高频电子线路-高频功率放大器-课件

故称为丙类谐振功率放大电路
第一节 概述

高频功率放大的必要性

远距离无线传输，弥补信号衰落，提高信号抗噪声干扰能力 一些其他需要，如高频加热装置、微波功率源等需要


高频功率放大电路最主要的技术指标：（与低频功率放大电 路一样） 输出功率、效率和非线性失真。 高频功率放大器的特点：放大信号频率高，输出功率高、效 率高。
2，输出特性曲线 饱和区：iC g cruCE （ g cr : 临界饱和线的斜率） 放大区：iC g c (u BE U BZ ) 截止区：i 0 C

2、集电极余弦电流脉冲的分解
一、余弦电流脉冲的表示式
当输入信号 ub Ubm cos t 时, 集电极电流ic的波形为余弦电流脉冲
越好
高频功率放大器与小信号谐振放大器的对比

相同点： ①放大的信号均为高频信号，
②放大器的负载均为谐振回路。

不同点： ①激励信号幅度大小不同；
②放大器工作点不同；
③晶体管动态范围不同。
ic ic
ic ic
Q
o
eb
o
t
o VBZ
eb
o
t
t
小信号谐振放大器波形图
t
高频功率放大器波形图
高频功率放大器与非谐振功率放大器的对比
第二节 丙类(C类)高频功放工作原理
一、基本电路形式
无论中间级还是输出级，其负载可以等效为并联谐振回路
二、基本特点

为了提高效率，放大器常
谐振于输入 信号的频率
工作于丙类状态，流过晶
体管的电流为失真的脉冲 波形；

负载为谐振回路 ：


取出基波分量，获得 正弦电压波形。 阻抗匹配。
谐振功率放大器原理图
表 3-1 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 不同工作状态时放大器的特点 理想效率 50% 78.5% 50%＜＜78.5% ＞78.5% 90%~100% 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
载波：535~1602kHz， 信息带宽：9kHz 相对带宽：0.6%~1.7%
高频功率放大器的主要技术指标
1.输出功率：
放大器的负载得到的功率
2.效率：
高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的效率
3.功率增益：
高频输出功率和信号输入功率的比值
4.谐波抑制度：
是对非线性高频功率放大器而提出的，谐波分量相对于基波分量越小

有源放大元件
选频网络

使用高频功率放大器的目的

放大高频信号使发射机末级获得足够大的发射功率

高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题

高效率输出 高功率输出

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
功率放大器的工作状态
功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工 作方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放 大器。
习题4－2：为什么低频功率放大器不能工作于丙类？
而高频功率放大器不却能工作于丙类？
答：低频功率放大器所放大的信号频率一 般为20Hz~20kHz，其相对频带宽，不可 能谐振回路取出不同的频率分量，只能 采用甲类或乙类推挽的放大形式。而高 频功率放大器一般放大信号的相对频带 很窄，采用一个谐振回路就可以完成选 频作用，故可以工作在丙类。
静 态 工 VQ VBZ 作点
高频功率放大器的分类

宽带和窄带

宽带高频功放采用具有宽带特性的传输线变压器作为负载，
不需要调谐，适于频率相对变化范围大的通信系统，选用
甲类和乙类推挽放大；

窄带高频功放多选用丙类或丁类，甚至戊类放大，以提高 效率。相对带宽在1%左右，甚至更小。

中波调幅：

uCE Vcc uc Vcc Ucm cost
图4.2.3(b)
第三节 丙类(C类)高频功放折线分析法



工作在大信号和非线性工作状态——小信号分析方 法不适用 将晶体管特性曲线理想化成为折线进行分析——称 为折线分析法 有一定误差，但较为简便。

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。
ube Ubz ube Ubz
g b——称为理想化晶体管跨导
U bz
gc
ic
ube

ib
ube
二、输出特性曲线理想化
输出特性曲线理想化：饱和区、放大区

饱和区：近似认为ic只受uce的控制，而与ube无关。理想的饱和临界线 为一条通过原点的斜线。
i 斜率： g cr c u

不同点：


总结高频功放与低频功放的异同点：
相同点：输出功率大，效率高 不同点： （1）工作频率 （2）相对带宽： 低频：很宽（故负载用电阻）； 高频：很窄（故负载用LC回路） （3）负载 低频：电阻或变压器； 高频：LC回路 （4）功放种类： 低频：甲类、乙类；高频：丙类 （5）基极偏压 低频：正偏压； 高频：负偏压
第4章 高频功率放大器

主要内容

概述 丙类（C类）高频功率放大器原理 丙类（C类）高频功率放大器折线分析法 丙类（C类）高频功率放大电路 宽频带高频功率放大器




一，高频功放的主要要求
（1）输出功率要大（故集电极电压、 电流大） （2）效率要高（常采用效率较高的 丙类功放） （3）非线性失真要小（为滤除丙类 功放的众多高次谐波分量, 采用LC 谐振回路作为选频网络 ）
高频功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线 性电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率.
甲、乙、丙三种状态下的转移特性
甲类 乙类 丙类
A(甲)类 B(乙)类 C(丙)类 半通角

180
0
90
0
90
0
效率 C
50 % 78 .5% 85 %
VQ VBZ
VQ VBZ
ube Vbb Ubm cos t
ic gc (ube Ubz ) gc (Vbb Ubm cos t Ubz )
当ωt=θc 时,ic=0，可得导通角
U bz Vbb cos c U bm
已知Vbb、Ubz和Ubm可确定高频功率放大器的半通角θc， 有时也称θc为通角。 通常用θc=180°表示甲类放大；θc=90°表示乙类放 大；θc<90°表示丙类放大。

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。
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
ic I cM
cos t cos c 1 cos c
第三节 丙类高频功放的折线分析法
二、集电极余弦电流脉冲的分解 （一）余弦电流脉冲iC的表达式
iC g c (u BE U BZ ) u BE VBB U bm cost iC g c (VBB U bm cost U BZ )

负载回路谐振频率为ω
uo I c1m R cos t
第二节 丙类高频功放的工作原理
二、工作原理
+ uCE uc +
已知iC I co I c1m cost I cnm cosnt
由LC回路的选频(选基波)作用：
uc I c1m cost Rp Ucm cost
ube Vbb U bm cos t

谐振功率放大器原理图
ib Ibo Ib1m cos t Ib 2m cos 2t ... Ibnm cos nt

ib为脉冲形状，可用傅立叶级数展开
同理
ic I co I c1m cost I c 2m cos2t ... I cnm cosnt
第二节 丙类高频功放的工作原理
一、基本电路及其特点
特点：
1)VBB 0, 基极 负偏压, 丙类功放
2)负载为LC回路
第二节 丙类高频功放的工作原理
二、工作原理
iC + uBE -
设ub U bm cost
则uBE VBB Ubm cost,VBB 0
由转移特性曲线得ib和ic为脉冲：
1,iC表达式:
2,iC两参数: I CM 、c
t c时, iC 0
U BZ VBB cos c U bm t 0时, iC ICM ICM gcUbm (1 cosc )(式4.3.9)
二、余弦电流脉冲的分解系数


高频功率放大器的功能：用小功率的高频信号去控制高频功 率放大器，将直流电源供给的能量转换为大功率的高频能量 输出，并保证输出与输入的频谱相同。
ω
高频功率放大器
ω

从节省能量的角度考虑, 效率更加重要。

高频功放常采用效率较高的丙类工作状态 , 即晶体管集 电极电流导通时间（导通角 c ）小于输入信号半个周期 的工作状态。 为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量 , 采用LC 谐振回路作为选频网络 , 也称为谐振高频功率放大电路。