高频谐振功率放大器讲课讲稿
高频4高频功率放大器.课件.ppt
若临界线的斜率为gcr，则临界线方程可写为 ic=gcrvCE 注：过压、欠压从电压利用系数的角度理解。
晶体管的静态转移特性理想化后可用交横轴于VBZ的一条 直线来表示(VBZ为截止偏压)。
转移特性方程：ic =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ)
或电压 电流
Vcm vCE vCE VCC Vcm cos t
iC
iC Vcm cost
ic max o c
VBZ
VCC
v CE
min
－VBB
vbE max
t
Vbm vBE
v BE VBB Vbm cos t
1. iC 与vBE同相，与vCE反相； 2. iC 脉冲最大时，vCE最小；
由右图可以得到：
100 20 40 60 80 120 160180 c
时=1，c可达100%，但输 出功率为零；
尖顶脉冲的分解系数
n
1 0
因此，为了兼顾功率与
1
效率，最佳通角取70左右。0.5
0.4
2.0
0
0.3
另：60时二次谐波分 0.2 1.0
1 0 2
量最大，40时三次谐波分 0.1
3
140
量最大，作为倍频器设计 0
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。
ic
ic
ic
ic
Q
o
eb o
t
小信号谐振放大器 波形图
t
o
eb o
t
VBZ
谐振功率放大器 波形图
t
ic
第六章 高频功率放大器-实用PPT
➢工作原理
➢图62 高频功放的工作状态 ➢设输入信号为 ➢
由图61得基极回路电压为
uBE= VBB+Ubmcosωt
（62）
放大器常工作于丙类状态，如图62所示。
输出电流为余弦脉冲,含有直流、 基波(信号频 率分量)和各次谐波分量,输出谐振回路选出基波 分量,就实现了功率放大。
§6.2 谐振式高频功率放大器的工作原理 谐振式高频功率放大器的电路及其特点
晶体管高频功率放大器的原理电路如下图所示, 由晶体管、输出谐振回路和输入回路三部分组成。
图 61 晶体管高频功率放大器的原理电路
➢谐振式高频功率放大器的特点：
①为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶 体管发射结为负偏置，由Eb（VBB）来保证，流 过晶体管的电流为余弦的脉冲波形；
➢高频功率放大器的主要技术指标 ➢（1）高频输出功率:输出功率 Po ➢（2）效率η: 输出功率/直流电源功率Po/P= ➢（3）功率增益: 输出功率/输入功率Po/Pi ➢（4）带宽B0.7 ➢（5）矩形系数Kr0.1=B0.1/B0.7
➢高频功率放大器的分类 ➢可分为窄带放大器和宽带放大器两类。
晶体管的工作区域 低频区f<0.5fβ ； 中频区f在0.5fβ~0.2fT之间；
高频区f在0.2fT~fT之间。 （ fβ为截止频率，fT为特征频率）
§ 6.3 谐振功率放大器的折线分析法
1. 集电极余弦电流脉冲的分解
如图62所示，集电极电流余弦脉冲是由脉冲高度 Icm和通角θc来决定的。在已知条件下,通过理想化
各次谐波分量的系数为 (2) 在临界工作状态,输出功率最大,且集电极效率也高,常用于发射机的功率输出级，以便获得最大的输出功率。
g第五章高频功率放大器ppt课件
晶体管的任务情况与频率有极其亲密的关系，把其任务频率范围划分为三个区域：
低频区： 中频区： 高频区：
f 0.5f
0.5ff 0.2fT 0.2fTf fT
fT f
低频区可以不思索其等效电路中的电抗分量等影响，可以用与分析电子管高频功率放 大器类似的方法来分析。
( 1 ) 集 电 极 电 源 提 供 的 直 流 功 率 ： P V C I C 0 C
(2) 集 电 极 输 出 交 流 功 率 （ 负 载 上 得 到 的 功 率 ）
P 02 1V C1m IC1m 2 1I2C1m R PV 2 2 R C P 1m （ 注 意 R P 为 回 路 谐 振 阻 抗 ）
工作状 分析方法 态
质量指标
高频功率 放大器
高频大 从失真的集电极电流脉冲中选 信号 出基波、滤除谐波，从而得到
不失真的信号输出
丙类
图解法或者 解析近似分 析法
功率和效率
高频小信 高频小 抑制干扰信号 号放大器 信号
甲类
线性等效电 路
增益、通频带、选择 性、稳定性和噪声系 数
5.2 高频功率放大器的任务原理
5.1.1 功放的分类
按任务形状分：
A （ 甲 ） 类 ： 导 通 角 为 1 o80
A B （ 甲 乙 ） 类 ： 导 通 角 为 9 o0
B （ 乙 ） 类 ： 导 通 角 为 9 o0 C （ 丙 ） 类 ： 导 通 角 为 9 o0
甲类放大器适用于小信号低功率放大；乙类和丙类适用于大功率放大；甲乙类放大器 当小信号时任务在甲类，当大信号时任务在乙类。
V CC
g1 c
高频调谐功率放大器.ppt
二.高频功率放大器的性能指标 放大输入信号，使之达到足够的（交流）功 率输出，以满足天线发射远距离传输信号的 要求，或其他负载的要求。
功率放大器的作用及其实质，决 定了衡量它性能的两个主要指标： 1.（输出的交流）功率 2.（直流能量转化为交流能量的）效率
6
三、调谐功放与小信号调谐放大器的比较 类型 小信号 调谐 电压 大器 高频 调谐 功率 放大器 输入信 工作 号幅度 状态 甲类— 能 量转 不 失 真 小 换器— 地 提 高 将 直流 信 号 幅 V — 线性工 作状态 能 量转 度 mV 数量级 换 为交 流 能量 在信号不 大 丙类 — 输出 失真或轻 几百mV 度失真的 —V 数 非线性 条件下提 量级 工作状 高输出功 态
计算线圈匝数的主要依据
46
[例题］谐振功放电路如下图(a)所示。要求其工 作状态如图(b)所示。已知RL=100Ω，f0=３０Ｍ Ｈz，B=1.5MHz，C=100pF,EC=12V，N1+N2=60匝。 求：N3,N1,N2。(不考虑LC回路本身的谐振电阻R0)
38
ic
g
Uj
ube
ic g (ube U j )
ube ub Eb U bm cos t Eb
uce Ec uc Ec U cm cos t
39
ic g ( Eb U j U bm
Ec uce ) U cm
由此直线方程，描点法作图。
2(sin n cos n cos n sin ) I c max n( n 2 1)(1 cos )
sin cos 0 (1 cos )
直流分量分解系数
基波分量分解系数
第7讲_高频 功率放大器实际电路(完整版)
L1 C1 ' R1 ' C2 ' R2 '
2． 高频功放的耦合回路
高频功放都要采用一定的耦合回路，以使输出功率能有效地传 输到负载（下级输入回路或天线回路） 一般说来，放大器与负载 ， 之间的耦合可采用下图所示的四端网络来表示。这个四端网络应完 成的任务是：
RS uS 输入 匹配 网络 功率 放大器 输出 匹配 网络 RL
这 种 电 路 能 自 动 维 持 C 大 器 的 工 作 稳 定 。B 放 E E
B B
CB 以上基极自给偏压电路中，前两个为并馈线路，后一种为串馈 线路。
U 在 实 际 应 用 中 ，由 于 基 极 馈 电 电 路 中 采 用 单 独 电 源 BB
通常采用自给偏压的方式提供基极偏置。
VT VT VT
在大功率输出级，T型、Π 型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。
L1
C2
R1
C1
C2
R2
R1
C1
L1
R2
(a)
两种Π型匹配网络
(b)
图中的R2一般代表终端(负载)电阻，R1则代表由R2折合到左端的等效 电阻，现以 (a)为例进行计算公式的推导 L1 将并联回路R1C1 与R2C2 变换为串联形式，由 C1 ' C2 ' 串、并联阻抗转换公式可得 2
R1
R2
R1 1 Q
X
2
2 1 2 c2
X
2
X c1
2 c1
2
R
2 1
R1
X C1 X C2
R1
R 1 X C1
2 2
X C1
R2
2
2 2
第6章高频功率放大器PPT课件
.
2
末级高频 功率放大
主
缓
倍 中间
功放
振
冲
频 放大
推动
声音 话
筒
低频电 压放大
低频 功放
调幅发射机. 方框图
发 受调放 射
大器 天 线
调制 器
末级低3 频功放
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。
三种组态的基本放大电路
CE
电压增益：(Rc //RL) 1
rbe
电流增益： β
CC
(1)(Re//RL) 1 rbe(1)(Re//RL)
呈现很大的纯电阻性阻抗，而对谐波的阻抗很小，
可看作短路，因此，并联谐振电路由于通过 iC 所产
生的电位降 v c 也几乎只含有基频。这样，iC 的失真
虽然很大，但由于谐振回. 路的这种滤波作用，仍然19
能得到正弦波形的输出。
例6.2.1 试求图6.2.1所示的并联谐振回路各次谐
波与基频的阻抗值之比。已知回路
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
5
2、工作状态
2c =3600
2c ≈1800
(a)甲类 class-A amplifier
集电极效率，放大器的集电极电流应该是脉冲状。
当电流流通角小于 180 0 时，即为丙类工作状态，这
这时基极直流偏压 V BB 使基极处于反向偏置状态， 集电极电流为脉冲状。
.
15
高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT
对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流 的直流分量Ic0和基频分量Icm1。
14
折线分析法的主要步骤：
1、测出晶体管的转移特性曲线ic~ eb及输出特性曲线ic~ ec， 并将这两组曲线作理想折线化处理
ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+……
11
直流功率： PDC Vcc Ic0
输出交流功率：
Po
1 2
Vcm
Icm1
Vc2m 2R p
1 2
I c2m1R
p
Vcm 回路两端的基频电压
Icm1 基频电流
Rp
回路的谐振阻抗
放大器的集电极效率：
hc
Po PDC
1 2
为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解 这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。
23
当放大器工作于谐振状态时，它的外
部电路关系式为
ic
eb= –VBB+Vbmcost
ec= VCC–Vcmcost
消去cost可得，
eb=
–VBB+Vbm
VCC Vcm
ec
另一方面，晶体管的折线化方程为
正好落在临界线上。
18
三、集电极余弦电流脉冲的分解
当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电 流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。
晶体管的内部特性为：
ic=gc(eb–VBZ) 它的外部电路关系式
eb= –VBB+Vbmcost
高频功率放大器教学课件
输入级通常采用晶体管或场效应 管作为放大元件，通过合理的设 计和匹配电路，实现信号的线性
放大。
输入级的性能对整个高频功率放 大器的性能具有重要影响，需要 关注其增益、线性度、噪声系数
等指标。
输出级
输出级是高频功率放大器的最 后一级，主要作用是将信号进 一步放大并输出。
输出级通常采用功率晶体管或 场效应管，通过适当的电路设 计和匹配，实现高效率、低失 真的信号输出。
由于高频功率放大器在工作过程中会产生大量热量，散热设计至 关重要，否则会影响放大器性能和稳定性。
散热方式
包括自然散热、强制风冷、液冷等，根据实际需求和环境条件选择 合适的散热方式。
散热结构设计
合理设计散热结构，如散热片、散热通道等，提高散热效率，降低 热阻。
05 高频功率放大器的应用实 例
无线通信系统中的应用
VS
详细描述
动态范围是指高频功率放大器在保证一定 信噪比（SNR）条件下，能够接收和放大 的最小信号与最大信号之间的比值。动态 范围越大，高频功率放大器的接收灵敏度 和抗干扰能力越强。在无线通信、卫星通 信等领域，动态范围是一个关键的性能指 标。
04 高频功率放大器的设计方 法
匹配网络设计
01
02
总结词
增益是衡量高频功率放大器放大信号能力的指标。
详细描述
增益是指高频功率放大器输出信号的幅度与输入信号幅度的比值，通常用分贝（ dB）表示。增益反映了放大器对信号的放大能力，是高频功率放大器的重要性能 指标。
效率Βιβλιοθήκη 总结词效率是衡量高频功率放大器能量转换能力的指标。
详细描述
效率是指高频功率放大器的输出功率与输入功率的比值。高效的放大器能够将更多的电能转换为信号能量，减少 能源浪费和散热问题。效率对于高频功率放大器的性能和可靠性具有重要意义。
高频实验2高频谐振功率放大器.ppt
Icmax
ic
ic1
ic2 ic3
故输出仍为不失 Ico 真的正弦波.
ωt
θc
θc
利用功放负载 LC回路的选频 功适能当,选择LC的 参数使之谐振与 基波频率,
-VBB
C
BT Ec
R+
L
Uc1
-
高频功放的工作状态： ic
高频功放的工作状态有三种,分别是: (1) 欠压工作状态
特点：晶体管的工作范围在放大区和截止区。
④ 缓慢增大输入信号幅度，使放大器处于临界工作状态，即Ie由尖顶余弦 脉冲变化到即将出现双峰的时刻，注意观测此时输出信号幅度与输入信号 幅度变化的特点（输出信号最大）。
⑤ 继续增大输入信号幅度。当输入信号幅度增大到一定程度时，放大器将由临
界进入到过压工作状态，即Ie由尖顶余弦脉冲变化到集电极电流脉冲则出现凹陷 的双峰，注意观测此时输出信号幅度与输入信号幅度变化的特点（输出电压振幅 增长缓慢）。
4测、试丙电路类框功图率和放实大验器测试负条载件特同性上测：定的测 R输结L试 入=根果条 信12据件 号，0：频Ω实说率Vc验明=c=谐测什+振1量么频2V率数是fo据高
① 使高功放处于最佳谐振状态。
功放的负载特性？
② 用示波器“ CH1”探头检测“高频功率放大器”实验板的 “Ie”波形；用示波器”CH2”探头检测“高频功率放大器” 实验板的“OUT”波形。
③ 适当调整高频信号发生器的输出信号 幅度，使放大器处于过压工作状态，即 使Ie出现双峰，并记录此时的电流波形。
④ 改变负载（用连接线），使负载电 阻依次变为75Ω→50Ω。观察并记录不 同负载时的电流波形。
三、实验应会技能 根据实验测量的结果，
13-14-第三章-高频功率放大器PPT课件
i c I c o I c m 1 c o s t I c m 2 c o s 2 t I c m n c o s n t
Icm
ic
ic1
ic2 ic3
Ico
θc
θc
ωt
其中各系数分别为：
w qqqq q I c o 2 1- i c d (t) I cm ( s a1 i c x - - c n c c o c o c ) s I s cm 0a cx
Vbb N( f )
Vcc
uc u0u1u2
u1 Icm1Rpcowst
ε f - f0 f0 f
uCE Vcc -uc
Vcc -Icm1Rp coswt
Vcc -Ucmcoswt
ε
-
4
4、效率如何计算？
q P V cIc c 0 V cIc c m0 ac x
q 1
1
P o2U cm Ic1m2U cm Icma1x c
式中：(1) 0 qc ，1qc ，…， n qc 称为尖顶余弦脉冲的分解系数。
一般可以根据q c 的数值查表求出各分解系数的值。
(2) Ico ， I cm1 ， I cm2 ，…， Icmn -为直流及基波和各次谐波的振幅。 3
ic中存在零频、基频和若干倍频，即出现了非线性，如何去除？
利用谐振回路，选取基频，使得输入信号频率为w，输出信号频率也为w，
α1
αo
2.0
g1
cP P o1 2U V c cc m 1 0q qc c1 2g 1qc
α2
1.0
α3
θc
其中：
U Cm Vcc
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高频谐振功率放大器 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 课程名称：高频电子线路
设计课题： 高频谐振功率放大器 系 别： 机电工程学院 专业班级： 电子信息工程 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 2009/12/7 — 2009/12/12
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收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 高频谐振功率放大器 设计者： 指导教师：
摘要：本电路主要由谐振回路、耦合回路、基极偏置电路三部分组成。本电路主要应用于发射机的末级功率放大，突出特点为有较高的输出功率和效率。 关键词：高频；甲类功放；丙类功放；谐振 引言：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，这是无线电发射机中的重要单元电路。根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管电流导通角θ的范围，可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角越小，放大器的效率越高。丙类放大器的导通角θ＜90%，效率η可达到80％，高频功率放大器一般选择在丙类工作状态。本设计采用甲类功放输出的最大不失真信号作为激励源，丙类功放作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。 1 设计任务与要求 设计一个高频谐振功率放大器。 技术要求：输出功率P0=3W ,工作中心频率f0≈6.5MHz ,效率η>50 % ，负
载RL=50Ω,电源电压VCC=9V,2△f0.7=3.25MHz 2 方案设计与论证
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。根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁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＝180°，效率精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 最高也只能达到50％，而丙类功放的θ＜90%，效率η可达到80％。甲类放大器电流的流通角为180°，适用于小信号低功率放大。乙类放大器导通角等于180°；丙类放大器导通角则小于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。综上考虑本设计采用甲类功率放大器作为激励级，丙类功率放大器作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。基本电路如图1所示。
图1 高频功率放大器基本电路 本设计要求输入6.5MHz信号经功率放大器放大输出一个信号, 再经过阻抗变换网络产生高频输出交流电压，其基本框图如下所示。
+9V 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 图2 高频功放原理框图 3 单元电路设计与参数计算 3.1 确定功率放大器最佳负载R0
(图3)
设晶体管饱和电压降为1 V , VCC= 9 V R0=(VCC- VCE(SAT))²/2P0
=(9-1)²/(2×3)Ω=10.7Ω
3.2 静态工作点 VEQ= CCCEVV=(9-1)V=8V 图3 Q2集电极调谐回路 ICQIEQ=VEQ/Re=8/1.6A=5A VCQ= VEQ+VCE=(8+1)V=9V 3.3 晶体管Q2的选择
集电极基波电流振幅 Icm1=VCM/ R0
= [VCC- VCE(SAT) ]/R0=(9-1)/10.7A=0.74A
为了获得较高的效率及最大的输出功率 选取θc= 70°： a0(70°)=0.253 a1(70°)=0.436， 集电极电流脉冲的最大值 ICM=Icm1/ a1(70°)=0.74/0.436A=1.75A 直流分量 Ic0=ICM×a0(70°)=1.75×0.253A=0.43A
输出 功率 放大器 谐振电路 匹配网络 6.5MHZ
CR0L 精品文档
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 电源供给的直流功率 P== VCCIc0=9×0.43W=3.9W 集电极的耗散功率 PC=P=- P0=(3.9-3)W=0.9W 放大器的转换效率 ŋ= P0/P==3/3.9=77% 最大管耗 PCM≥0.2P0 集电极与发射极击穿电压 URCEO≥2 VCC 即 URCEO≥18V 晶体管C1970的主要参数： 特征频率f=175MHZ 额定输出功率P0=5W 集电极与发射极击穿电压URCEO=40V 集电极额定电流Ic0=600mA 所以选用晶体管C1970. 3.4 谐振回路及耦合回路的参数：
并联到LC回路上的总损耗电导为1PG=1/(QLW0L), QL=00.7f2f=666.5103.2510=2
go1=1/RO，gi2=1/RL 初级抽头比为P1= N2/N4=1p
12o
G
g ①
初次级匝数比P2= N3/N4=1p
i22Gg ②
由①、②得 N3/N2= LORR =0.3 取N3=2,N2=6 若取集电极并联谐振回路的电容C=60pF, 回路电容C=CC3+C3
(CC3=2～5pF, C3=57pF)得回路电感为 L=1/[(2πf0)²C]=1/[(2π×6.5×610)²×60×1210]µH=10µH 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 得出N4= 02LL
QWL
R N3
N4 ≈11
Ap= P0/ Pi Ap随Pi变化而变化（Pi为输入功率）。 4 总原理图及元器件清单 总原理图如图4所示。由图可知，Q2中由LC单回路构成集电极负载，它调谐与放大器的中心频率。LC回路与本级集电极电路的连接采用自耦变压器形式（抽头电路），与下级负载的连接采用变压器耦合。采用这种自耦变压器－变压器耦合形式，可以减弱本级输出导纳与下级晶体管输入导纳对LC回路的影响，同时适当选择初级线圈抽头位置与初次级线圈的匝数比，可以使负载导纳与晶体管的输出导纳相匹配，以获得最大的功率增益。为了避免寄生耦合，对集电极电源进行滤波。 丙类功放所需元器件清单如下表所示： 元件清单表 元件序号 型号 主要参数 数量 备注 Re 1.6KΩ 1 0.15元 RL 50Ω 1 0.15元
Q2 C1970 f（MHZ） 175 P0（W） 5 URCEO（V） 40 Ic0（mA） 600 1 单价：0.2元 厂家：MTT 封装形式：TO-202
C1 0.01µF 1 0.09元 C2 2～5pF 1 0.12元 C3 57pF 1 0.15元 C4 0.01µF 1 0.09元 C5 0.01µF 1 0.09元 ZL1 47µH 1 0.19元 L1 2.2µH 1 0.11元 Ce 0.01µF 1 0.09元 总计：1.44元 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 RB2RB1Re2RLReRe1C1C2
Ce1
C3CeC4CC3
ZL1
L1UiT1Q1
Q2T2C5VCCUi' 图4 高频功率放大器电路原理图 精品文档
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 5 末级丙类放大器的仿真 5、1构造实验电路（直接用信号源代替甲类激励模拟） 利用EWB软件绘制如图5所示的高频谐振功率放大器实验电路。
图5 高频谐振功率放大仿真电路 图中，各元件的名称及标称值如下表所示。 序号 元件名称及标号 标称值 1 信号源Ui 270mV/2MHz 2 负载RL 10kΩ 3 基极直流偏置电压VBB 0.2V
4 集电极直流偏置电压VCC 9V 5 谐振回路电容C 13pF 6 基极旁路电容Cb 0.1uF 7 集电极旁路电容Cc 0.1uF
8 高频变压器T1 N=1;LE=1e-05H;LM=0.0005H;RP=RS=0 9 晶体管Q1 C1970 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 5、2 动态性能测试 (1)输入输出电压波形 当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如图6所示的输入、输出波形。
图6 高频谐振功率放大器输入、输出波形图 (2)调整工作状态 1分别调整负载阻值为5 kΩ、100 kΩ，可观测出输入输出信号波形的差异。 2分别调整信号源输出信号频率为1MHz、6.5MHz，可观测出谐振回路对不同频率信号的响应情况。 3分别调整信号源输出信号幅度为100mV、400mV，可观测出高频功率放大器对不同幅值信号的响应情况。
图7 高频谐振功率放大器工作于欠压状态输入、输出波形图