第五章 高频功率放大器汇编

1 2
I
R 2
cm1 p
c
Po P
1 2
Vcm
I
cm1
VCC Ic0
1 2
g1
(qc
)
集电极电压利用系数 Vcm
波形系数
g1(qc )
Icm1 Ic0
VCC
c ;qc g1(qc ) c
End
6.3.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式 6.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解 6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性 6.3.4 各极电压对工作状态的影响 6.3.5 工作状态的计算(估算)举例
P==直流电源供给的直流功率 Po=交流输出信号功率 Pc=集电极耗散功率 则，P= =Pc+ Po 集电极效率ηc：晶体管放大器的转换能力。
c
Po P
Po Pc Po
集电极效率ηc： 两点结论：
c
Po P
Po Pc Po
(6.2.2)
1）降低集电极耗散功率Pc ，则集电极效率ηc会提高。这 样，给定P=时，晶体管交流输出功率Po就会增大。 2）若维持Pc不超过规定值，那么提高ηc，将使晶体管交流 输出功率Po增大。
通过谐振负载，从丙类余弦周期脉冲里恢复基波完整周期 信号。
窄带谐振放大器
有源器件 丙类
谐振回路
输出回路 输入回路 晶体管
35
Tr1 T
L2
C1 4
yL
Tr2
5. 功放设计中各方面的折中关系
提高输出功率 减小失真（线性度） 管子的保护 提高效率 遗留问题：（1） 丙类导通角<180o，何时最优？ （2） 放大、临界、饱和，何处最优？
t
0 qc
－V BB
V bm vBE
1
Pc T
T
0 iC vCEdt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
v BE VBB Vbm cost 2. iC 脉冲最大时，vCE最小；
(b) 3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小；
说明：
集电极电流ic虽然是脉冲状，包含很多谐波，失 真很大，但由于在集电极电路内采用的是谐振回 路，只要使回路谐振于基频。则ic的失真虽然很 大，仍然能得到正弦波形的输出。
(c)甲乙类 class-AB amplifier
(d)丙类 class-C amplifier
4. 效率与失真矛盾的解决
丙类放大器的效率最高，但是波形失真最严重。
iC Ic0 Icm1 sin t Icm2 sin 2t Icmn sin nt
来自百度文库
low 0 ω 2ω 3ω
nω high
4. 效率与失真矛盾的解决
Po
1
c c
Pc
1
1
c
1
Pc
c Po
可见，提高效率对输出功率有很大影响。当然，输入直流
功率也要相应提高，才能在Pc不变时，增加输出功率。
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。
iB / iC 转移
End
6.2.1 获得高效率所需要的条件 6.2.2 功率关系
晶体管/电子管放大器工作原理：
利用输入到基极（或栅极）的信号，来控制集电极 （或阳极）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。
直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率 外，还有一部分以热能的形式消耗在集电极（或阳极） 上，成为集电极耗散功率。
iC
特性
VBB
理想化
t
- qc
o V BZ
vBE - qc 0 +qc
+ q0c
vbe
V bm
t
v BE VBB Vbm cost
图 6.2.1 高频功率放大器的 基本电路
或电压 电流
vCE VCC Vcm cost
V cm vCE
iC i vCE min
c max
V BZ
V CC
iC v bEmax
已调信号 vo (t) Vom 1 mf cos t cost
low
ω
high
AM广播信号: 535kHz～1605kHz，BW=10kHz
fmax 3 f m in
BW 10k 1 f0 1000 k 100
3. 功率放大器分类
(a)甲类 class-A amplifier
(b)乙类 class-B amplifier
6.1 概述 6.2 谐振功率放大器的工作原理 6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法 6.4 晶体管功率放大器的高频特性 6.5 高频功率放大器的电路组成
6.6 丁类(D类)功率放大器 6.7 戊类(E类)功率放大器 6.8 宽带高频功率放大器 6.9 功率合成器 6.10 晶体管倍频器
End
Z p
n2 1 Q
n
2
3
4
5
Zp n Zp 0.0667 0.0375 0.0267 0.0208
可见，回路对谐波阻抗很小，仅为基频阻抗的百分之 几，可认为短路。因此，虽然ic是脉冲状，回路电压及回路 电流仍然是正弦波形。
End
电路正常工作（丙类、谐振）时， 外部电路关系式：
v BE VBB Vbm cost vCE VCC Vcm cost
1.高频功放在发射机中的位置
3
2. 谐振（高频）功放与非谐振（低频）功放的比较
相同: 要求输出功率大，效率高
非线性(大信号)
不同: 工作频率与相对频宽不同,
谐振与非谐振
低频（音频）: 20Hz～20kHz
fmax 1000 BW 20k 2
f m in
f0 10k
高频（射频）: 高频窄带信号 （以调幅为例 ）
例：求图示的并联谐振电路各次谐波与基频的阻抗值
之比。已知回路Q L R 10，回路谐振于基频。
解：并联谐振阻抗为
Zp
Rp
p2 L CR
p2QL
对谐波nω阻抗为
R jnL 1
Z p
n
p2
jnC
R
j
n L
1
nC
对谐波nω阻抗为
R jnL 1
Z p
n
p2
R
jnC
j
n L
1
nC
由于Q L 10 1,因此nL R,又2LC 1
R
Zp
p2
n
n L
jp2
jnC
n L
1
nC
n QL
n2 1 Q
j
n n2 1 Q
Zp
对谐波nω阻抗为：
Zp
j
n
n n2 1 Q
Zp
可见，回路对高次谐波呈电容性阻抗。
与基频谐振阻抗绝对值之比为： Z p n n
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos2t Icmn cosnt
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos2t
Icmn cosnt
直流功率： P==VCC Ic0
vCE VCC Vcm cos t
输出交流功率：Po
1 2 Vcm
Icm1
集电极效率：
Vc2m 2Rp