宽带高频功率放大器要点
高频功率放大器外部特性分析及馈电要点课件
效率优化
效率是高频功率放大器的另一个关键性能指标。
输入 标题
详细描述
效率优化主要通过提高放大器的工作效率实现，这有 助于减小能源消耗和设备发热。通过调整放大器的工 作点、匹配网络和偏置条件，可以提高效率。
总结词
总结词
高效率的放大器可以减小散热装置的体积和重量，简 化整体结构设计。此外，高效的放大器还能延长设备
失真问题
由于放大器内部元件的非线性特性，当输入信号较大时，会产生失真现象。解决方案包括选用线性度 较高的元件、采用预失真技术以及优化电路设计等。
效率下降问题
效率下降原因
随着输入信号的增大，高频功率放大器的效率逐渐降低。这主要是由于放大器内部元件 的损耗和热耗散所致。
解决方案
采用低损耗元件、优化电路设计和散热设计，以及采用效率更高的放大器结构，如谐波 抑制电路和开关模式放大器等。
确保信号源与功率放大器之间的阻抗 匹配，减少信号反射和能量损失。
输出匹配网络
确保功率放大器的输出阻抗与负载阻 抗相匹配，最大化功率传输。
稳定性分析
稳定ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ判定准则
通过计算稳定性因子、相位裕度等参数，判断放大器是否稳定。
预防措施
采取适当措施如加装反馈回路、调整元件参数等，提高放大器的稳定性。
04
性能优化与调试
高频功率放大器外部特性分析及馈 电要点课件
目录
• 高频功率放大器概述 • 外部特性分析 • 馈电要点分析 • 性能优化与调试 • 常见问题与解决方案 • 发展趋势与展望
01
高频功率放大器概述
Chapter
定义与工作原理
定义
高频功率放大器是一种电子设备，用于将低功率信 号放大为高功率信号，以便传输或驱动其他设备。
高频功率放大器主要特点和应用
3.2.1 谐振功率放大器的工作状态
前面所知，功率放大器的工作状态是根据晶体管的导通角的大小， 即晶体管进入截止区的时间长短，来区分功率放大器为甲类、乙类、丙 类等工作状态的。
注意，这种区分是在放大器的负载为纯电阻的情况下分析的。但丙 类谐振功率放大器的负载是谐振回路。其工作状态是怎样的？
根据晶体管在输入信号的一个周期内是否进入饱和区，将 放大器的工作状态分为欠压、过压和临界三种工作状态。
欠压状态：指晶体管在任何时刻都工作在放大状态。
过压状态：指晶体管工作时有部分时间进入饱和区。
临界状态：指晶体管刚刚进入饱和区的边缘。
放大器的这三种状态：主要取决于电源电压、偏置电压、 激励电压幅度和负载电阻。也就是说它的外部参数不同，谐振 功率放大器就处于不同的工作状态。见下图
第2章 高频选频放大器
高频功率放大器主要特点和应用
高频功率放大器主要用来对高频信号进行功率放大。它主要分有： 窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。
*窄带高频功率放大器是以LC谐振回路为负载的功率放大器。又称 为谐振功率放大器。其主要特点：
1、用在发射设备中。 2、对高频已调波（窄带信号）的功率放大。 3、放大器工作在丙类。 **宽带高频功率放大器是以传输线变压器为负载的功率放大器。
回路的谐振电阻 Re 变化的特性，称为放大器的负载特性。
iC
iC
iC
iC
Re
t
图3.2.2
IC0 Ic1m Vcm
Vcm Ic1m IC0
Re
欠压 临界 过压
见书P57图3.1.2
3.1.2 余弦电流脉冲的分解
我们知道，在低频功率放大器中，在已知电源电压条件下，如已 知负载电阻，就可作出负载线。
高频功率放大器设计
高频功率放大器设计高频功率放大器是一种用于增加高频信号功率输出的电子设备，主要应用于通信、雷达、无线电、电视和音频等领域。
设计高频功率放大器需要考虑功率放大、频率响应、线性度等因素，下面我将详细介绍高频功率放大器的设计步骤。
首先，设计高频功率放大器需要确定所需的功率输出范围。
根据应用要求，可以计算出所需的输出功率，并根据这个值来选择合适的功率放大器类型，如B级、C级或D级等。
其次，选择合适的放大器架构。
目前常用的高频功率放大器架构有共射极、共基极和共集极，根据具体的应用需求选择适合的架构。
然后，根据设定的频率范围来选择合适的放大器工作频带。
高频功率放大器的频率响应是一个非常重要的指标，需要保证在所需的频率范围内具有良好的线性度和稳定性。
接下来，设计放大器的输入和输出匹配网络。
输入和输出匹配网络需要根据放大器的输入和输出特性来设计，以实现最大功率传输和防止信号的反射。
然后，根据应用需求选择合适的功率管或晶体管。
功率管或晶体管的选择需要考虑其工作频率、输出功率和效率等因素，同时要注意功率管或晶体管的稳定性和可靠性。
在设计过程中需要进行仿真和测试。
使用电磁仿真软件可以模拟和分析放大器的性能，如增益、幅度、相位等。
同时，还需要进行实际的电路板制作和搭建实验平台，进行实际的测试和调试工作。
最后，对设计的高频功率放大器进行优化和改进。
根据实际测试结果，可以进一步调整电路参数和组件选择，以提高功率放大器的性能和稳定性。
总结起来，高频功率放大器设计需要考虑功率输出范围、放大器架构、频率响应、输入输出匹配网络、功率管选型等因素。
通过仿真和测试来验证设计的性能，并进行优化改进。
高频功率放大器的设计是一个复杂而重要的工作，需要结合理论知识和实践经验，才能得到满足应用需求的高性能放大器。
宽带高频功率放大器要点
5.4宽带高频功率放大器以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，因其相对通频带只有百分之几甚至千分之几，因此又称为窄带高频功率放大器。
这种放大器比较适用于固定频率或频率变换范围较小的高频设备，如专用的通讯机、微波激励源等。
除Y LC谐振回路以外，常用于高频功放电路负载还有普通变压器和传输线变压器两类。
这种以非谐振网络构成的放大器能够在很宽的波段内工作且不需调谐，称之为宽带高频功率放大器。
以高频变压器作为负载的功率放大器最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下将，这不符合高频电路的要求，因此很少使用。
以传输线变压器作为负载的功率放大器，上限频率可以达到几百兆赫乃至上千兆赫，它特别适合要求频率相对变化范围较大和要求迅速更换频率的发射机，而且改变工作频率时不需要对功放电路重新调谐。
本节重点分析传输线变压器的工作原理，并介绍其主要应用。
5.4.1传输线变压器1.传输线变压器的结构及工作原理传输线变压器是将传输线(双绞线、带状线、或同轴线)绕在高导磁率铁氧体的磁环上构成的。
如图5-24(a)所示为1:1传输线变压器的结构示意图。
传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件，它是以传输线方式和变压器方式同时进行能量传输。
对于输入信号的高频频率分量是以传输线方式为主进行能量传输的；对于输入信号的低频频率分量是以变压器方式为主，频率愈低，变压器方式愈突出。
如图5-24 (b)为传输线方式的工作原理图，图中，信号电压从1、3端输入，经传输线变压器的传输，在2、4端将能量传到负载RL上。
如果信号的波长与传输线的长度相比拟，两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路，如图5-24 (d)所示。
若认为分布参数为理想参数，信号源的功率全部被负载所吸收，而且信号的上限频率将不受漏感、分布电容及高导磁率磁芯的限制，可以达到很高。
第3章高频功率放大器详解
第3章⾼频功率放⼤器详解第3章⾼频功率放⼤器⼀、本章的基本要求（1）掌握丙类谐振功率放⼤器的⼯作原理及其特点。
（2）掌握谐振功率放⼤器三种⼯作状态的特点以及负载特性；了解集电极直流电源，基极直流电源以及基极输⼊电压对⼯作状态的影响。
（3）掌握谐振功率放⼤器电路的组成，了解谐波匹配⽹络的作⽤。
（4）了解传输线变压器的⼯作原理以及阻抗变换，功率合成与分配技术⼆、重点和难点重点：（1）丙类谐振功率放⼤器的⼯作原理及其特点。
（2）谐振功率放⼤器三种⼯作状态以及负载特性。
（3）谐振功率放⼤器电路的组成。
（4）传输线变压器阻抗变换原理。
难点：（1）谐振功率放⼤器特性分析。
（2）LC⽹络的阻抗变换原理及电路参数的计算。
（3）传输线变压器功率合成与分配原理。
引⾔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①⾼效率输出②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⾼。
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：为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。
4、谐振功率放⼤器与⾮谐振功率放⼤器的异同共同之处:都要求输出功率⼤和效率⾼。
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(θc＜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。
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。
6高频功率放大器教程
高频电子线路教学设计第六章高频功率放大器6高频功率放大器6.1 概括为了获取足够大的高频输出功率，也一定采纳高频功率放大器。
比如，绪论中所示发射机方框图的高频部分，因为在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，所以在它后边要经过一系列的放大——缓冲级、中间放大级、未级功率放大级，获取足够的高频功率后，才能馈送到天线上辐射出去。
这里所提到的放大级都属于高额功率放大器的范围。
因而可知，高频功率故大器是发送设施的重要构成部分。
高频功率放大器和低额功率放大器的共同特色都是输出功率大和效率高。
但因为两者的工作频率和相对频带宽度相差很大，就决定了它们之间有着根本的差别：低频功率放大器的工作频次低，但相对频带宽度却很宽。
比如，自20 至 20000Hz，高低频次之比达1000 倍。
所以它们都是采纳无调谐负载，如电阻、变压器等。
高额功率放大器的工作频次高(由几百 kHz 向来到几百、几千甚至几万MIb) ，但相对频带很窄，频宽越小。
所以，高额功率放大器一般都采纳选频网络作为负载回路。
因为这后一特色，使得这两种放大器所采纳的工作状态不一样：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；高额功率放大器则一般都工作于丙类(某些特别状况可工作于乙类)。
最近几年来，宽频带发射机的各中间级还宽泛采纳一种新式的宽带高频功率放大器，它不采纳选频网络作为负载回路，而是以频次响应很宽的传输线作负载。
这样．它能够在很宽的范围内变换工作频次，而不用从头调谐。
综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高；它们的不一样之点则是两者的工作屡次与相对频宽不一样，因此负载网络与工作状态也不一样。
功率放大器按工作状态分类：A（甲）类：导通角为o90o 180；AB（甲乙）类：导通角为B（乙）类：导通角为90o；C（丙）类：导通角为90o最近几年来双出现了 D 类、 E 类及 S类等开关功率放大器乙类和丙类都合用于大功率工作。
Ch06-高频功率放大器要点
dt
iC max 0 (c )
Icmn
1 π
c c
iC
cos(nωt)dt
iC max n
(c )
2c
图6.3.3 尖顶余弦脉冲
波形系数
其中：尖顶余弦脉冲的分解系数
0
(c
)
sinc c cosc (1 cosc )
1
(
c
)
c cosc sin (1 cosc )
c
n
(c
)
2
sin
nc cosc n cos nc sin n(n2 1)(1 cosc )
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos 2t Icmn cos nt
直流功率： P==VCC Ic0
在集电极电路中, 谐振回路得到的
直流输入功率与集电极输出高频功
高频功率(高频一周的平均功率)即 输出交流功率：
率之差就是集电极损耗功率Pc, 即：
Po
1 2
Vcm
I
cm
1
Vc2m 2Rp
Icmo
icmax
sin cos (1 cos )
icmaxa0 ( )
Icm1
icmax
sin cos (1 cos )
icmaxa1( )
Icmn
icmax
2sin n cos 2nsin cos n n (n2 1)(1 cos cos )
icmaxan ( )
(n 1)
话 筒
音频 放大器
调制器
变频器
激励放大
输出功 率放大
载波 振荡器
发射机 天线开关
扬 声 器
音频 放大器
解调器
水声宽带功率放大器使用说明书(1M-400W)
TOP_H400_1M宽带功率放大器使用手册(V1.0)2018年7月目录1.简介 (1)2.组成说明 (2)3.工作环境 (2)4.输入输出接口说明 (2)5.技术参数 (3)6操作说明 (4)6.1前面板简介 (4)6.1.1信号输入和检测信号输出 (5)6.1.2操作档位 (5)6.2后面板简介 (6)6.2.1供电端口及电源开关 (6)6.2.2功放输出端口 (6)7操作注意事项 (7)8维护与保养注意事项 (8)TOP_H400_1M功率放大器操作手册(V1.0)（使用前请仔细阅读本操作手册）1.简介TOP_H400_1M功率放大器是一款宽频带大功率线性功率放大器，广泛运用于各种超声波以及水声技术等领域。
TOP_H400_1M功率放大器也可以作为一款大功率高频正弦电源运用于电化学、物理试验以及无线供电等技术领域。
TOP_H400_1M线性功率放大器-3dB的带宽为10kHz至1MHz，输出电压有效值最高达192Vrms。
其额定连续输出功率为400W。
TOP_H400_1M功率放大器产品具有完善的保护功能，在发生过流、输出过流、过温以及超频时能实现自动保护和故障状态指示。
放大器输出有6个档位可调，方便匹配不同阻抗的负载。
图1TOP_H400_1M功率放大器2.组成说明TOP_H400_1M功率放大器主要由大功率宽带线性放大电路、控制电路以及电源变换电路、输出阻抗选择电路、输出检测电路等组成。
3.工作环境TOP_H400_1M功率放大器使用环境应保持空气流通，工作温度范围为-20℃～40℃，湿度不大于90%RH。
4.输入输出接口说明TOP_H400_1M功率放大器的共有5个输入输出接口分别为：220VCA供电接口、功放输出接口、信号输入接口、输出电压、电流监测口接口。
a)功放供电采用200-230V/50-60Hz10A交流供电，供电功率最大约1000W，电源保险管为10A/5*20陶瓷保险。
高频功率放大器
高频功率放大器
高频功率放大器是指能够放大高频信号的功率的放大器。
在无线通信、雷达、医学诊断等领域，需要对高频信号进行放大，因此高频功率放大器具有重要的应用价值。
高频功率放大器通常采用半导体器件如晶体管、场效应管等作为放大元件。
不同的放大器结构和电路设计可以用于不同的频率范围和功率要求。
在设计高频功率放大器时，需要考虑以下几个关键因素：
1. 频率响应：要保证放大器在所需的频率范围内具有良好的增益和相位特性，以确保信号的准确放大。
2. 功率输出：放大器应能够提供所需的输出功率，以满足系统的功率要求。
3. 效率：高频功率放大器的效率越高，其在转换输入功率为输出功率时损耗的能量越少。
4. 线性度：在大功率输出时，要保持放大器的线性度，以避免失真和干扰。
5. 稳定性：放大器应具有良好的稳定性，以避免产生震荡或变换输出。
6. 抗干扰性：高频功率放大器应能够抵抗外部干扰，保持信号的纯净性。
高频功率放大器在无线通信系统中扮演着重要的角色，能够增强信号传输的距离和可靠性，提高信号的质量和覆盖范围。
w第3章-高频功率放大器要点
LC并联回路两 端的压降
晶体管c、 e极间压降
uc RpIc1m cost
uc电压符号的定义：
下为+，上为-
Ucm Ic1mRp
uce VCC uc VCC RpIc1m cost VCC Ucm cost
高频电子
uce VCC Ucm cost
Ucm Ic1m Rp
由于谐振回路的选频， 集电极的输出电压仍 是与输入电压相同的 正弦波，相位相反， 幅度增大。
高频电子 推导第二个ic=f(uce)
当放大器工作在谐振状态时
ube uce
Vbb Vcc
Ubm U cm
cos t cos t
ube
Vbb
Ubm
Vcc uce U cm
晶体管外部电路 约束，方程1
ic gc (ube Ubz )
ube≥Ubz，晶体管工作在线性区时，内部约束，方程2
9kHz,相对带宽0.6 ℅～1.7℅.
高频第电子二节 谐振高频功放的工作原理
一、基本电路及其特点
电路形式：中间级（a）、输出级（b）
实际负载 是天线
实际负载是 下一级的输 入阻抗
中间级、输出级的负载均 可等效为并联谐振回路
天线等效阻
抗 CA 、rA
高频电子 高频功率放大器的特点
特点1、为了提高效率，放 大器常工作于丙类状态， 晶体管发射结为静态负偏 压，由Vbb< 0来保证。流 过晶体管的电流为失真的 脉冲波型；非线性状态 （非线性电路），且输入 是大信号；
高频输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等。由于 输出功率高，通常要求效率高，因此，高频功率放大器多选择 工作在丙类工作状态。
三、高频功率放大器的分类
高频功率放大器设计
自激振荡的可能性。
高效率放大器设计
效率优化
高效率放大器设计的主要目标是减小能量损失和提高能源 利用效率。常用的效率优化技术包括采用晶体管并联、开 关电源、和漏极效率更高的放大器结构等。
热管理
高效率放大器通常会产生大量的热量，因此需要良好的热 管理系统来确保放大器的可靠性和稳定性。热管理系统可 以包括散热片、风扇、和液冷系统等。
大器、负反馈和源极跟随器等。
02
匹配网络设计
为了实现输入和输出阻抗的良好匹配，通常需要设计匹配网络。匹配网
络可以由电阻、电容和电感等无源元件构成，通过调整元件值，使输入
或输稳定性考虑
在宽带放大器设计中，需要考虑放大器的稳定性。稳定性问题通常通过
添加适当的负反馈来解决，以减小放大器在宽频范围内的非线性失真和
04
06
高频功率放大器的发展 趋势与展望
新型器件的研发与应用
新型晶体管
随着半导体技术的不断发展，新型晶 体管如GaN、SiC等在高频功率放大 器设计中得到广泛应用，具有高频率、 高效率、高功率等优点。
新型微波集成电路
微波集成电路是将多个器件集成在一 块衬底上，实现微波信号的放大、混 频、滤波等功能，具有小型化、高性 能、低成本等优势。
放大器的稳定性
频率稳定性
表示放大器在不同频率下的稳定性。
电源稳定性
表示放大器在不同电源电压下的稳定性。
温度稳定性
表示放大器在不同温度下的稳定性。
负载稳定性
表示放大器在不同负载下的稳定性。
03
高频功率放大器设计技 术
匹配网络设计
输入匹配网络
用于实现信号源与高频功率放大器之间的阻抗匹配，提高信号传输效率，减小 信号反射和能量损失。
宽带射频功率放大器设计
宽带射频功率放大器设计射频（Radio Frequency，简称RF）功率放大器在现代通信系统中起着重要的作用。
它的主要功能是将低功率的射频信号放大到足够的功率级别，以便于传输和处理。
宽带射频功率放大器是一种可以在大范围的频率范围内提供高功率放大的设备。
本文将介绍宽带射频功率放大器的设计。
在设计宽带射频功率放大器之前，需要明确一些基本参数和要求。
首先，需要确定放大器的工作频率范围。
宽带放大器通常涵盖几个频率段，因此需要确保在所需的频率范围内具有足够的增益和线性性能。
其次，需要确定放大器的输出功率要求。
输出功率是放大器设计中的一个重要指标，它决定了放大器能够提供的最大信号功率。
最后，需要考虑放大器的线性性能和稳定性。
线性性能是指放大器输出信号与输入信号之间的线性关系，而稳定性是指放大器在工作过程中能够维持恒定的增益和相位特性。
在设计过程中，可以使用不同的拓扑结构和技术来实现宽带射频功率放大器。
其中一种常见的结构是宽带巴氏极双管功率放大器。
该结构使用共射和共基级联的方式来实现高增益和宽带特性。
另一种常用的结构是宽带巴氏极共基功率放大器，它具有简单的结构和高输入阻抗，适用于高频应用。
在选取合适的放大器结构后，还需要选取合适的放大器器件。
常用的射频功率放大器器件包括三极管、场效应晶体管和集成电路。
三极管具有高增益和线性特性，适用于较低频率的应用。
场效应晶体管具有较高的工作频率和功率特性，适用于较高频率的应用。
集成电路则具有更高的集成度和稳定性。
根据特定的应用需求，可以选择合适的器件。
除了放大器器件外，还需要选择合适的匹配网络来实现放大器的输入和输出匹配。
匹配网络能够提高放大器的功率传输效率和线性特性。
常用的匹配网络包括隔离电容、电感和变压器等。
通过合理选择匹配网络的参数，可以实现最佳的匹配效果。
最后，在完成放大器设计后，需要进行仿真和测试验证。
使用电磁仿真软件可以对放大器的工作性能进行模拟和优化。
实际测试可以验证设计的准确性和性能指标的达标情况。
第四章 高频功率放大器要点
Po、P~、Pc、η ~ Rp关系
Rp 小→大 状态: 欠压 → 临界 → 过压 P~ 小→大→小 Po 大 → 小 → 更小 Pc 大 → 小 → 更小 η 小→大→大→略 降
P~在临界有最大值、选放大器在临界状态
三种工作状态比较
欠压状态 过压状态 临界状态
三、各极电压对工作状态的影响
a)串联馈电:
组件作用 输出回路： 直流通路: Vcc⊕ → L′ → L → BG C极→ e→ 交流通路: uce → ic → C′ → LC → uc
b) 并联馈电:
组件作用 直流通路: Vcc⊕ → L′ → BG C极→ e →Vcc 交流通路: BG C → ic → C′′ → LC → e 馈电组件的选择，C′和L′的确定
2、Ubm变化对放大器工作状态的影响
动态线斜率不变 静态特性曲线UBEmax向上平移
3、Vbb变化对放大器工作状态的影响
Rp、Vcc恒定，Vbb变化对放大器的性能的影响 称基极调制特性 (基极电压对输出的影响)
四、谐振功率放大器工作状态的计算
步骤： 1、首先求出集电极电流脉冲的两个主要参量： icmax、cosθ 2、求出电流余弦脉冲的各谐波分量 3、求出相应的功率与效率 举例：
第四章、高频功率 放大器与功率 合成技术
主要内容：
丙类谐振功放的特点 丙类谐振功放的工作原理 丙类谐振功放的性能分析——折线近似方法 丙类谐振功放的动态特性和负载特性。 丙类谐振功放的直流馈电线路。 丙类谐振功放的级间匹配问题(匹配网络) 丁类高频功率放大电路简介 宽带高频功率放大器简介
1、Vcc变化对放大器工作状态的影响—集电 极调制特性 当Vbb、Ubm和Rp—定，放大器的性能随Vcc变 化的特性称为集电极调制特性。
高频功率放大器
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。
高频功率放大器主要特点和应用
型
T型
L型
我们设计的目的就是： 针对滤波、阻抗匹配两个问题，
在确定网络结构的情况下，如何 确定电路中的L、C值。
二、LC滤波匹配网络的阻抗变换 a
a
1、串、并联电路的阻抗变换
Xs
Z串＝Z并 Q串＝Q并
Rp Xp Rs
推导：
RS
jX S
RP jX P RP jX P
b
b
(RS RP X S X P ) j(RS X P RP XS RP X P ) 0
回路的谐振电阻 Re 变化的特性，称为放大器的负载特性。
iC
iC
iC
iC
Re
t
图3.2.2
IC0 Ic1m Vcm
Vcm Ic1m IC0
Re
欠压 临界 过压
Re
PO PD PC c
c
从图可以分析：放大器 的最佳性能是在临界状 态。其对应的谐振电阻Re 是谐振功率放大器的匹 配负载 Reopt 。
第2章 高频选频放大器
高频功率放大器主要特点和应用
高频功率放大器主要用来对高频信号进行功率放大。它主要分有： 窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。
*窄带高频功率放大器是以LC谐振回路为负载的功率放大器。又称 为谐振功率放大器。其主要特点：
1、用在发射设备中。 2、对高频已调波（窄带信号）的功率放大。 3、放大器工作在丙类。 **宽带高频功率放大器是以传输线变压器为负载的功率放大器。
基波分量
用LC谐振回路滤波
在负载上得到最大的输出电压
因此，丙类谐振功率放大器的组成是：
丙类放大器+LC谐振回路
ui VBB
第4章 高频谐振功率放大器要点
谐振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。
4.2 高频谐振功率放大器的工作原理
4.2.1 基本电路构成 组成：BJT、LC谐振回路、馈电电源
特点： 1、NPN高频大功率晶体管， 高fT；改变UBB可以改变放 大器的工作类型； 2、大信号激励：1—2V； 3、发射结在一个周期内只 有部分时间导通，iB、iC均 为一系列高频脉冲； 4、谐振回路作负载可以滤 除高频脉冲电流iC中的谐波 分量，同时实现阻抗匹配。
U D U BB U im cos U D U BB cos U im U im、 U BB 和 U D 决 定， 且 U im 越 小 或 U BB 越 负越 小
t ic ic
uBE -
t
将 ic余弦脉冲展开为傅立叶级数：
ic=Ico+ Icm1cos t+Icm2cos2t+Icm3cos3 t+…
Pc′= PE′Po=Po/η C′－Po=4/0.8－4=5－4=1W
△
Pc =Pc － Pc′= 3.67－1=2.67W Ic0 －Ic0′= 6.67/20 －5/20 = 0.083（A）=83mA
△Ic0 =
4.2.3 工作状态分析
一、动态特性分析：
iC、uBE和uCE的关系曲线，称动特性曲线 ——即交流负载线
ic余弦脉冲的分解
cos t cos ( i c 0) 1 cos
ic
icmax
IM -/2 - /2 t
IMcos
将i c 余 弦 脉 冲 展 开 为 傅 立 级 叶数 ： ic I c 0 I c 1 cost I c 2 cos 2t ......
32高频功率放大器的原理和特性要点
iC gm
iC
临界线
u CE u BE
u BE ＝UB′ Ube=Eb’ 0
Eb’
UB′
u BE (a ) 转移特性
0 (b ) 输出特性
u CE
为什么采用折线法？
1、由于功率放大器工作在大信号状态下，如果考虑晶 体管的非线性特性，将使计算变得复杂。 2、采用折线近似分析法，利用折线段来”代替“晶体管
ic ic
ic ic
Q
o eb VBZ o t
o
eb
o
t
小信号谐振放大器 波形图
t
t
谐振功率放大器 波形图
3.2.1
原理线路：
放大电路
输入回路 谐振电路
零、负值、较小正值 常采用自给偏压或零偏
特点：
1、NPN高频大功率晶体管，将直 流功率转变成交流功率；
2、Eb为基极偏置电压，可以 改变放大器的工作类型； 3、大信号激励：1—2V；
iC Q iC
0
uBE
0
t
A类(甲类)：工作点Q较高(ICQ大)，信号360°内，管子均导通。 通角：θ＝180 °
iC
iC
Q 0 u
BE
0
π
2π
t
B类(乙类)：工作点Q选在截止点，管子只有半周导通， 另外半周截止。 通角：θ ＝90 °
iC
iC
Q 0
θ
u BE
0
θ
π
t
C类(丙类)：工作点Q选在截止点外，信号导通角小于180°。 通角：θ <90 °
丙类
丁类
选频回路
选频回路
高频
高频
高频功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性
第3章高频功率放大器要点
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3. 2高频功率放大器的工作原理 及特性分析
2.高频功放的负载特性 负载特性是指只改变回路谐振电阻尺.直流电源电压Vcc VBB及输 入电压uim振幅维持不变时.高频功放电流、电压、功率及效率变化的 特性。 3.高频功放的振幅特性 高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅Uim时.放大器电流、 电压、功率及效率的变化特性。在放大某些振幅变化的高频信号时. 必须了解它的振幅特性。
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3.1概述
设备.由于难以迅速变换窄带毛率放大器负载回路的频率.为保证信号 不失真.一般工作在线性放大状态.其豁出电路常采用宽频带的传输线 变压器作为负载.构成宽频带高频功率放大器。宽带功放常用在中心 频率多变化的某些通信电台中作为发射机的中间级.以提高打干扰能 力。
3. 1.2高频功率放大器的分类
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3. 2高频功率放大器的工作原理 及特性分析
3. 2. 1工作原理
高频功率放大器的原理电路如图3-1所示 它由晶体管、谐振回路、电源及基极偏置电路等组成。为了保证 晶体管工作在丙类状态.基极偏压应使晶体管工作在截止区.一般为负 值.即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号.一般在 0.5v以上.可达1~2v,甚至更大。也就是说.晶体管工作在截止和导通(线 性放大)两种状态下.基极电流和集电极电流均为高频脉冲信号。与低 频功放不同的是.高频功放选用谐振回路作负载.既保证输出电压相对 于输入电压不失真.还具有阻抗变换的作用。这是因为集电极电流是 周期性的高频脉冲.其频率分量除了有用分量(基波分量)外.还有谐波 分量和其他频率成分.用谐振回路选出有用分量.将其他无用分量滤除; 通过谐振回路阻抗的调节.从而使谐振回路呈现高频功放所要求的最 佳负载阻抗.即匹配.使高频功放高效输出大功率。
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5.4 宽带高频功率放大器
以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，因其相对通频带只有百分之几甚至千分之几，因此又称为窄带高频功率放大器。
这种放大器比较适用于固定频率或频率变换范围较小的高频设备，如专用的通讯机、微波激励源等。
除了LC谐振回路以外，常用于高频功放电路负载还有普通变压器和传输线变压器两类。
这种以非谐振网络构成的放大器能够在很宽的波段内工作且不需调谐，称之为宽带高频功率放大器。
以高频变压器作为负载的功率放大器最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下将，这不符合高频电路的要求，因此很少使用。
以传输线变压器作为负载的功率放大器，上限频率可以达到几百兆赫乃至上千兆赫，它特别适合要求频率相对变化范围较大和要求迅速更换频率的发射机，而且改变工作频率时不需要对功放电路重新调谐。
本节重点分析传输线变压器的工作原理，并介绍其主要应用。
5.4.1 传输线变压器
1. 传输线变压器的结构及工作原理
传输线变压器是将传输线（双绞线、带状线、或同轴线）绕在高导磁率铁氧体的磁环上构成的。
如图5-24（a）所示为1:1传输线变压器的结构示意图。
传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件，它是以传输线方式和变压器方式同时进行能量传输。
对于输入信号的高频频率分量是以传输线方式为主进行能量传输的；对于输入信号的低频频率分量是以变压器方式为主，频率愈低，变压器方式愈突出。
如图5-24(b)为传输线方式的工作原理图，图中，信号电压从1、3端输入，经传输线
R上。
如果信号的波长与传输线的长度相比拟，变压器的传输，在2、4端将能量传到负载
L
两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路，如图5-24(d)所示。
若认为分布参数为理想参数，信号源的功率全部被负载所吸收，而且信号的上限频率将不受漏感、分布电容及高导磁率磁芯的限制，可以达到很高。
图5-24 1:1传输线变压器的结构示意图及等效电路
在以变压器方式工作时，信号电压从1、2端输入，3、4端输出。
如图5-24 (c)所示为变压器方式的工作原理图。
由于输入、输出线圈长度相同，由图5-24（c ）可知，这是一个1:1的倒相变压器。
由上分析可见，传输线变压器具有良好的宽频带特性。
2. 传输线变压器的应用
上面我们对传输线变压器的结构及工作原理做了分析和讨论，下面介绍几种常用的传输线变压器，按照变压器的工作方式，传输线变压器常用作极性变换，平衡－不平衡变换和阻抗变换等。
（1）极性变换
传输线变压器作极性变换电路，就是前面提到的1:1的倒相传输线变压器,如图5-24 (c)所示。
在信号源的作用下，初级绕组1、2端有电压1U , 其极性1端为正，2端为负；在1U 的作用下，通过电磁感应，在变压器次级3、4端产生电压2U ，且1U ＝2U ，极性为3端为正，4端为负。
由于3端接地，所以负载电阻L R 上的电压与3、4端电压2U 的极性相反，即实现了倒相作用。
（2）平衡－不平衡变换
如图4.26是传输线用作平衡－不平衡变换电路。
图5-25（a ）为平衡输入变换为不平衡输出电路。
输入端两个信号源的电压和内阻均相等，分别接在地线的两旁，称这种接法为平衡。
输出端负载只是单端接地，称为不平衡。
图5-25（b ）为不平衡输入变换为平衡输出电路。
（3）阻抗变换
为了使放大器阻抗匹配，传输线变压器必须具有阻抗变换作用。
由于传输线变压器的结构的特殊性，它不能象普通变压器那样，依靠改变初、次级绕组的匝数比可以实现任何阻抗比的变换，而只能完成某些特定阻抗比的变换，如4:1、9:1、16:1等，或1: 4、1: 9、1: 16
等。
所谓4:1，是指传输线变压器的输入电阻i R 是负载电阻L R 的四倍，,即i R =4L R ；而i
R 图5-25
平衡－不平衡变换电
＝L R /4，则称为1: 4的阻抗变换。
图5-26（a ）、(b)分别为4:1和1: 4的传输线变压器的阻抗变换电路，图5-26（c ）、(d)分别为与其相应的普通变压器形式的等效电路。
下面简要分析4:1阻抗变换原理。
由图5-26（a ）、(c)可知，若负载电阻上的电压为U ,流过的电流为2I ；则信号源的端电压为2U ，流出的电流为I ，信号源两端的输入阻抗i R 以及传输线变压器的特性阻抗C Z 分别为：
2442i L U U R R I I
=
== （5-27） 222C L U U Z R I I === （5-28） 可见，输入阻抗为负载的四倍，即实现了4:1阻抗变换。
为了说明传输线变压器在放大器中应用，图5-27给出了一个两级宽带高频功率放大器电路。
其中1T 、2T 和3T 均为4:1阻抗变换传输线变压器，1T 和2T 串联后作为第一级功放的输出匹配网络，总阻抗比为16:1；实现第一级功放的高输出阻抗与第二级低输入阻抗之间匹配；第二级功放输出与负载天线（50Ω）采用4:1阻抗变换传输线变压器，实现第二级功放输出与负载天线之间的匹配。
图5-26 4:1和1:4传输线变压器变换电路
图5-27 两级宽带高频功率放大器电路
5.4.2 功率合成电路
目前，由于技术上的原因，单个高频晶体管的输出功率一般只限于几十瓦至几百瓦。
当需要更大的输出功率时，目前广泛应用的方法就是采用功率合成电路。
所谓功率合成电路，就是利用多个高频晶体管同时对输入信号进行放大，然后将各功放输出的功率在一个公共负载上相加。
如图5-28所示为常用的一种功率合成电路组成方框图。
图中除信号源和负载外，还采用了两种基本组件：一种是用三角形表示的晶体管功率放大器；另一种是用菱形表示的功率分配与合成电路。
其中的分配与合成电路，就是利用前面介绍的传输线变压器构成的混合网络。
图中虚线方框中所示为功率合成器的基本组成单元。
图5-29为功率合成电路基本单元的一种线路，称为同相合成器。
图中1r T 是功率分配网络，它的作用是将信号源输入的功率平均分配，供给A 、B 端同相激励功率。
1r T 是功率合成网络，它的作用是将晶体管输出至A ‘
、B 两端同相功率合成供给负载。
当1V 、2V 两晶体管输入电阻相等时，有A U = B U =1U ，而1224d A B S R R R R ===。
正常工作时，两管输出电压相同，且等于负载电压，即A U = B U =L U ，由于负载上的电流加倍，故负载上的功率是两管输出功率之和，即11(2)22
L A c P U I P =⨯=, 此时平衡电阻上无损耗功率。
图5-28 功率合成电路原理方框图
图5-30 反向功率合成电路
当两个晶体管因各种因素造成输出电压变化而不平衡时，相当于图5-29（b ）等效电路中B U 和'B R 发生变化。
根据传输线变压器原理，'A U 由A U 产生，'B U 由 B U 产生，'B U 变化不会引起'A U 的变化。
当'B U ＝0时，负载电流减半，功率则减小为原来的1/4，1V 管输
出的另一半功率消耗在平衡电阻d R 上。
这样即使一管损坏，负载功率下降为原来的1/4，但另一管仍能正常工作，这时晶体管并联工作无法实现的。
图5-30所示为反向功率合成电路原理图。
图中，T r1为功率分配网络，T r2为功率合成网络。
这种电路的工作原理与推挽功率放大器类似。
其工作原理留给读者自己分析。
图5-29 同相功率合成电路
（a ）原理图 （b ）等效电路。