高功率放大器(HPA)基础知识
第6章高频功率放大器
Tr 1
vi
vBE v • 这样选择的主要考虑是消
除由静态工作点所带来的无 用功耗，从而提高放大器的
效率。
V BB
V CC
• 使用并联谐振回路作负载 具有选频和阻抗变换的作用
3、功率放大器的工作频率
1、低频区： f 0.5f 低频区工作时，不考虑等效电路中的电抗分量与载流子 的渡越时间，分析方法同低频电子线路的分析方法一致， 方法成熟。
vO VC1M cosct Ic1MRP cosCt
i C I C ( 0 M ( ) 1 ( ) cC o t 2 ( s ) c 2 o C t ) s
iO IC1M cosct ICM1()cosCt
P D C T 1 c0 T C V C iC C d 2 t 10 2 V C iC C d (C t) V C I C CM 0 ()
半个周期
丙类（C类）
小于半个周期
丁类（D类） 管子应用在开关状态，半个周期 饱和导通，半个周期截止
导通 角 1800
900
<900
η cmax 50% 78.5%
三、高频功率放大器
1、功用：放大高频信号，并且以高效输出大功率为目的
2、输出功率范围很大，小到便携式发射机的毫瓦级，大到无线 电广播电台的几十千瓦，甚至兆瓦级。0.001~1000000
Tr 1
vi
vBE v CE
vi
L
Cv C
RL
转换为高频功率。
VBB、VCC为电源，常使得管 子处于C类工作状态。
V BB
V CC
负载：采用谐振回路作负载，对信号进行频率选择，同 时完成阻抗变换。
放大器基础知识
放大器基础知识
嘿，朋友们！今天咱来聊聊放大器基础知识。
你知道吗，放大器就好比是声音世界里的超级英雄！比如说，当你在听音乐的时候，那小小的音响里发出的震撼声音，背后可就有放大器的功劳呢！
放大器是什么呢？简单来说，它就是能把信号放大的东西呀！就像你有一把小水枪，通过放大器这个神奇的“魔法道具”，就能变成威力强大的大水枪啦！想想看，原本微弱的声音信号，经过放大器一处理，哇塞，变得超级响亮清晰！
咱来举个例子啊。
小李特别喜欢听摇滚音乐，他那音响声音总是不够劲。
后来呢，他给音响加上了一个合适的放大器，好家伙，那音乐声简直像要冲破房顶一样！这不就体现出放大器的厉害之处了嘛。
放大器有好多种类哦！有电压放大器、功率放大器等等。
每种都有自己独特的用处呢！这不就跟咱人一样嘛，每个人都有自己独特的技能和本领。
就像小张擅长画画，小王擅长唱歌，各有所长！
而且啊，使用放大器还得注意一些问题呢！要是没弄好，那效果可能还不如不弄呢！这就好比你想打扮得美美的出门，结果选错了衣服，反而不好看了。
所以说，可得好好研究研究怎么用放大器哦！
那放大器的好坏又怎么判断呢？这可得综合好多因素呢，比如放大倍数啦、失真程度啦。
哎呀呀，这里面的学问可深了！
总之呢，放大器真的是个很重要的东西呀，它能让我们的听觉体验变得更加丰富多彩！你是不是也对放大器有了新的认识和兴趣了呢？赶快去了解了解吧！。
高频功率放大器小结
A）滤波
B）滤波和阻抗匹配
C）阻抗匹配
5. 无论串馈，还是并馈，都要保证Vcm与VCC是串联的，即满足基本关系式
（
）。
6.在输入信号的整个周期内，集电极电流仅在小于输入输入信号半个周期内有电流
流通的称为（ ）。
A）丙类
B）乙类
C）甲类
D）甲乙类
7. 集电极耗散功率PC等于集电极直流电源供给的功率P=与基波输出功率PO之和。 （ ）。
本章小结
四、谐振功放直流电路有串馈和并馈两种形式。基极 偏置常采用自给偏压电路。自给偏压电路只能产 生反向偏压。 自给偏压形成的条件：①电路中存在非线性导电 现象；②具有储能元件；③放电时间常数足够大。
本章小结
六、晶体管倍频器的工作原理与谐振功放类似，用选 频电路选出所需倍数的谐波成分，滤除所有不需 要的频率成分，就可完成倍频过程。
）状态。
基本原则。（
）
15.宽带功率放大器，实际上就是一种以（
）
作为输出匹配电路的功率放大器。
16.若利用丙类倍频器实现三倍频，则设计的最佳通角
为（
），对应的电流分解系数为（ ）。
17.若对等幅信号进行功率放大,根据负载特性，应使功
放工作在（
）状态。
18. 若对非等幅信号进行功率放大, 根据放大特性，应
使功放工作在（
增大谐振电阻、(c)增大负向基极偏置、(d)增大激励电压的幅度，则放大器将由临界
状态进入：
(a)
(b)
(c)
(d)
。
11. 产生自偏压的三个条件分别是 （
（
）、（
）、 ）。
12. 传输线变压器的原理是（
）。
13.谐振功放中， 晶体管处于过压状态时， iC电流波形为 （
功率放大器的基本知识
基带数字预失真的硬件原理
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六、高功放在直 放站中的应用
高功放应用的范围很广，如广播、有线电 视、微波通讯、蜂窝通讯、雷达、军用 通讯等。 直放站作为蜂窝通讯系统的辅助设备，和 基站有所不同，是将接收下来的下行信 号进行高功率放大。其中高功放就是在 直放站中起功率放大作用，位于信道单 元和双工器之间，是直放站系统关键部 件之一。 其位置如下图：
7
高功放功能电路 1、开关电路： 功放开关电路有 多种；常用的有射频开关型、电源开关型、栅压控制型等。 2、检波电路 高功放要求对输出信号及输出的反射信号进行检测，用来实现功率 控制及驻波告警，通常的检波电路有平方律检波、峰值检波、平 均值检波；一般窄带信号用前两种检波方式，复数的调制信号一 般用平均值检波。
18
五、高功放 的发展现状 功率回退：
传统的功率放大器一般采用回退技术来实现不同功放要求，是目 前主要采用的技术。这种方法优点实现方便、难度不高；缺 点是成本较高、线性度不高、对 CDMA 和 WCDMA 的高功率放 大器线性度比较难满足。
前馈技术： 采用前馈技术优点是能大大改善功放的线性度，缺点是成本较高、 难度大、功放的效率会比较低，这种技术近几年在国内外已 经得到了广泛的应用。其基本原理如下：
3
一、概述
高频功率放大器是频率从几百KHz一直到几百MHz， 输出功率从几毫瓦到几十千瓦的放大器。按工 作状态分，高频功率放大器可分为A(甲)类（θ =180°）、AB(甲乙)类（ 90 ° < θ <180°） 、 B(乙) （θ =90°）类、C（丙)类（θ <90°）状 态,(θ 为电流导通角）。其中A类功放属于线性 功放；AB类、B类、C类功放都属于非线性功放， 为了提高效率、后来又出现了D类、E类、S类等 开关型功放。应当强调指出：由于工作在高频 段、信号电平高和要求高效率，因而工作在高 频状态和大信号非线性状态是高频功率放大器 的主要特点。
功率放大器基础知识和工作原理
功率放大器基础知识和工作原理功率放大器，是指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。
功率放大器分类1.A类2.B类3.AB类4.D类5.T类A类放大器1.工作点设定在负载线的中点附近，从电源取出的电流是恒定不变的。
2.实际效率最大仅有25% ，可由单管或推挽工作。
3.电路简单，调试方便，但效率较低，晶体管功效大。
3.放大器工作特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。
B类放大器1.没有输出信号输入时，输出端几乎不消耗功率。
2.效率较高，放大器有一段工作在非线性区域，“交越失真”较大。
3.当信号在-0.6V~0.6V之间时，Q1、Q2都无法导通而引起。
AB类放大器1.输出功率大，耗电量中等。
2.晶体管导通时间大于半周期，必须用两管推挽工作。
3.交替失真较大，可以抵消谐波失真。
D类放大器1.具有很高的效率，通常能达到85%以上。
2.体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。
3.无裂噪声接通。
4.低失真，频率响应曲线好，外围元器件少，便于设计调试。
T类放大器1.功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同。
2.功率晶体管的切换频率不是固定的。
3.动态范围更宽，频率响应平坦。
功率放大器的工作原理利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。
因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电集电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电集流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。
经过不断的电流放大，就完成了功率放大。
高增益大功率放大器
高增益大功率放大器（一）功率放大器是很重要的一个部分，它的基本要求有：1．要求输出功率尽可能大；为了获得大的输出功率，要求输出电压和输出电流均有较大的幅度，即三极管处于大信号状态（往往在接近截止区与饱和区之间摆动），因此晶体管在尽限应用。
选择功放管时要保留一定的余量。
不得超越极限参数进入安全区，以保证功放管安全可靠的工作。
2．非线性失真要小；功率放大器是在大信号下工作的，所以不可避免要产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真越严重，就使得输出功率与非线性失真成为一对主要矛盾。
3．效率要高；由于功率放大器的输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，就存在一个效率问题。
所谓效率就是最大交流功率P0与电源供给的支流功率P e的比值，即:η= P0 / P e，比值越大，放大器的效率就越高。
4．要充分考虑功放管的散热；在功率放大器中，电源供给的直流功率，一部分转换成负载有用的功率，而另一部分则成为功放管的损耗，使功放管发热，热的积累将导致晶体管性能恶化，甚至烧坏，为使管子输出足够大的功率，还要保证管子安全可靠的工作，因此管子的散热及防止击穿等问题应特别给予考虑。
（二）微波功率晶体管的性能参数（1）极限工作电压、结击穿电压和最高工作电压；极限工作电压（V c）是指发生下列三种情况之一的最小电压值：P-N结发生击穿，或甚至完全损坏；晶体管的参数发生显著的变化，以至暂时丧失工作能力；管子的参数发生缓慢的，而不是不可恢复的变化。
结击穿电压V b（极电结或发射结击穿电压，这里统称为结击穿电压）是指极电结或发射结在加有反向电压下发生击穿现象时的电压值。
通常将P-N结反向电流达到一定值时的反向电压值定为击穿电压值。
最高工作电压（V m）是指晶体管能够安全工作的最高电压。
为了防止可能出现的偶然不利因素，以及保证晶体管工作的可靠性，稳定性和使用寿命，V m必须小于晶体管的极限工作电压。
（2）极限工作温度、最高结温度和最高储存温度；极限工作温度，通常理解为保证晶体管能够正常工作的最高温度。
功率放大器知识大全
率放大是一种能量转换的电路，在输入信号的作用下，晶体管把直流电源的能量，转换成随输入信号变化的输出功率送给负载。
功率放大器简介利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。
因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。
经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。
功率放大器，简称“功放”。
很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
功率放大器种类目前市场上车用功率放大器的种类很多，分类方法也比较复杂。
最常见的是按照工作方式分为：A型、B型和AB型。
A型是指放大器每隔一定时间收集一次主机传输过来的音频信号，并将其放大后传输给扬声器，而这一过程中的“缓冲作用”保证了系统能够输出温和、平顺的声音信号，不足之处处在于消耗的能量较大。
B型功率放大器则是取消了前面所说的“缓冲作用”，放大器的工作一直处于适时状态，但是音质方面较前者就要差了一些。
AB型放大器，实际上是A型和B型的结合，每个器件的导通时间在50％-100％之间，可以称得上是当前比较理想的功率放大器。
功率放大器选购选择功率放大器的时候，首先要注意它的一些技术指标：1、输入阻抗：通常表示功率放大器的抗干扰能力的大小，一般会在5000-15000Ω，数值越大表示抗干扰能力越强；2、失真度：指输出信号同输入信号相比的失真程度，数值越小质量越好，一般在0.05％以下；3、信噪比：是指输出信号当中音乐信号和噪音信号之间的比例，数值越大代表声音越干净。
放大器基础知识解析PPT课件
输入经驱动放大的触发脉冲，当T4的栅极为低电位时，栅－源极电压差
为零，场效应管T4关断，能量存储电容器C4通过旁路电阻R6和二极管
D2快速充电，充电时间由时间常数决定。时间常数还决定了两次脉冲之
间的最小间隔。当T4栅极为高电位时，T4导通， C4中存储的能量通过
T4和D1向超声探头放电，激发脉冲超声波。电阻R7则调节激发能量,改
变超声波的幅值。400V的高压电源可采用美国SpellMan公司的印刷电
路板安装高压发生器MHV[69]。MHV的电压输出可在0－500V之间进
行调整，且体积较小便于电路板安装。
5
串联输入限幅电路
并联输入限幅电路 返6 回
可控增益放大电路实例
可变增益在从0至80dB范围内可获得0.05%的分辨率
放大器基础知识
本章重点介绍
1
1引言
现代科学及高新技术研究中，对数据的采集 和处理的测量精度、数据容量、采集速度、信 息传递和处理速度等的要求越来越高，相应电 子系统的设计要满足上述的新要求。学习如何 采用现代的电子技术的成就及应用，学会和掌 握高速、高分辨率、高性能电路和模块的工作 原理、构成方法及应用设计，是本课程学习的 主要目的。
放大电路从信号源吸取
信号大小的参数，对输
入为电压信号的放大电
路，Ri愈大，则放大电 路输入端的Vi值愈大。
反之，输入为电流的放
大电路，Ri愈小，注入 放大电路的输入电流Ii
愈大。 22
2.2 运算放大器性能指标
• 输入/输出电阻（阻抗） 2. 输出电阻
Ro
vt it
vs 0,RL
输出电阻是表明放大电路带载能力参数，对输出为电
D. 互导放大模型（自学）
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。
高频功率放大器
1.原理说明利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。
它是无线电发射机中的重要组成部件。
根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。
电流导通角θ愈小放大器的效率η愈高。
如甲类功放的θ=180o ，效率η最高也只能达50%，而丙类功放的θ<90o ,效率η可达到80%。
甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。
丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
高频功率放大器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。
高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。
高频功放的主要技术指标1.1.1 功率关系：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O P ，使之一部分转变为交流信号功率1P 输出去,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C P 。
根据能量守衡定理：1o C P P P =+直流功率： 输出交流功率：2211111222c c c c L L U P U I I R R =⋅== C U -----回路两端的基频电压 c1I ----- 基频电流 L R ----回路的负载阻抗。
1.1.2 放大器的集电极效率1101122c c o CC c U I P P U I ηξγ⋅===⋅ 其中集电极电压利用系数：1c c L CC CCU I RU U ξ== 0o c CCP I U =⋅波形系数：1100()()c c I I αθγαθ==为通角 的函数； 越小γ越大。
1.1.3 谐振功率放大器临界状态的计算临界状态下，若已知电源电压Ucc ，BB U 三极管的参数C g ，'U BB ，设电压利用系数为 ξ，集电极的导通角为θ。
高功率放大器使用中的功率控制方法
高功率放大器使用中的功率控制方法在无线通信领域，高功率放大器（High Power Amplifier，HPA）被广泛应用于信号放大和传输过程中。
然而，由于高功率放大器的特殊性，功率控制成为了使用中必须解决的重要问题。
本文将就高功率放大器使用中的功率控制方法展开论述。
一、前提分析高功率放大器具有较大的功率输出，它的正常工作状态对整个通信系统是至关重要的。
过高的功率输出可能引起系统失效，而过低的功率输出则会导致信号传输质量下降。
因此，在高功率放大器的设计与使用中，功率控制是一项必要的技术。
二、反馈控制方法1.功率检测反馈控制功率检测反馈控制是目前最常用的一种功率控制方法。
它通过在高功率放大器输出端添加功率检测电路，实时监测输出功率。
一旦检测到功率偏离设定值，则通过反馈控制调节放大器的增益。
这种方法的优点是简单易行，便于实现实时监测和调整。
2.功率调节反馈控制功率调节反馈控制是一种根据系统需求，调整高功率放大器的工作状态，以实现恰当的功率输出的方法。
它通过对放大器的工作点、偏置电压、电流等进行调整，控制功率输出的大小。
需要注意的是，功率调节反馈控制需要根据具体的放大器特性和系统要求进行参数优化和调整，以获得最佳的功率控制效果。
三、预反馈控制方法1.预反馈功率控制预反馈功率控制是一种通过对输入信号进行预处理的方法。
它通过预先根据系统需求，调整信号的幅度和频率，使得高功率放大器的输出功率可以得到有效控制。
例如，在信号源端加入可变衰减器、频率滤波器等环节，通过调整这些环节的参数，实现对放大器输入信号的控制。
预反馈功率控制方法的优点是对整个系统具有较好的控制精度和灵活性。
2.自适应预反馈控制自适应预反馈控制是一种基于算法和传感器技术的高级功率控制方法。
它通过实时感知放大器的工作状态和环境变化，并根据反馈信息对功率进行自适应调整。
自适应预反馈控制方法的主要优势在于能够自动调节功率输出，适应不同的工作条件和信号要求。
放大器基础知识
放大器基础知识1.甲类放大：晶体管静态工作点设置在截止区与饱和区的中分点的放大电路，叫做甲类放大电路，适合于小功率高保真放大。
甲类放大又称为A类放大，在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）。
正弦信号的正负两个半周由单一功率输出原件连续放大输出的一类放大器。
当输入信号较小时，在整个信号周期中，晶体管都工作于它的放大区，电流的导通角为180度，且静态工作点在负载线的中点。
甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，适用于小信号低频功率放大，但固有的优点是不存在交越失真。
单端放大器都是甲类工作方式。
2.乙类放大：晶体管静态工作点设置在截止点的放大电路，叫做乙类放大电路，适合于大功率放大。
乙类放大又称为B类放大，在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的输出元件分成两组，轮流交替的出现电流截止（即停止输出）。
正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。
乙类功率放大其集电极电流只能在半个周期内导通，导通角为90度。
乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。
3.甲乙类放大：管静态工作点设置在截止区与饱和区之间，靠近截止点的放大电路，叫做甲乙类放大电路，适合于大功率高保真音频放大，推挽电路通常就是甲乙类放大电路。
甲乙类放大又称AB类放大，它界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。
甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。
4.丙类放大：晶体管静态工作点设置在截止区内的放大电路，叫做丙类放大电路，适合于大功率射频放大。
丙类放大又称为C类放大，丙类放大器工作在开关状态，它只处理正半周信号，也就是脉动直流信号。
而音频信号是正负都有的交流信号，使用丙类放大器会产生严重的失真。
5.推挽式：由两个晶体管，共同完成的，在正半周一个推，另一个挽，在负半周，则两个晶体管互换，原来推的变成挽，原来挽的变成推。
第三章---高频功率放大器知识讲解
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
高功率放大器
高功率放大器1、用途及特点在无线通信系统，高功放（HPA）是发信电路重要组成部份。
通常，它由多级放大器构成，其输出端是发射链路最高电平点，它经双工器与发射天线连接。
HPA在发信电路部位如图1所示。
高功放主要作用，是在发射频率上，将低电平信号放大到远距离传输所要求的高功率电平。
因频段、传输距离、天线增益、信号调制方式等因素，不同发射机HPA输出功率差异甚大。
在常用微波频段（800MHz~28GHz）可从几十瓦到几十毫瓦不等。
高功放电路特点：（1）在大容量（或多载波）数字通信系统，设计HPA电路尤其是末级电路，常发生大功率输出与线性要求之间矛盾。
经常采用三种解决办法* 采用平衡放大电路，其合成输出功率较单管增加一倍且保持单管线性。
在常用微波频段经常用下图所示正交混合电路（或3dB桥）实现功率合成。
* 采用预失真补偿电路，设计一个预失真网络使它产生的三阶互调与HPA三阶互调在输出合路器中相互抵消。
构成方式如下图所示，予失真补偿电路设计复杂、带宽窄，使用不普遍。
*在HPA前级设置自动电平控制（ALC）电路，通过末级输出耦合检波直流，控制PIN衰耗，保持输出功率恒定。
防止因前级输入电平过高因饱和失真。
该方法只能予防失真而不能改善失真，（注：ALC与大容量长距离数字微波采用的ATPC不同，前者是以保持发射机输出功率恒定，防止失真为目的，采用的是开环控制方式。
而自动发射功率控制（ATPC）是发射机功率受控于对端接收电平，当电波传播发生深度平衰落时，提高发射功率，最大可达到额定功率。
在正常传输时间里使发射功率小于额定功率10dB。
采用的是闭环控制方式。
是以减轻干扰、抗平衰落为目的。
）（2）HPA采用的大功率器件都呈现极低的输入、输出阻抗，其阻抗实部绝对值很小，都在1~ 3欧姆左右，而容抗和引线电感很大。
对这样的大功率器件进行输入、输出和级间匹配非常困难。
因单片微波集成电路（MMIC）技术的发展，许多厂家已制造出输入输出内匹配的大功率器件，大大地缓解设计难度。
高频功率放大器概要课件
• 高频功率放大器概述 • 高频功率放大器的基本结构 • 高频功率放大器的性能指标 • 高频功率放大器的设计方法
• 高频功率放大器的应用与实例 • 高频功率放大器的发展趋势与挑战
01
高频功率放大器概述
定义与工作原理
定义
高频功率放大器是一种电子设备 ，用于放大高频信号，使其具有 足够的功率以驱动负载。
工作原理
高频功率放大器通过使用晶体管 或电子管等器件，将输入信号进 行放大，并输出具有一定功率的 高频信号。
分类与应用
分类
根据工作频率、输出功率和应用领域 ，高频功率放大器可分为多种类型， 如宽带放大器、窄带放大器和脉冲放 大器等。
应用
高频功率放大器广泛应用于通信、雷 达、导航、电视广播等领域，用于发 射大功率的高频信号。
特点
激励级通常采用共基放大电路，具有较高的电压放大倍数和较高的 频率响应，能够提供足够大的信号电压。
元件选择
激励级通常选用晶体管或电子管，因为它们具有较高的放大倍数和频 率响应，能够满足激励级的需求。
偏置电路
作用
偏置电路是高频功率放大器中用于设置晶体管或电子管工作点的 电路，为各级提供合适的直流偏置电压和电流。
导航与定位
高频功率放大器在雷达导航和定位系统中发挥着关键作用，能够放大信号并确保其传输的准确性，从 而实现高精度的定位和导航。
电子战系统中的应用
干扰与压制
在电子战系统中，高频功率放大器用于产生 强烈的干扰信号，对敌方通信和雷达系统进 行干扰或压制，使其无法正常工作。
信号情报收集
高频功率放大器还可以用于电子战中的信号 情报收集，通过放大和分析敌方信号，获取 其通信和雷达系统的信息，为军事决策提供 支持。
功放基础知识点总结
功放基础知识点总结功放，全称为功率放大器，是一种用于放大音频信号的设备，它能够将低功率的音频信号转换为高功率的信号。
功放广泛应用于音响系统、汽车音响、舞台表演等领域，是音频系统中不可或缺的重要组成部分。
本文将从功放的工作原理、类型、参数、应用和选购等方面进行基础知识点总结。
一、功放工作原理功放的工作原理基于放大器的基本原理，即利用晶体管、真空管等器件对输入的音频信号进行放大，输出高功率的音频信号。
在功放中，输入的音频信号经过前置放大电路进行放大，然后通过功率放大电路放大至所需的功率级别，最终驱动喇叭发出声音。
功放的工作原理可以简单分为以下几个步骤：1. 输入信号放大：音频信号经过前置放大电路进行放大，以增强其电压和电流的幅度，提高输入信号的能量。
2. 功率放大：放大后的信号经过功率放大电路进行再次放大，以产生更大的电流和功率，以驱动喇叭发出高音质的声音。
3. 输出端匹配：为了提高功放的效率，通常会在输出端匹配输出负载，以确保功放能够有效地向负载传输功率。
二、功放类型根据功放的工作原理和电子器件的不同，功放可以分为多种类型，常见的功放类型包括晶体管功放、真空管功放以及集成功放等。
1. 晶体管功放：晶体管功放是目前应用最为广泛的功放类型，晶体管功放具有体积小、效率高、寿命长、成本低等优点，适合于大多数音响系统和消费电子产品。
晶体管功放通常分为静态功放和A类、B类、AB类、D类功放等多种工作方式。
2. 真空管功放：真空管功放是一种传统的功放类型，它利用真空管作为放大器件，具有音色柔和、音质温暖、高端等特点，适合于发烧友级别的音响系统。
真空管功放通常需要较高的电压和功率驱动，成本较高，体积较大，使用寿命较短。
3. 集成功放：集成功放是一种将功放电路集成在一块芯片上的功放类型，具有体积小、集成度高、功率密度大等特点，适合于便携式音响、汽车音响、耳机放大器等应用。
三、功放参数功放的性能表现需要通过一些参数来进行描述，常见的功放参数包括功率、频率响应、失真度、信噪比、阻尼系数、输入阻抗和输出阻抗等。
卫星通信基础知识--高功放
卫星通信基础知识--高功放常规卫星通信多采用静止卫星，卫星被置于赤道上空3800KM处，为了增加容量，载波多采用微波频段，因此从地球站发向卫星的信号达到卫星后会产生较大的衰减，为了使卫星可以接收到可靠的地球站上行信号，在上变频器后设置一个增益达到50~80dB，输出功率约几瓦到几千瓦量级的高功率放大器，使输出功率满足空间损耗要求，为了减少损耗，功率放大器需放置在离天线较近的地方，传输线采用波导。
功放包括：（1）TWTA：traveling wave tube amplifier 行波管放大器，工作原理：在不增强高频电场的情况下，通过增加电子流与高频电场相互作用的时间来完成能量交换。
（2）SSPA：Solid State Power Amplifier 固态功率放大器。
原理：微波晶体管放大器。
（3）调速管功放。
SSPB=SSPA+L波段上变频器SSPA分为：1 室内型：A 模块化sspa B 标准机架式，2 室外型：放在天线附近，通过串口接到室内遥控。
3 天线支臂固定型：体积小，重量轻。
设备维护：冷却系统的正常运行是唯一的预防性措施，应当每3个月至少对设备风扇和散热片进行维护，并保护好维修记录。
相关参数：1db压缩点：放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。
这种放大器称之为线性放大器，这两个功率之比就是功率增益G。
随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。
通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，。
三阶截点IIP3：在宽带无线通讯系统的设计过程，设计者们在设计放大器、混频器、变频器时，在诸多的设计指标中有一项三阶交调截取点（IP3），它是表征了线性度或失真性能的参数，在射频或微波多载波通讯系统中，三阶交调截取点IP3（Third-order Intercept Point）是一个衡量线性度或失真的重要指标。
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高功率放大器(HPA)基础知识1、用途及特点在无线通信系统，高功放（HPA）是发信电路重要组成部份。
通常，它由多级放大器构成，其输出端是发射链路最高电平点，它经双工器与发射天线连接。
HPA在发信电路部位如图1所示。
高功放主要作用，是在发射频率上，将低电平信号放大到远距离传输所要求的高功率电平。
因频段、传输距离、天线增益、信号调制方式等因素，不同发射机HPA输出功率差异甚大。
在常用微波频段（800MHz~28GHz）可从几十瓦到几十毫瓦不等。
高功放电路特点：（1）在大容量（或多载波）数字通信系统，设计HPA电路尤其是末级电路，常发生大功率输出与线性要求之间矛盾。
经常采用三种解决办法* 采用平衡放大电路，其合成输出功率较单管增加一倍且保持单管线性。
在常用微波频段经常用下图所示正交混合电路（或3dB桥）实现功率合成。
* 采用预失真补偿电路，设计一个预失真网络使它产生的三阶互调与HPA三阶互调在输出合路器中相互抵消。
构成方式如下图所示，予失真补偿电路设计复杂、带宽窄，使用不普遍。
*在HPA前级设置自动电平控制（ALC）电路，通过末级输出耦合检波直流，控制PIN衰耗，保持输出功率恒定。
防止因前级输入电平过高因饱和失真。
该方法只能予防失真而不能改善失真，（注：ALC与大容量长距离数字微波采用的ATPC不同，前者是以保持发射机输出功率恒定，防止失真为目的，采用的是开环控制方式。
而自动发射功率控制（ATPC）是发射机功率受控于对端接收电平，当电波传播发生深度平衰落时，提高发射功率，最大可达到额定功率。
在正常传输时间里使发射功率小于额定功率10dB。
采用的是闭环控制方式。
是以减轻干扰、抗平衰落为目的。
）（2）HPA采用的大功率器件都呈现极低的输入、输出阻抗，其阻抗实部绝对值很小，都在1~3欧姆左右，而容抗和引线电感很大。
对这样的大功率器件进行输入、输出和级间匹配非常困难。
因单片微波集成电路（MMIC）技术的发展，许多厂家已制造出输入输出内匹配的大功率器件，大大地缓解设计难度。
（3）HPA输出级必须要考虑空载保护。
若与输出负载间发生严重失配（如，连接天线馈线开路或短路）末级与输出负载电路之间将产生大驻波电压，驻波峰值电压一旦落在器件漏极，它与供电电压迭加将使器件击穿。
在微波频段常采取二种保护方法，在4GHz以上频段借助于输出隔离器中的反向吸收负载R吸收反射波，它如下图所示，在低频段常用定向耦合器（Diectional coupler）检测反射波，超出定值时自动切断功放电源并发出告警。
工作示意图如下设计工程师可根据工作频率、电路结构选取分布参数或集中参数定向耦合器。
（注：定向耦合器是互易器件，当信号从原规定的“IN”口输入改为“OUT”口输入时，其耦合口“COUP”和隔离口“ISO”也将互换。
定向耦合器常用二个参数表征如下：耦合量 CdB = 10log(Pco/Pin)方向性 DdB = 10log(Pco/Pis)其中 Pin , Pco , Pio 分别为入口输入功率、耦合口及隔离口输出功率。
）（4）目前在HPA电路常用高频大功率砷化镓场效应晶体管（GaAsFET）或者用其管芯制作的MMIC“放大块”，开关机时，如栅偏压稍迟后于漏压或无栅压时即会损坏。
因而偏置电路要有保护措施，下图为保护措施之一。
根据所用器件，高功放大致可分成三种类型：* 硅双极晶体管（Si Bipolar Transistor）功率放大器。
在大功率放大时，单管增益及效率低，带宽窄，线性及反向隔离差，它通常用于3GHz以下频段，其优点是便宜和不需负偏压。
但目前已逐渐被场效应晶体管功放所代替。
* 砷化镓场效应晶体管（GaAs Field-Effect Transistor）功率放大器。
它包括由砷化镓场效应晶体管管芯制成的内匹配单片微波集成电路（MMIC）。
这类器件工作频率及效率高，线性及反向隔离性能都优于硅双极晶体管，目前商用化器件最高工作频率可达40GHz,实验室可达80GHz。
尤其内匹配MMIC集成功放块带宽宽、稳定得到普遍应用。
需要负偏置及偏置保护电路是缺点。
*砷化镓异结质双极晶体管（GaAs Heterojunction Bipolar Transistor）功率放大器。
这种器件特别适宜功放应用，它有砷化镓场效应晶体管一样好的性能（特别在线性和高耐压性能上更好些），同时它又克服了需要负偏置及偏置保护电路的缺点。
它发展历史较短（走出实验室仅十年）在大功率应用可靠性上人们还不放心。
2、电路构成及工作原理高功放只是发信设备的一个组成部分，它的构成和功能完全取决于整个设备性能的要求。
不同用途的发信设备其具体电路构成和实现的功能会有差别。
例如下面给出的7GHz微波发射机功放电路其输入为恒定电平，该电路不带ALC功能。
功能框图及主要电路组成如图2所示。
图2 给出7GHz 发射机功放框图和主要电路。
该电路由五级放大组成，前四级为单管串联放大，末级为平衡功率放大。
按各级功能和所处位置也可称作低噪声放大级、驱动级、末前级、末级。
整个放大器采用二种封装工艺砷化镓场效应器件，前三级放大用分立元件场效应晶体管，后二级用单片微波集成电路MMIC，并采用带保护电路的双极性偏置电压（具体电路省略）。
该电路总增益40dB,线性输出2瓦（33dBm）。
各部分作用：低噪声放大级- 众所周知，变频式发射机输出噪声主要成分是调相噪声，其主要来源是发射振荡器产生的相位噪声。
所以在发射机指标中都要规定振荡器相噪，而对这类发射机中的HPA 热噪声要求不高，通常HPA噪声系数在6~ 8dB时都可满足要求。
在直放式发射机中，尽管输出噪声主要成分是热噪声，因直放机收信输入端都有精心设计的高增益低噪声放大器（LNA），它有足够高的增益和极小噪声系数，从而减轻了对HPA低噪声要求。
相对于接收机低噪声放大级而言，在HPA中提出低噪声放大概念似乎不恰当，但它毕竟是多级级联放大器输入级，是HPA本身热噪声的主要来源，相对HPA其他级而言，对HPA前级要提出低噪声高增益要求。
驱动级- 采用平衡式末级输出方案时，末前级输出功率与末级单管输出功率几乎相近，它为末前级提供足够地输入激励功率。
驱动级通常采用中功率输出器件。
末前级- 末前级功放主要作用是补偿末级输入正交耦合器分路损耗（3dB），并为二只并联末级功放管提供输入功率。
末级- 如图2所示，它采用二只相同特性的MMIC功率放大块和二只相同特性的正交耦合器组成平衡功率放大器。
为取得良好性能，上、下二支路应当在工作频段保持幅度、相位特性相同。
这样结构的输出功放有三个特点，* 较单管线性最大输出功率提高3dB。
* 如下图所示，利用输入端正交耦合器相位正交特性，使上、下二支路放大管入端反射波在正交耦合器入口抵消，有效地改善了末级与末前级之间匹配。
那么，它从输出端口2和4反射到端口1的合成反射波为Vref= (Vrsm/2) S11 e (-iωt+iΘ+180) + (Vrsm/2) S11 e (-iωt+iΘ)=0 ，即表明，当正交耦合器输出端口2和4接相同负载时，返回到端口1的合成反射波抵消。
实际电路不会理想对称，合成反射波不会完全抵消，然而却能显著地改善末级与末前级之间匹配。
* 当某一MMIC放大块损坏时，另一放大块仍可正常工作（仅功率较原先降低6dB）。
隔离器- 该器件输入、输出阻抗在很宽频带内等于特性阻抗，并且正向传输损耗很小（通常0.5dB以下）而反向传输损耗很大（通常25dB以上），即有单向传输特性。
它常用在多级高增益放大器的输入、输出、级间电路吸收反射波改善匹配，使带内正向传输特性（如幅频特性、时延特性）更平坦，同时它又在很宽频带内产生反向损耗，减小后级对前级耦合，从而有效防止带内、带外自激。
其中末级输出隔离器还肩负输出负载开路保护作用。
末级耦合输出-用于输出功率监测。
3、高功放电气特性这里讨论的高功放，它是具体发射机的一部分，对电气指标要求以及指标项目规定完全取决于正机指标的规定和分配，它与商用说明书供用户选用参考的通用放大器所规定的指标和项目有所不同。
1）工作频段-是指放大器满足或优于所规定的电气性能时，实际所要求的工作频率范围。
（注：放大器是宽带部件，其3dB带宽较“工作频段”宽得多。
）2）额定输出功率-在规定的输入电平和满足传输线性条件下，在规定的负载上所要求的输出功率值。
为满足工作温度变化，通常以常温值为标准规定上、下限，如 P+0dB-2dB 。
输出功率是绝对值，单位用W,mw,dBm,dBw表示。
（注：在测试发射机额定输出功率指标时，必须在调制状态下用功率计测试，而高功放应在工作载波状态下用频谱仪测试。
）3）增益-放大信号输出与输入功率之比，它是相对量，通常用dB表示。
通常在中心频率额定输出电平下测量。
4） 幅频特性（或带内波动）-它定义为放大信号输出幅度随频率的变化量。
它用工作频率范围内最大输出幅度与最小幅度（用dB 单位）差值表示。
该差值即是用dB 表示的放大器输出幅度随频率变化的峰-峰值。
例如，要求带内波动小于等于0.3dB 时，可表示为ΔAp-p≤0.3dB。
应指出，该指标不计入幅度随温度的变化量。
当放大器件确定后，放大器幅频特性主要决定因素是输入、输出、级间匹配特性。
该参数利用矢量网络分析仪测量。
5） 传输（相对）时延（或传输相位特性）-它定义为放大信号通过放大器所需要的传输时间随频率的变化量。
它用工作频率范围内最大传输时间与最小传输时间（用ns,μs 单位）差值表示。
该差值即表示放大器传输（相对）时延峰-峰值。
例如，要求带内(相对)时延小于等于3ns 时，可表示为Δτp-p≤3ns。
应指出，该指标不计入时延随温度的变化量。
当放大器件确定后，时延主要决定输入、输出、级间电路匹配及电抗特性。
f hf lτmin τmax该参数利用矢量网络分析仪测量。
6） 噪声系数-定义输入信噪比与输出信噪比的比值，Nf =(Si/Ni)/ (So/No)Nf dB=10log(Nf)(注-噪声系数另种表示方法（它在卫星通信中常用），用噪声温度表示Tn,单位kelvin, 二者关系：Nf dB=10log(Tn/290+1) 。
)7） 杂散发射（Spurious emissions ）-尚未见到通用定义，具体定义及测试方法必须参照相应的技术标准。
Δτp-p=3ns例如，在英国邮电部（MPT1407）标准中，数字微波发射机杂散定义为：必要带宽以外频率发射（并且不包括由调制过程产生的必要带宽以外频率的发射），必要带宽定义为二倍的传输符号率。
同时指明必须在载波状态下测量。
尽管各系统杂散发射定义有所差异，但下述概念一致*杂散发射包括谐波发射、寄生（自激）发射、互调产物、变频产物，*杂散发射值用规定的参考带宽内平均功率表示，*用频谱仪测量。