谐振功率放大器的工作原理剖析
2.1_谐振功率放大器的工作原理
pL
RP L RC 为谐振电阻 QP
V I CP 0 1
p L
R
Rp
p L
RppC
Rp
Rp
C L
I LP
1 j pCV0 j pCI S Rp j pCI S QP jQP I S j pC PC Q L I ( R j L ) V j L S P P jQ I V 0 P 0 P P S j P L
1 2 LC
Y 1 CR 1 j C G jB z L L
V s
I
阻抗或导纳
z = R + jx = R+j (L-
谐振频率
Vo L R C
o
1 LC
,
fo
p
1 LC
,G
Is +
品质因数Q
Is
0
谐振时回路端电压
1 G P j C L
Q1
R I /G o I v s p s P
p
Q2
由此可作出谐振曲线
Is / Y Gp v N( f ) o I s / Gp Y v
pL
R
1 1 1 j Gp j C 1 jQ p p L p
通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q值 叫做无载Q（空载Q值） 如式 o L Q Qo R 通常把接有信号源内阻和负载电阻时回路的Q值叫做有载QL, 如式 0 L QL R RS RL 可见 QL Q 结论：串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs很小 (恒压源） 和负载电阻RL也不大的情况。
高频谐振功率放大器的基本工作原理
高频谐振功率放大器的基本工作原理高频谐振功率放大器是一种常用于无线通信和射频系统中的放大器，其基本工作原理是通过谐振电路和功率放大器的相互配合来实现信号的放大。
本文将介绍高频谐振功率放大器的基本构成和工作原理。
一、高频谐振功率放大器的构成高频谐振功率放大器主要由三个部分组成：输入谐振电路、功率放大电路和输出谐振电路。
输入谐振电路是用来接收输入信号并将其滤波、匹配到功率放大器的。
它通常由电容和电感组成的谐振回路构成，能够选择性地传输特定频率的信号。
功率放大电路是用来放大输入信号的。
它通常采用晶体管或管子放大器等器件，通过输入电压的调节来实现信号的放大，同时也可以调节放大器的增益和输出功率。
输出谐振电路是用来匹配和传输已放大的信号到输出负载的。
它通常也由谐振回路组成，能够将功率放大后的信号传输到负载上。
二、高频谐振功率放大器的工作原理高频谐振功率放大器的工作原理基于谐振电路的特性和功率放大器的线性放大特性。
首先，输入信号经过输入谐振电路后，可以选择性地通过特定频率的谐振回路，其他频率的信号会被滤波掉。
这样就能保证只有特定频率的信号能够进入功率放大器进行放大。
然后，经过谐振回路的输入信号进入功率放大电路。
功率放大电路通常采用线性放大器，其输入电压的大小决定了输出信号的放大倍数。
通过调节输入电压的大小，就可以实现对输出信号的放大程度的控制。
最后，放大后的信号经过输出谐振电路，并传输到输出负载上。
输出谐振回路起到了匹配和传输的作用，能够将功率放大后的信号有效地传输给负载。
三、高频谐振功率放大器的优势高频谐振功率放大器具有以下优势：1. 高效性：通过谐振电路的匹配和能量传输，以及功率放大器的线性放大特性，高频谐振功率放大器能够实现高效率的信号放大，提高系统的整体效能。
2. 稳定性：谐振回路能够选择性地传输特定频率的信号，并且能够稳定地工作在谐振状态下，使得输出信号的幅度和频率更加稳定。
3. 可调性：通过调节输入信号的电压，可以实现对输出信号的放大倍数和功率的可调。
谐振功率放大器的工作原理
课题：4.1 概述4.2 谐振功率放大器的工作原理教学目的：1.了解高频功率放大器的基本概念和类型2.掌握高频谐振功率放大器的特点3.掌握高频谐振功率放大器的工作原理教学重点：高频功率放大器的基本概念和类型高频谐振功率放大器的特点教学难点：高频谐振功率放大器的工作原理教学方法：讲授课时：2学时教学进程单元四功率放大器概述及电路4.1 概述顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率,常又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。
它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。
一、高频放大器的分类根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。
1. 窄带型高频功率放大器通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。
为了提高效率，谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态，近年来出现了工作在开关状态的丁类状态的谐振功率放大器。
2. 宽带型高频功率放大器采用传输线变压器作负载。
传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。
二、谐振功率放大器的特点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。
三、高频功率放大器的技术指标1.输出功率:PO2.效率:η3.功率增益:Ap4.2 谐振功率放大器的工作原理一、丙类谐振功率放大器电路电路图如4-1所示图4-1 丙类谐振功率放大器LC谐振网络为放大器的并联谐振网络。
谐振网络的谐振频率为信号的中心频率。
作用：滤波、匹配。
VBB:基极直流电压作用:保证三极管工作在丙类状态。
V BB 的值应小于放大管的导通电压Uon；通常取VBB≤0。
VCC：集电极直流电压作用：给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。
二、丙类谐振功率放大器的工作原理ui→u BE→i B→i C→u Cui为余弦电压，可表示为u i=U im COSωc t则：u BE= V BB+u i= V BB+ U im COSωc t根据三极管的转移特性可得到集电极电流i C，为余弦脉冲波，如图4-2所示：图4-2 i C波形根据傅立叶级数的理论，i C可分解为：i c=Ico+iC1+i C2+i C3+………+i Cn+………式中：Ico为直流电流分量iC1为基波分量；i C1=I cm1COSωc tiC2为二次谐波分量；i C2=I cm2COS2ωc tiCn为n次谐波分量；i Cn=I cmn COSnωc t其中，它们的大小分别为：Ico=i Cmax·α0（θ）Icm1=i Cmax·α1（θ）Icmn=i Cmax·αn（θ）iCmax是i c波形的脉冲幅度。
谐振功率放大器原理分析
丙类选频网络高来自5、射频功放的分析方法
高频功放工作于大信号的非线性状态，用解析法 分析较困难，故工程上普遍采用近似的分析方法。 用图解法或折线近似分析法来分析功率放大器。
射频功放的分析方法
图解法： 利用电子器件的特性曲线对它的工作状态进行计算。
1
射频功放的分析方法
2
射频功放的分析方法
2
功放管的保护
2
射频功率放大器的分类
3
射频功率放大器的主要技术指标
1
射频功率放大器的用途
5
射频功放的分析方法
4
射频功率晶体管的选择与保护
2.2高频谐振功率放大器
谐振功放与低频功放的区别
工作频率
相对带宽
工作状态
负载
效率
低频功放
低（20Hz-30KHz）
宽
甲类、推挽乙类
无调谐负载 阻性
低
高频功放
高 （一个工作频率 ）
折线近似分析法： 用折线来表示电子器件的特性曲线。 大信号工作条件下高频功放折线近似为理想化特性曲线的原理：
例：3DA21型晶体管的静态特性曲线
VBZ理想化晶体管的导通电压或称截止电压。gc 正向传输特性的斜率
VBZ
在饱和区，集电极电流只受集电极电压 的控制，而与基极电压无关。 该斜线称为饱和临界线
03
因此又称为谐振功率放大器。
04
按电流导通角不同分为：甲类、甲乙类、乙类、丙类。
05
射频功放大多工作于丙类，采用谐振回路做负载。
06
按工作状态分为：线性放大和非线性放大
07
射频功放通常工作于非线性放大状态，具有较高的效率。
2、射频功率放大器的分类
谐振功率放大器的工作原理
谐振功率放大器的工作原理
1.谐振电路：谐振功率放大器通常由一个谐振电路和一个放大器组成。
谐振电路是一个能够在谐振频率上有较高阻抗、在其他频率上有较低阻抗
的电路。
它可以由电感器和电容器等元件组成。
谐振电路的谐振频率通常
与输入信号的频率相匹配。
2.输入信号：输入信号首先进入谐振电路，如果输入信号的频率与谐
振电路的谐振频率不匹配，谐振电路会对输入信号的通过产生阻抗。
仅当
输入信号的频率与谐振电路的谐振频率一致时，谐振电路的阻抗才会较低，从而使信号得以通过。
3.放大器：通过谐振电路的筛选，只有与谐振电路的谐振频率相匹配
的信号得以通过，进入放大器。
放大器会对输入信号进行放大处理。
放大
器可以采用不同的工作原理，例如晶体管、场效应管等。
它能够将输入信
号的幅度进行放大，使得输出信号的功率大于输入信号的功率。
4.输出信号：经过放大器放大后的信号被输出。
由于输入信号已经通
过谐振电路的筛选，使得仅有与谐振频率匹配的信号得以通过放大器，所
以输出信号的频率与输入信号的频率是相同的。
不同的是输出信号的幅度
更大，即实现了信号的放大。
总的来说，谐振功率放大器的工作原理就是通过谐振来选择输入信号
中与谐振频率匹配的信号，然后经过放大器进行放大处理，最终输出信号。
这种放大方式适用于对特定频率的信号进行放大，具有较高的放大效率和
较低的失真。
在一些需要对特定频率信号进行放大的应用中，如无线通信、射频放大等，谐振功率放大器得到了广泛的应用。
谐振功率放大器详解
Re
= ω02 Lr 2
RL
=
Lr Ct RL
式中， Ct
=
CrCL Cr + CL
—— 回路总电容
Qe = ω0 Lr / RL —— 回路有载品质因数
(2) 对非基波分量 谐振回路对 iC 中的其它分量呈现的阻抗均很小，平 均分量和各次谐波分量产生的电压均可忽略。
结论：回路上仅有由基波分量产生的电压vc，因而 在负载上可得到所需的不失真信号功率。
2. 集电极电流 ic
若忽略基区宽度调制效应及管 子结电容的影响，则在输入信号电 压 vb (t ) = Vbmcosωst 的作用下， 根据 vBE = VBB + vb (t ) = VBB + Vbmcosωst ， 在静态转移特性曲线 (ic～vBE)上画 出的集电极电流波形是一串周期重 复的脉冲序列，脉冲宽度小于半
个周期。用付里叶级数可将电流 脉冲序列分解为平均分量、基波 分量和各次谐波分量之和，即
iC = IC0 + ic1 + ic2 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
= IC0 + Ic1mcosωst + Ic2mcos2ωst + ⋅ ⋅ ⋅
3. 输出电压 vo (1) 对基波分量 由于集电极谐振回路调谐在输入信号频率上，因而 它对 iC 中的基波分量呈现的阻抗最大，且为纯电阻，称 为谐振电阻，在高 Q 回路中，其值 Re 近似为
在谐振功率放大器中，它的管外电路由直流馈电电
路和滤波匹配网络两部分组成。
2.1.1 丙类谐振功率放大器
1. 电路组成 ZL —— 外接负载，呈阻抗性，用 CL 与 RL 串联等 效电路表示。 Lr 和 Cr ——匹配网络， 与 ZL 组成并联谐振回路。调 节 Cr 使回路谐振在输入信号 频率。
谐振功率放大器的工作原理负载特性
用于对某些载波信号频率要求变化范围大的短
波，超短波电台的中间各级放大级，以免对不同 fc 的繁琐调谐。工作在甲类。
主讲 元辉
4.1
线将其辐射到空间。
与小放！
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
1．分类
① 按照负载分：
窄带高功放：LC回路作输出负载，又称谐振功率放大器， 工作于乙类或丙类状态，具有放大、选频滤波作用。 宽带高功放：用传输线变压器或者其他宽带匹配网络作输出负 载，不具备选频滤波作用。工作于甲类状态。
② 按工作状态分 甲类状态——集电极电流导通角 =180o o 乙类状态 —— 集电极电流导通角 = 90 ；线性放大， 放大等幅信号。 丙类状态——集电极电流导通角 <90o；放大等幅载 波及已调波。 （工作状态的划分动画） 主讲 元辉
4.1
高 频 电 子 线 路
高 频 电 子 线 路
第四章 高频功率放大器
本章重点： 谐振功率放大器的工作原理；负载特性；
调制特性；放大特性。
难 点：
谐振功率放大器的折线分析方法；
功率合成与功率分配器的工作原理分析 。
主讲 元辉
4.1
高 频 电 子 线 路
4.1 概述
功率放大器的概念： 在输入信号i 的控制下，将直流电源提供的直流功 率的一部分变换成按输入信号规律变化的交流功率，提供 给负载。 高频功率放大器的作用： 对高频已调波信号进行线性功率放大，然后经过天
2.1谐振功率放大器的工作原理
2.1谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器是一种常见的电子电路，用于放大输入信号的功率。
它的工作原理基于谐振现象和功率放大原理。
本文将详细介绍谐振功率放大器的工作原理，并探讨其在电子领域中的应用。
谐振功率放大器的工作原理可以分为两个关键部分：谐振电路和放大电路。
1. 谐振电路谐振电路是谐振功率放大器中起到关键作用的部分，它通过与输入信号的频率进行匹配来实现最大功率传输。
谐振电路通常由一个电感和一个电容组成，构成一个谐振回路。
谐振电路可以分为串联谐振和并联谐振两种形式。
（1）串联谐振电路串联谐振电路是指电感和电容串联连接的谐振回路。
在串联谐振电路中，当输入信号的频率接近谐振频率时，电感和电容的阻抗将呈现出共振状态，此时电路的阻抗最小。
而当输入信号的频率偏离谐振频率时，电路的阻抗将逐渐增大。
通过选择合适的电感和电容数值，可以使得输入信号在谐振频率附近得到最大功率传递。
（2）并联谐振电路并联谐振电路是指电感和电容并联连接的谐振回路。
在并联谐振电路中，当输入信号的频率接近谐振频率时，电感和电容的阻抗将呈现出共振状态，此时电路的阻抗最大。
而当输入信号的频率偏离谐振频率时，电路的阻抗将逐渐减小。
通过选择合适的电感和电容数值，可以使得输入信号在谐振频率附近得到最大功率传递。
2. 放大电路放大电路是谐振功率放大器中负责信号放大的部分，其主要目的是将输入信号的功率放大到更高的水平。
放大电路通常由一个或多个放大器组成，放大器可以采用各种不同的结构和技术，例如晶体管放大器、场效应管放大器等。
放大电路中的放大器将输入信号的功率进行放大，并输出到负载电路中。
放大器的设计需根据谐振电路的特性和需求来选择，以保证输出信号的质量和稳定性。
3. 谐振功率放大器的应用谐振功率放大器广泛应用于各个领域，特别是在射频和微波领域中。
它在通信领域中被用于信号放大和传输，可用于增强信号传输的距离和质量。
在雷达系统中，谐振功率放大器可用于提高雷达信号的功率，提高系统的探测距离和灵敏度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
vB iE
+
vC -C
L
输 出
-+ - +p
VBB
VCC
高频功率放大器的基本电路
iC、vC
T/2 π
O
θc
ωt
2θc
本继页续完
一、获得高效率所需的条件
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
3、通角θc的计算
截止电压 输入信号为 一交流正弦波vb。 2θc是在一周期内的集 电为极半通电流角流通θc的角对流(应亦通的称角值为，为截θ止c 角V)b，mc本os教θc=材V称BZ+为V通BB角。。
我们需要的信号成分。放大电 路中的LC回路就谐振在这个频
IC0
ωt
率上，形成一个以ω为中心的带 通滤波器，选出频率为ω的电压。
O
θc
2θc
对谐波成分进行了衰减。
本继页续完
二、各种功率关系
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
本内容主要讨论电路中三
功21率、、P输直= 出流P功=电=V率压CPVCIoC（CC0提亦供即的个LC直功回流率供P=电的、v源直Pb+-oV流和C电+PCi-B在cv的流B+一ii表为CE-个达平-工v+-式均CC作。电+周流期pILC内0。提输出
所以 Vbmcosθc=VBZ+VBB
cosθc=V—B—ZV+b—Vm B—B θc=arccos(—VB—ZV+b—VmB—B )
-VBB
O VBZ
2θc
Vbm
iC、vC
O
θc
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
iC
vB O ωt
vb
2θc
转移特
性曲线
T/2 π
ωt 2θc 本继页续完
一、获得高效率所需的条件
一个周期内晶体管只在此流 通角2θc内损耗功率，这是vC的 最小值区间，显然晶体管的耗 散功率是最小的，ηc较大。
vb+-
iB iC
+
vB -
+
vC -C
L
输 出
波电高V-如形路频B+功B果如中iE率使图vC放与晶所-大Vi体示CC器C是+管(的注反基的p意相本v，C电的和共路)i。C射的
iC、vC
转移特 iC
iC
性曲线
-VBB
O VBZ
vB
O ωt
2θc
vb
2θc
Vbm
iC、vC 只这在是2这倍个通区角域Tθπ/里c2。 产生iC
O
θc
2θc
ωt 本继页续完
一、获得高效率所需的条件
3、通角θc的计算
iC
因为 vb=Vbmcosωt 在通角处有 ωt =θc 由图得，在ωt=θc处的vb
值为VBZ+VBB。
由此可解释为什么
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
也号理上是i频第Ci4过+C=、式i通…二率CI程C其脉中过…0项相+平冲的傅+II同cc均miImI里C的c1C1m产c值c0叶on是基oc生ss。oω级ωi波si正C正tCnt的+数是成是ω弦I弦直c展t与分脉m+波波2流…开输c，冲电ov成…C得s入正电压2的分ω：信是流。物t，+而v值C却v由是b+-是此很高看小i+CiV-频Bv、出的BB功+Bv。iii率CCCE-的放-平v大+-VCCC器均C+的基Tpπ/本L2 电路输出
+……+ Icmncosnωt+……
IC0
ωt
O
θc
2θc
本继页续完
二、各种功率关系
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
1、直流电压VCC提供的直流 功率P=
P==VCCIC0
2、输出功率Po（亦即LC回 路吸取的功率）
Po=—V22R—cmP= —21 I2cm1RP =—12 VcmIcm1
3、晶体管的耗散功率Pc Pc=P=-Po
路吸取的功率）
VBB
VCC
分以因I输Pcom==为出1—Ic12c功Lo1sIVCωc率mc回1t1=才PV路√—Iocc产只￣mm2只—1生需对·√V—电考￣ic2Cm—压虑的v此基c ，项波所。成 谐振时LC回路的谐振电阻为
高频功率放大器的基本电路 iC、vC
T/2 π
RP，RP=Vcm/Icm1。 iiCC的=PIC傅o0=+里—V2I2cR叶—mcm1Pc级=o—s数21ωIt展2+cIm开c1mR式2cPo：s2ωt+
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
1、高效大功率输出的讨论 由能量守恒：
P== Po+ Pc
定义集电极效率：
ηc=—PP—=o
=—P—o Po+ Pc
将结上论散o=会功—提1率-η—高ηPccc。，Pc这则样集，电在极给效
定P结=时论，二晶：体如管果的维交持流晶输体出管功的 率集P电o就极会耗增散大功。率Pc不超过额定 值，那么提高集电极效率ηc ， 将使交流输出功率Po大为增加。
vb+-
iB iC
+
vB iE
+
vC -C
L
输 出
-+ - +p
VBB
VCC
高频功率放大器的基本电路
VCC P=—电源供给功率
vb
Pi —输 入信号 功率
Pc—晶体 管集电极 耗散功率
P0—交 流输出 信号功
率
本继页续完
一、获得高效率所需的条件
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
2、提高效率与功率的方法 集电极瞬时耗散功率Pc Pc=iC vC
T/2 π
O
θc
ωt
2θc
本继页续完
一、获得高效率所需的条件
5.2 谐振功率放 大器的工作原理
2、提高效率与功率的方法
集电极瞬时耗散功率Pc Pc=iC vC
晶体管处于丙类工作状态时， iC只在vC最低时才能通过，所 以在丙类工作状态下集电极的 耗散功率Pc是最小的，效率ηc 是最大的。
vb+-
iB iC
虑晶体管各个结电容的作用。高频区则需进一步考虑电极引
线电感的作用。因此，中频区和高频区的严格分析与计算是
相当困难的。本书将从低频区来说明晶体管高频放大器的工
作原理。
本页引言完 返回
本 节
1、高频功率放大器获得高效率的所需条件
学
习
要
点
和 2、掌握高频功率放大器的功率关系
要
求
返回
一、获得高效率所需的条件
4、放大器的集电极效率ηc
ηc
=
—Po—= P=
—12 ·—VVcC—mC ·—IICcm0—1
vb+-
iB iC
+
vB iE
+
vC -C
L
输 出
-+ - +p
VBB
VCC
高频功率放大器的基本电路
iC、vC
Vcm VCC
返封面回
引言
晶体管的工作情况与频率有极密切的关系，通常可以把
它们的工作频率范围划分如下：
低频区 中频区 高频区
f<0.5fβ 0.5fβ < f< 0.2fT 0.2fT < f< fT
fβ——截止频率 fT——特征频率
其中有
fT ≈β fβ
晶体管在低频区工作时，可以不考虑它的等效电路中的
电抗分量与载流子渡越时间等影响。中频区的分析计算要考