高频高频调谐功率放大器
高频-第3章 高频谐振放大器(4)高频功放状态分析及高频效应
有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状
态。
负载特性曲线
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，也常以此状态为例。
掌握负载特性，对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的 工作原理，对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很
cos
1
Eb E 'b Ub
集电极电流脉冲幅值 ic max
ic max=gcUb(1–cos)
2) 电流余弦脉冲的各谐波分量系数0(c)、1(c)… n(c)可查表求得，并求得个分量的实际值。
3) 谐振功率放大器的功率和效率 直流功率：PO=Ic0 EC
2 2 集电极效率： P 1 c 1 P0 2
有帮助的。
2. 高频功放的振幅特性
振幅特性是指放大器电流、 电压、功率及效率随激励信号 振幅Ub的变化特性。 Ub变化，但EC、(-Eb)、Rp 不变或(-Eb)变化，但EC、Ub、
Rp不变，这两种情况所引起放 大器工作状态的变化是相同的。 因为无论是Ub还是Eb的变化， 其结果都是引起uBE的变化。 当(-Eb)或ub由小到大变化时,放 由 uBE= -Eb+Ubcost 大器的工作状态由欠压经临界转 uBEmax= -Eb+Ub 入过压。
电压、电流随负载变化波形
2. 高频功放的工作状态
Uc、ic随负载变化的波形如图所示，放大器的输入电压是一 定的，其最大值为Ubemax，在负载电阻RP由小至大变化时，负
载线的斜率由大变小，如图中123。不同的负载，放大器
的工作状态是不同的,所得的ic波形、输出交流电压幅值、功 率、效率也是不一样的。
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。
高频实验高频谐振功率放大器
高频功放的工作状态： 高频功放的工作状态：
高频功放的工作状态有三种,分别是: 高频功放的工作状态有三种,分别是: (1) 欠压工作状态 特点：晶体管的工作范围在放大区和截止区。 特点：晶体管的工作范围在放大区和截止区。 (2) 过压工作状态 特点： 晶体管的动态范围延伸到饱和区 特点：
− θC
ic
三、实验应知知识
三、实验应知知识
（2）高功放的主要技术指标与外部特性 高功放的主要技术指标与外部特性 1）高功放的主要技术指标 高功放的主要技术指标 高功放的 输出功率
高频功放的输出功率是指放大器的负载R 高频功放的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功 也就是集电极的输出功率， 率。也就是集电极的输出功率，即
ic Icmax ic1 ic2 ic3 Ico
故输出仍为不失 真的正弦波. 真的正弦波.
ωt
θc
θc
利用功放负载LC 利用功放负载LC 回路的选频功能, 回路的选频功能, 适当选择LC的参 适当选择LC的参 LC 数使之谐振与基 波频率, 波频率,
R
+
L Uc1
BT
C
-
-VBB
Ec
厚德博学 追求卓越
uBE = ub − U BB = −U BB + U bm cos+ t ω
由晶体管的转移特性曲线可知： 由晶体管的转移特性曲线可知：
ub
BT
+ UBE
_
_ ic
-VBB
Ec
当 uBE < U BZ ， i c = 0
当 uBE > UBZ ， ic = gc (uBE − UBZ )
式中 gc 为：
θC
高频电子线路_小信号调谐放大器和高频功放_实验报告
1-3 小信号调谐放大器一 .实验目的1.熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；2.掌握单调谐和双调谐放大器的基本工作原理；3.掌握测量放大器幅频特性的方法；4.熟悉放大器集电极负载对单调谐和双调谐放大器幅频特性的影响；5.了解放大器动态范围的概念和测量方法。
二 . 实验内容1.采用点测法测量单调谐和双调谐放大器的幅频特性；2.用示波器测量输入、输出信号幅度，并计算放大器的放大倍数；3.用示波器观察耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响；4.用示波器观察放大器的动态范围；5.观察集电极负载对放大器幅频特性的影响。
三 .实验步骤1.实验准备在实验箱主板上插装好无线接收与小信号放大模块，插好鼠标接通实验箱上电源开关，此时模块上电源指示灯和运行指示灯闪亮。
2.单调谐回路谐振放大器幅频特性测量测量幅频特性通常有两种方法，即扫频法和点测法。
扫频法简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线，但需要扫频仪。
点测法采用示波器进行测试，即保持输入信号幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的单调谐回路谐振放大器的输出电压幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。
(1)扫频法，即用扫频仪直接测量放大器的幅频特性曲线。
利用本实验箱上的扫频仪测试的方法是：用鼠标点击显示屏，选择扫频仪，将显示屏下方的高频信号源(此时为扫频信号源)接入小信号放大的输入端(1P1), 将显示屏下方的“扫频仪”与小信号放大的输出(1P8) 相连。
按动无线接收与小信号放大模块上的编码器(1SS1),选择1K2指示灯闪亮，并旋转编码器(1SS1) 使1K2指示灯长亮，此时小信号放大为单调谐。
显示屏上显示的曲线即为单调谐幅频特性曲线，调整1W1、1W2曲线会有变化。
用扫频仪测出的单调谐放大器幅频特性曲线如下图：图1-5 扫频仪测量的幅频特性(2)点测法，其步骤如下：① 通过鼠标点击显示屏，选择实验项目中“高频原理实验”,然后再选择“小信号调谐放大电路实验”,通过选择“小信号调谐放大”后，显示屏上显示小信号调谐放大器原理电路图。
第2章 高频调谐功率放大器 44页 2.2M PPT版
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。
第5章高频调谐功率放大器
低频，高频 低频 低频
丙类
qc＜ 90°
h＞ 78.5%
选频回路
高频
丁类
开关状态
90%~100%
选频回路
高频
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；
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(qc＜90)，为了不失真的放大信号，它的负载 必须是谐振回路。
VCC
vC VCC vo VCC Vom cost
第16页/共63页
t
vo
第17页/共63页
第18页/共63页
分析第四步：把输入信号，集电极电流，集电极电压 画到同一个坐标中（从图中可以读出很多关系）
电 流
或 电 压
ic ic maxVc min
o qc
Vcm
evcC VCC
vc ic
VBZ
0.5 0.4 2.0
0
为了兼顾二者 qC通常取70O
0.3 0.2 1.0
1 0 2
从图中还可以看出qC 60O时2最大, 即Icm2 cos2t的振幅取到最大值
0.1
3
140
利用这一特点,
0
100
若将谐振回路中心频率调到2
20 40 60 80 120 160180 就q可c 把功率放大器改装成倍频器
设计的目的
将电源的能量尽可能 信号波形放大、传输 以信号的形式输出
最关心的指标
电压增益
第8页/共63页
效率
（6）高频（谐振）功放与低频功放的区别
低频功放
高频功放
工作频率
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
简述高频功率放大器的特点
简述高频功率放大器的特点高频功率放大器是一种电子设备，它具有放大高频信号的功能。
高频信号是指信号频率在1MHz以上的信号，高频功率放大器主要用于无线电通信、雷达、医学设备和工业加热等领域。
它具有以下特点：1.高效率：高频功率放大器通常使用功率放大管作为放大器核心，这些管子具有高效率的特点。
在高频信号下，功率放大管的效率可以达到60%以上，这意味着大部分的输入功率都能转化为输出功率，从而实现高效率的功率放大。
2.高线性：高频功率放大器要求在放大高频信号时，输出信号要与输入信号保持一致。
这就要求功率放大器具有高线性度，即输出信号随着输入信号的变化而变化，而不会出现非线性失真。
3.高稳定性：在高频信号下，功率放大器的稳定性尤为重要。
任何微小的变化都可能导致输出信号的失真。
因此，高频功率放大器通常采用恒定电流源或者负反馈电路来提高稳定性。
4.高功率密度：高频功率放大器需要在小体积内实现高功率输出，因此需要具有高功率密度。
这要求功率放大器的散热和结构设计都要优化，以实现高功率密度。
5.宽带：高频功率放大器需要能够放大多种频率的信号，因此需要具有宽带特性。
这就要求功率放大器的带宽尽可能宽，能够放大从几百kHz到几GHz的信号。
在中心扩展下，高频功率放大器的应用领域不断扩大。
例如，在无线电通信领域，高频功率放大器可以用于增强信号的传输距离和穿透能力；在雷达领域，高频功率放大器可以用于增强信号的探测能力和精度；在医学设备领域，高频功率放大器可以用于磁共振成像等应用；在工业加热领域，高频功率放大器可以用于快速加热和热处理等应用。
总的来说，高频功率放大器具有高效率、高线性、高稳定性、高功率密度和宽带等特点。
随着应用领域的扩大，高频功率放大器的需求也会越来越高，未来有望在更广泛的领域得到应用。
高频第3章高频调谐功率放大器
o
导通角是调谐功率放大器的重要参数
20
二、集电极余弦脉冲电流分析
ic I c0 I cm1 cos t I cm2 cos 2t I cmn cos nt I c0 I cmn cos nt
n 1
ic Icmax θc θc
ic1
ic2
3.2 调谐功率放大器的工作原理（重点） 3.3功率和效率 （重点）
3.4调谐功率放大器的工作状态分析（难点）
3.5调谐功率放大器的实用电路（重点）
3.6功率晶体管的高频效应 （指导实践）
3.7 倍频器
3
3.1
概述
回顾问题：（模拟电子技术中的功放内容）
1. 放大器的实质？
2. 放大器的两种工作状态？ （已学的）
U cm I c1m Rc
集电极抽头处基波电压幅值
则晶体管集电极与发射极间电压为 ：
uce Ec uc Ec U cm cos t
26
3.3
晶体管 槽路
功率和效率
直流功率 交流功率 脉冲功率 正弦功率
2.槽路效率 TT 2.槽路效率 1.集电极效率 c 谐振回路 Q1 U I 0 尽量大，在 PO 2 cm c1m 1 Qcm 1I c max L 1Po 1UT Q0 QL U P Pcm 保证选频性能的前提下， L T c P P Q0 PS Ec I 2 Ec 0 I c max o 2 0 o Ec 尽量小（5~10）c 0 1 集电极电流利用系 0 数 ，尽量大 27
ic3
Ico
ωt
注意：高频调谐功率放大器，选频的对象是： 集电极电流 ic中的不同频率成分。
高频功率放大器
(1)丙类倍频器工作原理分析
为尖顶余弦脉冲， 已知丙类放大器集电极电流 i c 为尖顶余弦脉冲，即：
i c = I CO + I C 1 cos ω t + I C 2 cos 2 ω t + ⋯ + I Cn cos n ω t + ⋯
如果集电极回路不是调谐于基波， 如果集电极回路不是调谐于基波，而是调谐于 n 次谐波那 么回路对基波和其它谐波的阻抗很小， 么回路对基波和其它谐波的阻抗很小，而对 n 次谐波的阻 抗则达到最大值，且呈电阻性。 抗则达到最大值，且呈电阻性。于是回路的输出电压和功 次谐波，故起到了倍频作用。 率就是 n 次谐波，故起到了倍频作用。
-UBB
EC
由晶体管的转移特性曲线可以看出： 由晶体管的转移特性曲线可以看出： 当 uBE < U BZ ， i c = 0 当 uBE > UBZ ， ic = gc (uBE − UBZ ) 式中 gc 为：
∴有
ic
•
gC
ic
∆ic 折线的斜率 g c = ∆ u BE
-UBB
u ce = 常数
= 90 o
θ < 90 o , U BB < U BZ 。 C 类：
6.2 高频功率放大器的工作原理
1
+ uS -
基本电路结构
+ ub C L
-UBB EC (a) 原理电路
ic + ub -UBB + uCE C Rp
+ L u c1 -
EC (b) 等效电路
除电源和偏置电路外， 除电源和偏置电路外 ， 主要由三个部分组成： 主要由三个部分组成：
c2 1 C C c1 1 L b1 i 2 c2 L b2
高频功率放大器
高频功率放大器的调制特性
临 当 RP , U 界 bm 不变， 区 Ic1
临 界 区
ic PD
ic
IC1 , IC0 EC Ico 而改变U 与 PD , Po BB
•
• •
•
•
ubemax
之间的关系。 PO
PC
1. 集电极调制特性 E 过压区 欠压区 C过压区 欠压区
当 R P , U bm ， U BB 不变，
谐振功放的外部特性
调谐功率放大器的外部特性是指放大器的性能随放 大器的外部参数变化的规律
1. 负载特性
Rc
当调谐功率放大器的电源电压Ec、偏置电压Eb 2. 调制特性 Ubm Eb , Ec 和 激励电压幅值 一定后，放大器的集电极电 流ic、槽路电压uc、输出功率Po、效率c随晶体 管等效负载电阻Rc的变化特性,被称做调谐功率 3. 振幅特性 Ubm 放大器的负载特性。
c c
c c
高频调谐功率放大器，选频的对象是： 2 sin n cos cos n sin 1 I ic cos ntd (t t )U ic max cos gU ) I g U cos cmn i cmax n 2 bm cos t cos 集电极电流中的不同频率成分。 c bm bm 2 nn 11 cos
ube ub Eb —— U j 转移特性曲线 U bm cos t Eb U j 1. 由晶体管内部特性 2) 起始导通点 三、RcB ，Ec，RbB ， Ubm : [变化对放大器工 Ec U cm cos ,0] uce Ec uc Ec U cm cos t 2. 在放大器有载情况下（负载回路处于谐振状态）， 输入、输出电压的表示式 ——晶体管外部特性
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
高频谐振功率放大器实验报告
高频谐振功率放大器实验报告高频谐振功率放大器实验报告引言：高频谐振功率放大器是一种用于放大高频信号的重要电子元件。
它的设计和性能对于无线通信、雷达系统以及其他高频应用至关重要。
本实验旨在通过搭建一个高频谐振功率放大器的电路并进行测试，探究其工作原理和性能。
实验器材和方法：本实验使用的器材包括信号发生器、功率放大器、频谱分析仪以及示波器等。
首先，我们搭建了一个基于共射极放大器的高频谐振功率放大器电路。
然后，通过调节信号发生器的频率和功率放大器的偏置电压，我们得到了不同频率下的输出信号。
最后，通过频谱分析仪和示波器对输出信号进行测量和分析。
实验结果和讨论：在实验过程中，我们观察到了以下几点结果和现象。
1. 频率响应特性：通过改变信号发生器的频率，我们得到了功率放大器在不同频率下的输出功率。
我们发现，功率放大器的输出功率在某个特定频率附近达到最大值，而在其他频率下则显著降低。
这是因为在谐振频率附近，谐振电路对输入信号具有最大的增益，从而实现了信号的放大。
2. 谐振电路的选择：在实验中，我们使用了一个LC谐振电路作为功率放大器的输出匹配网络。
这是因为LC谐振电路具有较高的品质因数，能够在特定频率下实现较高的增益和较低的损耗。
同时，通过调节电感和电容的数值，我们可以调整谐振频率和带宽，以满足不同应用的需求。
3. 非线性失真：在实验中，我们注意到在谐振频率附近，功率放大器的输出信号存在一定的非线性失真。
这是因为功率放大器在工作过程中会引入非线性元件，如晶体管等。
这些非线性元件会导致输入信号的失真和谐波的产生。
因此，在实际应用中，我们需要采取相应的补偿措施，以减小非线性失真对系统性能的影响。
4. 功率放大器的效率：通过测量输入功率和输出功率，我们计算了功率放大器的效率。
我们发现，在谐振频率附近，功率放大器的效率较高，可以达到70%以上。
这是因为在谐振频率附近，功率放大器的输入和输出阻抗匹配较好，能够最大程度地转移能量。
第3章高频功率放大器
遗留问题：
（1） 丙类导通角<90o，何时最优？ （2） 放大、临界、饱和，何处最优？
功率放大器的的概述
五、高频功率放大器的分类
1、窄带高频功率放大器：以LC谐振回路为负
载又称谐振功率放大器，主要工作在丙类 或者丁类。（主要掌握的内容） 2、宽带高频功率放大器：以传输变压器为负载 工作在甲类，采用功率合成技术来增大输出 功率。在军事上为了保密和反敌干扰多采用 此放大器
2.晶体管工作在什么区？（在后续的课程中仔细体会）
强调：功率放大的含义
根据能量守恒定律能量是不能放大的，功率放大 的本质是将直流电源VCC的能量转化为高频交流信号能 量的形式的过程，从现象上看就是高频小功率信号被 放大为高频大 功率信号。
3.1 丙类谐振功率放大器的工作原理
二、工作原理及性能分析
uBE＝ Uim coswt –VBB
iC vbemax
V BZ
－ V BB
t
vBE
Uim
1 Pc T
T 0
i C v CE dt
1. iC 脉冲最大时，vCE最小，使得Pc较小； 2. 导通时间越短，即导通角越小，
导通角qc <90o，Pc越小；
三种类型功率放大器的比较
转移特性曲线
ic f uBE u
C E 常量
1 π PC uCE iC d t 2π π
结论：要提高高频功率放大器的输出效率，就要
尽可能降低器件的功率损耗，因此谐振功
率放大器中晶体管工作在丙类工作状态。
功率放大器的的概述
2. 效率与失真矛盾的解决
重点体会：电流波形严重失真，但输出波形又
不失真（完整的正弦波），且频率
通信电子线路第3章 高频调谐功率放大器
目的：能够使电信号能够有效地进行远距离传输 特点：高频、大信号、非线性工作 要求：输出功率大（PE=PO+PC）、转换效率高 A，B，AB，C；（甲、乙、甲乙、丙） 工作状态： D，E，S； （开关型） F，G，H ；（特殊技术型）
分析方法：折线法近似分析
3.2 调谐功率放大器的工作原理
3.2.1 基本电路构成 组成：BJT、LC谐振回路、馈电电源
高频功放中的能量关系与效率：
1）集电极输出功率：
1 1 2 1 U c21m pO I c1mU c1m I c1m Re 2 2 2 Re
2）集电极电源提供功率： PE I c 0U CC 3）集电极损耗功率： Pc PE PO
PO 1 I c1m U c1m 1 4）集电极效率： C 1 C PE 2 I c 0 U CC 2
1 ( ) （2） —— 集电极电流利用系数 0 ( ) 1 ( ) ↑，但 ↓，Po↓，为了兼顾功率和效率， 0 ( )↑， c 60 ~ 80 通常取 。
3.3.2.槽路效率
PL —— 负载功率，RL 所吸收的功率； PT —— 槽路损耗功率，槽路空载电阻R0所吸收的功率。
电源供给的功率PS ，一部分（PC）损耗在管子，使管 子发热；另一部分（Po）转换为交流功率，输出给槽路。 通过槽路一部分（ PT ）损耗在槽路线圈和电容中，另 一部分（PL）输出给负载RL。
3.3.1.集电极效率 c
直流电源供给功率
PS Ec I c 0
集电极交流输出功率 Po 1 / 2U cm I c1m
其中0(θ)、1(θ) 、…、n (θ)为谐波分解系数；另 定义1=Ic1m/Ic0= 1(θ) / 0(θ)为波形系数，随减小 而增大。
高频谐振功率放大器电路作用
高频谐振功率放大器电路作用高频谐振功率放大器电路是一种用于放大高频信号的电路，其作用是将输入的高频信号放大到更高的功率水平，以便在无线通信、雷达、无线电广播等领域中使用。
它是一种常用的放大器电路，具有许多优点和应用场景。
高频谐振功率放大器电路采用谐振电路的原理，能够在特定频率下实现高增益的放大效果。
谐振电路是一种具有特殊频率响应特性的电路，当输入信号频率与电路的谐振频率相匹配时，其阻抗会达到最小值，从而使得信号能够得到最大的放大。
这种特性使得高频谐振功率放大器电路在高频信号放大方面具有很大的优势。
高频谐振功率放大器电路能够提供较大的输出功率。
在无线通信领域中，信号传输往往需要经过长距离的传输，因此需要将信号放大到足够的功率水平才能够保证信号的传输质量和距离。
高频谐振功率放大器电路能够将输入的低功率信号放大到较大的功率水平，从而能够满足长距离传输的需求。
高频谐振功率放大器电路还能够实现较高的效率。
在放大信号的过程中，电路会消耗一部分能量，这会导致功率损耗和效率降低。
然而，高频谐振功率放大器电路通过谐振电路的设计，能够在特定频率下实现高效的能量传输，从而提高了电路的效率。
这对于无线通信等领域来说，能够减少能源的消耗，提高系统的性能。
高频谐振功率放大器电路还具有宽频带特性。
传统的放大器电路在特定频率下具有较好的放大效果，但在其他频率下的放大效果较差。
而高频谐振功率放大器电路通过谐振电路的设计，能够在一定频率范围内实现较好的放大效果，从而适用于多种频率的信号放大需求。
高频谐振功率放大器电路在无线通信、雷达、无线电广播等领域中具有广泛的应用。
它通过谐振电路的原理，能够在特定频率下实现高增益的放大效果，并能够提供较大的输出功率和较高的效率。
同时，它还具有宽频带特性，能够适用于多种频率的信号放大需求。
因此，高频谐振功率放大器电路在现代通信技术中扮演着重要的角色，对于推动通信技术的发展具有重要意义。
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3.2.2 调谐功率放大器的折线近似分析法
一、晶体管特性的折线化 二、集电极余弦脉冲电流分析 三、槽路电压
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一、晶体管特性的折线化
转移特性曲线
输出特性曲线
ic f ube uce 常量
ic f uce ube常量
ic
g (ube U j ), ube 0, ube U j
实质 任务
能量转 不 失 真
换器— 地 提 高
将直流 信 号 幅
能量转 度
换为交
流能量 输出
在信号不 失真或轻
度失真的
条件下提
高输出功
率
输入信 工作
号幅度 状态
小
甲类—
V — 线性工
mV 作状态
数量级
大
丙类—
几百mV
—V 数 非线性
量级 工作状
态
性能 指标 电压放 大倍数， 选频特 性等
输出功 率， 效率， 信号失 真度等
其中 Icmax gUbm (1 cos )
Ic0 0 Icmax
Ic1m 1Icmax
Icnm n Icmax
余弦脉冲分解系数曲线图
22
23
三、槽路电压（即谐振回路两端电压）
24
三、槽路电压（即谐振回路两端电压）
uc ic1Rc Ic1mRc cost Ucm cost
Ucm Ic1m Rc 集电极抽头处基波电压幅值 则晶体管集电极与发射极间电压为 ：
四、高频功率放大器的典型电路
R508 10K
C506 输入信号
120p
L504
470uH C519 0.01u
L501
C508
3uH
30p
C509
0.01u
3DG12D
L502 100uH
+12v L503 C511 C512 发射天线 3uH 20p 3-15P
3DG12D
R510
C507
C510
2
3.1 概述
回顾问题：（模拟电子技术中的功放内容）
1. 放大器的实质？ 2. 放大器的两种工作状态？ （已学的） 3. 工作状态对效率的影响？
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1. 放大器的实质
是一种能量转换器件. 将直流电 源输出的直流能量转换为交流能量， 供给负载。
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2. 功率放大器的工作状态： 甲类（线性状态），甲乙类 乙类（非线性状态）
放大输入信号，使之达到足够的（交流）功 率输出，以满足天线发射远距离传输信号的 要求，或其他负载的要求。
功率放大器的作用及其实质，决 定了衡量它性能的两个主要指标：
1.（输出的交流）功率 2.（直流能量转化为交流能量的）效率
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三、调谐功放与小信号调谐放大器的比较
类型
小信号 调谐 电压 大器
高频 调谐 功率 放大器
U j
ic gcruce
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1.折线近似分析法 将电子器件的特性理想化，每条特性曲线用
一组折线来代替。
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2. 导通角的计算
ic
g
Uj
ube
18
2. 导通角的计算 续
结论 ：
cos U j Eb
U bm
丙类工作状态下, 90o
导通角是调谐功率放大器的重要参数
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二、集电极余弦脉冲电流分析
51
0.01u
R512 51 0.01u
R509
R511
50K
1K
3.2 调谐功率放大器的工作原理
问题： 一、调谐功率放大器的电路形式（构成）？ 二、调谐功率放大器如何完成它的功能
（即它的工作原理）?
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3.2.1 原理电路
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因工作于大信号非线性状态， 所以，采用折线近似分析法，分析其 导通角、集电极电流、输出电压等参量。
直流分量分解系数
I cnm
n Icmax
1
sin cos (1 cos )
基波分量分解系数
n
2(sin n cos n cos n sin ) n(n2 1)(1 cos )
n次谐波分量分解系数
总结：
ic
Icmax
cost cos 1 cos
ic Ico Icnm cos nt n1
uce Ec uc Ec Ucm cost
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3.3 功率和效率
晶体管 直流功率 交流功率 槽路 脉冲功率 正弦功率
谐保尽1振证量c.集回选小电PP路 频 （OS极性5~效Q能1120率0UE的尽）ccmI前量cI0cc1提大m 下，12，在QUEcLcm
22..槽槽路路效效率率
10TIIccmmaaPxPx Lo12Po 10PoUPETccm
A（甲）类：导通角为 180o
AB（甲乙）类：导通角为 90 o B（乙）类：导通角为 90o
C（丙）类：导通角为 90 o
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放大器的三种工作状态的应用：
1. 低频功率放大器
甲类 ，乙类
工作频率低，相对频带宽，
因此，都采用无调谐负载（即无选频功能的 负载），如电阻、变压器等。
2. 高频功率放大器 丙类（非线性状态） 工作频率高，相对频带很窄，
sin (1
cos cos )
Ic0 0 Icmax
基波分量：Ic1m
I c max
sin cos (1 cos )
Ic1m 1Icmax
n次谐 波:
0
I cnm
I c max
2(sin n cos n cos n sin ) n(n2 1)(1 cos )
sin cos (1 cos )
因此，适宜采用调谐回路作负载（即有选 频功能）。
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3.1 概述
本节问题： 一、高频功率放大器在无线电发射机中的位置? 二.高频功率放大器性能的评价指标？ 三、调谐功放与小信号调谐放大器的比较 四、调谐功率放大器的基本电路形式（构成）？
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一、高频功率放大器在无线电发射机中的位置
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二.高频功率放大器的性能指标
本章知识点及结构
高 工作原理（原理电路、电流电压分析、评价指标）
频
3.2，3.3, 3.7(倍频器)
调
谐 工作状态分析（动态特性、工作状态分类与判别）
功
率
3.4
放 实用电路（直流馈电、自给偏压、匹配网络） 大
器
3.5、3.6
1
第3章 高频调谐功率放大器
3.1 概述 3.2 调谐功率放大器的工作原理（重点） 3.3功率和效率 （重点） 3.4调谐功率放大器的工作状态分析（难点） 3.5调谐功率放大器的实用电路（重点） 3.6功率晶体管的高频效应 （指导实践） 3.7 倍频器
ic Ic0 Icm1 cost Icm2 cos2t
Ic0 Icmn cosnt n1
Icmn cosnt
ic Icmax
θc
θc
ic1 ic2 ic3
Ico ωt
注意：高频调谐功率放大器，选频的对象是： 集电极电流 ic中的不同频率成分。
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直流分量： I c 0
I c max