第3章功率放大器PPT课件
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高频电子线路第3章高频功率放大器
ic I c 0 I c1m cos t I c 2m cos 2t ... I cnm cos nt
其中各分量的振幅：
1 I c0 2
I c1m 1
1 i d ( t ) c 2
c
c
c
c
I cM
cost cos c I sin c c cos c d (t ) cM ( ) 0 ( c ) I cM 1 cos c 1 cos c
窄带谐振放大器
有源器件 谐振回路 采用具有滤 波特性的选 频网络作为 负载
丙类
四、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同
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。
ic ic
ic ic
Q
o o
o
eb
t
尖顶余弦脉冲
图3-5丙类状态下集电极电流波形
1、iC表达式:
u BE VBB U bm cost 由 iC g c (u BE U BZ ) iC g c (VBB U bm cost U BZ )(3 9)
图3-3
2, iC两参数:I CM 、c
另外，为了分析方便，根据理想化输入特性，将理想化输 出特性曲线中的参变量ib 改为ube。
图中 ib=7mA，由输入特性
可知，uce=0.68V时，对应 的ic=180mA；而 ib=0 时， ube=0.6V，在0.60V-0.68V之 间，可按每间隔0.02V画出
水平线，即得到以ube为参
变量的理想化特性曲线。这 样的理想化特性正好满足gc 为常数。
第三章 高频功率放大器
第三节 丙类高频功率放大器的折线分析法
其中，
U cm I 称为集电极电压利用系数；g1 c c1m 1 c 为波形系数。 I C0 0 c VCC
（五）几点说明 1、在ξ=1的理想条件下，
g 甲类放大器的导通角 c 1800 ， 1 c 1 ， 故甲类放大器的理想效率 c 50%
c 1200，输出功率最大，但效率低
c 10 ~ 150 ，效率最高，但输出功率低
因此，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，通常取c 600 ~ 800
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第三节 丙类高频功率放大器的折线分析法
例3-1 某谐振高频功率放大器，其中 VCC 24V，输出功率 Po 5W ， 晶体管集电极电流
2 cm
输出电压有效值
I c1m 电流有效值 2
与基波
之积
（三）集电极损耗功率
P P= P c o
直流输入功率与高频输出功率之差
（四）集电极效率
c
Po 1 U cm I c1m 1 g1 ( c ) P= 2 VCC I C0 2
首页
输出功率与直流输入功率之比
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当集电极回路调谐于高频输入信号频率时，由于回路的选择性，对集电 极电流的基波分量来说，回路等效为纯电阻 Rp 支路，其直流电阻很小，也可近似认为短路。 这样，脉冲形状的集电极电流 i 流经
C
；对各次谐波来说回路失谐，
呈现很小的阻抗，回路两端可近似认为短路；而直流分量只能通过回路电感
谐振回路时，只有基波电流才产生电压
图3-6 余弦脉冲分解系数与c 的关系
首页
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第3章高频功率放大器
40
第41页/共81页
1．高频功放的负载特性 • 只改变负载电阻RL, 高频功放电流、 电压、 功率及效率η变化的特性。 • 图 3 ─ 18(b)是根据图3 ─ 18(a)而得到的功率、 效率曲线。
41
第42页/共81页
1
RL小
U
小
c
欠压状态
Uc
RL
2
RL
RLcr
Uce min
uces
临界状态
25
第26页/共81页
2． 高频功放的能量关系
• 在集电极电路中, 谐振回路得到的高频功率(高频一周的平
均功率)即输出功率P1为
P1
1 2
Ic1Uc
1 2
I
2
c1
RL
1 Uc2 2 RL
(3 ─ 22)
集电极电源供给的直流输入功率P0为
P0 Ic0Ec
(3─ 23)
直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极
可以得到：gcUbm ICM 1 cos
结果ic表达式又可写做：
ic
ICM
cost cos 1 cos
21
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22
第23页/共81页
➢ 周期性集电极电流脉冲导通角为2θ；可以
分解成直流、基波(信号频率分量)和各次谐 波分量, 即
ic Ico Ic1 cost Icn cos nt
➢ 丙类γ>1.75 ,效率更高。
28
第29页/共81页
• 分解系数α1最大值为 0.536时， 导通角为 1200，此时输出功率 最大，在甲乙类状态， 效率66%太低不可用！
• 导通角在0~150,输出
功率太0，小 2 • 极若端 =情1,况效：率可达100%
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1．高频功放的负载特性 • 只改变负载电阻RL, 高频功放电流、 电压、 功率及效率η变化的特性。 • 图 3 ─ 18(b)是根据图3 ─ 18(a)而得到的功率、 效率曲线。
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1
RL小
U
小
c
欠压状态
Uc
RL
2
RL
RLcr
Uce min
uces
临界状态
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2． 高频功放的能量关系
• 在集电极电路中, 谐振回路得到的高频功率(高频一周的平
均功率)即输出功率P1为
P1
1 2
Ic1Uc
1 2
I
2
c1
RL
1 Uc2 2 RL
(3 ─ 22)
集电极电源供给的直流输入功率P0为
P0 Ic0Ec
(3─ 23)
直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极
可以得到：gcUbm ICM 1 cos
结果ic表达式又可写做：
ic
ICM
cost cos 1 cos
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➢ 周期性集电极电流脉冲导通角为2θ；可以
分解成直流、基波(信号频率分量)和各次谐 波分量, 即
ic Ico Ic1 cost Icn cos nt
➢ 丙类γ>1.75 ,效率更高。
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• 分解系数α1最大值为 0.536时， 导通角为 1200，此时输出功率 最大，在甲乙类状态， 效率66%太低不可用！
• 导通角在0~150,输出
功率太0，小 2 • 极若端 =情1,况效：率可达100%
第三章---高频功率放大器知识讲解
R
i(t) v(t) R
V 1msin1tV 2msin2t
R
输出电流中仅含ω１、ω２两个频率。
高频电子线路
若把它加到非线性元件 i v 2 上，则：
R
i(t) v(t)2
R
R 1 ( V 1 2 m s2 i1 t n V 2 2 m s2 i2 t n 2 V 1 m V 2 m si 1 ts ni 2 t ) n
高频电子线路
在电子技术中一些非常重要的现象和过程都属 于非线性现象和参量现象，工程上为了简化计算， 较多的场合不用求解微分方程，而采用一些近似 分析方法。 3.2.1非线性元件的特性
(1)、非线性电阻器
直流电阻
R Vo 1
Io tg
线性电阻器特性
高频电子线路
静态电阻 R Vo 1
Io tg
V2 1m (1c
2R
o2s1t)V 22R 2m(1c
o2s2t)
2V1mV2m[c R
o s1(2)t
c
o s1 (2)t]
可见，输电流中出现新频率：直流、２ω１、２ω２、 ω１＋ω２、ω１－ω２
高频电子线路
(3) 、非线性电路不满足叠加原理
对于非线性元件
i v2 R
，若 v 1 V 1 m sin 1 t
在输入信号很大时，非线性元件的特性可用折线 近似，如三极管的转移特性可用折线近似：
ic 0 ic g c (v B v Bz )
(v B v Bz ) (v B v Bz )
三极管的转移特性可用折线近似 高频电子线路
高频电子线路
3.3 谐振高频功率放大器原理
3.3.1.基本电路 3.3.2.工作状态
vb
i(t) v(t) R
V 1msin1tV 2msin2t
R
输出电流中仅含ω１、ω２两个频率。
高频电子线路
若把它加到非线性元件 i v 2 上，则：
R
i(t) v(t)2
R
R 1 ( V 1 2 m s2 i1 t n V 2 2 m s2 i2 t n 2 V 1 m V 2 m si 1 ts ni 2 t ) n
高频电子线路
在电子技术中一些非常重要的现象和过程都属 于非线性现象和参量现象，工程上为了简化计算， 较多的场合不用求解微分方程，而采用一些近似 分析方法。 3.2.1非线性元件的特性
(1)、非线性电阻器
直流电阻
R Vo 1
Io tg
线性电阻器特性
高频电子线路
静态电阻 R Vo 1
Io tg
V2 1m (1c
2R
o2s1t)V 22R 2m(1c
o2s2t)
2V1mV2m[c R
o s1(2)t
c
o s1 (2)t]
可见，输电流中出现新频率：直流、２ω１、２ω２、 ω１＋ω２、ω１－ω２
高频电子线路
(3) 、非线性电路不满足叠加原理
对于非线性元件
i v2 R
，若 v 1 V 1 m sin 1 t
在输入信号很大时，非线性元件的特性可用折线 近似，如三极管的转移特性可用折线近似：
ic 0 ic g c (v B v Bz )
(v B v Bz ) (v B v Bz )
三极管的转移特性可用折线近似 高频电子线路
高频电子线路
3.3 谐振高频功率放大器原理
3.3.1.基本电路 3.3.2.工作状态
vb
功率放大电路
－UCC
ic1 V1 V4 V2 RL iL ic1 uo
U BE4 U CE4 ≈ ( R1 + R2 ) R2
UCE4用以供给V1 、V2两管的偏置电 压。由于UBE4基本为一固定值（硅管 约为0.6~0.7V、锗管约为0.2~0.3V）
， 只要适当调节R1、R2的比值，就可改变V1、V2的基极偏 压UCE4值。这种电路称为UBE扩展电路。
U omm = U cem = U CC - U ces ≈ U CC
2 2 U omm (U CC - Uces )2 1 U CC Pom = = ≈ 2RL 2RL 2 RL
只有充分激励，才能输出最大不失真功率。
2.直流电源的供给功率PDC计算
每个电源中的电流为半个正弦波， 其平均值为:
iC1
ic2
RL
–UCC 注意：V1、V2每个晶体 管只在半个周期内工作
输入输入波形图 ui 死区电压 uo ´ uo uo V1 +UCC
ui
V2
iL RL
-UCC
uo
交越失真
（二）功率及效率的计算
1. 输出功率Po和最大不失真输出功率Pom
P o = Uo I o = Uom Icm 2 1 U 2om 1 2 = Uom Icm = = I cmRL 2RL 2 2 2
由于上面的计算是在理想情况下进行的，所以实际选 择管子时，还需留有充分的余量。
例题1：已知乙类互补对称功放电路如图所示，已知 UCC=24V，RL=8Ω，试估算该放大电路最大输出功率Pom及此 时电源供给的功率PDCm和管耗PC1，并说明该功放电路对功放 管的要求。 ＋UCC 2 2 UCC 24 = = 36W 解： P om = 2RL 2 ×8
ic1 V1 V4 V2 RL iL ic1 uo
U BE4 U CE4 ≈ ( R1 + R2 ) R2
UCE4用以供给V1 、V2两管的偏置电 压。由于UBE4基本为一固定值（硅管 约为0.6~0.7V、锗管约为0.2~0.3V）
， 只要适当调节R1、R2的比值，就可改变V1、V2的基极偏 压UCE4值。这种电路称为UBE扩展电路。
U omm = U cem = U CC - U ces ≈ U CC
2 2 U omm (U CC - Uces )2 1 U CC Pom = = ≈ 2RL 2RL 2 RL
只有充分激励，才能输出最大不失真功率。
2.直流电源的供给功率PDC计算
每个电源中的电流为半个正弦波， 其平均值为:
iC1
ic2
RL
–UCC 注意：V1、V2每个晶体 管只在半个周期内工作
输入输入波形图 ui 死区电压 uo ´ uo uo V1 +UCC
ui
V2
iL RL
-UCC
uo
交越失真
（二）功率及效率的计算
1. 输出功率Po和最大不失真输出功率Pom
P o = Uo I o = Uom Icm 2 1 U 2om 1 2 = Uom Icm = = I cmRL 2RL 2 2 2
由于上面的计算是在理想情况下进行的，所以实际选 择管子时，还需留有充分的余量。
例题1：已知乙类互补对称功放电路如图所示，已知 UCC=24V，RL=8Ω，试估算该放大电路最大输出功率Pom及此 时电源供给的功率PDCm和管耗PC1，并说明该功放电路对功放 管的要求。 ＋UCC 2 2 UCC 24 = = 36W 解： P om = 2RL 2 ×8
第3章高频功率放大器
管子的保护 提高效率
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
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
高频电子线路第三章高频功率放大器(上课)
(d)丙类 class-C amplifier
3.要解决的问题 提高输出功率 提高效率 管子的保护 减小失真（线性度）
C
输出功率 直流电源提供的直流功
率
=
Po = P
Po Po PC
P (直流电源功率 ) = Po (交流功率 ) PC (直流功耗 )
4. 效率与失真矛盾的解决
小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于：
工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类。因此，采用负电源
作基极偏置。
失真
iC 转移
iC
特性
VBB
理想化
t
- qc
o V BZ
vbe - qc 0 +qc
+ q0c
v be
V bm
t
v BE VBB Vbm cost
E
图 高频功率放大器的 基本电路
iC cost cosqc
iCm a x
1 cosqc
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos2t Icmn cosnt
由傅里叶级数求系数，得
IC0
1 2π
qqcciCdt iCmax0 (qc )
图3.3.3 尖顶余弦脉冲
qc
g1(qc )
Icm1 Ic0
1(qc ) 0 (qc )
g1
(q
c
)
qc cosqc sinqc qc
s in q cosq
c c
下面分析基波分量Ic1m、集电极效率η c和输出功率Po随通角 qc变化的情况，从而选择合适的工作状态。
0
第三章高频功率放大器
分电压与电流的关系
11
二、输出功率和效率计算
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，使之转变为交流 信号功率输出去。
有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。表示转换能力，引入集电极效率的概念。
Pdc=直流电源供给的直流功率； Po=集电极交流输出基波信号功率； Pc=集电极耗散功率；
高频区:0.2fT<f工作<fT (考虑内部电抗、引线电感等)
20
根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的 一条直线来表示(VBZ为截止偏压)。
ic gc
ic
临界线
过压区 gcr
欠压区
vB
0 VBZ
(a)
理想化折线 （虚线）
vB 0 (b)
晶体管实际特性和理想折线
vC 21
由上图可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流 只受基极电压的控制，而与集电极电压无关。
故得：
cosc
VBB VBZ Vbm
必须强调指出，集电极电流ic虽
然是脉冲状，但由于谐振回路的
这种滤波作用，仍然能得到正弦
波形的输出。
ic
ic
转移
特性
ic max
理想化
–VBB
t
+c o VBZ o
–c
vB +c o –c vb
Vbm
m
vBmax
t
谐振功率放大器转移特性曲线
谐振功率放大器各部分的电压与电 流的波形图如下图所示
到最大值。这样看来， 取c=120应该是最佳通 角了。但此时放大器处
于甲乙类工作状态效率太低。尖源自脉冲的分解系数18c
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。
功率放大器ppt课件13页PPT
E类放大器 G类放大器
4.发展历程
1948年Shockly、Bardeen和Brittain 等人发明双极晶体管(BJT)，从那时起， 对它进行了持续不断的研究和改进，BJT 是目前应用最广泛的半导体器件之一。
1952年提出了结型场效应管(JFET)，随后砷 化镓肖特基势垒场效应管(GaAs FET)应运而 生。
3.功率放大器的类型
A类 当效率不是最重要的时候，绝大多数小信号线 性放大器就设计成A类，即输出级元件总是处 于导通区。A类放大器一般比其它类型线性度 更好，也较为简单，但效率非常低。理论值不 超过50%。
A类放大器
B类与AB类 在B类中，有两个组输出器件分别放大正负 半周，每一个都精确地在输入信号的180度 或半周期时交互导通。AB类放大器在A类 与B类的一种折衷，它改善了小信号输出的 线性度，具有较高的效率，通常用于低频 放大器中。或者也用于其它线性度和效率 都很重要的设计。
70年代以后，GaAs单晶及其外延技术获得突 破，砷化镓金属半导体场效应晶体管(GaAs MESFET)研制成功。GaAs MESFET微波固 态功率放大器具有高频率、低噪声、大功率 等一系列优点。现有的功率GaAs MESFET 在s波段单管可产生80W的射频输出功率，其 功率附加效率(PAE)口达40％，在Ka波段功 率输出有1W，而功率附加效率约为20％
功率放大器
Power Amplifier
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.功率放大器的定义
在给定失真率条件下，能产生最大功率输出 以驱动某一负载的放大器。功率放大器的 作用是放大来自前放大器的信号，产生足 够的不失真输出功率 。
功率放大器在发射机中的位置
2.功率放大器的现状与用途
第三章 高频功率放大器
C：ωt=180°时，
2 斜率： R p 2 c sin 2 c
iC 0
uce EC U c
讨论：三种工作状态
1、欠压工作状态：如 曲线1所示。此时负 载较小，Uc也较小， 集电极电流为尖顶脉 冲，三极管工作于放 大区。
2、随着负载的增加，动态曲线 斜率逐渐减小，交点A向右移动。 到达临界线时即为临界工作状态。 如曲线2所示。集电极电流仍为尖顶 脉冲，但高度略微减小。三极管工作于临界饱和。
2c
iC max
po U c I c1 1 a1(c ) 1 6、高频功放的能量关系 c 1(c ) p E 2 E C I co 2 a0(c ) 2 提高效率： c 和 谐振阻抗
丙类功放的最 佳通角取700左 右；倍频器的 通角参考 值为600。
Ube=-Eb+Ubcosωt
ic是余弦脉冲波(Io,I1,I2,...,In)
3 、负载为选频网络 集电极电压为完整的余弦电压波形
ic I CO I c1 cost I c 2 cos 2t I c 3 cos3t
Icmax θc ic ic1 ic2 i c3 Ico ωt
0
•
ICEO EC
•
uCE
90 o
U BB U BZ
o C 类： 90 , UBB UBZ 。
近年来双出现了 D 类、E 类及 S 类等开关功率放大器
§3-2 -1 丙类功放的工 作特点（工作原理） 1、发射结静态 电压反偏或弱正偏。
2、集 电极 电流 为余 弦尖 顶 脉 冲。
二、耦合网络
V1 M Cb C1 K L3
C2 L1 L2
－24 V
第三章 高频功率放大器
∴
A 'B 段的电压：
u A' B Vcc U c cos （Vcc - U c） u A' B Vcc U c cos Vcc U c U c (1 cos )
Rd
VA' B I cM
U c (1 cos ) I c1 R p (1 cos ) （I c1R p：谐振基波电压） I cM I cM I c1 ） I cM
开启电压
晶体管输入特性曲线
大于VbZ ,导通 小于VbZ,截止
一个周期中，只有( –θ,θ ) 是导 通的，所以ib 是一串尖顶余弦脉 冲，以 IbM 为高度，以 2θ为宽 度，以T为周期。 2θ 称为导通角， θ称为截止角（截止起点）。由 于 2 , 2 ，认为是工作 在丙类状态。
上式中：
gd g
V U Vbb U c Vbz U c Vo cc b Ub
输送到负载上去。
作图法求负载线：
方法：求二点就可以做直线：（或用一点和斜率）
①取 t 0 : ②取t 2 :
ube Vbb uce Vcc
ube Vbb U b U be max uce Vcc U c U cemin
I c1 1 () I cM ① 90 180 时， 1 ( ) 大。在θ ＝120∘时， 1 ( ) 最大， 也达到最大值，集电极输出功率达到最大值，因而高频功放最好 工作在甲乙类。但这时集电极效率低，所以还是选θ ＝70∘
2 ( ) 最大，I () I 最大，可以用来实现二倍频。 ②θ ＝60∘时， c2 2 cM 3 ( ) 最大，I c 3 3 () I cM 最大，可以用来实现三倍频。 ③θ ＝45∘时，
3高频功率放大器
因此，可 iC 表示为 iC iCmax
（3.1.9 ）
当 t = 0 时，iC=iCmax ，由式（3.1.9)可得
（3.1.10 ）
cos t cos 1 cos
利用傅里叶级数，可将iC的脉冲序列展开为
iC I C0 I cnm cos n t
n1
EXIT
iB
ui –
+
+ uBE + VBB
+ uCE
–
+
L RL
– –
C VCC +
uc
–
谐振功放原理电路
EXIT
高频电子线路
3 高频功率放大器
谐振功放电路与 小信号谐振放大器 电路有何区别？
iC
iB
ui –
+
+ uBE + VBB
+ uCE
–
+
L RL
– –
C VCC +
uc
–
谐振功放原理电路
2 U cm / 2 Rp Po Ic1mUcm I c1mRp
1 2
1 2
2
PD I C0VCC
1 1 ( ) U cm Po 1 I c1m U cm 1 C g1 ( ) 2 0 ( ) VCC PD 2 I C0 VCC 2
集电极电压利用系数，在尽限使用时，
0
3( )
20 40 60 80 100 120 140 160 180
°
减小， g1 ( ) 增 大 ， c 增 大 。但 40 后，g1 ( )随 减小而增大
不明显，而 1 ( )迅速减小使功率过小。 一般取 约70。
（3.1.9 ）
当 t = 0 时，iC=iCmax ，由式（3.1.9)可得
（3.1.10 ）
cos t cos 1 cos
利用傅里叶级数，可将iC的脉冲序列展开为
iC I C0 I cnm cos n t
n1
EXIT
iB
ui –
+
+ uBE + VBB
+ uCE
–
+
L RL
– –
C VCC +
uc
–
谐振功放原理电路
EXIT
高频电子线路
3 高频功率放大器
谐振功放电路与 小信号谐振放大器 电路有何区别？
iC
iB
ui –
+
+ uBE + VBB
+ uCE
–
+
L RL
– –
C VCC +
uc
–
谐振功放原理电路
2 U cm / 2 Rp Po Ic1mUcm I c1mRp
1 2
1 2
2
PD I C0VCC
1 1 ( ) U cm Po 1 I c1m U cm 1 C g1 ( ) 2 0 ( ) VCC PD 2 I C0 VCC 2
集电极电压利用系数，在尽限使用时，
0
3( )
20 40 60 80 100 120 140 160 180
°
减小， g1 ( ) 增 大 ， c 增 大 。但 40 后，g1 ( )随 减小而增大
不明显，而 1 ( )迅速减小使功率过小。 一般取 约70。
w第3章-1-高频功率放大器解析
2、放大区
收集能力充足，因此集电极电流只受
基极电流的控制，而与集电极电压无关，各条特性曲线均为平行的水平线。
ic = βib ，
利用前面：ib gb (ube Ubz )，当ube Ubz
为了下面分析方便，理想化输出特性曲线中的参变量ib改为ube， ic = βib = β gb(ube - Ubz) =gc (ube - Ubz)
1 2
I
2 c1m
R
p
1
U
2 cm
2 Rp
1 2
U
cm
I
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c1m
U cm R p I c1m
3、晶体管集电极消耗的功率
Pc P Po
4、集电极的效率
c
Po P
1 Ucm Ic1m 2 VCC Ic0
1 2
g1
(c
)
Ucm / VCC称为集电极电压利用系数， 1(说明）
g1(c ) Ic1m /Ic0 1(c ) / 0 (c )称为波形系数
I cM
2
sin
nc cosc n cos nc sin c n(n2 1)(1 cosc )
IcM n
(c
)
α 称为余弦脉冲分解系数,α0(θc) 称为直流分量分解系数,α1(θc) 称为基波分量分解 系数,αn(θc) 称为n次谐波分量分解系数,以上系数均可查表获得。
高频电路 g1
采用类似于模拟电路的图解方法:找到两个 ic与uce的关系方程，图解两个方程的交线，即 是丙类功率放大器的动态特性。
同样我们已知三极管的输出特性，并已理 想化线性放大区： ic = gc (ube - Ubz)
只要再找到另外一个方程即可。
收集能力充足，因此集电极电流只受
基极电流的控制，而与集电极电压无关，各条特性曲线均为平行的水平线。
ic = βib ，
利用前面：ib gb (ube Ubz )，当ube Ubz
为了下面分析方便，理想化输出特性曲线中的参变量ib改为ube， ic = βib = β gb(ube - Ubz) =gc (ube - Ubz)
1 2
I
2 c1m
R
p
1
U
2 cm
2 Rp
1 2
U
cm
I
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c1m
U cm R p I c1m
3、晶体管集电极消耗的功率
Pc P Po
4、集电极的效率
c
Po P
1 Ucm Ic1m 2 VCC Ic0
1 2
g1
(c
)
Ucm / VCC称为集电极电压利用系数， 1(说明）
g1(c ) Ic1m /Ic0 1(c ) / 0 (c )称为波形系数
I cM
2
sin
nc cosc n cos nc sin c n(n2 1)(1 cosc )
IcM n
(c
)
α 称为余弦脉冲分解系数,α0(θc) 称为直流分量分解系数,α1(θc) 称为基波分量分解 系数,αn(θc) 称为n次谐波分量分解系数,以上系数均可查表获得。
高频电路 g1
采用类似于模拟电路的图解方法:找到两个 ic与uce的关系方程，图解两个方程的交线，即 是丙类功率放大器的动态特性。
同样我们已知三极管的输出特性，并已理 想化线性放大区： ic = gc (ube - Ubz)
只要再找到另外一个方程即可。
《功率放大》课件
非线性失真的测量
非线性失真的抑制
通过优化电路设计、选择合适的元件 和采取有效的反馈措施等可以抑制非 线性失真。
非线性失真可以通过测量谐波失真系 数、互调失真系数等指标来评估。
频率响应
频率响应的定义
01
频率响应是指功率放大器在不同频率下的输出功率的变化情况
。
频率响应的测量
02
在标准测试条件下，使用合适的测试设备对功率放大器的频率
功率放大器的分类
总结词
功率放大器可以根据不同的分类标准进行分类，如按工作频段可分为射频功率放大器和音频功率放大器等。
详细描述
根据不同的分类标准，功率放大器可以分为多种类型。按工作频段可分为射频功率放大器和音频功率放大器等； 按用途可分为通用型和专用型；按电路结构可分为分立式和集成式。不同类型的功率放大器具有不同的特点和应 用范围。
无线通信系统
移动通信基站
在无线通信系统中，功率放大器用于 放大信号，确保信号覆盖范围和通信 质量。
卫星ห้องสมุดไป่ตู้信
卫星通信系统中的功率放大器用于将 信号放大并发送到卫星上，实现远距 离通信。
雷达与声呐系统
雷达
雷达系统中的功率放大器用于放大发射信号，提高探测距离和精度。
声呐
在声呐系统中，功率放大器用于放大声音信号，提高水下探测的灵敏度和距离。
03
功率放大器的主要 参数
输出功率
输出功率
指功率放大器输出的最大 功率，通常以瓦特（W） 为单位表示。
输出功率的测量
在标准测试条件下，使用 合适的测试设备对功率放 大器的输出功率进行测量 。
输出功率的调整
根据实际需要，可以通过 调节音量控制或输入信号 的大小来调整功率放大器 的输出功率。
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.乙类：T管在信号为பைடு நூலகம்周时间导通
甲类360°导电
tD T 2 导通角
.甲乙类：T管在信号在小于一周期大于半周期导
通、管耗低、提高
.丙类：T管在信号<半周时间导通
甲乙类180°～360°导电
iC
O
iC tO
Q Q Q uCE
甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。
乙类工作状态失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高。
1、输出功率尽可能要高
PomUc2e m Ic2m1 2UceIm cm
2、效率要高 设放大器的输出功率为Po，电源消耗
的功率为PE,则功放电路的效率为：
PO PV
二、对功率放大电路的要求
1.输出功率尽可能大:即在电源电压一定的情况下，最
大不失真输出电压最大。
2. 效率尽可能高: 即电路损耗的直流功率尽可能小，静
二、OCL电路
1. 输出级的要求
互补输出级是直接耦合的功率放大电路。
对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻
上无直流功耗； 最大不失真输出电压最大。射极输出形式
静态工作 电流小
符合要 求吗？
输入为零时输出为零
双电源供电时Uom的峰值接 近电源电压。
单电源供电Uom的峰值接近 二分之一电源电压。
UCVCC /2
当 ui > 0 时：
V1导通，C 充电，V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。 当 ui < 0 时：
V2 导通，C 放电， V2 的等效电源电压 0.5VCC。
应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。
工作过程：在输入 信号的正半周，VT1 导
通，iC1 流过负载；
三、甲乙类单电源互补对称放大电路
— OTL电路(Output Transformerless )
RB1 ++
ui RB2
RB
+VCC
V1
V4 + C
V5 E V2
RL
+
uo
+
RE CE –VEE
电容 C 的作用：
1)充当 VCC / 2 电源 2)耦合交流信号
当 ui = 0 时:
UEVCC /2
第3章 功率放大器
1、功率放大电路简介
一、功率放大电路研究的问题 二、对功率放大电路的要求 三、晶体管的工作方式 四、功率放大电路的种类
功率放大电路以获得最大输出功率为目标，即 不仅要求足够大的电压变化量，而且还要求足够大 的电流变化量，它能高效地把直流电能转化为按输 入信号变化的交流电能，即能够向负载提供足够输 出功率的电路称为功率放大器，简称功放。
乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)
静态时，UEQ＝ UBQ＝0。
输入电压的正半周：
＋
＋VCC→T1→RL→地
输入电压的负半周：
地→RL →T2 → －VCC
UomVCC2UCES
两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。
乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)
OTL电路低频特性差。
BTL 电路
①是双端输入、双端输
出形式，输入信号、负 载电阻均无接地点。 ②管子多，损耗大，使
效率低。
输入电压的正半周：＋VCC→ T1 → RL→ T4→地 输入电压的负半周：＋VCC→ T2 → RL→ T3→地
UomVCC22UCES
几种电路的比较
变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率 低，低频特性差。 OTL电路：单电源供电，低频特性差。 OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。 BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入 双端输出。
负半周，VT2导通，
iC2 流过负载。
在信号的整个周期 都有电流流过负载，负 载上 iL 和 uO 基本上 是正弦波。
电容器C选择： C 1
2π RL fL
两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。
OTL 电路
输入电压的正半周：
＋VCC→T1→C→RL→地
＋
C 充电。
输入电压的负半周：
C 的 “＋”→T2→地→RL→ C
“ －” C 放电。
静态 uI 时 U B， U EV 2 CC
Uom(VCC
2)UCES 2
C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。
态时功放管的集电极电流近似为0。
三、晶体管的工作方式
1. 甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态 2. 乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 3. 甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态
放大电路的四种工作状态：
.甲类：T管在信号Ui整个周期内都导通。ICQ较 大，管耗大、效率低 。
一、功率放大电路研究的问题
1. 性能指标：输出功率和效率。
若已知Uom，则可得Pom。
Pom
U
2 om
RL
最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。
2. 分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。
3. 晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。
在功放中，晶体管集电极或发射极电流的最大值接近
最大集电极电流ICM，管压降的最大值接近c-e反向击穿电 压U(BR)CEO， 集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗 散功率PCM 。称为工作在尽限状态。
2.基本电路
(1)特征：T1、T2特性理想对称。 (2)静态分析
T1的输入特性
理想化特性
静态时T1、T2均截止，UB= UE=0
（3）动态分析
ui正半周，电流通路为 +VCC→T1→RL→地，
＋
uo = ui
＋
ui负半周，电流通路为
地→ RL → T2 → -VCC，
uo = ui
两只管子交替工作，两路电源交替供电， 双向跟随。
甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。
单管甲类电路
做功放适合吗？
乙类推挽电路 iB
0
u BE
UomVCC2UCES
信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 β为常量，则负载
上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。
电路组成及工作原理
+VCC V1 iC1
ui = 0 V1 、 V2 截止 ui > 0 V1 导通 V2 截止 io = iE1 = iC1, uO = iC1RL
+ ui
RL V2 iC1
+ ui < 0 V2 导通 V1 截止
uo
io = iE2 = iC2, uO = iC2RL
VEE
UomVCC2UCES
甲类360°导电
tD T 2 导通角
.甲乙类：T管在信号在小于一周期大于半周期导
通、管耗低、提高
.丙类：T管在信号<半周时间导通
甲乙类180°～360°导电
iC
O
iC tO
Q Q Q uCE
甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。
乙类工作状态失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高。
1、输出功率尽可能要高
PomUc2e m Ic2m1 2UceIm cm
2、效率要高 设放大器的输出功率为Po，电源消耗
的功率为PE,则功放电路的效率为：
PO PV
二、对功率放大电路的要求
1.输出功率尽可能大:即在电源电压一定的情况下，最
大不失真输出电压最大。
2. 效率尽可能高: 即电路损耗的直流功率尽可能小，静
二、OCL电路
1. 输出级的要求
互补输出级是直接耦合的功率放大电路。
对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻
上无直流功耗； 最大不失真输出电压最大。射极输出形式
静态工作 电流小
符合要 求吗？
输入为零时输出为零
双电源供电时Uom的峰值接 近电源电压。
单电源供电Uom的峰值接近 二分之一电源电压。
UCVCC /2
当 ui > 0 时：
V1导通，C 充电，V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。 当 ui < 0 时：
V2 导通，C 放电， V2 的等效电源电压 0.5VCC。
应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。
工作过程：在输入 信号的正半周，VT1 导
通，iC1 流过负载；
三、甲乙类单电源互补对称放大电路
— OTL电路(Output Transformerless )
RB1 ++
ui RB2
RB
+VCC
V1
V4 + C
V5 E V2
RL
+
uo
+
RE CE –VEE
电容 C 的作用：
1)充当 VCC / 2 电源 2)耦合交流信号
当 ui = 0 时:
UEVCC /2
第3章 功率放大器
1、功率放大电路简介
一、功率放大电路研究的问题 二、对功率放大电路的要求 三、晶体管的工作方式 四、功率放大电路的种类
功率放大电路以获得最大输出功率为目标，即 不仅要求足够大的电压变化量，而且还要求足够大 的电流变化量，它能高效地把直流电能转化为按输 入信号变化的交流电能，即能够向负载提供足够输 出功率的电路称为功率放大器，简称功放。
乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)
静态时，UEQ＝ UBQ＝0。
输入电压的正半周：
＋
＋VCC→T1→RL→地
输入电压的负半周：
地→RL →T2 → －VCC
UomVCC2UCES
两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。
乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)
OTL电路低频特性差。
BTL 电路
①是双端输入、双端输
出形式，输入信号、负 载电阻均无接地点。 ②管子多，损耗大，使
效率低。
输入电压的正半周：＋VCC→ T1 → RL→ T4→地 输入电压的负半周：＋VCC→ T2 → RL→ T3→地
UomVCC22UCES
几种电路的比较
变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率 低，低频特性差。 OTL电路：单电源供电，低频特性差。 OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。 BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入 双端输出。
负半周，VT2导通，
iC2 流过负载。
在信号的整个周期 都有电流流过负载，负 载上 iL 和 uO 基本上 是正弦波。
电容器C选择： C 1
2π RL fL
两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。
OTL 电路
输入电压的正半周：
＋VCC→T1→C→RL→地
＋
C 充电。
输入电压的负半周：
C 的 “＋”→T2→地→RL→ C
“ －” C 放电。
静态 uI 时 U B， U EV 2 CC
Uom(VCC
2)UCES 2
C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。
态时功放管的集电极电流近似为0。
三、晶体管的工作方式
1. 甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态 2. 乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 3. 甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态
放大电路的四种工作状态：
.甲类：T管在信号Ui整个周期内都导通。ICQ较 大，管耗大、效率低 。
一、功率放大电路研究的问题
1. 性能指标：输出功率和效率。
若已知Uom，则可得Pom。
Pom
U
2 om
RL
最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。
2. 分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。
3. 晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。
在功放中，晶体管集电极或发射极电流的最大值接近
最大集电极电流ICM，管压降的最大值接近c-e反向击穿电 压U(BR)CEO， 集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗 散功率PCM 。称为工作在尽限状态。
2.基本电路
(1)特征：T1、T2特性理想对称。 (2)静态分析
T1的输入特性
理想化特性
静态时T1、T2均截止，UB= UE=0
（3）动态分析
ui正半周，电流通路为 +VCC→T1→RL→地，
＋
uo = ui
＋
ui负半周，电流通路为
地→ RL → T2 → -VCC，
uo = ui
两只管子交替工作，两路电源交替供电， 双向跟随。
甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。
单管甲类电路
做功放适合吗？
乙类推挽电路 iB
0
u BE
UomVCC2UCES
信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 β为常量，则负载
上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。
电路组成及工作原理
+VCC V1 iC1
ui = 0 V1 、 V2 截止 ui > 0 V1 导通 V2 截止 io = iE1 = iC1, uO = iC1RL
+ ui
RL V2 iC1
+ ui < 0 V2 导通 V1 截止
uo
io = iE2 = iC2, uO = iC2RL
VEE
UomVCC2UCES