[理学]3-高频功率放大电路PPT课件
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第六章 高频功率放大器-实用PPT
②负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取 出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放 大器的阻抗匹配。
➢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。
➢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。
高频电子线路第3章高频功率放大器
ic I c 0 I c1m cos t I c 2m cos 2t ... I cnm cos nt
其中各分量的振幅：
1 I c0 2
I c1m 1
1 i d ( t ) c 2
c
c
c
c
I cM
cost cos c I sin c c cos c d (t ) cM ( ) 0 ( c ) I cM 1 cos c 1 cos c
窄带谐振放大器
有源器件 谐振回路 采用具有滤 波特性的选 频网络作为 负载
丙类
四、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同
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：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 o
o
eb
t
尖顶余弦脉冲
图3-5丙类状态下集电极电流波形
1、iC表达式:
u BE VBB U bm cost 由 iC g c (u BE U BZ ) iC g c (VBB U bm cost U BZ )(3 9)
图3-3
2, iC两参数:I CM 、c
另外，为了分析方便，根据理想化输入特性，将理想化输 出特性曲线中的参变量ib 改为ube。
图中 ib=7mA，由输入特性
可知，uce=0.68V时，对应 的ic=180mA；而 ib=0 时， ube=0.6V，在0.60V-0.68V之 间，可按每间隔0.02V画出
水平线，即得到以ube为参
变量的理想化特性曲线。这 样的理想化特性正好满足gc 为常数。
第2章 高频调谐功率放大器 44页 2.2M PPT版
仿真
C
尖顶余弦脉冲的数学表达式
Vbm
休息1 休息2
(1) 集电极电流
i c i c max
ic I co I cm1 cost I cm1 cos 2t I cmn cosnt
ic Icmax θc θc ic1
cos t cos c 1 cos c
第2章 高频调谐功率放大器
2.1 概述： 2.2 高频功率放大器的工作原理 2.3 高频功率放大器的动态分析 2.4高频功放的高频特性 2.5高频功率放大器的电路组成
休息1
返回
休息2
2. 1 概述：
在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，必须采 用高频调谐功率放大器，这是发射设备的重要组成部分。 输出功率大 对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同： 效率高
oP c ，时定一率功散耗的许允管体晶当
(3) (4) 集电极能量转换效率 c ：
c
Po Po PD Po PC
c Po 集电极耗散功率PP 1， PP c (3) c P o P c o C C c
PD Po
α1 αo g1 α2 α3 θc 2.0 1.0
c c
c
c
式中：(1) 0 c ， 1 c ，…， n c 称为尖顶余弦脉冲的分解系数。
一般可以根据 c 的数值查表求出各分解系数的值。 (2) Ico ， I cm1 ， I cm2 ，…， I cmn 为直流及基波和各次谐波的振幅。
UBZ UBB
u (2)集电极输出电压 u
休息1 休息2
输入激励电路：提供所需信号电压； 输出谐振回路： （1）滤波选频，(2)阻抗匹配。
C
尖顶余弦脉冲的数学表达式
Vbm
休息1 休息2
(1) 集电极电流
i c i c max
ic I co I cm1 cost I cm1 cos 2t I cmn cosnt
ic Icmax θc θc ic1
cos t cos c 1 cos c
第2章 高频调谐功率放大器
2.1 概述： 2.2 高频功率放大器的工作原理 2.3 高频功率放大器的动态分析 2.4高频功放的高频特性 2.5高频功率放大器的电路组成
休息1
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休息2
2. 1 概述：
在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，必须采 用高频调谐功率放大器，这是发射设备的重要组成部分。 输出功率大 对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同： 效率高
oP c ，时定一率功散耗的许允管体晶当
(3) (4) 集电极能量转换效率 c ：
c
Po Po PD Po PC
c Po 集电极耗散功率PP 1， PP c (3) c P o P c o C C c
PD Po
α1 αo g1 α2 α3 θc 2.0 1.0
c c
c
c
式中：(1) 0 c ， 1 c ，…， n c 称为尖顶余弦脉冲的分解系数。
一般可以根据 c 的数值查表求出各分解系数的值。 (2) Ico ， I cm1 ， I cm2 ，…， I cmn 为直流及基波和各次谐波的振幅。
UBZ UBB
u (2)集电极输出电压 u
休息1 休息2
输入激励电路：提供所需信号电压； 输出谐振回路： （1）滤波选频，(2)阻抗匹配。
高频课件ppt课件
7
c Yce
e
第3章 高频谐振放大器
混合π型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发， 用集中参数元件r，C和受控源表示晶体管内的复杂关系。这 种等效电路称为物理模拟等效电路。它的优点是,各元件参 数物理意义明确，在较宽的频带内这些元件值基本上与频率 无关。缺点是，随着器件不同有不少的差别，分析和测量不 便。因此，混合π型等效电路比较适合宽频带放大器。
19
第3章 高频谐振放大器
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/13
第3章 高频谐振放大器
四、 1．放大器的稳定性 (2) 定性分析
下面分析由于反向传输导纳Yre的反馈引起的不稳 定。假设：反向传输导纳Yre引入的输入导纳, 记为Yir。忽略
Rbb′的影响, 则由式(3-3)、 (3- 4)有：
16
第3章 高频谐振放大器
当f = f0(△f = 0)时,
17
第3章 高频谐振放大器
(2) 输入导纳Yi
Yi
Ib
Ub
Yie
YfeYre Yoe YL
(3) 输出导纳Yo
Yo
Ic
Uc
I S 0
Yoe
YreY fe YS Yie
(4) 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1
通过Y参数的反向传输导纳Yre的反馈，使放大器存在不稳定
的问题。
rbb′ b
b′
C
＋
.
Ub′e
C
－
. gmUb′e
e
c Yce
e
Yie
1
jC jC rbb
Yoe
c Yce
e
第3章 高频谐振放大器
混合π型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发， 用集中参数元件r，C和受控源表示晶体管内的复杂关系。这 种等效电路称为物理模拟等效电路。它的优点是,各元件参 数物理意义明确，在较宽的频带内这些元件值基本上与频率 无关。缺点是，随着器件不同有不少的差别，分析和测量不 便。因此，混合π型等效电路比较适合宽频带放大器。
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第3章 高频谐振放大器
SUCCESS
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2019/6/13
第3章 高频谐振放大器
四、 1．放大器的稳定性 (2) 定性分析
下面分析由于反向传输导纳Yre的反馈引起的不稳 定。假设：反向传输导纳Yre引入的输入导纳, 记为Yir。忽略
Rbb′的影响, 则由式(3-3)、 (3- 4)有：
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第3章 高频谐振放大器
当f = f0(△f = 0)时,
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第3章 高频谐振放大器
(2) 输入导纳Yi
Yi
Ib
Ub
Yie
YfeYre Yoe YL
(3) 输出导纳Yo
Yo
Ic
Uc
I S 0
Yoe
YreY fe YS Yie
(4) 通频带B 0.707与矩形系数K 0.1
通过Y参数的反向传输导纳Yre的反馈，使放大器存在不稳定
的问题。
rbb′ b
b′
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＋
.
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C
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e
c Yce
e
Yie
1
jC jC rbb
Yoe
课件高频功率放大器ppt
放大器的基本组成
放大器由输入级、输出级和中间级 组成，其中输入级和输出级是关键 部分，直接影响放大器的性能。
高频放大器的特殊问题
01
02
03
频率响应
高频信号的频率较高，因 此高频放大器的频率响应 需要足够宽，以适应不同 频率的信号放大。
相位失真
由于高频信号的频率较高， 相位失真成为高频放大器 的一个重要问题，需要采 取措施进行补偿。
噪声系数是指放大器输出端的信噪比与输 入端的信噪比之比，是衡量放大器噪声性 能的重要指标。
动态范围是指放大器在保证一定信噪比的 前提下，能够放大的信号的最大幅度范围 ，是衡量放大器适应能力的重要指标。
03 电路分析
晶体管放大电路
01
晶体管放大电路的基本原理
晶体管放大电路利用晶体管的放大效应，将微弱的电信号放大成较强的
利用人工智能和机器学习技术 对高频功率放大器进行智能控 制和优化，提高其自适应能力 和稳定性。
多模多频段技术
研究多模多频段的高频功率放 大器，以满足不同通信标准和
频段的需求。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
高频功率放大器用于放大雷达发射的信号，提高雷达对目标的
探测能力。
距离测量
02
通过测量发射信号与接收回波的时间差，高频功率放大器有助
于提高雷达的距离测量精度。
速度测量
03
利用多普勒效应原理，高频功率放大器有助于提高雷达的速度
测量精度。ຫໍສະໝຸດ 音频处理系统中的应用1 2
音频放大
高频功率放大器用于放大音频信号，提供足够的 功率以驱动扬声器或其他音频输出设备。
应用场景
通信领域
高频功率放大器广泛应用于通信领域，如移动通信、卫星通信、光纤 通信等，用于信号的传输和放大。
放大器由输入级、输出级和中间级 组成，其中输入级和输出级是关键 部分，直接影响放大器的性能。
高频放大器的特殊问题
01
02
03
频率响应
高频信号的频率较高，因 此高频放大器的频率响应 需要足够宽，以适应不同 频率的信号放大。
相位失真
由于高频信号的频率较高， 相位失真成为高频放大器 的一个重要问题，需要采 取措施进行补偿。
噪声系数是指放大器输出端的信噪比与输 入端的信噪比之比，是衡量放大器噪声性 能的重要指标。
动态范围是指放大器在保证一定信噪比的 前提下，能够放大的信号的最大幅度范围 ，是衡量放大器适应能力的重要指标。
03 电路分析
晶体管放大电路
01
晶体管放大电路的基本原理
晶体管放大电路利用晶体管的放大效应，将微弱的电信号放大成较强的
利用人工智能和机器学习技术 对高频功率放大器进行智能控 制和优化，提高其自适应能力 和稳定性。
多模多频段技术
研究多模多频段的高频功率放 大器，以满足不同通信标准和
频段的需求。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
高频功率放大器用于放大雷达发射的信号，提高雷达对目标的
探测能力。
距离测量
02
通过测量发射信号与接收回波的时间差，高频功率放大器有助
于提高雷达的距离测量精度。
速度测量
03
利用多普勒效应原理，高频功率放大器有助于提高雷达的速度
测量精度。ຫໍສະໝຸດ 音频处理系统中的应用1 2
音频放大
高频功率放大器用于放大音频信号，提供足够的 功率以驱动扬声器或其他音频输出设备。
应用场景
通信领域
高频功率放大器广泛应用于通信领域，如移动通信、卫星通信、光纤 通信等，用于信号的传输和放大。
高频功率放大器实验(共10张PPT)
负载特性曲线 三种工作状态是指：欠压、临界和过压。
1．进一步了解高频功率放大器（丙类）的基本工作原理； 5MHz ，Uip-p≈2V的正弦信号。 负载特性曲线如下图所示：
测试条件：UCC = 12V，RL先用75Ω，回路处于谐振，
并在不失真状态下进行测试。分别改变RL的值，完成实
验指导书中的测试内容。
测试条件：UCC = 12V，RL=75Ω， 测试条件：UCC = 12V，RL=75Ω，回路处于谐振，并在临界状态下进行。 高频功率放大器实验板G2 1．进一步了解高频功率放大器（丙类）的基本工作原理； 导通角θC、输出功率Po及效率η的测量 3）效率ηC的测量：
三种工作状态波形
3.导通角θC、输出功率Po及效率η的测量
高频功率放大器
一、实验目的
1．进一步了解高频功率放大器（丙类）的基 本工作原理；
2．掌握高频功率放大器的调整方法和性能指 标的测试方法；
3．了解电源电压UCC、激励信号U bm及负载 RL对高频功率放大器的影响。
二、实验原理
1.实验电路图
高频功率放大器是发射 机的一个重要组成部分。它 的任务是：以高效率输出最 大的高频功率。由于高频功 放往往是放大高频窄带信号， 用谐振回路作为集电极的负 载，因此，高频功率放大器 几乎都采用导通角θ≤ 的 丙类工作状态。虽功率增益 比甲类和乙类小，但效率却
5.选做内容：
激励信号U bm对高频功率放大器的响 应的测试。
测试条件：UCC = 12V，RL=75Ω，回路处于谐振，并在临界状
态 测下试进。行。分别改变Uip-p的值，完成实验指导书中表1-34内容的
实验报告要求见实验指导书。
高频功率放大器实验板G2
2.三种工作状态的观测
1．进一步了解高频功率放大器（丙类）的基本工作原理； 5MHz ，Uip-p≈2V的正弦信号。 负载特性曲线如下图所示：
测试条件：UCC = 12V，RL先用75Ω，回路处于谐振，
并在不失真状态下进行测试。分别改变RL的值，完成实
验指导书中的测试内容。
测试条件：UCC = 12V，RL=75Ω， 测试条件：UCC = 12V，RL=75Ω，回路处于谐振，并在临界状态下进行。 高频功率放大器实验板G2 1．进一步了解高频功率放大器（丙类）的基本工作原理； 导通角θC、输出功率Po及效率η的测量 3）效率ηC的测量：
三种工作状态波形
3.导通角θC、输出功率Po及效率η的测量
高频功率放大器
一、实验目的
1．进一步了解高频功率放大器（丙类）的基 本工作原理；
2．掌握高频功率放大器的调整方法和性能指 标的测试方法；
3．了解电源电压UCC、激励信号U bm及负载 RL对高频功率放大器的影响。
二、实验原理
1.实验电路图
高频功率放大器是发射 机的一个重要组成部分。它 的任务是：以高效率输出最 大的高频功率。由于高频功 放往往是放大高频窄带信号， 用谐振回路作为集电极的负 载，因此，高频功率放大器 几乎都采用导通角θ≤ 的 丙类工作状态。虽功率增益 比甲类和乙类小，但效率却
5.选做内容：
激励信号U bm对高频功率放大器的响 应的测试。
测试条件：UCC = 12V，RL=75Ω，回路处于谐振，并在临界状
态 测下试进。行。分别改变Uip-p的值，完成实验指导书中表1-34内容的
实验报告要求见实验指导书。
高频功率放大器实验板G2
2.三种工作状态的观测
高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT
工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高 频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种 分析法。
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
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+……
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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
高频电子线路第3章-高频功率放大器
中间级
输出级
特点： （1）输入信号大，一般在几百毫
伏～几伏数量级 （2）一般VBB < UBZ，发射结反偏，
保证放大器工作于丙类状态。 （3）负载为LC回路，调谐于输入信号
的中心频率，选频滤波和阻抗变换 作用。 （4）采用近似的分析方法——折线法 来分析其工作原理和工作状态。
6
三、丙类高频功率放大器的工作原理
U0 VCC Ucm cosc
故动态特性的表示形式：
iC gd (uCE U0 )
uBE UBZ
iC 0
uBE UBZ
可见动态特性为折线，而不是一条直线。
21
4.动态特性的画法
iC
(一) 截距法
（1）在输出特性的 uCE 轴上取截距为
U0 VCC Ucm cosc得B点
A
•
gd
（2）u通be过m aBx点线作于斜A率点为，则gdB的A直直线线交即为
iC
iB
+
uBE
+ uCE
–
iC
iC
•
-
gc
uc
ICM
+
• • VBB
c
UBZ
uBEc c
c
ub
Ubm
设ub Ubm cost
则uBE VBB Ubm cost,VBB U BZ
iC 为尖顶余弦脉冲 ,可用傅立叶级数展开
7
uBE
UBZ
VBB
0 c
t
iB
iBmax
iC IC0 Ic1m cost （基波）
段的动态特性，则AB-BC为总动态特性
22
(二）虚拟电流法 在uCE VCC时，iC IQ
第 3 章 高频功率放大器
u BE VBB ui VBB U im cost
将晶体管输入特性曲线理想化，近似为 直线交横轴于 U TH 。可见管子工作在丙类状 态，只在小半小时周期内导通。如图3-2所 示。
图3-2
集电级输出回路谐调在输入信号 频率ω 上，若回路谐振电阻为 Rp ，则 可得 U C为 U C I c1m Rp cost 三极管集电极和发射极之间的瞬时 电压为 uCE VCC U cm cost
（2）4：1和1：4阻抗变换器。传 输线变压器可以构成阻抗变换器， 最常用的是4：1和1：4阻抗变换器。 将传输线变压器按图3-20a接线， 就可以实现4：1的阻抗变换，图320 b是它的电路图。
图3-20 4:1传输线变压器 可见，输入阻抗是负载阻抗的4倍，从而实 现了4：1的阻抗变换。
图3-21 1：4传输变压器
当n>2时，为了有效的抑制低于n的各次谐 波分量，实际丙类倍频器输出回路常采用 陷波电路，如图3-17所示为三倍频。
图3-17 带有陷波电路的三倍频器
3.4 宽带高频功率放大器 3.4.1 传输线变压器
1.传输线变压器的工作原理 传输线变压器是将传输线绕在髙磁导率、低消耗的磁 环上构成的。传输线可采用扭绞线、平行线、同轴线等， 而磁环一般由镍锌高频铁氧体制成，其直径小的只有几毫 米，大的有几十毫米，视功率大小而定。传输线变压器与 普通变压器相比，其主要特点是工作频带极宽，它的上限 频率可达上千兆赫兹，频率覆盖系数可达10000。而普 通变压器的上限频率只有几十兆赫兹，频率覆盖系数只有 几百或几千。传输线变压器的工作方式是传输线原理和变 压器原理相结合，即其能量根据激励信号频率的不同以传 输线或以变压器方式传输。
2. 传输线变压器的应用
（1）平衡和不平衡电路的转换。传输线变压 器可实现平衡和不平衡电路的转换，如图 3-19所示。
将晶体管输入特性曲线理想化，近似为 直线交横轴于 U TH 。可见管子工作在丙类状 态，只在小半小时周期内导通。如图3-2所 示。
图3-2
集电级输出回路谐调在输入信号 频率ω 上，若回路谐振电阻为 Rp ，则 可得 U C为 U C I c1m Rp cost 三极管集电极和发射极之间的瞬时 电压为 uCE VCC U cm cost
（2）4：1和1：4阻抗变换器。传 输线变压器可以构成阻抗变换器， 最常用的是4：1和1：4阻抗变换器。 将传输线变压器按图3-20a接线， 就可以实现4：1的阻抗变换，图320 b是它的电路图。
图3-20 4:1传输线变压器 可见，输入阻抗是负载阻抗的4倍，从而实 现了4：1的阻抗变换。
图3-21 1：4传输变压器
当n>2时，为了有效的抑制低于n的各次谐 波分量，实际丙类倍频器输出回路常采用 陷波电路，如图3-17所示为三倍频。
图3-17 带有陷波电路的三倍频器
3.4 宽带高频功率放大器 3.4.1 传输线变压器
1.传输线变压器的工作原理 传输线变压器是将传输线绕在髙磁导率、低消耗的磁 环上构成的。传输线可采用扭绞线、平行线、同轴线等， 而磁环一般由镍锌高频铁氧体制成，其直径小的只有几毫 米，大的有几十毫米，视功率大小而定。传输线变压器与 普通变压器相比，其主要特点是工作频带极宽，它的上限 频率可达上千兆赫兹，频率覆盖系数可达10000。而普 通变压器的上限频率只有几十兆赫兹，频率覆盖系数只有 几百或几千。传输线变压器的工作方式是传输线原理和变 压器原理相结合，即其能量根据激励信号频率的不同以传 输线或以变压器方式传输。
2. 传输线变压器的应用
（1）平衡和不平衡电路的转换。传输线变压 器可实现平衡和不平衡电路的转换，如图 3-19所示。
高频功率放大器的结构与实现PPT
3.1 概 述
高频功率放大器可以分为窄带和宽带功率 放大器两类。窄带和宽带是指有用信号的带宽大 小。一般来说，信号最低频率fimin与最高频率 fimax满足2fiminfimax关系时，放大电路被称为窄带 放大器，如第二章讲述的高频小信号谐振放大器 就是一例，本章讲述的C类(也称丙类)功放也是 一例。与窄带放大器相对应的是宽带放大器，它 的最大特点在于最低信号频率fimin的某些倍频仍
--
图 3
2
5
【例3-2-2】电路结构如图3-2-1(a)所
示。三极管的Scr为0.41S，电路处于临界工
作状态，电压利用系数=0.9，VCC=30V，
导通角为90 o。求Vom，R ，Po。
解：由电压利用系数定义，Vom= VCC
=27 V；考虑电路工作于临界状态，以及Scr 的定义，可得：在=90 条件下，由式（3-2-5） 可得：
(2) 设法减小导通时，增益元器件的 功耗。
(3) 频带选通部分应选用本身耗能低 的LC选频网络请参见本书附录A。
3.2 丙类谐振功放的结构和原理
丙类谐振功率放大器也称为C类高频 窄 带 功 放 。 在 增 益 元 器 件 为 放 大 管 时 ， A、 B、C类放大器的差别可通过输入单一正弦 波信号来说明，A类功放的放大管应在整 个输入信号周期内工作于放大状态；B类 功放中的放大管只有半个周期处于放大状 态，另半周则处于截止状态；C类功放中 的放大管一般来说只有小于半周的时间工 作于放大状态。
又由式（3-2-6）有： 谐振时，又由式（3-2-7）得
3.2.3
1.负载R
在其它条件不变，电路处于欠压工作 时。由3.2.2小节的电量制约关系可知，iC 波不随R变化，即Ic1m不会改变，而Vom会随 R增加而增大。
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27.01.2021
-
10
思考：为什么低频功放不能工作在丙类状态？？？
以音频放大为例，若工作在丙类状态，则其频谱为
基波
二次谐波
……
三次次谐 波
会产生频谱混叠，不能够无失真恢复原低频信号。
27.01.2021
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11
丙类功放的组成：放大器＋带通滤波器
＋
滤波以及 阻抗变换
输入 信号
ub
＋ U BE
uCE －
Ub
=Ubm
cosωt
ub
基极回路电压为
uBE U BB U bm cots
ic
＋
＋
uCE
UBE
－
C
－
UBB
UCC
L＋ R∑
uc
－
集电极回路电压为
u C U E C u C c U c c I c 1 m R ct o U C s U C cc m t os
27.01.2021
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Ic1mIcm (1 sic n co o )s sIc m1()
Icn I m cm 2 sn n in ( c n 2 o 1 )2 1 n s (s cio c ) nn o s s Icm n ()
IgcmUbm(1cos)
16
❖由傅立叶级数知识知周期性脉冲可以分解成直流、 基波 (信号频率分量)和各次谐波分量，
即： I I c 0 I c 1 m ct o I c 2 m c s2 o t I s cc nn m o t s
其中：
Ic0Icm si(1n c co o )s sIcm 0()
根据放大管集电极电流导通时间的长短，功放分为甲类、 乙类、丙类等。
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4
甲类：在输入信号的整个周期中，集电极都有电流流通的 放大器称为甲类放大器，此时电流导通角为180o；
ic 转 移 特 性
ic
QA
UBB>Ubm+Uon
O
Uon UBB uBE
U bm
甲类
ωt
信号无失 真放大
27.01.2021
f3f(2ftA(4)t(f)tA1)(t) 4A/
A
OO
t t
OO
t t
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9
丙类功率放大 器输出电流
ic
其频谱为
ωt θ
… …
ωω
0
通 过 滤 波 器 后 的0
ω ω0 0
2ω 0 2ω0 3ω 03ω0
电流为：
中O心频率为ω0 的带通滤波器
t
❖结论：丙类功放无失真放大信号的条件是：加入带通滤波 器将丙类功放非线性状态所产生谐波成分滤除。
UBB < Uon
ic
ic
转移特性
QC ωt
UBB O Uon
uBE
θ
信号失真放
Ubm
乙类
大
27.01.2021
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7
❖甲类能够对信号无失真放大，而乙类以及丙类放大信 号时出现了失真！
❖而放大器的一个非常重要的指标就是信号的失真度！！！
??????
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8
傅立叶级数
f ff14 3 (( t( tt)f) ) 2 ( t)44 4 AA A 4 s( ( A in(s s ts ti ti i n tn 1 3 n 1 3 s 1 3 ss3 i ii3 3 t n n n tt )1 5 s 1 5s5 i i5 t n n t)7 1 s7 i tn )
13
直流功耗PD：
PD＝UCCIC0
交流功率Po： P OIc1 U c1 2Ic1m U cm 1 2I2c1m R
集电极效率η：
PO 1 Ic1mUcm
PD 2 IC0Ucc
集电极功耗PC： P CP DP OP D (1)
实现大功率、高效率的途径：
➢增大输入信号振幅
➢降低静态工作点
思考：丙类功放工作在谐振状态，如果失谐会有什么后 果？
Ubm（1-cosθ）
Ubm
（1）当ωt=θ时， ic=0
丙类功放的工作状态
U bm co sU on U BB
uBE U BB U bm cots 2）当ωt=0时， ic=Icm
iC g (U B B U bc mo t U so)n Icm g (U B B U bm U o)n
Icm g 27.0b 1U .2(m 01 21 U oU n b U m B)B gb U (m 1 c- o)s
第三章 高频功率放大电路 主要内容： 3.1 概述 3.2 丙类谐振功率放大电路
3.3 宽带高频功率放大电路与功率合成电路
小结
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1
❖ 功能
3.1 概述
高频功率放大器的主要功能是用小功率的高频输入信号去 控制高频功率放大器，将直流电源供给的能量转换为大功率 高频能量输出， 它主要应用于各种无线电发射机中。
－
L
C
R∑
基极静态 偏置
U BB
U CC
集电极静 态偏置
图 3-1 晶体管高频功率放大器的原理电路
❖高频小信号放大器：➢滤除外加干扰以及混频干扰
➢削弱前后级电路对LC回路特性的影响
❖高频功率放大器： ➢滤除晶体管工作在非线性特性产生的谐波分量
27.01.2021
➢功率匹配 -
12Biblioteka 二、 工作原理输入信号为
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5
乙类：在输入信号的整个周期中，只有输入信号正半周集 电极有电流流通，此时电流导通角为90o；
ic
ic
转移特性
QB
ωt
UBB=Uon
O
U on
uBE
90o
信号失真放
U bm
乙类
大
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丙类：在输入信号的整个周期中，只有小于输入信号正半 周集电极有电流流通，此时电流导通角小于90o
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❖高频功率放大器一般工作在输入信号为大信号，工作状态 为丙类状态。
ic
转移特性
斜率g 分段折线化处理
O
U on
uBE
ic 0 g(uBE Uo)n
uBEUon uBEUon
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ic 转移特性
斜率为 g
ic
Icm
UBB
ωt
O Uon
uBE
θ
Ubmcosθ
➢ 对中波广播来说，在空间任一点的谐波场强不得超过基波场强的0.02%。
➢无论电台的功率有多大，在距电台一公里处的谐波场强不得大于50μv/m。 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。
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3
3.2 丙类谐振功率放大电路
❖高频功率放大器的工作状态？
❖特点：
为了获得大功率，则输入信号为大信号，则放大这种信号的 放大器工作于非线性状态。
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❖主要技术指标 ➢高频输出功率：Po ➢效率η： 输出功率 Po /直流电源功率PD ➢功率增益： 输出功率 Po/输入功率 Pi ➢ 选频特性
❖高频功率放大器希望输出的谐波分量尽可能小，以免对其 它频道产生干扰。国际对谐波辐射规定是：