第5章高频功率放大器分析
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 功率放大电路
V C（ C V
CC U CE (sat)） RL
2.2W
m
π 4
V CC
U CE(sat) V CC
65％
5.2.2 OTL电路
1 、 OCL 电 路 线 路 简 单 、 效率高，但要采用双电源供电， 给使用和维修带来不便。
2、采用单电源供电的互 补对称电路，称为无输出变压 器（Output transformerless）的 功放电路，简称OTL电路，如 图5.2.5所示。其特点是在输出 端负载支路中串接了一个大容 量电容C2。
第五章 功率放大电路
5.1 功率放大电路概述 5.2 乙类互补对称功率放大电路 5.3 集成功率放大器 *5.4 功率管的安全使用
教学目标
1、了解功放电路特点、分类、对功放电路要求。熟悉低频
功放电路主要技术指标。
2、熟悉OCL、OTL电路组成、工作原理、性能参数估算方
法。
3、掌握交越失真产生原因、消除交越失真方法。 4、掌握复合管组成原则。
教学目标
5、熟悉常用集成功率放大器（LA4102、LM386、TDA2030
等）引脚功能，了解其主要技术指标。熟悉集成功放应用电 路组成、外接元器件作用，会估算闭环增益。
6、选学BTL电路原理及其由集成功放构成的应用电路。
7、选学功放管二次击穿和热致击穿现象及其保护措施，功
放管等功率器件散热计算及散热片的选择。
2、功放管的最大耐压U（BR）CEO 当一只管子饱和导通时，另一只管子承受的最大反向电
压为2VCC。故
U (BR)CEO 2VCC
3、功放管的最大集电极电流
I
CM
VCC RL
4、选择示例
Chapter5 高频功率放大器v1.0解析
故放大器效率：
Po Po c P Po Pc
21
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 )
高频电子线路试题库
高频电子线路试题库一、单项选择题（每题 2 分，共20 分）第二章选频网络1、LC 串联电路处于谐振时，阻抗（）。
A、最大B、最小C、不确定2、L C并联谐振电路中，当工作频率大于、小于、等于谐振频率时，阻抗分别呈（）。
A、感性容性阻性B、容性感性阻性C、阻性感性容性D、感性阻性容性3、在LC并联电路两端并联上电阻，下列说法错误的是（）A、改变了电路的谐振频率B、改变了回路的品质因数C、改变了通频带的大小D、没有任何改变第三章高频小信号放大器1、在电路参数相同的情况下，双调谐回路放大器的通频带与单调谐回路放大器的通频带相比较A、增大B减小C相同D无法比较2、三级相同的放大器级联，总增益为60dB,则每级的放大倍数为（）。
A、10dB B 、20 C、20 dB D、103、高频小信号谐振放大器不稳定的主要原因是((A)增益太大(B)通频带太宽Cb' c的反馈作用(D)谐振曲线太尖锐。
第四章非线性电路、时变参量电路和混频器(C)晶体管集电结电容1、通常超外差收音机的中频为( )A) 465K B) 75KHZ ( C) 1605KHZ ( D) 10.7MHZ2、接收机接收频率为fc ,fL >( A) fc > fI fc+fI B) fL+fc C) fc+2fI( D)3、设混频器的fL >fC 产生的干扰称为( ，即fL =fC+fI )。
，若有干扰信号fn=fL+fI ，则可能(A)交调干扰(B)互调干扰(C)中频干扰(D)镜像干扰4、乘法器的作用很多，下列中不属于其作用的是(A、调幅B、检波C、变频D、调频5、混频时取出中频信号的滤波器应采用( )(A)带通滤波器(B)低通滤波器(C)高通滤波器(D)带阻滤波器(A)相加器(B)乘法器(C)倍频器(D)减法器7、在低电平调幅、小信号检波和混频中，非线性器件的较好特性是()A、i=b0+b1u+b2u2+b3u3 B 、i=b0+b1u+b3u3 C、i=b2u2 D、i=b3u38、我国调频收音机的中频为( )( A) 465KHZ ( B) 455KHZ ( C) 75KHZ ( D) 10.7MHZ9、在混频器的干扰中，组合副波道干扰是由于 ------- 造成的。
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
高频电子线路课程教学大纲
高频电子线路课程教学大纲一、课程简介高频电子线路课程旨在介绍高频电子线路的基本原理、设计方法和实际应用。
通过本课程的学习，学生将掌握高频电子线路设计的基本概念和技能，为将来从事相关领域的工作打下坚实的基础。
二、课程目标1. 了解高频电子线路的基本概念和特点；2. 掌握高频电子线路的设计原则和方法；3. 学习高频电子线路分析与仿真的工具和技术；4. 理解高频电子线路的主要应用领域，并能应用于实际设计中；5. 培养学生的团队合作能力和创新精神。
三、课程内容第一章：高频电子线路概述1. 高频电子线路概述及应用领域介绍2. 高频电子线路的特点和要求第二章：高频电子线路基础知识1. 电磁波基础2. 传输线理论和特性阻抗3. 矩形波导和同轴线4. 常用高频电子元器件的特性和参数第三章：射频放大器设计1. 射频放大器的基本原理2. BJT 和 MOSFET 射频放大器设计3. 基于微带线的封装和设计4. 射频放大器的稳定性分析第四章：射频混频器与频率合成器设计1. 射频混频器的原理和分类2. 射频混频器设计方法与技巧3. PLL 频率合成器的设计原理和实现方法第五章：高频功率放大器设计1. 高频功率放大器的基本原理和应用2. 高频功率放大器的设计方法和技巧3. 不同类别功率放大器的对比分析第六章：高频滤波器设计1. 高频滤波器的基本知识和分类2. 高频滤波器的设计方法和工具3. 常用高频滤波器设计案例分析第七章：天线设计与工艺1. 天线的基本原理和参数2. 天线的设计方法和工艺要求3. 天线与射频系统的匹配与优化第八章：实验与实践1. 高频电子线路实验室的基本设备和仪器2. 实验操作技巧与安全注意事项3. 设计与验证高频电子线路的实践项目四、考核方式1. 平时成绩：包括课堂表现、作业完成情况和实验报告等；2. 期中考试：考察学生对课程内容的掌握程度；3. 期末考试：综合考核学生对整个课程的理解和应用能力。
五、参考书目1. 《高频电子线路设计基础》作者：XXX2. 《射频电子线路设计与仿真》作者：XXX3. 《高频功率放大电路技术》作者：XXX六、教学团队本课程由资深高频电子线路工程师和教授担任，具有丰富的教学和实践经验，能够提供全面的教学指导和辅导。
05第五章、功率放大电路
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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
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谐振功率放大器的基本工作原理
1、原理电路
u ()
＋
ibB V ＋
uce
ub
ube － －
ic －
uc CL
＋
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VEBbB
VCECc
R
7
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vBE VBB Vbm cost
iC gc (vBE VBZ )
( t 2k ) C )
则
iC gc (VBB Vbm cost VBZ )
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
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输出特性的理想化
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。
Ik iC max k (C ) 波形分解系数
Ico
ic
m
ax
sin (1
cos cos )
ic maxa0 ( )
I
c1
ic
max
sin cos (1 cos )
ic maxa1( )
Icn
ic
m
ax
2
sin
n
n cos 2n sin (n2 1)(1 cos
c
cosn os )
当t C时，iC 0
则
VBB Vbm cosC VBZ 0
故得
cosC
VBZ VBB Vbm
iC gcVbm (cost cosC )
iC max gcVbm (1 cosC )
则
iC
iC max
cost cosC 1 cosC
周期性的余弦尖脉冲
8
用傅立叶级数展开得：
iC Ik cos kt IC0 Icm1 cos t Icm2 cos 2t k 0
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。
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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 PO PC
c
PO P
PO PO PC
1）在给定的 P=时，降低PC，则 c 自然会提高。这样，晶体管的交流输出功率
直流电源VCC所供给的直流功率为
P VCC IC0
回路可吸取的基频功率为
PO
1 2
Vcm
I
cm1
Vc2m 2Rp
1 2
I
2
cm1
Rp
集电极耗散功率为
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PC P PO
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放大器的集电极效率为：
C
PO P
1 2
Vcm
Icm1
VCC ICO
1 2
g1
(c
)
Vcm (集电极电压利用系数）
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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。
VCC
g1(c )
I cm1 ICO
iiCCmmaaxx（（10 cc））
（1 c）（波形系数） （0 c）
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增大ξ和g1的值是提高效率的两个措施, 增大α1是增大 输出功率的措施。然而增大g1与增大α1是互相矛盾的。 导通角θ越小, g1越大, 效率越高, 但α1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。
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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。
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。
ic maxan ( )
(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
v o
1 cost
（Rp
p2
L ，R为电感的损耗电阻） CR
vC VCC Vcm cost
vBE VBB Vbm cost
PO就会增大。
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 iCvC
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 即工作在丙类状态
临界线方程可写为：
iC gcrvC
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二、高频功率放大器的动态特性与负载特性
高频功率放大器的工作状态取决于负载阻抗Rp和电压VCC、VBB、Vbm四个参数。
负载特性曲线：如果维持三个电压参数不变，此时各种电流、 输出电压、功率和效率等随Rp而变化的曲线。
动态特性曲线：在输出特性图中, 表示输出电压vC、vB与iC的关系曲线 又称为交流负载线。由于谐振功放的负载是选频网络, 故输出交流电压vc必 然是一个完整的余弦信号。由图可以看到, 截止区和饱和区内的动态线分 别和输出特性中截止线和临界饱和线重合(其中临界饱和线斜率为gcr), 而放 大区内的动态线是一条其延长线经过Q点的负斜率线段AB。