高频功率放大器的结构与实现PPT
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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。
第四章高频功率放大器 55页PPT文档
三种工作状态：
半导通角 半导通角 半导通角
1800 ，为甲类工作状态
900 ，为乙类工作状态 900 ，为丙类工作状态
二、电路性能的分析
1、采用的分析方法——准线性的折线近似分析法： 将电子器件特性曲线理想化，即将每一条特性曲线
用一条或几条(组成折线)来代替，这样就可以用简 单的数字解释或来代表电子器件的特性曲线。
动态负载电阻可用动态线斜率的倒数求得 动态负载电阻既与导通角有关，又与谐振电
阻有关 动态负载电阻一般不等于负载电阻
二、谐振功率放大器的3种工作状
态——高频功率放大器的负载特
性
负载特性: 即放大器Vcc、Vbb、Ub-定时，负载电阻 改变引起Ico、Ic1和Po、η变化的特性。
1、 3种工作状态
Po、P~、Pc、η ~ Rp关系
Rp 小 → 大 状态: 欠压 → 临界 → 过压
P~ 小 → 大 → 小 Po 大 → 小 → 更小 Pc 大 → 小 → 更小 η 小→大→大→略
降
P~在临界有最大值、选放大器在临界状态
三种工作状态比较
欠压状态 过压状态 临界状态
三、各极电压对工作状态的影响
icmax、cosθ 2、求出电流余弦脉冲的各谐波分量 3、求出相应的功率与效率 举例：
举例：
有一个用硅NPN外延平面型高频功率管做成 的谐振功率放大器，设已知VCC=24V， PO=2W, 工作频率f=1MHz。试求其集电极耗 散功率、效率、基极激励功率。
由晶体管手册已知其有关参数为：
2.与小信号谐振放大器比较
相同点： 放大的信号均为高频信号 放大器的负载均为谐振回路 不同点： 激励信号幅度大小不同 谐振网络的作用不同 工作状态不同
高频功率放大器(C类)要点课件
高频功率放大器(C类)要点课件
目 录
• 高频功率放大器(C类)概述 • C类放大器的电路分析 • C类放大器的性能指标 • C类放大器的调试与优化 • C类放大器的应用案例 • C类放大器的发展趋势与展望
01
高频功率放大器(C类)概述
定义与工作原理
定义
高频功率放大器(C类)是一种非线性放大器，用于将输入信号放大到足够的功率 以驱动负载。
由于C类放大器采用开关动作实现信 号放大，其带宽相对较窄，通常适用 于窄带信号放大。
效率高
由于晶体管或电子管在导通和截止状 态之间切换，能量转换效率较高，因 此C类放大器的效率通常较高。
C类放大器的应用场景
01
02
03
射频通信
C类放大器在射频通信领 域中广泛应用于发射机末 级放大，以提供足够的功 率驱动天线发射信号。
能和可靠性。
微电子机械系统技术
02
利用微电子机械系统技术，实现小型化、集成化的功率放大器
。
薄膜工艺技术
03
利用薄膜工艺技术，提高放大器的性能和可靠性，降低制造成
本。
THANK YOU
雷达系统
C类放大器在雷达系统中 用于产生高功率的发射信 号，以实现对目标的有效 探测和跟踪。
电子战系统
C类放大器在电子战系统 中用于产生干扰信号，对 敌方通信和雷达系统进行 干扰和破坏。
02
C类放大器的电路分析
电路组成与元件选择
晶体管选择
选择适合的晶体管类型和 型号，以满足C类放大器 的性能要求。
。
在卫星通信系统中，C类放大器也常用 于卫星转发器的功率放大。
雷达系统中的应用
雷达系统需要发射高功率的脉冲信号 来探测目标，C类放大器的高效率特 性使得它在雷达系统中得到了广泛应 用。
目 录
• 高频功率放大器(C类)概述 • C类放大器的电路分析 • C类放大器的性能指标 • C类放大器的调试与优化 • C类放大器的应用案例 • C类放大器的发展趋势与展望
01
高频功率放大器(C类)概述
定义与工作原理
定义
高频功率放大器(C类)是一种非线性放大器，用于将输入信号放大到足够的功率 以驱动负载。
由于C类放大器采用开关动作实现信 号放大，其带宽相对较窄，通常适用 于窄带信号放大。
效率高
由于晶体管或电子管在导通和截止状 态之间切换，能量转换效率较高，因 此C类放大器的效率通常较高。
C类放大器的应用场景
01
02
03
射频通信
C类放大器在射频通信领 域中广泛应用于发射机末 级放大，以提供足够的功 率驱动天线发射信号。
能和可靠性。
微电子机械系统技术
02
利用微电子机械系统技术，实现小型化、集成化的功率放大器
。
薄膜工艺技术
03
利用薄膜工艺技术，提高放大器的性能和可靠性，降低制造成
本。
THANK YOU
雷达系统
C类放大器在雷达系统中 用于产生高功率的发射信 号，以实现对目标的有效 探测和跟踪。
电子战系统
C类放大器在电子战系统 中用于产生干扰信号，对 敌方通信和雷达系统进行 干扰和破坏。
02
C类放大器的电路分析
电路组成与元件选择
晶体管选择
选择适合的晶体管类型和 型号，以满足C类放大器 的性能要求。
。
在卫星通信系统中，C类放大器也常用 于卫星转发器的功率放大。
雷达系统中的应用
雷达系统需要发射高功率的脉冲信号 来探测目标，C类放大器的高效率特 性使得它在雷达系统中得到了广泛应 用。
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
高频功率放大器原理详解演示文稿
3
–VBZ 2
vB
2
vBE max
5 2
t
·电流脉冲是尖顶余弦脉冲；
Vbm vb
·负载为LC谐振回路。 (b)
第20页，共97页。
4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法
4.3.1 折线法
所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组 折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。
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。
vCE
Vcm vCE
iC
ic mvaCxE min o c
VBZ
VCC
－VBB
iC v bE max
t
Pc
1 T
T
0 iC vCE dt
Vbm vBE
v BE VBB Vbm c(obs) t
1. iC 与vBE同相，与vCE反相； 2. iC 脉冲最大时，vCE最小； 3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小；
第5页，共97页。
ic
ic
o
vBE o
t
E
2c
VBZ
谐振功率放大器 波形图
t
第6页，共97页。
4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处 共同之处:都要求输出功率大和效率高。 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。 功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率 不同之处：工作频率与相对频宽不同； 放大器的负载不同； 放大器的工作状态不同。
1) 设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则集电极效率c 自然会提高。这样，在给定P=时，晶体管的交流输出功
13-14-第三章-高频功率放大器PPT课件
w w w 若对 ic 分解为付里叶级数为：
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
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
第四章高频功率放大器55页PPT
三种工作状态：
半导通角 半导通角 半导通角
1800 ，为甲类工作状态
900 ，为乙类工作状态 900 ，为丙类工作状态
二、电路性能的分析
1、采用的分析方法——准线性的折线近似分析法： 将电子器件特性曲线理想化，即将每一条特性曲线
用一条或几条(组成折线)来代替，这样就可以用简 单的数字解释或来代表电子器件的特性曲线。
临界线方程: ic gcruce
或：
g cr
ic u ce
1、晶体管特性的折线化
ic与激励电压的关系:
ic
g 0
ube
Vbz
u be V bz (放大) V be V bz （截止)
2、谐振功率放大器的工作状态分析
1）动态特性的定义：
动态特性曲线是在晶体管输出特性和转移特性上 画出谐振功率放大器瞬时工作点的轨迹。
考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得：
u C Ic1 R P m co t s U cm co ts
因而： u C E V C C u C V C C U cm co ts
见下页：
波形分析：
波形分析： • 三极管输入特性 • 基极脉冲电流及
谐波分量 • 集电极脉冲电流
及谐波分量 • LC谐振回路两端
icmax、cosθ 2、求出电流余弦脉冲的各谐波分量 3、求出相应的功率与效率 举例：
举例：
有一个用硅NPN外延平面型高频功率管做成 的谐振功率放大器，设已知VCC=24V， PO=2W, 工作频率f=1MHz。试求其集电极耗 散功率、效率、基极激励功率。
由晶体管手册已知其有关参数为：
Uc控制灵敏效率η高。
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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。
2.输出回路直流电压VCC
无论电路原来处于什么工作状态， VCC的增加均会使三极管向远离饱和区的方 向工作，VCC的减少会使三极管靠近或更深 地进入饱和区工作。
L=R/(Q)=1.8310-3(H) C=1/(L2)=5.52610-3(F)
若取RFC的感抗 RFC 25ZL，则：
C类放大器的负载线可用下列方式确 定 。 首 先 采 用 实 验 测 量 的 方 法 描 出 iB(t) 与 vCE(t) 的时间函数。接着将某一时刻的iB、 vCE值，在三极管输出特性曲线上确定出一 点，类似地定出其它时刻的对应点。最后，
由这些点连结起来的曲线就为所需的负载
线。
3.2.2 进入饱和区的丙类功放分析
在忽略放大管输出电压本身对输入特 性产生影响的条件下，结合3.2.1节的分析 和电路选频网络的特点，我们可以定性得 出如下所示的丙类功放各电量间相互制约 关系。
显然，在丙类功放输出选频网络的作
用下，电路能有效地将iC中的无用频率分 量消去，保证输出波仅与基波有关。因此， 即使放大管进入饱和区工作，iC 整个波形 有所改变，功放也能够正常输出基波电压。 为了便于与3.2.1节的非饱和情况相区别， 我们常将有部分时间进入饱和的情况称为
3.2.1 非饱和下的丙类功放分析
如θ=π，则管子在整个信号周期内处 于放大区，这时称管子为甲类工作状态； 如θ=π/2，则称管子处于乙类工作状态；如 θ＜π/2，则称管子处于丙类工作状态。严 格说来，只要θ＜π，且具有图中的特定电 路结构就可称为丙类放大器，但由于实际 中的θ均满足小于π/2的条件，所以有丙类 功放中放大管θ＜π/2的说法。
第三章 高频功率放大器的 结构与实现
功率放大器是指能输出大功率信号的 放大电路，它可以分为低频功放和高频功 放两类。本章将讲述高频功放的工作原理。 它区别于低频功放的根本原因在于信号的 频率较高、信号的频带有限。
3.1 概 述 3.2 丙类谐振功放的结构和原理 3.3 实际丙类谐振功放的原理分析 3.4 谐振功放的耦合和设计原则 3.5 丙类倍频器 3.6* 宽带高频功率放大器 3.7* 功率合成与功率分配电路 3.8* D、E类谐振功放
丙类功放的过压工作状态；否则，称为欠
压工作状态；而将过压与欠压的临界情况 称为临界工作状态。
首先，我们设理想情况下的三极管输 出特性曲线如图3-2-5(a)所示。同时，设管 子在饱和区内iC与vCE应满足公式
式中，Scr近似为常数，表示了饱和线 (或临界饱和线)的斜率大小，反映了iC基本 只受vCE
3.
考虑到实际三极管输入电路的复杂性 (见图3-3-1(a))，以及为了分析的方便，我 们采用图3-2-9(a)的MOS管功放电路来进行 分析。
4.
若仍以图3-2-9(a)来说明，则当Vim增 大时，场效应管栅极的最大vGmax也应增大， 而导通角θ将向90°靠近，这样漏极最大电 流必然会增大。
此例说明：在等幅正弦信号作用下， 临界工作状态比欠压时的效率要高，而过 压后则不会有较大的变化。对于Vim特性， 可在调角波的接收电路中得到运用。
可 令 ： Vom=VDD=12V， 那 么
R=122/(225)=2.88。
由式(3-2-11)可得： =73.5 o。
又将ID m=2Po /Vom代入式(3-2-5)可得放 大管的最大漏极电流ID m=7.884(A)。
由式(3-2-2)有vD m=VDD+Vom=24V。
若设R、L、C回路的品质因素Q=5， 则有：
【例3-2-1】设计一个C类放大器。采 用N沟道增强型VMOSFET管子作为电路的 增益元件，要求电路向负载R提供25W的功 率，放大器效率为85% ，忽略管子可变电 阻区带来的影响。工作频率为50MHz，电 源电压为+12V。
解：根据题意画出相应电路如图3-2-3 所示。图中CD对交流短路，C和L谐振于工 作频率。在忽略可变电阻区的影响条件下，
常见的高频宽带功率放大器有A类(也
称甲类)和B类(也称乙类)两种，它们的工
作原理和结构与低频甲、乙类功放基本一
样。 对于放大部分，将取决于增益元器件
本身在输出回路中消耗的平均功耗(也称管
耗，用Pc来代表)
Pc小，则效率就
高；反之，效率就低。下面就提高效率的
(1) 通过减小增益元器件在信号周期 内的导通时间，来提高功放效率。