3高频功率放大器PPT课件
高频 谐振功率放大器
谐振功率放大器实验 121180166 赵琛
第 1 页 共 12 页 高频谐振功率放大器实验
121180166 赵琛
1、实验目的
1. 进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。
2. 掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。
3. 掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。
4. 掌握测量丙类功放输出功率，效率的方法。
二、实验使用仪器
1. 丙类谐振功率放大器实验板
2. 200MH泰克双踪示波器
3. FLUKE万用表
4. 高频信号源
5. 扫频频谱仪（安泰信）
6 . 高频毫伏表
三、实验基本原理与电路
1.高频谐振功率放大器原理电路
高频谐振功率放大器是一种能量转换器件，它可以将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，其作用是放大信号，使之达到足够的功率输出，以满足天线发射和其它负载的要求。
高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。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η最高为50％，而丙类功放的θ＜90°，效率η可达到80％。谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。高频谐振功率放大器原理电路如图3-1。
图中Ub为输入交流信号，EB是基极偏置电压，调整EB，改变放大器的导通角，以改变放大器工作的类型。EC是集电极电源电压。集电极外接LC并联振荡回路的功用是作放大器负载。放大器工作时，晶体管的电流、电压波形及其对应关系如图3-1所示。晶体管转移特性如图3.2中虚线所示。由于输入信号较谐振功率放大器实验 121180166 赵琛
第 2 页 共 12 页 大，可用折线近似转移特性，如图中实线所示。 图中'BU为管子导通电压，gm为特征斜率（跨导）。
图3-1 高频谐振功率放大器的工作原理
高频功率放大器的工作原理
高频功率放大器的工作原理
高频功率放大器是一种电子器件，主要用于放大高频信号，并将其输出到负载上。其工作原理基于电子管或晶体管的放大作用，在输入的高频信号上增加电压，从而实现信号放大的目的。高频功率放大器广泛应用于无线电通信、雷达、卫星通信等领域。
最常用的高频功率放大器是基于晶体管的，其内部结构由多个不同功能的电路组成。其中，收发信道通过变压器进行隔离，从而实现信号的单向传输。在信号放大方面，晶体管的三个引脚分别为基极、集电极和发射极。输入信号通过基极进入晶体管，集电极则是放大后的信号输出。发射极则是提供功率的地方，通常在晶体管的大功率管中被找到。高频功率放大器通常需要很高的驱动电压，它可以由直流电源提供。
晶体管的放大过程是通过电荷扩散和电场漂移来完成的。在多数晶体管中，材料内部的电子浓度是不均匀的，因此电子在晶体中移动时会发生扩散。此外，由于电场的存在，电子也会沿着电场方向移动，从而形成漂移的过程。这两种运动将使得电子的浓度差异减小，最终导致电流被放大。
需要注意的是，在高频电路中，信号通常在不同的电阻、电容和电感之间进行传输，因此高频功率放大器要求不仅具有高放大倍数、低噪声等特点，还需要适应各种不同的阻抗，防止信号反射和损耗。为了保证高频信号的传输质量，高频功率放大器通常采用多级级联的方式，以达到更高的放大倍数和更佳的工作效率。
总之，高频功率放大器是电子工程领域中极为重要的技术，其工作原理基于电子器件的放大作用。通过不同级联和高数据速率的设计，高频功率放大器可以实现高精度的信号传输和处理，对无线电通讯、雷达、卫星通讯等领域具有举足轻重的作用。
高频功率放大器
武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书
1 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OP，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CP。
根据能量守衡定理：1oCPPP
直流功率：
输出交流功率：2211111222ccccLLUPUIIRR
CU -----回路两端的基频电压 c1I ----- 基频电流 LR ----回路的负载阻抗。
1.1.2 放大器的集电极效率
1101122ccoCCcUIPPUI
其中集电极电压利用系数：1ccLCCCCUIRUU 0ocCCPIU武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书
2 波形系数：1100()()ccII 为通角 的函数； 越小γ越大。
1.1.3 谐振功率放大器临界状态的计算
高频 高频功率放大器
深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称： 高频电路
实验项目名称： 高频功率放大器实验电路
学院：
专业：
指导教师：
报告人： 学号： 班级：
实验时间： 2019年4月22日星期一
实验报告提交时间： 2019年5月6日星期一
教务部制 一、实验目的：
（1）通过实验加深对丙类功率放大器基本工作原理的理解，掌握丙类功率放大器的调谐特性。
（2）掌握输入激励电压，集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。
（3）通过实验进一步了解调幅的工作原理。
二、实验内容：
（1）观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点，
（2）测试丙类功放的调节特性，
（3）测试负载变化时三种状态的余弦电流波形，
（4）观察激励电压、集电极电压变化是余弦电流脉冲的变化过程，
（5）观察功放基极调幅波形
三、实验步骤：
1、实验准备
插好高频功放与无线发射模块，接通实验箱电源，此时模块上的电源指示灯和运行指示灯闪亮。
用鼠标点击显示屏，选择实验项目中高频原理实验，然后再选择非线性丙类功率放大电路实验，此时显示屏会显示高频功放原理实验图，图中可调元件均可通过鼠标点击来调整。
2、测试前置放大级输入、输出波形
高频信号源频率设置为6.3兆赫兹，幅度峰峰值300毫伏左右，用电缆线连接到高频输入端3P2，用示波器测试3P2和3P3的波形的幅度，并计算其放大倍数，由于该极级集电极负载是电阻，没有选频作用。
宽带直流放大器设计课件
中北大学2010届毕业设计说明书
第1页 共39页 1 绪论
1.1概述
放大器能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。放大器的原理是高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。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在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、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。
1.2宽带直流放大器的应用前景
随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。由此可知，宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们也对它的要求也越来越高。直宽带放大器在科研中具有重要作用，宽带运算放大器广泛应用于A∕D转换器、D∕A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。因此宽带直流放大器应用十分广泛，有非常好的市场前景。
高频功率放大器电路原理图
下面是
[高频功率放大器电路原理图]的电路图
高频功率放大器电路原理图
为了在较宽的通带内使功率放大器增益相对稳定,电路由甲类、丙类两级功率放大器组成。甲类功率放大器的输出信号作为丙类功率放大器的输入信号,丙类功率放大器作为发射机末级功率放大器以获得较大的输出功率和较高的效率。电路原理如图1所示。
根据设计要求和晶体管实际参数,采用Philip s公司的NPN型高压晶体管2N5551作为放大管,三极管Q1、电感L1、电容C2组成甲类功率放大器,工作在线性放大状态。三极管Q2和由电感L3、电容C7、C6构成的负载回路组成丙类功率放大器。R1、R2、R3、R4
组成第1 级静态偏置电阻,调节R2、R3可改变放大器的增益。L1、C2组成一级调谐回路,L2、R5、C4组成的部分在丙类功率放大器基极处产生负偏压馈电, R7为射级反馈电阻,调整R7 可改变丙类功率放大器的增益。C6、C7、L3组成末级调谐回路, C6 用来微调谐振频率以获得最佳工作状态。C8、C9和L4 组成滤波回路,起到改善波形的作用。R9和C10、R11和C11以及R8和C12均为负载回路外接电阻。集电极可选择连接不同的负载。
当基极输入的正弦信号频率取值在L1、C2 谐振频率附近时,集电极输出正弦信号电压增益最大。C5为射级旁路电容,有效地控制了可能由于射级电阻R3、R4过大而引起电压增益下降的问题。当甲类功率放大器输出信号大于丙类功率放大器三极管Q2的be间负偏压时, Q2才导通工作。当L3、C7处谐振频率与从甲类功率放大器集电极获得的放大输出正弦信号的频率一致时,丙类功率放大器工作于谐振状态,集电极将获得最大的电压增益,达到功率放大的目的。
(责任编辑：电路图)
高频功率放大器 2
第二章 高频功率放大器
第一节 概 述
在调频广播发射机中，高频功率放大器主要是用来放大由调频激励器送出的射频已调波信号。小功率的已调波信号经过一系列的放大和功率合成后。以达到额定的高频功率后，经由馈线送到天线上发射出去。
目前所使用的调频广播发射机的高频功率放大器，在大功率的金属氧化物半导体场效应管没有面世以前，多采用电子管作为高频功放的电子器件，就是所谓的电子管广播发射机。而晶体管用于高频功放的功率放大器件只是在近年来才广泛使用，到目前为止，场效应管已替代晶体管作为全固态调频广播发射机的功率放大器件。
高频功率放大器主要由场效应管功放模块、分配器和合成器、低通滤波器和监测单元所组成。而场效应管功放模块由输入匹配回路、功放管和输出匹配回路组成，其输入、输出匹配回路大多采用半集总半分布式回路，随着科技的不断发展，大功率的场效应晶体管的不断更新换代，为我们研制生产大功率等级的全固态调频广播发射机提供了便利的条件。作为功率器件的晶体管与电子管相比，它具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等优点，因此它一出现就显示了很强的生命力，在短时间内获得了迅速的发展。因此应用大功率场效应管的全固态调频广播发射机已逐渐地取代了电子管功放的调频广播发射机，为广播通讯的发展揭开了新的篇章。
全固态调频广播发射机的大功率MOSFET管，目前使用较多的是飞利浦公司生产的BLF177、BLF278和摩托罗拉公司生产的MRF151G等。BLF177的最大输出功率为150W，而BLF278和MRF151G的最大输出功率为300W，随着功率合成技术的不断发展，更高功率等级的调频广播发射机已成现实。但无论是使用电子管还是晶体管的高频功率放大器，其主要性能指标都是指的功率增益、效率、带宽和谐波抑制度。由于这几项指标不容易兼顾，所以在设计高频功率放大器时，根据工作的类型不同等特点，重点的保证其中一些指标，同时兼顾另外一些指标，如调频激励器的功率放大器是以输出功率和带宽为主要指标，而发射机的末级功率放大器则以效率、功率增益和谐波抑制度为主要指标。我们已经知道，放大器可以按照电流通角的不同，分为甲、乙、丙类工作状态，甲类放大器的电流通角为360°，适用于小信号低功率放大。乙类放大器的电流通角约等于180°，丙类放大器的电流通角则小于180°，乙类和丙类都适用于大功率工作，但丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的，所以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，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大，而调谐回路具有滤波能力，回路的电流与电压仍然极近于正弦波，失真很小。
实验三 高频功率放大器实验
实验三 高频功率放大器实验
一、实验目的
1.通过实验，加深对丙类功率放大器基本工作原理的理解，掌握丙类功率放大器的调谐特性。
2.掌握输入激励电压，集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。
3.通过实验进一步了解调幅的工作原理。
二．实验内容
1.观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点；
2.测试丙类功放的调谐特性；
3.测试负载变化时三种状态（欠压、临界、过压）的余弦电流波形；
4.观察激励电压、集电极电压变化时余弦电流脉冲的变化过程；
5.观察功放基极调幅波形。
三． 实验步骤
1.实验准备
在实验箱主板上装上幅度调制与无线发射模块，接通电源即可开始实验。
2.测试前置放大级输入、输出波形 高频信号源频率设置为6.3MHZ，幅度峰-峰值300mV左右，用铆孔线连接到1P05，用示波器测试1P05和1TP07的波形的幅度，并计算其放大倍数。由于该级集电极负载是电阻， 没有选频作用。
3.激励电压、电源电压及负载变化对丙类功放工作状态的影响
激励电压Ub 对放大器工作状态的影响1K03置“右侧”。保持集电极电源电压 Ec =5V左右（用万用表测1TP08直流电压， 1W05
逆时针调到底），负载电阻 RL =10KΩ 左右（1K04置“右侧”，用万用表测1TP11电阻， 1W6 顺时针调到底，然后1K04置“左侧”）不变。高频信号源频率1.9MHZ左右，幅度200mv（峰—峰值），连接至功放模块输入端（1P05）。示波器CH1接1P08，CH2接1TP09。调整高频信号源频率，使功放谐振即输出幅度（1TP08）最大。改变信号源幅度，即改变激励信号电压Ub ，观察1TP09电压波形。信号源幅度变化。
欠压 临界
过压 弱过压 如果波形不对称，应微调高频信号源频率，如果高频信号源是DDS信号源，注意选择合适的频率步长档位
丙类功率放大器
唐山学院课程设计
1 前言
随着无线通信技术的高速发展，市场对射频电路的需求越来越大，同时对射频电路的性能要求也越来越高。丙类谐振功率放大器是位于无线发射机末端的重要部件，它通常被用作末级功放，以使发射信号获得较大的输出功率和较高的效率。本次课设用EWB软件对丙类放大器进行了研究，并掌握丙类谐振功率放大器的仿真设计方法。
高频功率放大器（简称高频功放）主要用于放大高频信号或高频已调波（即窄带）信号。由于采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗匹配等问题，因而高频功率放大器通常又称为谐振功率放大器。就放大过程而言，电路中的功率管是在截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明显的非线性特性。但其效果:一方面可以对窄带信号实现不失真放大;另一方面又可以使电压增益随输入信号大小变化，即实现非线性放大。根据功放电流导通角可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的放大器。丙类谐振功率放大器是位于无线发射机末端的重要部件，其效率可达到90%，因此它通常被用作末级功放，以使发射信号获得较大的输出功率和较高的效率。本设计对EWB软件进行了系统的研究，从而掌握了丙类谐振式功率放大器的仿真设计方法。
唐山学院课程设计
2 2 丙类功率放大器原理
2.1 设计题目、内容及要求
设计题目：丙类功率放大器的设计
内容及要求：
1.高频丙类功率放大器的设计
2.用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试
3.测量高频功率放大器的主要技术指标
4.观察高频丙类功率放大器的负载特性
5.研究输入信号幅度的变化对功率放大器的输入功率、输出功率、总效率的影响
6.研究直流电源电压对高频丙类功率放大器工作状态的影响
2.2 设计原始资料
模拟电路、高频电路理论基础、EWB软件、计算机一台
2.3 实验原理
利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振放大器。如:图 1 谐振高频功率放大器原理图所示。它是无线发射机中的重要组成部件。根据放大器电流导通角C的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。电流导通角愈小，放大器的效率愈高。如甲类功放的导通角0=180c，效率最高也只能达到50%，而丙类功放的导通角c0≤90,效率可达到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。本课设使用的是丙类功率放大器，研究的是是丙类功率放大器的功率及效率。
高频功率放大器 3
c 1.调谐功率放大器知识简介
在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输
出，通信距离越远，要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频
功率放大器。高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。在无线电信号发射过程
中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，
如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上
辐射出去。这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。实际上高频功率放大器不仅
仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备
中都得到了广泛的应用。
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，但二者的工
作频率和相对频带宽度却相差很大， 决定了他们之间有着本质的区别。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 20000 Hz，高低频率之比达 1000
倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由
几百 kHz 一直到几百、几千甚至几万 MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535
－1605 kHz 的频段范围）的频带宽度为 10 kHz，如中心频率取为 1000 kHz，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
大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工
作状态不同：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）。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。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。