高频功率放大器要点
高频功率放大器外部特性分析及馈电要点课件
效率优化
效率是高频功率放大器的另一个关键性能指标。
输入 标题
详细描述
效率优化主要通过提高放大器的工作效率实现，这有 助于减小能源消耗和设备发热。通过调整放大器的工 作点、匹配网络和偏置条件，可以提高效率。
总结词
总结词
高效率的放大器可以减小散热装置的体积和重量，简 化整体结构设计。此外，高效的放大器还能延长设备
失真问题
由于放大器内部元件的非线性特性，当输入信号较大时，会产生失真现象。解决方案包括选用线性度 较高的元件、采用预失真技术以及优化电路设计等。
效率下降问题
效率下降原因
随着输入信号的增大，高频功率放大器的效率逐渐降低。这主要是由于放大器内部元件 的损耗和热耗散所致。
解决方案
采用低损耗元件、优化电路设计和散热设计，以及采用效率更高的放大器结构，如谐波 抑制电路和开关模式放大器等。
确保信号源与功率放大器之间的阻抗 匹配，减少信号反射和能量损失。
输出匹配网络
确保功率放大器的输出阻抗与负载阻 抗相匹配，最大化功率传输。
稳定性分析
稳定ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ判定准则
通过计算稳定性因子、相位裕度等参数，判断放大器是否稳定。
预防措施
采取适当措施如加装反馈回路、调整元件参数等，提高放大器的稳定性。
04
性能优化与调试
高频功率放大器外部特性分析及馈 电要点课件
目录
• 高频功率放大器概述 • 外部特性分析 • 馈电要点分析 • 性能优化与调试 • 常见问题与解决方案 • 发展趋势与展望
01
高频功率放大器概述
Chapter
定义与工作原理
定义
高频功率放大器是一种电子设备，用于将低功率信 号放大为高功率信号，以便传输或驱动其他设备。
实验二丙类高频功率放大器实验要点
实验⼆丙类⾼频功率放⼤器实验要点实验三丙类⾼频功率放⼤器实验⼀ . 实验⽬的1. 通过实验,加深对于⾼频谐振功率放⼤器⼯作原理的理解。
2. 研究丙类⾼频谐振功率放⼤器的负载特性,观察三种状态的脉冲电流波形。
3. 了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于⼯作状态的影响。
4. 掌握丙类⾼频谐振功率放⼤器的计算与设计⽅法。
⼆ . 预习要求:1. 复习⾼频谐振功率放⼤器的⼯作原理及特点。
2. 熟悉并分析图 3所⽰的实验电路,了解电路特点。
三 . 实验仪表设备1. 双踪⽰波器2. 数字万⽤表3. TPE-GP5通⽤实验平台4. G1N 实验模块5. G2N 实验模块四 . 电路特点及实验原理简介1. 电路特点本电路的核⼼是谐振功率放⼤器,在此电路基础上,将⾳频调制信号加⼊集电极回路中,利⽤谐振功率放⼤电路的集电极调制特性,完成集电极调幅实验。
当电路的输出负载为天线回路时,就可以完成⽆线电发射的任务。
为了使电路稳定,易于调整,本电路设置了独⽴的载波振荡源。
2. ⾼频谐振功率放⼤器的⼯作原理参见图 1。
谐振功率放⼤器是以选频⽹络为负载的功率放⼤器,它是在⽆线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之⼀。
根据放⼤器电流导通⾓的范围可分为甲类、⼄类、丙类等类型。
丙类功率放⼤器导通⾓θ<900,集电极效率可达 80%, ⼀般⽤作末级放⼤,以获得较⼤的功率和较⾼的效率。
图 1中, V bb 为基极偏压, V cc 为集电极直流电源电压。
为了得到丙类⼯作状态, V bb 应为负值,即基极处于反向偏置。
u b 为基极激励电压。
图 2⽰出了晶体管的转移特性曲线,以便⽤折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。
V bz 是晶体管发射结的起始电压(或称转折电压。
由图可知,只有在 u b 的正半周,并且⼤于V bb 和 V bz 绝对值之和时,才有集电极电流流通。
即在⼀个周期内,集电极电流 i c只在 -θ~+θ时间内导通。
高频功率放大器
iB
和
iC 均为余弦脉冲，用傅里叶级数展开为：
iB I B 0 I B1m cost I B 2 m cos 2t I B 3m cos 3t
iC I C 0 I C1m cost I C 2 m cos 2t I C 3 m cos 3t
1、直流功率
PD
由直流供电电源提供的功率 P E C I c 0 D 2、输出功率 P0 由电子器件送给谐振回路的基波信号产生的功率
1 1 1 U cm 2 P0 I c1mU cm I c1m Re 2 2 2 Re
3、集电极损耗功率消耗在集电结的功率
2
Pc PD P0
4、集电极效率
高频功率放大器的输出回路具有选频作用， 若调谐在基波频率上，则回路两端的电压可表 示为：
uC U cm cost I C1m Re cost uC E EC U cm cost
Re
为输出回路的有载谐振电阻
第三节
丙类高频放大器的分析
一、折线分析法 高频功率放大器属于大信号分析，和低频放大器一样，往往采用折线 法分析（图解法），其输入特性和输出特性如图2-5所示。
I c1m
i
c
co stdt
I c1m I c max 1 ( )
I cnm
1 2
i
c
cos ntdt
I cnm I c max n ( )
将电流分解系数制成曲线，可得图2-8。
1 ( ) g1 0 ( )
三、高频功率放大器的功率和效率
静态工作点 Q ：
当输入信号 ，即静态时， u i U bm cost 0
宽带高频功率放大器要点
5.4宽带高频功率放大器以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，因其相对通频带只有百分之几甚至千分之几，因此又称为窄带高频功率放大器。
这种放大器比较适用于固定频率或频率变换范围较小的高频设备，如专用的通讯机、微波激励源等。
除Y LC谐振回路以外，常用于高频功放电路负载还有普通变压器和传输线变压器两类。
这种以非谐振网络构成的放大器能够在很宽的波段内工作且不需调谐，称之为宽带高频功率放大器。
以高频变压器作为负载的功率放大器最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下将，这不符合高频电路的要求，因此很少使用。
以传输线变压器作为负载的功率放大器，上限频率可以达到几百兆赫乃至上千兆赫，它特别适合要求频率相对变化范围较大和要求迅速更换频率的发射机，而且改变工作频率时不需要对功放电路重新调谐。
本节重点分析传输线变压器的工作原理，并介绍其主要应用。
5.4.1传输线变压器1.传输线变压器的结构及工作原理传输线变压器是将传输线(双绞线、带状线、或同轴线)绕在高导磁率铁氧体的磁环上构成的。
如图5-24(a)所示为1:1传输线变压器的结构示意图。
传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件，它是以传输线方式和变压器方式同时进行能量传输。
对于输入信号的高频频率分量是以传输线方式为主进行能量传输的；对于输入信号的低频频率分量是以变压器方式为主，频率愈低，变压器方式愈突出。
如图5-24 (b)为传输线方式的工作原理图，图中，信号电压从1、3端输入，经传输线变压器的传输，在2、4端将能量传到负载RL上。
如果信号的波长与传输线的长度相比拟，两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路，如图5-24 (d)所示。
若认为分布参数为理想参数，信号源的功率全部被负载所吸收，而且信号的上限频率将不受漏感、分布电容及高导磁率磁芯的限制，可以达到很高。
第3章高频功率放大器详解
第3章⾼频功率放⼤器详解第3章⾼频功率放⼤器⼀、本章的基本要求（1）掌握丙类谐振功率放⼤器的⼯作原理及其特点。
（2）掌握谐振功率放⼤器三种⼯作状态的特点以及负载特性；了解集电极直流电源，基极直流电源以及基极输⼊电压对⼯作状态的影响。
（3）掌握谐振功率放⼤器电路的组成，了解谐波匹配⽹络的作⽤。
（4）了解传输线变压器的⼯作原理以及阻抗变换，功率合成与分配技术⼆、重点和难点重点：（1）丙类谐振功率放⼤器的⼯作原理及其特点。
（2）谐振功率放⼤器三种⼯作状态以及负载特性。
（3）谐振功率放⼤器电路的组成。
（4）传输线变压器阻抗变换原理。
难点：（1）谐振功率放⼤器特性分析。
（2）LC⽹络的阻抗变换原理及电路参数的计算。
（3）传输线变压器功率合成与分配原理。
引⾔1、使⽤⾼频功率放⼤器的⽬的放⼤⾼频⼤信号使发射机末级获得⾜够⼤的发射功率。
2、⾼频功率信号放⼤器使⽤中需要解决的两个问题①⾼效率输出②⾼功率输出联想对⽐：⾼频功率放⼤器和低频功率放⼤器的共同特点都是输出功率⼤和⾼。
3、谐振功率放⼤器与⼩信号谐振放⼤器的异同之处相同之处：它们放⼤的信号均为⾼频信号，⽽且放⼤器的负载均为谐振回路。
不同之处：为激励信号幅度⼤⼩不同；放⼤器⼯作点不同；晶体管动态范围不同。
4、谐振功率放⼤器与⾮谐振功率放⼤器的异同共同之处:都要求输出功率⼤和效率⾼。
功率放⼤器实质上是⼀个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能⼒即为功率放⼤器的效率。
谐振功率放⼤器通常⽤来放⼤窄带⾼频信号(信号的通带宽度只有其中⼼频率的1%或更⼩)，其⼯作状态通常选为丙类⼯作状态(θc＜90?)，为了不失真的放⼤信号，它的负载必须是谐振回路。
⾮谐振放⼤器可分为低频功率放⼤器和宽带⾼频功率放⼤器。
低频功率放⼤器的负载为⽆调谐负载，⼯作在甲类或⼄类⼯作状态；宽带⾼频功率放⼤器以宽带传输线为负载。
⼯作状态功率放⼤器⼀般分为甲类、⼄类、甲⼄类、丙类等⼯作⽅式，为了进⼀步提⾼⼯作效率还提出了丁类与戊类放⼤器。
Ch06-高频功率放大器要点
dt
iC max 0 (c )
Icmn
1 π
c c
iC
cos(nωt)dt
iC max n
(c )
2c
图6.3.3 尖顶余弦脉冲
波形系数
其中：尖顶余弦脉冲的分解系数
0
(c
)
sinc c cosc (1 cosc )
1
(
c
)
c cosc sin (1 cosc )
c
n
(c
)
2
sin
nc cosc n cos nc sin n(n2 1)(1 cosc )
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos 2t Icmn cos nt
直流功率： P==VCC Ic0
在集电极电路中, 谐振回路得到的
直流输入功率与集电极输出高频功
高频功率(高频一周的平均功率)即 输出交流功率：
率之差就是集电极损耗功率Pc, 即：
Po
1 2
Vcm
I
cm
1
Vc2m 2Rp
Icmo
icmax
sin cos (1 cos )
icmaxa0 ( )
Icm1
icmax
sin cos (1 cos )
icmaxa1( )
Icmn
icmax
2sin n cos 2nsin cos n n (n2 1)(1 cos cos )
icmaxan ( )
(n 1)
话 筒
音频 放大器
调制器
变频器
激励放大
输出功 率放大
载波 振荡器
发射机 天线开关
扬 声 器
音频 放大器
解调器
w第3章-高频功率放大器要点
LC并联回路两 端的压降
晶体管c、 e极间压降
uc RpIc1m cost
uc电压符号的定义：
下为+，上为-
Ucm Ic1mRp
uce VCC uc VCC RpIc1m cost VCC Ucm cost
高频电子
uce VCC Ucm cost
Ucm Ic1m Rp
由于谐振回路的选频， 集电极的输出电压仍 是与输入电压相同的 正弦波，相位相反， 幅度增大。
高频电子 推导第二个ic=f(uce)
当放大器工作在谐振状态时
ube uce
Vbb Vcc
Ubm U cm
cos t cos t
ube
Vbb
Ubm
Vcc uce U cm
晶体管外部电路 约束，方程1
ic gc (ube Ubz )
ube≥Ubz，晶体管工作在线性区时，内部约束，方程2
9kHz,相对带宽0.6 ℅～1.7℅.
高频第电子二节 谐振高频功放的工作原理
一、基本电路及其特点
电路形式：中间级（a）、输出级（b）
实际负载 是天线
实际负载是 下一级的输 入阻抗
中间级、输出级的负载均 可等效为并联谐振回路
天线等效阻
抗 CA 、rA
高频电子 高频功率放大器的特点
特点1、为了提高效率，放 大器常工作于丙类状态， 晶体管发射结为静态负偏 压，由Vbb< 0来保证。流 过晶体管的电流为失真的 脉冲波型；非线性状态 （非线性电路），且输入 是大信号；
高频输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等。由于 输出功率高，通常要求效率高，因此，高频功率放大器多选择 工作在丙类工作状态。
三、高频功率放大器的分类
高频电路第3章 高频功率放大器
高频电子线路
首页
上页
下页
退出
第二节 谐振高频功率放大器的工作原理
一、基本电路形式
无论中间级还是输出级电路都可以等效为： 输入回路、非线性器件和带通滤波器成。
高频电子线路
首页
上页
下页
退出
谐振功率放大器原理图
二、基本特点
谐振于输入 信号的频率
特点： ①为了提高效率，放大器常工作于 丙类状态，流过晶体管的电流为失真 的脉冲波形； ②负载为谐振回路 取出基波分量，获
二、高频功率放大器的分类
1.按工作频率分：窄带功率放大器（丙类）-------------谐振功率放大器 宽带功率放大器（甲类或乙类推挽）--非谐振‥ ‥ 2.按放大器的工作类型分：甲、乙、丙、丁、戊类放大。 二、主要技术指标 1、输出功率:放大器的负载得到的功率。 2、效率:高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的效率。 3、功率增益:高频输出功率和信号输入功率的比值. 5、谐波抑制度:是对非线性高频功率放大器而提出的，也就是谐波分量相对于
上页
下页
退出
称为余弦电流脉冲分解系数。 0 (c ) 为直流分量分解系数； 1 (c ) 为 基波分量分解系数； n (c ) 为n次谐波分量分解系数。
1 c 的关系。 下图给出了 、 、 、 和 与 g 1 2 0 3
0
1
g1 1g 与 c 的关系 1 0
首页
上页
下页
退出
放大器谐振回路调谐于输入信号频率 时。其外部电路的关系 式为 U V U cos t; V U
be bb bm
U ce Vcc U cm cos t
- 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)。
管谐振功率放大器的折线近
由于高频功放工作在大信号的非线性状态，显然晶体管的
小信号等效电路的分析方法已不适用，所以分析方法一般利用
晶体管的静态特性曲线，但由于晶体管的静态特性曲线与频率
有关，如右图所示了 与 f 之间的关系。而通常所说的静态特
性曲线是指低频区： f 0.5fβ
中 频 区 ：0.5fβf 0.2fT
vCE V CC V cm cots
iCIc0Icm 1cotsIcm c2o2st Icm ncon st 谐振回路
5.2.2 功率关系
iCIc0Icm 1cotsIcm c2o2st Icm ncon st
直流功率： P==VCC Ic0
输出交流功率：Po 12VcmIcm1
vCE V CC V cm co ts集电极效率：
功率放大电路的主要特点
输入为大信号 要求输出功率尽可能大,管子工作在接近极限状 态 效率要高 非线性失真要小 BJT的散热问题 (管子的保护)
5.1 概述流通角:一个周期内
2. 分类
有电流流通的相角.
(a)甲类 class-A amplifier
(b)乙类 class-B amplifier
(c)甲乙类 class-AB amplifier
通过谐振负载，从丙类余弦周期脉冲里恢复基波完整周期 信号。
窄带谐振放大器
有源器件 丙类
谐振回路
输出回路 输入回路 晶体管
35
Tr1 T
L2
C1 4
yL
Tr2
5.1 概述
高频谐振功率放大器 功能：将直流功率转换为交流信号功率。 主要指标：输出功率与效率 工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真） 分析方法：折线近似分析法。(大信号)
+ q0c
vb
V bm
t
vBE V B BV bm cots 图 5.2.1
高频功率放大器的 基本电路
1 获得高效率所需要的条 V cm vv CC E E V CC V cm cots
或电压 电流
iC i vCE min
c max
0 qc
V BZ
V CC
－V BB
iC
v bE max
t
V bm vBE
4. 效率与失真矛盾的解决
丙类(C类) 放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。
i C I c 0 I c 1 s m t i I c n 2 s m 2 i t n I c n s m n i t n
low 0 ω 2ω 3ω
nω hபைடு நூலகம்gh
5.1 概述
4. 效率与失真矛盾的解决
θc的关系，以便于电路设计和调试时，对放大器
工作状态的选择指明方向。
考虑到谐振功率放大器工作于丙类（非线性、 大信号）状态，采取图解法与数学解析分析相折中 的办法：折线近似分析法。
体管特性曲线过压的理想化及 临界 iC=gcrvCE 欠压 图 5.3.1 晶体管的输出特性及其理想化
体管特性曲线的理想化及
5.1 概述
高频振荡 缓冲 声音
倍频 话筒
高频放大
音频放大
发
调制
射 天
线
图 1.2.8 调幅发射机方框图
5.1 概述
1. 谐振（高频）功放与非谐振（低频）功放的比较
相同: 要求输出功率大，效率高
非线性(大信号)
不同: 工作频率与相对频宽不同, 谐振与非谐振(工作状态)
低频（音频）: 20Hz～20kHz
fmax 1000 BW 20k 2
f m in
f0 10k
高频（射频）: 高频窄带信号 （以调幅为例 ）
已调信号 v o ( t) V o1 m m fco tc so t s
low
ω
high
AM广播信号: 535kHz～1605kHz，BW=10kHz
f max 3 f min
BW 10k 1 f0 100k0 100
2 谐振功率放大器的工作原
5.2.1 获得高效率所需要的条件 5.2.2 功率关系
1 获得高效率所需要的条
小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于：
工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类。因此，采用负电源
作基极偏置。
失真
iC 转移
iC
特性
VBB
理想化
t
- qc
o V BZ
vbe - qc 0 +qc
- qc o +qc
iC =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ) =gc(Vbmcosωt–VBZ－VBB)
1
Pc T
T
0 iCvCEdt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
vBE V B BV bm cots2. (b) 3.
iC 脉冲最大时，vCE最小； 通角和vCEmin越小，Pc越小；
c
Po P
Po Po PC
5.2.2 功率关系
电路正常工作（丙类、谐振）时， 外部电路关系式：
vBE V B BV bm cots
β0
高频区： 0.2fTffT
故直接进行高频区或中频区的分析 和计算是相当困难的。本节将从低频区 的静态特性来解析晶体管的高频功放的 工作原理。
0.5fβ fβ 0.2fT fT
管谐振功率放大器的折线近
为了对高频功率放大器进行定量分析与计算，
关键在于求出电流的直流分量Ic0与基频分量Icm1。
最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角
(d)丙类 class-C amplifier
5.1 概述
3.要解决的问题 ➢ 提高输出功率 ➢ 提高效率 ➢ 管子的保护 ➢ 减小失真（线性度）
C
直流电输源出提功供率的直率流=功 PPo
Po
Po PC
P (直流)电 = P o(交 源 流 )功 P C ( 功 直 率 率 流 )
5.1 概述
Vc2m 2Rp
1 2
Ic2m1Rp
c
Po P
12Vcm Icm1 VCCIc0
12g1(qc)
集电极电压利用系数 V cm
波形系数
g1(qc )
Icm1 Ic0
V CC
管谐振功率放大器的折线近
5.3.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式 5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解 5.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性 5.3.4 各极电压对工作状态的影响 5.3.5 工作状态的计算(估算)举例
iC =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ)
图 5.3.2 晶体管静态转移特性及其理想化
2 集电极余弦电流脉冲的
以上建立了晶体管的简化分析模型，下面求解集电极余弦 脉冲电流中的各个频率分量。首先，写出其表达式。
t
iC 转移
iC
特性
VBB
0 - qc + q0c
V bm
理想化
V BZ
vbe
vb