高频功率放大器
高频功率放大器
1 ( c ) g1 ( c ) 叫波形系数 0 ( c )
集电极效率： Po 1 Vcm I cm1 1 1 ( c ) 1 C g1 ( c ) P 2 VCC I C 0 2 0 ( c ) 2 定义集电极电压利用系数：
Vcm VCC
第6章 高频功率放大器
6.2.2 集电极余弦电流脉冲的分解
0, 1, 2, 3 1 / 0＝ 1(c ) g
0.5 0.4 2.0
0.3
0.2 0.1 0 －0.05
1 g 0 ＝ 1 (c)
1.0
10
30
50
70
90
110 130 150 170
c /°
余弦脉冲分解系数与c的关系曲线
iC gc iC
饱和区
临界线 放大区
非线性谐振 功率放大器 的工作区域
过压区
欠压区
截止区
0
VBZ
(a)
B
0
(b)
C
理想化的转移特性和输出特性 (a)转移特性；(b)输出特性
第6章 高频功率放大器
6.2.1 理想化特性曲线的原理
非线性谐振功率放大器的工作状态：
1）欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线右方，交 流输出电压较低且变化较大；
B max Vbm VBB
i c只在 C 很低的时间通过，集电极耗散功率减小，集电
b (t )
极效率自然提高，而且 C min 越低，效率就越高。
ic max
0
VBZ
VBB
ic
2
B max
c (t )
ic max c
Vcm
B
高频功率放大器
1.原理说明利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。
它是无线电发射机中的重要组成部件。
根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。
电流导通角θ愈小放大器的效率η愈高。
如甲类功放的θ=180o ，效率η最高也只能达50%，而丙类功放的θ<90o ,效率η可达到80%。
甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。
丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
高频功率放大器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。
1.1高频功放的主要技术指标1.1.1 功率关系：功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率O P ，使之一部分转变为交流信号功率1P 输出去,一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率C P 。
根据能量守衡定理：1o C P P P =+直流功率： 输出交流功率：2211111222c c c c L L U P U I I R R =⋅== C U -----回路两端的基频电压 c1I ----- 基频电流 L R ----回路的负载阻抗。
1.1.2 放大器的集电极效率1101122c c o CC c U I P P U I ηξγ⋅===⋅ 其中集电极电压利用系数：1c c L CC CCU I RU U ξ== 0o c CCP I U =⋅波形系数：1100()()c c I I αθγαθ==为通角 θ 的函数；θ 越小γ越大。
1.1.3 谐振功率放大器临界状态的计算临界状态下，若已知电源电压Ucc ，BB U 三极管的参数C g ，'U BB ，设电压利用系数为 ξ，集电极的导通角为θ。
高频功率放大器
ic
Rp
+ L u c1 -
u BE u b U BB U BB U bm cos t
-UBB
EC
由晶体管的转移特性曲线可以看出：
当 u BE U BZ ， i c 0
ic
•
gC
ic
当 u BE U BZ ， i c g c u BE U BZ 式 中 gc 为 ：
2
动态特征曲线的画法：
画法一：
ic
•
A ubemax
在 静 态 特 征 曲 线 的 uce 轴 上 取 B 点 ， 使 OB U o ， 由 B 点 作 斜 率 为 g d 线 BA， 即 得 动 态 特 征 曲 线 。 的直
gd
EC
画法二：
O Uo ucmin Ucm
由外部方程可得：
B
•
uce
对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同：
特点：
输出功率大 效率高
(1 )工 作 频 率 高 ， 相 对 频 带 窄 (2 )采 用 选 频 网 络 作 为 负 载 回 路
(3)放大器一般工作在 C（丙）类工作状态，属于非线性电路
(4 )不 能 用 线 性 模 型 电 路 分 析 ， 一 般 采 用 图 解 法 分 析 和 折 线 法
连接 Q、 A 两点 即得动态特性曲线 。
i i 高 频 功 放 的 工 作 状 态c： cmax •
ic
动态曲线：
2 高频功率放大器的负载特性 ic
gC
U bm gd gc U c1 U uBE o E C U c 1 cos c ub 而 U c 1 I c 1 R P
高频功率放大器的原理
高频功率放大器的原理
高频功率放大器是一种电子器件，用于放大高频信号的功率。
它的工作原理基于晶体管的放大特性和放大原理。
晶体管是一种半导体器件，具有放大信号的能力。
高频功率放大器中通常采用的晶体管是场效应管（FET）或双极性晶体管（BJT）。
这些晶体管具有不同的构造和工作方式，但都可以用于高频功率放大器的设计。
在高频功率放大器中，输入信号被放大器的输入电路接收。
输入电路通常包括一个匹配网络，以确保输入信号能够有效传递到晶体管。
接下来，输入信号被传输到晶体管的控制电极，如场效应管的栅极或双极性晶体管的基极。
当输入信号到达控制电极时，晶体管的工作会受到控制，从而导致电流或电压的变化。
这个变化会在晶体管中产生一个放大的输出信号。
输出信号可以通过一个匹配网络传递到负载电阻或其他外部电路中。
为了实现高频功率放大，放大器中的晶体管需要满足一些特殊要求。
首先，晶体管需要具有高增益和宽带宽，以确保放大器在高频范围内能够有效工作。
其次，晶体管需要具有较低的噪声系数，以避免在放大过程中引入额外的噪声。
除了晶体管，高频功率放大器中还包括其他组件，如电容器、电感器和电阻器等。
这些组件用于构建输入和输出匹配网络、稳定电路工作和控制电流等。
总之，高频功率放大器通过晶体管的放大特性实现对高频信号的功率放大。
它在通信、雷达、无线电和广播等领域有着广泛的应用。
第3章高频功率放大器
(n 1)
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谐波分量分解系数。
第3章 高频功率放大器
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谐波分量分解系数。
第3章 高频功率放大器
三、功率和效率
u BE VBB U bm cos t uCE VCC U cm cos t
直流输入功率：P 交流输出功率：
2 1 1 2 1 U cm P I c1mU cm I c1m R p o 2 2 2 Rp 集电极损耗功率： P P P c o 效率： Po 1 U cm I c1m 1 1 ( c ) 1 g1 ( c ) P 2 VCC I c 0 2 0 ( c ) 2 （ :电压利用系数， 1 ( c )：波形系数） g
第3章 高频功率放大器
2、iC两参数: I CM 、c
U BZ VBB cos c U bm 此式表明： 当U BZ、V BB和U bm已知时可确定 半通角 c或通角， c为全通角。 2
c 1800 为甲类放大； c 900 为乙类放大； c 900 为丙类放大。
第3章 高频功率放大器
功放的种类：甲类、乙类、丙类
第3章 高频功率放大器
第二节 丙类（C类）高频功率放大器工作原理 一、基本电路及其特点
特点： 1)VBB 0, 基极 提高效率
负偏压, 丙类功放
2)负载为LC回路
第3章 高频功率放大器
上图是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理 线路, 除电源和偏置电路外, 它是由晶体管、 谐振回路 和输入回路三部分组成的。其中： 晶体管：常采用NPN高频大功率晶体管，其特征 频率fT高 。 静态工作状态：一般在C类，即基极偏置为负值； 输入信号：输入信号为大信号，可达1～2V，甚至 更大。 工作状态：晶体管工作在截止和导通(线性放大)两 种状态，基极电流和集电极电流均为高频脉冲电流。 放大器的负载：用带抽头的LC并联谐振回路作负 载，可以起到选频和阻抗变换两方面的作用。
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
高频功率放大器
3.1 谐振功率放大器
(2)晶体管输出电流、电压波形
当基极输入一余弦高频信号ui=ubm cos( ωt)时，基极与发 射极之间的电压为
(3. 1)
上一页 下一页 返回
3.1 谐振功率放大器
其波形如图3一3(a)所示，当ube的瞬时值大于晶体管的导通电 压UBZ时，晶体管导通，产生基极脉冲电流，由转移特性可 得集电极流过的电流或也为脉冲波形，如图3一3 (b)所示。将
下一页 返回
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=ubm cos( ωt)时，基极与发射极 之间的电压为ube =UBB +ubm cos(ω 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。
流电阻很小，也可近似认为短路。这样，脉冲形状的集电极
电流ic经谐振回路时，只有基波电流才产生电压降，因而LC 谐振回路两端输出不失真的高频信号电压uc。
(3. 3)
上一页 下一页 返回
3.1 谐振功率放大器
式中Ucm=ReIc1m，为基波电压幅度，所以晶体管的输出电 压为
其波形如图3一3(c)所示。
上一页 下一页 返回
3.1 谐振功率放大器
(1)特性曲线的折线化 对高频谐振功率放大器进行精确计算是十分困难的，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 大概的变化规律，可采用近似估算的方法，即对特性曲线进 行折线化处理:忽略高频效应，晶体管按照低频特性分析;忽 略基区宽变效应，输出特性水平、平行且等间隔，如图3-2 (a) 所示;忽略管子结电容和载流子基区渡跃时间;忽略穿透电流， 截止区ICEO = 0。
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。
- 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)。
高频功率放大器
4
高频功率放大器
高功放的分类
❖ 根据工作频带可分为： 窄带型 宽带型
❖ 窄带型采用具有选频作用的谐振网络作负载，又 称为谐振功率放大器； 放大等幅信号的谐振功放一般工作于丙类， 为了提高效率； 放大高频调幅信号的谐振功放一般工作于 乙类，以减小失真；
❖ 宽带型采用工作频带很宽的传输线变压器作为负 载，可实现功率合成.
在一般情况下，假如任一谐波的辐射功率不超过25mW， 即可认为满足上述要求。
高频功率放大器
13
读一读
高频功率放大器
L1与C1、L12、与谐C3振 均调功谐率在放fi大= 器的电路组成与工作原理
fc=30MHz ， 起 滤 波 和 谐 振
负载作用。
电路中VBB为放大器提供一反
向偏置电压VBB，从而使放大
※分为甲、乙、丙三类工作状态。
甲类放大器电流的流通角为360，适用于小信号低功率放大； 乙类放大器电流的流通角约等于180； 丙类放大器电流的流通角则小于180。
乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和 效率是三种工作状态中最高者。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，因而不能用于低频功 率放大，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。
高频功率放大器
2.3 高频功率放大器
高频功率放大器
1
读一读
高频功率放大器
无线电发射机中的高频功率放大器
在无线电发射机中，由于在发射机里的振荡器 所产生的高频振荡功率很小，因此在它后面要经 过一系列的放大——缓冲级、中间放大级、末级 功率放大级，获得足够的高频功率后，才能馈送 到天线上辐射出去。这里所提到的放大级都属于 高频功率放大器的范畴。由此可见，高频功率放 大器是发送设备的重要组成部分。
高频功率放大器
6
高频功率放大器
谐功放的工作原理
丙类谐功放
（一）放大器工作状态的分类
1.通角的概念：在信号的整个周期中，电流导通 角度的一半称通角
2.分类
甲类 ＝180
乙类 ＝90
上图中横高坐频标功u率B放E大、器纵坐标iC
丙类 <90
7
高频功率放大器
放大器工作状态的分类
❖ 可见，甲类工作状态整个周期导通，即iC永远不为 0，所以甲类管功耗大、效率低；乙类工作状态iC 仅在半个周期导通，且iC正好是uCe负半周，管耗 小、效率高（小于等于78%）；丙类工作状态 <90 ，iC仅在uCe较小的期间半个周期导通，故 比乙类效率高，可达80%以上。
选频网络作为负载回路。
高频功率放大器
9
高频功率放大器
2.按工作状态不同划分：
※低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限 于推挽电路）状态；
※高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情 况可工作于乙类）。
高频功率放大器
10
高频功率放大器
3.按放大器电流通角（放大器在一个正弦周期内 导通的角度）的不同划分：
※ 高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百MHz、
几GHz甚至几十GHz），但相对频带很窄。
例如，调幅广播电台（535～1,605 kHz的载波频段范围）的频带宽度为 9 kHz，如中心频率取为900kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之 一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用
❖ 所以，高功放一般工作在丙类，且负载要用调谐 回路，滤出谐波，保证完整基波。
高频功率放大器
8
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要求 输出功率大和效率高。两者间的差异总结如下:
1.按负载性质划分
※ 低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度
却很宽。
例如，自20至20,000 Hz，高低频率之比达l,000倍。因此它们都是采用 无调谐负载，如电阻、变压器等。
高频功率放大器
11
小结
不同点：比较
高频功率放大器
低频功放 工作频率 低（ 20Hz～20KHz)
相对带宽 宽 fmax/fmin=1000 工作状态 甲、乙类推挽 负 载 无调谐负载阻性(扬声器) 效 率低
高频功放 高(几百KHz～几百MHz ) 一个工作频率fo 窄△ f/ fo=百分之零点几到百分 之几 200KHz/20MHz=1% 丙类
高频功率放大器
5
高频功低功放相比：
相同点：都要求Po大，高；
不同点：工作频率
负载
工作状态
谐功放 几百KHz～几百MHz 谐振网络
丙类或乙类
低功放 20Hz～20KHz 电阻、变压器等非谐振网络 乙类或甲乙类
❖ 谐功放与小信号谐振放大器相比： 相同点：都是高频放大，负载均为谐振网络； 不同点：谐功放是大信号放大器，主要考虑的是Po和，工作在丙类，负载 的作用是从失真的集电极电流中选出基波，滤除谐波； 小信号谐放为小信号放大器，主要考虑Au，fbw和选择性，工作 在甲类，负载的作用是抑制干扰信号，不失真放大有用信号。
高频功率放大器
器静态时为截止状态
高频功率放大器
14
高频功率放大器
设输入电压ub=Ubmcosct，则BJT发射结上电压
uBE =V’BB + ub = V’BB + Ubmcosct
对于如图2.24所示电路的NPN型管来说，只有在激励信号uBE为正值 的一段时间（+ 至 ）内才有集电极电流产生.
高频功率放大器
15
选频网络(LC谐振回路、具有选 频功能的集成模块）
高
高频功率放大器
12
高频功率放大器
高频功率放大器的主要技术指标除输出功率与效率外， 还要求输出中的谐波辐射分量尽量小，以免对其他频道产 生干扰。国际间对谐波辐射规定有两个标准： （1）对中波广播来说，在空间任一点的谐波场强对基波 场强之比不得超过0.02％； （2）不论电台的功率有多大，在距电台1km处的谐波场 强不得大于50V／m。
高频功率放大器
2
高频功率放大器
发送设备的组成
天线
高频振荡器
倍频或放大
调制器
高频功率放大器
声音
话筒（微音器）
低频放大
高频功率放大器
3
高频功率放大器
概述
▪ 高频功放的任务：输出足够大的功率、高效 率的功率转换、减小非线性失真。
▪ 掌握丙类谐振功放电路特点及其工作原理， 理解对能量工程估算方法。
▪ 重点掌握谐振功放工作状态分析。 ▪ 了解匹配网络。