ、UCC 与IQ 不变，因此导通角θ 和Q 点固定不变，则gd 的绝对值与Re 成反比。另外， Ubemax=UBB+Ubm 不变，即动态特性的A 点在Ubemax 线上随Re 的增大而变化。如图3-9 中的A1、A2、A3 所示。
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3.1 谐振功率放大器
• 3. 集电极余弦电流脉冲的分解 • 1）余弦电流脉冲的表示式 • 为了研究谐振功率放大器的输出功率、管耗、效率，并指出一个大概
变化规律，可采用近似估算的方法，得到转移特性曲线。转移特性曲线可表示为、
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3.1 谐振功率放大器
• 式中，gc 为折线化转移特性曲线的斜率。 • 在晶体管基极加上电压uBE=UBB+Ubmcosɯ t 后，通过转移特性曲线
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3.1 谐振功率放大器
• 三种状态中欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态；过压状态的优点是：当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态；临界状态的特点是输出功率最大，效率也较高，比最大效率差不了许多，可以说是最佳工作状态，发射机的末级常设计成这种状态，在计算谐振功率放大器时也常以此状态为例。掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。