第5章高频功率放大器.
高频电子线路(第五章 高频功率放大器)
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效率高。
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（3）高频功率放大器的种类
谐振功率放大器（学习重点）
特点是负载是一个谐振回路，功率放大增益可
以很大，一般用于末级； 不易于自动调谐。
宽带功率放大器（了解即可）
特点是负载是传输线变压器，可在很宽的频带
工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类 半导通角 c=180° c=90° 90° ＜c＜180° c＜90° 开关状态 理想效率 50% 78.5% 50%＜h＜78.5% h＞78.5% 负 载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路 应 用 低频 低频，高频 低频 高频 高频
90%~100%
由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振 荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起 动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。
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问题二：半流通角θc通常多大合适?
如果θc取值过大，趋向甲类放大器，则效率 太低； 如果θc取值过小，效率虽然提高了，但输出 功率的绝对值太小（因为iC脉冲太低）； 这是一对矛盾，根据实验折中，人们通常 取
gC (vB VBZ )(当vB VBZ )
外部电路关系：
vB VBB Vbm cos t
v C V CC V cm cos t
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（4）对2个问题的解释
问题一（可能会引起同学们困惑的问题）
为什么iC的波形时有时无,而输出的波形vo却能
是连续的?
问题二（有的题目已知条件不给θc,而解题 中又需要θc ）
通过LC回路,滤去无用分量，只留下 Icm1cosωt分量
第五章 高频功率放大器汇编
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos2t
Icmn cosnt
直流功率： P==VCC Ic0
vCE VCC Vcm cos t
输出交流功率：Po
1 2 Vcm
Icm1
集电极效率：
Vc2m 2Rp
t
0 qc
－V BB
V bm vBE
1
Pc T
T
0 iC vCEdt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
v BE VBB Vbm cost 2. iC 脉冲最大时，vCE最小；
(b) 3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小；
说明：
集电极电流ic虽然是脉冲状，包含很多谐波，失 真很大，但由于在集电极电路内采用的是谐振回 路，只要使回路谐振于基频。则ic的失真虽然很 大，仍然能得到正弦波形的输出。
已调信号 vo (t) Vom 1 mf cos t cost
low
ω
high
AM广播信号: 535kHz～1605kHz，BW=10kHz
fmax 3 f m in
BW 10k 1 f0 1000 k 100
3. 功率放大器分类
(a)甲类 class-A amplifier
(b)乙类 class-B amplifier
1 2
I
R 2
cm1 p
c
Po P
1 2
Vcm
I
cm1
VCC Ic0
1 2
g1
(qc
)
集电极电压利用系数 Vcm
波形系数
g1(qc )
Icm1 Ic0
Chapter5 高频功率放大器v1.0解析
故放大器效率：
Po Po c P Po Pc
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第五章
高频功率放大器
高频电子线路
两点结论：
1）设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则放大器效率c 自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出 功率Po就会增大；
2） 由式
c Po 1 Pc c
ic ic
Q
o
eb
o
t
o振放大器波形图 t
5
t
高频功率放大器波形图
第五章
高频功率放大器
高频电子线路
高频功率放大器与非谐振功率放大器的对比
相同点： ①输出功率大， ②输出效率高。
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。
不同点：
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(导通角c＜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。
π
sin c c cos c I cM o ( c ) π(1 cos c )
I c1m
cos t cos c 1 c ic cosωt dt I cM costdt π π c (1 cos c )
π
I cM
c sin c cos c I cM 1 ( c ) π(1 cos c )
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
高频电子线路复习题
高频电子线路复习第一章绪论一、习题1.通信系统由哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？2.无线电通信为什么要进行调制？常用的模拟调制方式有哪些？3.小信号谐振放大器的主要特点是以作为放大器的交流负载，具有和功能。
4.放大电路直流通路和交流通路画法的要点是：画直流通路时，把视为开路；画交流通路时，把视为短路。
5.石英晶体振荡器是利用石英晶体的工作的，其频率稳定度很高，通常可分为和两种。
6.通常将携带有信息的电信号称为，未调制的高频振荡信号称为，通过调制后的高频振荡信号称为。
7.接收机分为和两种。
一、习题1.无线电通信中，信号是以电磁波形式发射出去的。
它的调制方式有、、。
针对不同的调制方式有三种解调方式，分别是检波、鉴频、和鉴相。
2.通信系统由输入变换器、、、以及输出变换器组成。
3.无线电波的三种传播方式是什么？各有什么特点？4.为什么发射台要将信号调制到高频载波上再发送？6.无线电广播发送和接收设备由哪些主要部分组成？7.将下列采用调幅方式实现的无线通信系统中的超外差式接收机的组成框图补充完整。
高频小信号检波器放大器第二章选频网络一、习题1.在调谐放大器的LC回路两端并上一个电阻R，可以（）。
A.提高回路的Q值B.提高谐振频率C.加宽通频带D.减小通频带2.正弦振荡器中选频网络的作用是（）。
A.产生单一频率的正弦波B.提高输出信号的振幅C.保证电路起振D.降低输出信号的振幅3.在一块正常放大的电路板上，测得某三极管的三个极对地电位如图所示，则管子的导电类型以及管脚自左至右的顺序分别为（）。
A.NPN型、becB.NPN型、ebcC.NPN型、ecbD.NPN型、bce4.LC谐振回路有和两种谐振方式。
5.LC并联谐振回路的品质因数越高，则越窄。
6.并联谐振回路如图所示，已知：Ｃ=300pF，L=390uF，Ｑ空=100，信号源内阻R S=100kΩ，负载电阻R L=200kΩ。
求该回路的谐振频率、谐振电阻、通频带。
05第五章、功率放大电路
•
•
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路
一、交越失真 由于三极管输入特性有门槛电压，特性开始部分非线性又比较 严重，在两管交替工作点前后，出现一段两管电流均为零因而负载电流和电压均 为零的时间，使输出波形出现了“交越失真”。 二、甲乙类双电源互补对称功率放大电路 1.电路组成及电路工作原理：在两管的基极之间产生一个合适的偏压，使它们处 于微导通状态，两管各有不大的静态电流，电路工作在甲乙类，由于iL=iC1-iC2 ， 输出波形接近于正弦波，基本上可以实现线性放大。 2.性能指标计算及选管原则（同乙类功放） 三、甲乙类单电源互补对称功放：（OTL） 1.电路组成及分析： 它与OCL电路的根本区别在于输出端接有大电容C。就直流而言， 只要两管特性相同，Ｋ点的电位ＶK=Vcc/2，而大电容C 被充电 到ＶC=ＶK=Vcc/2 。就交流而言，只要时间常数;RLC比输入信号 的最大周期大得多，电容上电压可看作固定不变，而C对交流可 视为短路。这样，用单电源和C 就可代替OCL电路的双电源。T1 管上的电压是Vcc 与VK 之 差，等于Vcc/2 ，而T2 管的电源电压 就是0与ＶK 之差，等于Vcc/2 。OTL电路的工作情况与OCL电路 完全相同。但是在用公式估算性能指标时，要用Vcc/2代替 。 2.选管原则:(同双电源互补对称功放)原公式中Vcc用Vcc/2替代。 3.带自举的单电源互补对称电路
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2.直流电源供给的功率 直流电源供给的功率是指一个周期内的平均功率。直流电源供给的功率，一 部分转换为负载所需的交流功率，还有一部分被功率管消耗。 3.转换效率 η=Ｐo/Ｐv=3.14×Ｖom/(4Ｖcc) 在理想情况下,当Ｖom=Ｖcc时，效率为78.5%。 4.管耗 ＰT=ＰT1 +ＰT2=ＰV -Ｐo=2(ＶCC·Ｖom/π-Ｖom·Ｖom/4)／ＲL 四、功率放大电路放大管三种工作状态 甲类、乙类、甲乙类
第5章 高频功率放大器
L3
14～ 150pF L1
50 C1 C2 90～ 400 pF
V Lb
L2 Ec
＋ 13.5 V
C332～ 250 pF
C342～
50 250 pF
(a)
50 5～ 30 pF
(3 ─ 30)
Le
=
0.1971(2.3Lg
4l d
−
0.75)
10−9
(3 ─ 31)
5.4 高频功率放大器的实际线路
5.5.1 直流馈电线路 直流馈电线路包括集电极和基极馈电线路。下面 结合集电极馈电线路和基极馈电线路说明Cb、 Lb的应 用方法。 图3 ─ 25是集电极馈电线路的两种形式: 串联馈电 线路和并联馈电线路。 图 3 ─ 25(b) 中晶体管、 电源、 谐振回路三者是并联连接的, 故称为并联馈电线路。
L1
C1
C2 5～ 33pF
C3 15 pF
C4
L3
V
R101 0
k C5
R2 110 k
L2 ED
C6 15 pF
5～ 33 pF
50
C8 C7 5～ 33 pF
EG (b)
图 3 ─ 31 (a) 50 MHz谐振功放电路;
(b) 175 MHz谐振功放电路
5.5 高频功放、功率合成与射频
模块放大器
R1
R2
(a)
(b)
(c)
图 3 ─ 27几种常见的LC (a) L型; (b) T型; (c) Π型
对于L —I型网络有
高频功率放大器
第2章高频功率放大器第2章高频功率放大器2.1 谐振功率放大器基本工作原理2.2 丙类谐振功率放大器的工作状态分析2.3 谐振功率放大器的高频特性2.4 谐振功率放大器电路2.5 高效率高频功率放大器及功率合成技术第2章高频功率放大器一、工作状态分类A 类(甲类)、B 类(乙类)、C 类(丙类)等。
i i BEC tCu QA 类(甲类)：工作点Q 较高(I CQ 大)，信号360°内，管子均导通。
通角：θ＝180 °U CCR LR L′N 1∶N 2RBVCBu i第2章高频功率放大器甲类功放电路及交、直流负载线i Ct 0I C Q I C QI C Qu CE i Cu CEt00U CE QU CU CCQ直流负载线交流负载线i B1R L′－I CR B 为偏置电阻，决定Q 点的I CQ 及I BQ 。
变压器是理想的，则直流工作点电压U CEQ =U CC ，直流负载线为一垂直线，而交流负载线通过Q 点，其斜率为(-1/R ′L )第2章高频功率放大器CQCC C CQ CC TE I U dt t I I U TP ⋅=+=∫)sin (10ω1.电源功率P E2. 交流输出功率P LLC C C C C TL R U I U tdt I t U TP ′=⋅=⋅=∫22121sin sin 1ωωCC Cm U U =CQCm I I =CQCC CC E L I U I U P P 21==ηA 类放大器无信号时，效率为零，信号最强时最大效率只有50%。
这是A 类放大器的致命弱点，也是晶体管功率放大器极少采用A 类放大器的原因。
%50max =η一般: 20%~30%第2章高频功率放大器i C t 0i Cu BEQπ2π0u iV 1V 2V 0VD1VD 2I COi C1i C2U CCu o－U EER Li C1i C2B 类(乙类)：工作点Q 选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止。
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在高频功率放大器中，又常根据集电极电流是否进 入饱和区，将它的工作状态分为三种： 欠压工作状态：集电极电流最大点电流在直线1的右 方，交流输出电压较低； 过压工作状态：集电极电流最大点电流在直线1的左 方饱和区，交流输出电压较高； 临界工作状态：集电极电流最大点电流在直线1上。
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增大ξ 和g1的值是提高效率的两个措施, 增大α 1是增大 输出功率的措施。然而增大g1与增大α 1是互相矛盾的。 导通角θ 越小, g1越大, 效率越高, 但α 1却越小, 输出功率 也就越小。所以要兼顾效率和输出功率两个方面, 选取合 适的导通角θ 。若取θ =70°, 此时的集电极效率可达到 85.9%, 而θ =120°时的集电极效率仅为64%左右。因此, 一般以70°作为最佳导通角, 可以兼顾效率和输出功率两 个重要指标。
即工作在丙类状态
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谐振功率放大器的基本工作原理 1、原理电路
ic － ＋ ib B u () ub V ＋ ub e － uce － uc C ＋ L R
Eb V BB
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Ec VCC
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vBE VBB Vbm cos t iC g c (vBE VBZ ) 则 则 故得 VBZ VBB cos C Vbm iC g cVbm (cos t cos C ) iC max g cVbm (1 cos C ) 则
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用傅立叶级数展开得： iC I k cos kt I C 0 I cm1 cos t I cm 2 cos 2t
k 0
I k iC max k (C )
I co ic max
波形分解系数
sin cos ic maxa0 ( ) (1 cos ) sin cos I c1 ic max ic maxa1 ( ) (1 cos ) 2 sin n cos 2n sin cosn I cn ic max ic maxan ( ) 2 n ( n 1)(1 cos cos )
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( t 2k ) C )
iC g c (VBB Vbm cos t VBZ ) VBB Vbm cos C VBZ 0
当t C时，iC 0
iC iC max
cos t cos C 1 cos C
周期性的余弦尖脉冲
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§5.2 谐振功率放大器的工作原理
一、获得高效率所需要的条件 P==直流电源供给的直流功率
PO=交流输出信号功率
PC=集电极耗散功率
P P O P C
c
PO PO P PO PC
1）在给定的 P=时，降低PC，则 PO就会增大。
c 自然会提高。这样，晶体管的交流输出功率
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( n 1)
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2、功率关系
由于负载调谐在基波上，所以输出端只有基波分量，并且 vo Vcm cos t R p I cm1 cos t （R p p 2 vC VCC Vcm cos t vBE VBB Vbm cos t 直流电源VCC 所供给的直流功率为 P VCC I C 0 回路可吸取的基频功率为
第5章 高频功率放大器
1、熟练掌握高频谐振功率放大器的工作原理、特性分 析 2、正确理解馈电电路和匹配网络在高频谐振功率放大 器中的应用 3、了解丙类倍频器的工作原理 4、了解传输线变压器的工作原理
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§5.1 概述
一、高频功率放大器的分类
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二、高频功率放大器与高频小信号放大器的比较 1、前者放大的是大信号，后者放大的是小信号 2、前者为非线性电路（分析方法为折线分析法）；后者为 线性电路（用y参数等效电路分析法） 3、前者通常工作于丙类状态，后者工作于甲类状态 4、质量指标不同：前者为输出功率大、效率高以及输出中 的谐波分量应尽量小，以免对其他频道产生干扰；后者有 增益、选择性、通频带、稳定性、噪声系数等。
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§5.3、晶体管谐振功率放大器的 折线近似分析法
一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式
折线近似分析法，是将电子器件的特性曲线理想化，每 一条特性曲线用一条或几条直线（组成折线）来代替。可 以用简单的数学解析式来代表电子器件的特性曲线。
优点是简单，缺点是准确度较低。
2 Vcm 1 1 2 PO Vcm I cm1 I cm1 R p 2 2 Rp 2
L ，R为电感的损耗电阻） CR
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集电极耗散功率为 PC P PO
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放大器的集电极效率为：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 V I PO 2 cm cm1 1 C g1 ( c ) P VCC I CO 2 Vcm (集电极电压利用系数） VCC g1 ( c ) I cm1 iC max （ （ ） 1 c） 1 c （波形系数） I CO iC max（ （ 0 c） 0 c）
2）维持晶体管的集电极耗散不超过规定值，提高集电极效率，将使交流输出功 率大为增加。
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如何减小集电极耗散？ 集电极耗散的瞬时功率为：
pC iC vC
如果使iC 只有在vC 最低的时候才能通过，那么集电极耗散功率 自然会大为减小。iC需是脉冲状。
电流通角2C 180o
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三、高频功率放大器与低频功率放大器的区别
共同点是：输出功率大和效率高
不同点是： 1、低频功率放大器的工作频率低，20Hz～20kHz，相对 频带宽。因此都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等； 高频功率放大器的工作频率高，几百kHz～几百MHz，相 对频带窄。因此，一般都采用选频网络作为负载回路。 2、低频功率放大器工作于甲类、甲乙类或乙类状态； 高频功率放大器则一般都工作于丙类。