谐振功放
高频谐振功率放大器的基本工作原理
高频谐振功率放大器的基本工作原理高频谐振功率放大器是一种常用于无线通信和射频系统中的放大器，其基本工作原理是通过谐振电路和功率放大器的相互配合来实现信号的放大。
本文将介绍高频谐振功率放大器的基本构成和工作原理。
一、高频谐振功率放大器的构成高频谐振功率放大器主要由三个部分组成：输入谐振电路、功率放大电路和输出谐振电路。
输入谐振电路是用来接收输入信号并将其滤波、匹配到功率放大器的。
它通常由电容和电感组成的谐振回路构成，能够选择性地传输特定频率的信号。
功率放大电路是用来放大输入信号的。
它通常采用晶体管或管子放大器等器件，通过输入电压的调节来实现信号的放大，同时也可以调节放大器的增益和输出功率。
输出谐振电路是用来匹配和传输已放大的信号到输出负载的。
它通常也由谐振回路组成，能够将功率放大后的信号传输到负载上。
二、高频谐振功率放大器的工作原理高频谐振功率放大器的工作原理基于谐振电路的特性和功率放大器的线性放大特性。
首先，输入信号经过输入谐振电路后，可以选择性地通过特定频率的谐振回路，其他频率的信号会被滤波掉。
这样就能保证只有特定频率的信号能够进入功率放大器进行放大。
然后，经过谐振回路的输入信号进入功率放大电路。
功率放大电路通常采用线性放大器，其输入电压的大小决定了输出信号的放大倍数。
通过调节输入电压的大小，就可以实现对输出信号的放大程度的控制。
最后，放大后的信号经过输出谐振电路，并传输到输出负载上。
输出谐振回路起到了匹配和传输的作用，能够将功率放大后的信号有效地传输给负载。
三、高频谐振功率放大器的优势高频谐振功率放大器具有以下优势：1. 高效性：通过谐振电路的匹配和能量传输，以及功率放大器的线性放大特性，高频谐振功率放大器能够实现高效率的信号放大，提高系统的整体效能。
2. 稳定性：谐振回路能够选择性地传输特定频率的信号，并且能够稳定地工作在谐振状态下，使得输出信号的幅度和频率更加稳定。
3. 可调性：通过调节输入信号的电压，可以实现对输出信号的放大倍数和功率的可调。
谐振功率放大器
ic 0 uce Ec U c cos , 位于图中B点，晶体管刚刚导通。 （3）当 t 0时 U
P0 I c 0 Ec
1 1 2 1 U c2 P I c1U c I c1 RL 1 2 2 2 RL
Pc P P 0 1
P1 1 I c1 U c 1 P0 2 I c 0 Ec 2
称为集电极电压利用系数； 称为波形系数。
4）集电极效率
其中， U c Ec
2 工作原理分析
i (1) 集电极电流 c 设输入信号电压:
ub U bm cost
+ ub + u be + uCE C _
ic
Rp
+ L u c1 -
ube ub Eb Eb U bm cost
由晶体管的转移特性曲线可以看出：
则加到晶体管基极,发射级的 有效电压为:
-Eb
EC
c Uce
•
Q
Ucm1
c
uce Ec uc Ec Uc cos t Ec Ic1 RL cos t 外部特性决定,KVL ic gm (Ub cos t Eb Eb ) gmUb (cos t cos ) 内部特性决定 （） 当t 1 时：
高频电子线路
内容二、 谐振功率放大器
第3章
高频谐振放大器
第二节 谐振功率放大器
回顾：
高频小信号放大器
高频小信号放大器
第四章谐振功率放大器
4.1 概述 4.2 谐振功率放大器的原理 4.3 晶体管线形分析放大器的折线
近似分析法
4.4 谐振功率放大器电路
4.5 谐振功率放大器实例 4.6 晶体管倍频器
退出
4.1 概述
1、使用高频功率放大器的目的： 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的 发射功率。
2、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
联想对比： 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。
退出
4.1 概述（续）
3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处。
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。
退出423谐振功率放大器的折线近似分析法临界状态的特点是输出功率最大效率也较高比最大效率差不了许多可以说是最佳工作状态发射机的末级常设计成这种状态在计算谐振功率放大器时也常以此状过压状态的优点是当负载阻抗变化时输出电压比较平稳且幅值较大在弱过压时效率可达最高但输出功率有所下降发射机的中间级集电极调幅级常采用这种状欠压状态的功率和效率都比较低集电极耗散功率也较大输出电压随负载阻抗变化而变化因此较少采用
基极偏置为负值；半通角c＜90，即丙类工作状态； 负载为LC谐振回路。
退出
4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法
一、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。 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。
iB≈0,iC≈0,uCE≈UCC。三极管呈现高阻抗，类似于 开关断开。 2）放大状态 ： uB＞0，发射结正偏，集电结反偏， iC=βiB。 3）饱和状态 ： uB＞0，两个PN结均为正偏， iB≥IBS(基极临界饱和电流)≈UCC/βRc ,此时 iC=ICS(集电极饱和电流)≈UCC/Rc 。三极管呈现 低阻抗，类似于开关接通。
高频谐振功放计算
高频谐振功放计算谐振功放是一种广泛应用于无线通信、雷达、无线电广播等领域的射频功率放大器。
谐振功放的工作原理是在谐振频率附近提供最大的放大增益，并且能够有效抑制其他频率的信号。
谐振功放的设计需要考虑一系列参数，包括谐振频率、增益、功率输出等。
以下是一些常见的谐振功放设计参数及其计算方法：1. 谐振频率（Resonant Frequency）：谐振频率是功放能够最有效工作的频率。
谐振频率的计算通常通过谐振电路的电感和电容值来确定。
谐振频率的计算公式如下：f = 1 / (2 * π * sqrt(L * C))其中，f为谐振频率，L为电感值，C为电容值。
2. 种类和尺寸：谐振功放的尺寸和种类也会影响其工作性能。
通常，功放的尺寸较大可以提供更高的功率输出，但也会增加功放的重量和成本。
不同种类的功放器件具有不同的性能特点，如功率增益、线性度等，需要根据具体需求进行选择。
3. 增益（Gain）：增益是功放器件将输入信号放大的比例。
谐振功放的增益通常通过参数S21来表示，即输入信号功率与输出信号功率的比值。
功放的增益可以通过测量输入和输出信号的功率来计算。
4. 功率输出（Power Output）：功率输出是谐振功放能够提供的最大输出功率。
功率输出通常由功放器件的最大电流和电压来决定。
功率输出的计算公式如下：Pout = V^2 / R其中，Pout为功率输出，V为功放器件的电压，R为功放器件的负载阻抗。
5. 线性度（Linearity）：线性度是谐振功放在放大过程中保持输入信号的线性特性的能力。
线性度通常通过参数IP3（第三阶截止点）或P1dB（1dB压缩点）来表示。
这些参数可以通过测量功放器件的输入功率和输出功率来计算。
6. 效率（Efficiency）：效率是谐振功放将输入功率转化为输出功率的比例。
效率的计算可以通过测量输入和输出功率以及功放器件的电流来进行。
除了以上参数外，谐振功放的设计还需要考虑功放器件的热稳定性、频率稳定性、功率供应等方面的因素。
第二章 谐振功率放大器
(2-2-1)
① 由式 2-2-1 确定 vBE 和 vCE： 先设定VBB、Vbm、VCC、Vcm 四个电量数值，并将ωt 按等间隔 (ωt = 0º ，±15º ，±30 º，……) 给定不同的数 值，则 vBE 和 vCE 便确定(图 a)。
②由输出特性画 iC：根据不同间隔上的 vBE 和vCE 值， 在输出特性曲线上（以 vBE 为参变量）找到对应的动态 点，由此可以确定 iC 值的波形，其中动态点的连线称为 谐振功率放大器的动态线。
③ 后果：加到基极 上的最大反向电压(VBB －Vbm)可能使功率管发 射结反向击穿。
在维持输出功率 的条件下，一味地减 管子导通时间来提高 可采用开关工作的谐振功率放大器——丁类。
集电极效率的做法往往是不现实的。为进一步提高效率，
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
1. 丁类简介 (1) 电路 Tr 次级两绕组相同，极性相反。 T1 和 T2 特性配对，为同型管。
用途：对载波或已调波进行功率放大
2.1 谐振功率放大器的工作原理
在谐振功率放大器中，它的管外电路由直流馈电电 路和滤波匹配网络两部分组成。
2.1.1 丙类谐振功率放大器
1. 电路组成
ZL —— 外接负载，呈阻抗性，用 CL 与 RL 串联等 效电路表示。 Lr 和 Cr ——匹配网络，与 ZL 组成并联谐振回路。 调节 Cr 使回路谐振在输入信号频率。 VBB——基极偏置电压，设置在功率管的截止区， 以实现丙类工作。
① 欠压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲高度 略有减小，因而 IC0 和 Ic1m 也将略有减小，Vcm( = ReIc1m) 也略有减小。
② 过压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲的高 度降低，凹深加深，因而 IC0、Ic1m、Vcm 将迅速减小。
高频谐振功率放大器
偏置电路优化
设计合适的偏置电路，以稳定放大器 的工作状态，提高其可靠性。
散热设计优化
根据实际散热需求，设计合理的散热 结构和散热方式，以提高放大器的可 靠性。
自动校准与补偿
利用自动校准和补偿技术，对放大器 的性能进行实时监测和调整，以提高 其稳定性和可靠性。
05
高频谐振功率放大器的 应用实例
在通信系统中的应用
放大器设计的基本原则
高效性
放大器应具有高效率，以减少能源消耗和散 热需求。
线性度
放大器应保持信号的线性放大，避免非线性 失真。
稳定性
放大器应具有稳定的性能，避免自激振荡和 失真。
可靠性
放大器应具有较高的可靠性和稳定性，以满 足长期使用需求。
放大器设计的步骤与方法
确定技术指标
根据应用需求，确定放大器的技术指标，如 输出功率、工作频率、带宽等。
分析放大器在不同频率下的稳定性表现，通常通 过测试不同频率下的增益和相位变化来评估。
温度稳定性
分析放大器在不同温度下的稳定性表现，通常通 过测试不同温度下的增益和相位变化来评估。
3
电源稳定性
分析放大器在不同电源电压下的稳定性表现，通 常通过测试不同电源电压下的增益和相位变化来 评估。
04
高频谐振功率放大器的 设计与优化
输入级是放大器的起始部分， 负责接收微弱的高频信号并将 其放大。
输入级通常采用晶体管或场效 应管等有源器件，通过小信号 放大来提高信号的幅度。
输入级的电路设计需考虑信号 源内阻、输入信号的幅度和频 率等参数，以确保信号能够有 效地传递到输出级。
输出级
输出级是放大器的末级，负责将经过放大的高频信号输出。
01
02
谐振功率放大器复习题
谐振功率放大器复习题1、何谓谐振功放，属于何种放大器？甲类、乙类和丙类功率放大器的导通角分别是多少，他们的效率大小顺序如何排列？为什么丙类功率放大器的效率较高？2、对功率放大器有哪些性能要求？3、高频功率放大器中谐振电路的作用有哪些？谐振功率放大器有哪几种工作状态？4、谐振功放的输出电压u f与集电极电压u ce的相位有何关系，而与输入信号电压u be的相位又有什么关系？5、谐振功放过压状态最明显的特征是什么，过压状态、欠压状态和临界状态分别是指一种什么样的状态，当谐振功放的集电极电流脉冲出现尖顶时，是否能肯定此时的谐振功放的工作状态？6、谐振功放原工作在临界状态，若等效负载电阻R c因某种原因增大或减小时，则输出功率P1、集电极耗散功率P c和效率ηc将如何变化？7、谐振功率放大器的直流馈电线路包括哪几种馈电电路，电路中各部分有何关系？馈电线路的确定应遵循何种原则？谐振功放的外部特性主要包括哪些特性特性？8、谐振功率放大器的集电极输出电流为什么波形，而经过负载回路选频后输出为什么波形。
9、输入单频信号时，丙类高频功率放大器原工作于临界状态，当电源电压减小或增大时，工作状态将作如何变化？10、输入单频信号时，丙类高频功率放大器原工作于临界状态，当输入信号增大或减小时，工作状态将作如何变化？11、谐振功率放大器输出功率6W，当集电极效率为60﹪时，晶体管集电极损耗为多少？12、谐振功率放大器功率放大器，要实现集电极调制放大器应工作在什么状态，要实现际基极调制放大器应工作在什么状态，为使放大器工作在丙类工作状态，基极偏压应如何设置？13、已知谐振功率放大器原工作在临界状态，当改变电源电压时，管子发热严重，说明管子进入了什么状态，并说明原因。
谐振功率放大器，若要求效率高，应工作在什么状态。
14、谐振功率放大器原工作于临界状态，由于外接负载的变化而使放大器工作于过压状态。
如若将输入信号减小，使放大器仍工作在临界状态，这时放大器的输出与原来相比有何变化？15、谐振功放的负载特性、调制特性和放大（振幅）特性分别是指什么？16、谐振功放原工作在临界状态，当其它参数一定时，若负载逐渐变化放大器状态会如何变化？若集电极电源逐渐放大器状态会如何变化？若基极电源逐渐放大器状态会如何变化？17、丙类放大器的负载回路失谐时，工作状态将如何变化？丙类放大器为什么要用调谐回路作为集电极负载？18、已知某谐振功率放大器的电压、电流值为E c＝12V，U f＝11V，E b＝0.5V，U b＝0.24V，I c0＝25mA，I c1＝45mA，I b0＝0.8mA，I b1＝1.5mA。
实验二 高频谐振功率放大器.
实验二 高频谐振功率放大器在通信系统中, 高频谐振功率放大电路，是无线电发射机的重要组成部分,它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大, 然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间,以实现用无线信道的方式完成信息的远距离传送。
所以研究高频功率放大器的主要任务是怎样以高效率输出最大的高频功率。
因此, 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小于输入信号半个周期的工作状态，导通角090≤θ。
虽然功率增益比甲类和乙类小，但效率η却比甲类和乙类高。
一般可达到80%。
同时, 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, 故称为高频谐振功率放大器，显然,谐振功放属于窄带功放电路。
一、实验目的1．掌握高频谐振功率放大器的电路结构特点、基本功能与工作原理。
2．掌握高频谐振功率放大器的调谐方法和掌握高频谐振功率放大器的调谐特性，负载特性以及激励电压、偏置电压、电源电压变化时对其工作状态的影响。
3.了解高频谐振功率放大器的主要性能指标意义，掌握测试方法。
学会电路设计方法。
二、实验设备与仪器高频实验箱 WYGP-3或GP-4 一台 双踪示波器 TDS-1002 一台 高频信号发生器 WY-1052 一台 频率特性测试仪 BT-3C 一台 万用表 一块三、实验任务与要求1、高频谐振功放的基本电路结构高频谐振功率放大器的电路构成，除电源电路外，主要由晶体管、输入激励电路、输出谐振回路三个部分组成，谐振功率放大器原理电路如图2-1所示。
图中b u 为输入交流信号，B E 是基极偏置电压，调整B E ，可改变放大器的导通角，以使放大 图2-1 谐振功率放大器的工作原理 器工作在导通角090≤θ丙类状态。
C E 是集电极电源电压。
集电极外接LC 并联谐振回路的功用是作放大器负载，实现滤波选频和阻抗匹配。
2、高频谐振功率放大器的工作原理与主要性能指标放大器工作时，设输入信号电压：t U u bm b ωcos =则加到晶体管基极,发射级的有效电压为: t U U U u u bm BB BB b BE ωcos +-=-= 由晶体管的转移特性曲线可知，如图2-2所示：当BZ BE U <u 时，管子截止，0=c i 。
3.1丙(C)类谐振功放工作原理
例 图3.1.1所示电路中，VCC = 24 V，Po = 5W， = 70 º， = 0.9, 求该功放的 C、 PD、PC、iCmax 和回路谐振阻抗Re
解：
C
1 2
1 ( 0 (
) )
Ucm VCC
1 2
g1 (
)
1 2
1.75 0.9
79%
n()
0.6 g1()
0.5 0.4 2.0
g1 ()
解：
C
1 2
1 ( 0 (
) )
Ucm VCC
1 2
g1 (
)
1 2
1.75 0.9
79%
PD
Po
C
5 6.3 (W) 0.79
PC PD Po 6.3 5 1.3 (W)
因 为Po
1 2
Ic1mUcm
1 2
iCmax1( )VCC
故
iCmax
2 Po
1( )VCC
1.05(A)
Re
iC gcU im (cos t cos )
当 t = 0 时，iC=iCmax ，代入上式可得
iCmax gcU im (1 cos )
gcU im
iCmax
1 cos
故 iC 表示为
iC
iCmax
cost cos 1 cos
EXIT
高频电子线路
3.1 丙类谐振功率放大器的工作原理
3.1 丙类谐振功率放大器的工作原理
谐振功放电路与小信号谐 振放大器电路的区别总结。
作用不同，因而要求不同、电路构成不同。
小信号谐振放大器用以选出有用信号加以放大； 谐振功放用以高效率地输出足够大功率。
谐振功放工作原理
解：
C
1 2
1 ( 0 (
) )
Ucm VCC
1 2
g1 (
)
1 2
1.75 0.9
79%
n()
0.6 g1()
0.5 0.4 2.0
g1 ()
0.3
1 () 0 ()
0.21.0
2()
0.1
0
20
40
3()
60 80 100 120 140 160 180
°
EXIT
高频电子线路
3.1 谐振功率放大器的工作原理
Ucm cos t
uCE VCC uc
VCC Ucm icCos t
+
ui –
iB
+
+
uBE
uCE
–
C
+ –– +
+
Luc
RL
–
VBB
VCC
iBmax
O iC
iCmax
O
uCE VCC
t
ICti0c1 ic2 uc
O
t
谐振功放电流、电压波形
EXIT
高频电子线路
3.1 谐振功率放大器的工作原理
°
称为波形系数
EXIT
高频电子线路
3.1 谐振功率放大器的工作原理
3.1.2 输出功率与效率
Po
1 2
I c1mU cm
1 2
I
2 c1
mRp
U
2 cm
/
2Rp
PD IC0VCC
C
Po PD
1 2
I c1m I C0
Ucm VCC
谐振功率放大器的三种工作状态
谐振功率放大器的三种工作状态1. 引言大家好，今天咱们聊聊谐振功率放大器。
可能有些小伙伴听到这个名字就觉得有点高大上，其实它的工作原理并不复杂，咱们可以轻松搞懂。
放大器嘛，就是把信号放大，让它更有劲儿。
而谐振功率放大器就像个超级增压器，让你的小信号变得响亮无比！那它有啥工作状态呢？别急，咱们慢慢来。
2. 工作状态2.1 线性状态首先，咱们得聊聊线性状态。
在这个状态下，放大器就像个正经八百的上班族，兢兢业业，尽量把输入信号完完整整地放大。
简单来说，就是输入多少，输出就大概是多少，几乎不失真。
这种状态就像喝了一杯清茶，清爽不腻，保持着良好的品质。
不过嘛，线性状态的功率输出是有限的，不能像火箭一样随便冲。
所以，咱们得好好利用这个状态，别让它浪费了。
2.2 饱和状态接下来，我们聊聊饱和状态。
哎呀，这个状态就像放大器喝醉了一样，输出信号完全不受控，干脆利落地放出满格的信号。
它可以让你的音响瞬间变得震耳欲聋，简直就是“嗨起来”的节奏！不过，喝醉了就容易出事，饱和状态下的信号失真很严重，原本的好东西可能就变得五味杂陈了。
所以，虽然这个状态让人兴奋，但也要谨慎对待。
2.3 过载状态最后，咱们得提到过载状态。
这状态就有点儿火星了，放大器已经完全失去控制，像个不听话的孩子，输出信号已经跑偏。
此时，放大器就像是在跟你抗议：“别再给我加信号了，我撑不住了！”这时候，信号会严重失真，甚至可能损坏放大器。
所以，咱们在使用的时候要特别小心，别让它过载了，毕竟谁也不想看到心爱的设备挂掉。
3. 总结最后，咱们来个小总结。
谐振功率放大器的工作状态就像生活中的三种状态：认真、兴奋和疯狂。
线性状态让你稳稳当当，饱和状态则能让你体验到“放飞自我”的乐趣，而过载状态就像是一场小型的灾难。
希望大家在使用这些放大器的时候，能更好地掌握这三种状态，像一名合格的驾驶员，平稳、迅速又安全地前进。
记住，科技的世界里，不管是什么，适度永远是王道！。
52丙类谐振功放的结构与基本原理
5.2 丙类谐振功放的结构与基本原理5.2.1 谐振功率放大器的特点谐振功率放大器工作原理电路如图5-1所示。
从电路结构来看，它是由基极回路和集电极回路两部分组成，基极回路由晶体管基极、发射极、偏置电源BB U 和外加激励信号i u 组成。
集电极回路由晶体管集电极、发射极、集电极直流电源CC U 和集电极负载组成。
同基本放大电路相比，具有以下特点：（1） 放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。
（2） 输出端负载回路为LC 调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的匹配。
（3） 基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压（-BB U ），使电路工作在丙类状态。
（4） 输入余弦波()i u t 时，经过放大，集电极输出电压()C u t 是余弦脉冲波形。
-5.2.2 丙类谐振功放的工作原理设输入信号为余弦电压，即t Cos U u im i ω= (5-1)则管子基极、发射极间电压BE u 为B E BB i mu U U C o s t ω=+ (5-2)图5-1所示电路中，晶体管发射结为负偏压（-BB U ），静态时基极电压BB U <on U ，晶体管处截止状态，集电极无电流流过。
当加入信号i u 以后，只有当BE u >on U 时，三极管才导通，基极和集电极才有电流通过。
图5-2（a ）、(b)所示为晶体管集电极电流和集电极电压波形图。
图中，max c I 为集电极电流C i 的峰值，CQ U 是集电极静态电压，θ是指一个信号周期内集电极电流导通角2θ的一半，称之为通角。
可见，00≤θ≤1800。
晶体管工作状态可分为：θ＝1800，为甲类工作状态；θ＝900，为乙类工作状态；θ<900，为丙类工作状态。
由于集电极电压()c u t 与集电极电流()c i t 的关系为c C CQ C R t i U t u )()(-= (5-3)因此，集电极电压()c u t 波形如图5-2（C ）所示。
3-1丙类谐振功放的工作原理及特性分析
仿真2
14
uBE uBE(on) –VBB iB uim
t
t iC
t uc U cm U cm V CC t
高频功率放大器中各分电压与电流的关系
15
2、电流、电压波形 设输入一高频余弦信号为
则 当uBE的瞬时值大于基射间导通 电压UBE(on) 时，晶体管导通，产生 基极脉冲电流iB，相应产生集电极 脉冲电流ic，如图所示。基极电流和 集电极电流为周期性非正弦函数。
9
4、丙类：工作点设置在截止区以内； 晶体管导通的时间小于半个周期，在输入信号的小半个 周期内导通，有集电极电流ic产生，如图。
&l高。效率η>78.5%。 缺点：输出电流波形严重失真。
10
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。
（2）作静态工作点 Q： ui=0
VCC O ucemin Ucm
uce
• Q
u BE VBB，uce VCC Q: ) ic I Q g c (VBB U BE（on）
连接 Q、A 两点即得动态特性曲线。
c
8/19/2013 8:59 PM
32
功率放大器三种工作状态和状态波形
宽带高频功率放大器： 以传输线变压器为负载，因此又称为
非谐振功率放大器。
5
1、使用高频功率放大器的目的 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 2、放大的实质： 实质是一种能量转换。将电源提供的直流功率转变成
交流信号功率输出。
3、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题
①高效率输出
②高功率输出
I C1m g1 ( ) I C 0m
高频谐振功率放大器的工作原理
高频谐振功率放大器的工作原理
嘿，咱今儿来唠唠高频谐振功率放大器的工作原理哈！这玩意儿就好比是一场音乐会，晶体管就是那个舞台上的明星主唱。
在这个音乐会里呀，信号源就像是给主唱提供的歌曲，它把要表演的内容送过来。
而直流电源呢，就像是给主唱提供能量的大力水手菠菜，让晶体管有足够的力气放声歌唱。
然后呢，晶体管这个主唱呀，会根据信号源的指示，该大声唱的时候大声唱，该小声哼的时候小声哼。
这时候，谐振回路就登场啦！它就像是一个超级厉害的调音师，能把主唱的声音调得特别好听，把那些不和谐的音给过滤掉，只留下最精彩的部分。
你说这谐振回路神奇不神奇？它能让放大器输出的功率更大，效率更高呢！就好像一个魔法盒子，把普通的声音变得超级有魅力。
那它是怎么做到的呢？嘿嘿，这就像是在一个大合唱里，大家一起发声，但只有某个特定频率的声音最响亮，其他的声音都被弱化了。
谐振回路就是能抓住那个最关键的频率，让它闪闪发光。
而且哦，高频谐振功率放大器还有个特点，就是它能让信号变得特别强。
这就好比是把一个小小的火苗，变成了熊熊大火，照亮整个舞台！想想看，原本很微弱的信号，经过它这么一处理，变得超级强大，能传到很远很远的地方去。
咱再想想，如果没有高频谐振功率放大器，那很多信号不就传不远啦？那不就像在一个大雾天里说话，别人都听不清嘛！有了它，信号就能清清楚楚地传出去，多棒呀！
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谐振功率放大器
谐振功放旳放大特征
图 2–2–9 放大特征
(1)谐振功放作为线性功放 为了使输出信号振幅 Vcm 反 应输入信号 Vbm 旳变化，放大器 必须在 Vbm 变化范围内工作在欠 压状态。
图 2–2–10 (a) 线性功率放大器旳作用
(2) 谐振功放作为振幅限幅器(Amplitude Limiter) 作用：将 Vbm 在较大范围内旳变化转换为振幅恒定旳 输出信号。 特点：根据放大特征，放大器必须在 Vbm 旳变化范围 内工作在过压状态，或 Vbm 旳最小值应不小于临界状态相 应旳 Vbm 限幅门限电压。
(3)基极调幅原理电路
图 2–2–8 基极调幅电路
VBB (t ) VBB0 v (t ) —— 基极偏置电压 使 Vcm 按 VBB(t) 旳规律变化，放大器工作在欠压状态。
三、放大特征
1．含义 当 VBB、VCC 和 Re 一定， 放大器性能随 Vbm 变化旳特征。
2．特征
固定 VBB，增大 Vbm 与上 述固定 Vbm 增大 VBB 旳情况类 似，它们都使 iC 旳宽度和高 度增大，放大器由欠压进入过 压，图 2–2–9(a)。
谐振功率放大器旳分析
(1)求动态点，画波形
设定 VBB、Vbm、VCC、Vcm ，
将 t 按等间隔(t = 0º， 15º，
30º， ) 给定数值，由 vBE VBB Vbmcost vCE VCC Vcmcost
便可拟定 vBE 和 vCE (图 a)。
图 2–2–1 谐振功率放大器旳近似分析措施(a)
小，因而 Vcm(= ReIc1m)和 Po(
I
2 c1m
Re
)近似线性增大，而
高频谐振功放效率改善措施
高频谐振功放效率改善措施高频谐振功放是一种常见的电子设备，用于放大高频信号。
然而，由于功放的特殊性质，其效率往往不高。
为了改善高频谐振功放的效率，可以采取以下措施。
可以优化功放的电路设计。
在设计电路时，应尽量减小功放器件的损耗，提高功放的效率。
对于功放器件的选型，应选择高效率、低损耗的器件，以确保功放的输出能力和效率。
此外，还可以通过合理的布局和连接方式，降低电路的阻抗，减小能量损耗，提高功放的效率。
可以采用合理的供电方式。
功放的供电方式对其效率有很大影响。
可以选择高效率的电源模块，提供稳定的电压和电流，以确保功放的正常工作。
此外，还可以使用功放专用的电源管理芯片，对电能进行有效控制，提高功放的效率。
第三，可以优化功放的散热设计。
功放在工作过程中会产生大量的热量，如果散热不良，会导致功放温度过高，影响其工作效率和寿命。
因此，应设计合理的散热结构，选用高效的散热材料，并合理布局散热器，以提高功放的散热效果，保持其工作温度在合理范围内，提高功放的效率。
第四，可以采用反馈控制技术。
反馈控制技术可以通过对功放输出信号进行采样和比较，对功放的输入信号进行修正，以提高功放的线性度和效率。
可以利用模拟或数字的反馈控制技术，对功放进行精确的控制，提高其工作效率。
还可以通过优化功放的工作状态来提高效率。
功放在不同的工作状态下，其效率也会有所不同。
因此，可以根据实际需求，合理选择功放的工作状态，以达到最佳的效率。
例如，在低功率输出时，可以降低功放的工作电流，以提高其效率。
通过优化电路设计、合理供电、优化散热设计、采用反馈控制技术和优化工作状态等措施，可以显著提高高频谐振功放的效率。
这些措施不仅可以提高功放的工作效率，还可以降低功放的能耗，提高功放的可靠性和稳定性，对于提高功放的整体性能具有重要意义。
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图 2–2–5 集电极调制特性
② 过压状态：随 VCC 减小，集电极电流脉冲的高度降低， 凹深加深，因而 IC0、Ic1m、Vcm 将迅速减小。
(3) 集电极调幅原理电路
(2)并馈 三者(直流电源 VCC、滤波匹配网络和功率管)在电路
形式上为并接的馈电方式。
LC —— 高频扼流圈； CC1 —— 隔直电容； CC2 ——电源滤波电容。 在信号频率上，LC 感抗 很 大 ， 接 近 开 路 ， CC1 、 CC2 的容抗很小，接近短路。 vCE = VCC + vc。与串馈电路相同。 (3)串馈与并馈的比较 相同点：两种馈电方式，VCC 都能全部加到集电极上。
谐振功率放大器的近似分析方法(b)
(3) 图解积分求得分量 IC0 和 Ic1m 谐振电阻
Re Vcm / I c1m
(4) 计算功率性能
PD VCC I C0 Po Vcm I C1m / 2 PC PD Po C Po / PD
2.2.2
欠压、临界和过压状态
1．VBB、Vbm、VCC 不变， Vcm 由小变大 动态点左移
A 点最大振幅值：
vA = vA1 vA2 = VCC 2VCE(sat)
(3) 讨论 ① VCE(sat)小，管耗小，放大器的效率高 (90% 以上) ； ② 实际波形不理想，管耗增大，丁类功放效率受限。 2．戊类放大器
2.2
2.2.1
谐振功率放大器的性能特点
近似分析方法
1．使用条件——两假设
丙类谐振功率放大器谐振回路的功能： ① 选频：利用谐振回路的选频作用，可将失真的集电 极电流脉冲变换为不失真的输出电压。
② 阻抗匹配：调节 Lr 和 Cr ，谐振回路将含有电抗分
量的外接负载变换为谐振电阻 Re，并阻抗匹配。
4．功率特性分析
(1)丙类功放的问题 (2)解决方法
图 2–1–3
脉冲宽度变化的示意图
现丙类工作。
2．集电极电流 iC
输入： vb(t) = Vbmcos st vBE = VBB + vb(t) = VBB + vbmcos st
集电极电流 iC 傅里叶级数展开：
iC I C0 I c1mcos s t I c2mcos2 s t
为平均分量、基波分量和各次谐波分量之和。
图 2–2–5
集电极调制特性
2.2.3 谐振功放的外特性
掌握四种特性的定义、特性（参数变化时，谐振功放工作 状态的变化，进而推得集电极电流高度与宽度的变化情况）； 利用外特性，根据已知现象，判断出谐振功放的工作状态，并 按要求进行调整。了解外特性的应用。
图 2-2-4 负载特性
2.3 谐振功率放大器电路
图 2-2-4 负载特性
Vcm = ReIc1m ， Po = VcmIc1m/2 PD = VCCIC0 ， PC = PD－Po C = Po/ PD
二、调制特性
两种调制特性：集电极调制和基极调制特性。
1．集电极调制特性 (1)含义 VBB、Vbm 和 Re一定，放大器性能随 VCC 变化的特性。 (2)调制特性
图 2–1–2
3．输出电压 vo
(1)对基波分量 阻抗最大，为谐振电阻 Re
2.1.1
丙类谐振功率放大器
1．电路组成 2．集电极电流 iC
iC I C0 I c1mcos s t I c2mcos2 s t
3．输出电压 vo
(1)对基波分量 阻抗最大，为谐振电阻 Re
1 I C0 iCdt 2 1 I c1m iC costdt
iC 脉冲越宽，高度越高，IC0 和 Ic1m 就越大。如果出 现凹陷，则凹陷越深，IC0 和 Ic1m 就越小。 由此可求功率性能
PD VCC I C0 PC PD Po
Po Vcm I C1m / 2
电流脉冲出现凹陷，Vcm 增大，
凹陷加深。
欠压状态：动态点A处于放大区的状态； iC 为高度和
宽度基本不变的余弦冲波
临界状态：动态点A处于放大区和饱和区临界点的状态； 过压状态：动态点A处于饱和区的状态； i Vcm C 的高度减小，凹陷加深。
2． iC 的平均分量 IC0 与基波分量 Ic1m
图 2–1–2
在高 Q 回路中， Re 近似为
Re
式中，
02 Lr
RL
2
Lr C t RL
Cr C L Ct —— 回路总电容 Cr C L 0 s 1 —— 回路谐振角频率 Lr C t Qe
0 Lr
RL
—— 回路有载品质因数
(2)对非基波分量
阻抗很小，产生的电压均可忽略。
图 2–2–1 谐振功率放大器的近似分析方法(b)
(1)求动态点，画波形
设定 VBB 、Vbm 、VCC 、Vcm ， 将 t 按等间隔(t = 0º 15º ， ， 30º ， ) 给定数值，由：
vBE VBB Vbm cost vCE VCC Vcm cost
t 0
vBE vBE max VBB Vbm vCE vCE min x VCC Vcm
① 欠压状态
Vcm 的取值，使所对应的
动态点均处在放大区。
② 临界状态 Vcm 增大，使 t = 0 所对应 的动态点 A处在临界点，iCmax
略微减小。
③ 过压状态 Vcm 继续增大，使 A(t = 0) 动态点处在饱和区，iC 迅速减小，
与谐振功放区别：集电极回路接入调制信号电压。
2．基极调制特性
(1)含义
Vbm、VCC、Re 一定，放大器性能随 VBB 变化的特性。
(2)调制特性
当 Vbm 一定，VBB ，iC宽度、 高度 ， IC0 Ic1m 、Vcm ， VCEmin ，放大器欠压 过压。
过压后，随 VBB，iC 宽度、 高度 ，凹陷加深，IC0 和 Ic1m、 Vcm 均增加缓慢，可认为近似不 变。
图 2–2–6 基极调制特性
(3)基极调幅原理电路
图 2–2–8
基极调幅电路
VBB (t ) VBB0 v ( t ) —— 基极偏置电压
使 Vcm 按 VBB(t) 的规律变化，放大器工作在欠压状态。
三、放大特性
1．含义
当 VBB、VCC 和 Re 一定，放 大器性能随 Vbm 变化的特性。
第 2章
谐振功率放大器
2.1 谐振功率放大器的工作原理 2.2 谐振功率放大器的性能特点
2.3 谐振功率放大器电路
2.4 高频功率放大器
简
介
谐振功放：用谐振系统作为匹配网络的功率放大器。 特点：负载匹配网络为谐振系统 应用状态：丙类(或丁类、乙类) 用途：对载波或已调波进行功率放大 种类：丙类谐振功放 丁类、戊类谐振功放 倍频器 基本要求与基本知识点： 了解高频功率放大器的特点，理解谐振功率放大器的工作原 理以及实际谐振功放电路的组成，掌握谐振功率放大器的负载 特性。
图 2–2–10 (b)
振幅限幅器的作用
四、四个特性在调试中的应用
例如，设一个丙类谐振功率放大器，设计在临界状态， 若制作出后，Po 和 C 均不能达到要求，则应如何进行调 整。
若增大 Re，Po 减小，放大器实际工作在过压状态， 可增大 VCC(同时，适当增大 Re 或 Vbm 或 VBB)，需注意管 子安全。
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
1．丁类谐振功率放大器 (1)电路
Tr 二次侧两绕组相同，极性相反。 T1 和 T2 特性配对，为同型管。
(2)原理
若 vi 足够大，则
vi < 0 时，T1 饱和导通，T2 截止， vA1 = VCC – VCE(sat)
vi > 0 时，T2 饱和导通，T1 截止， vA2 = VCE(sat)
图 2–2–10 (a)
线性功率放大器的作用
(2) 谐振功放作为振幅限幅器(Amplitude Limiter)
作用：将 Vbm 在较大范围内的变化转换为振幅恒定的输出 信号。
特点：根据放大特性，放大器必须在 Vbm 的变化范围内工 作在过压状态，或 Vbm 的最小值应大于临界状态对应的 Vbm 限 幅门限电压。
2.1 谐振功率放大器的工作原理
预备知识—选频网络
选频网络（滤波器）的功能：从众多频率中选出有用信号， 滤除或抑制无用信号；
常用滤波器：LC串、并联谐振回路；集中参数滤波器。 性能指标： 中心频率ƒ0：此点传输系数最大 选择性： f f 0 , VO 最大，ω 偏离ω 0越大，Vo下降越多； Q 值越大选择性越好。 谐振频率ω 0：
① 谐振回路滤波特性理想，即:
vBE VBB Vbm cost vCE VCC Vcm cost
② 功率管特性用输入和输出静态特性曲线表示，其参变
量采用 vBE(而不是通常的 iB) 。
2．分析步骤
① 求动态点，画波形； ② 连动态线，画 iC 波形； ③ 图解积分求分量； ④ 计算功率性能。
1、除晶体管的内阻外，没有其它电阻消耗直流能量；
2、只有高频基波分量通过负载回路； 3、管外电路对高频谐波分量短路。
（1）串馈 三者(直流电源 VCC、滤波匹配 网络和功率管)在电路形式上为串接 的馈电方式。
vCE VCC vc
LC——高频扼流圈，与 CC 构成 电源滤波电路。
图 2–3–1 (a) 集电极 直流馈电电路
谐振功放电路=功率管+管外电路
谐振功放管外电路： ① 直流馈电电路