高频电子电路第5章高频功率放大器全解
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高频电子线路(第五章 高频功率放大器)
①高效率输出 联想对比： ②高功率输出
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。
7
（3）高频功率放大器的种类
谐振功率放大器（学习重点）
特点是负载是一个谐振回路，功率放大增益可
以很大，一般用于末级； 不易于自动调谐。
宽带功率放大器（了解即可）
特点是负载是传输线变压器，可在很宽的频带
工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类 半导通角 c=180° c=90° 90° ＜c＜180° c＜90° 开关状态 理想效率 50% 78.5% 50%＜h＜78.5% h＞78.5% 负 载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路 应 用 低频 低频，高频 低频 高频 高频
90%~100%
由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振 荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起 动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。
34
问题二：半流通角θc通常多大合适?
如果θc取值过大，趋向甲类放大器，则效率 太低； 如果θc取值过小，效率虽然提高了，但输出 功率的绝对值太小（因为iC脉冲太低）； 这是一对矛盾，根据实验折中，人们通常 取
gC (vB VBZ )(当vB VBZ )
外部电路关系：
vB VBB Vbm cos t
v C V CC V cm cos t
31
（4）对2个问题的解释
问题一（可能会引起同学们困惑的问题）
为什么iC的波形时有时无,而输出的波形vo却能
是连续的?
问题二（有的题目已知条件不给θc,而解题 中又需要θc ）
通过LC回路,滤去无用分量，只留下 Icm1cosωt分量
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。
7
（3）高频功率放大器的种类
谐振功率放大器（学习重点）
特点是负载是一个谐振回路，功率放大增益可
以很大，一般用于末级； 不易于自动调谐。
宽带功率放大器（了解即可）
特点是负载是传输线变压器，可在很宽的频带
工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类 半导通角 c=180° c=90° 90° ＜c＜180° c＜90° 开关状态 理想效率 50% 78.5% 50%＜h＜78.5% h＞78.5% 负 载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路 应 用 低频 低频，高频 低频 高频 高频
90%~100%
由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振 荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起 动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。
34
问题二：半流通角θc通常多大合适?
如果θc取值过大，趋向甲类放大器，则效率 太低； 如果θc取值过小，效率虽然提高了，但输出 功率的绝对值太小（因为iC脉冲太低）； 这是一对矛盾，根据实验折中，人们通常 取
gC (vB VBZ )(当vB VBZ )
外部电路关系：
vB VBB Vbm cos t
v C V CC V cm cos t
31
（4）对2个问题的解释
问题一（可能会引起同学们困惑的问题）
为什么iC的波形时有时无,而输出的波形vo却能
是连续的?
问题二（有的题目已知条件不给θc,而解题 中又需要θc ）
通过LC回路,滤去无用分量，只留下 Icm1cosωt分量
《高频功率放大器,》课件
高频功率放大器的主要性能指标
包括功率增益、频率响应、效率、非线性失真等。
高频功率放大器端、输出端和放大元 件，如晶体管、MOSFET等。
放大器的工作原理
通过提供电流或电压信号来放 大输入信号。
高频功率放大器的特殊工 作方式
如开关型放大器和级联放大器。
高频功率放大器的分类
《高频功率放大器》PPT 课件
高频功率放大器是一种用于增强高频信号的电子设备。本课件将介绍高频功 率放大器的概念、应用领域、工作原理、分类、设计、仿真测试以及未来发 展趋势。
简介
什么是高频功率放大器?
高频功率放大器是一种用于增强高频信号的电子设备，可以提供高功率输出。
高频功率放大器的应用领域
广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信和无线电传输等领域。
放大器电路的优化设计
通过仿真和实验优化设计参数以提高性 能。
高频功率放大器的仿真与测试
仿真工具的选择
如SPICE仿真等，用于验证和优 化电路设计。
电路仿真的常用方法
如频率响应分析、时域响应分 析等。
高频功率放大器的测试方 法
如功率输出测试、谐波失真测 试等。
高频功率放大器的发展趋势
技术趋势
如宽带化、尺寸缩小等，提高性 能和便携性。
市场需求
如5G通信、物联网等领域的快速 发展。
未来发展方向
如高效能耗比、多模块设计等。
结论
1 高频功率放大器的重 2 高频功率放大器的应 3 高频功率放大器的挑
要性
用前景
战与机遇
在现代通信领域中起到至 关重要的作用。
随着相关技术的发展，将 会有更广泛的应用。
如热管理、高频干扰等。
按频段分类
如射频功率放大器、微波功 率放大器等。
包括功率增益、频率响应、效率、非线性失真等。
高频功率放大器端、输出端和放大元 件，如晶体管、MOSFET等。
放大器的工作原理
通过提供电流或电压信号来放 大输入信号。
高频功率放大器的特殊工 作方式
如开关型放大器和级联放大器。
高频功率放大器的分类
《高频功率放大器》PPT 课件
高频功率放大器是一种用于增强高频信号的电子设备。本课件将介绍高频功 率放大器的概念、应用领域、工作原理、分类、设计、仿真测试以及未来发 展趋势。
简介
什么是高频功率放大器?
高频功率放大器是一种用于增强高频信号的电子设备，可以提供高功率输出。
高频功率放大器的应用领域
广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信和无线电传输等领域。
放大器电路的优化设计
通过仿真和实验优化设计参数以提高性 能。
高频功率放大器的仿真与测试
仿真工具的选择
如SPICE仿真等，用于验证和优 化电路设计。
电路仿真的常用方法
如频率响应分析、时域响应分 析等。
高频功率放大器的测试方 法
如功率输出测试、谐波失真测 试等。
高频功率放大器的发展趋势
技术趋势
如宽带化、尺寸缩小等，提高性 能和便携性。
市场需求
如5G通信、物联网等领域的快速 发展。
未来发展方向
如高效能耗比、多模块设计等。
结论
1 高频功率放大器的重 2 高频功率放大器的应 3 高频功率放大器的挑
要性
用前景
战与机遇
在现代通信领域中起到至 关重要的作用。
随着相关技术的发展，将 会有更广泛的应用。
如热管理、高频干扰等。
按频段分类
如射频功率放大器、微波功 率放大器等。
高频电子电路_5.3_高频功率放大器的动态分析
动态曲线：
-UBB
ic gd (uce Uo )
C
•
•BZ U
ub
• • •• • gd
ubemax
gd
Uo
EC
uce
C
• Q•
uce
Ubm
ubemax
ucemin 可见动态特性曲线的斜率和负载 R P 有关， 放大器的工作状态将随负载的不同而变 U b 不变时，动态特性曲线与负载 RP 化。下面讨论当EC 、 E B 、 的关系。 u
若设： b
u Ub cost
输入端： uBE
EB Ub cost
+ ub + uBE
_
ic
+ uCE C Rp
t 输出端： uce EC Uc cos
由上两式消除cos t 可得： EC uce uBE EB U b Uc
EC uce , ic gc E U E b b B Uc U b Eb, EB gc U uce EC U c ( U ) gd uce U o b c
•
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二、高频功率放大器的负载特性
临 研究的问题： 界 区 Ic1
c1
当 ECU ， UBB， Ubm 不变， PD
Ico
c
临 界 区
ubemax
, UPC I C 1 , I C 0P o 1 c P D , Po , Pc 而 RP 变化时，与 的关系。 Rp R pc 欠压区 过压区 欠压区 过压区
注意：
ic
uce
Po Pocr ，效率 （1） 欠压区： ①临界状态输出功率最大 （ 2） 过压区： 也较高，可以说是最佳工作状态，常选此 状态为末级功放输出状态。过压状态，效 ic max 进 R PP 由小 IC下 入 过 压几乎不变 区 余 （略减少） 弦 脉 冲 顶 部 凹 ， 0 , IC 1 几乎 率高，但输出功率较小。 i c max I C 0 , I U C1I c1 I c 1 R P 几乎不变（略有上 U R P EC IC0 几 乎 不 变 c1 c1 P D 不 变 ②在欠压状态 I C 0 ， IC 1 几乎不变，功放相当于一个恒流源，而 1 1 IC1 U C1 P E I P U I I U 1 升） 1 C C 0 o C1 C 变化缓 c1 1 c1 c 2 2 I U C 0 C 0 P U I U c o C 1 C 1 PC PD Po C1 几乎不变，相当于一个恒压源。 过压状态 2 I E 2 co C 慢， PC PD Po 变化缓慢。
课件高频功率放大器ppt
放大器的基本组成
放大器由输入级、输出级和中间级 组成，其中输入级和输出级是关键 部分，直接影响放大器的性能。
高频放大器的特殊问题
01
02
03
频率响应
高频信号的频率较高，因 此高频放大器的频率响应 需要足够宽，以适应不同 频率的信号放大。
相位失真
由于高频信号的频率较高， 相位失真成为高频放大器 的一个重要问题，需要采 取措施进行补偿。
噪声系数是指放大器输出端的信噪比与输 入端的信噪比之比，是衡量放大器噪声性 能的重要指标。
动态范围是指放大器在保证一定信噪比的 前提下，能够放大的信号的最大幅度范围 ，是衡量放大器适应能力的重要指标。
03 电路分析
晶体管放大电路
01
晶体管放大电路的基本原理
晶体管放大电路利用晶体管的放大效应，将微弱的电信号放大成较强的
利用人工智能和机器学习技术 对高频功率放大器进行智能控 制和优化，提高其自适应能力 和稳定性。
多模多频段技术
研究多模多频段的高频功率放 大器，以满足不同通信标准和
频段的需求。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
高频功率放大器用于放大雷达发射的信号，提高雷达对目标的
探测能力。
距离测量
02
通过测量发射信号与接收回波的时间差，高频功率放大器有助
于提高雷达的距离测量精度。
速度测量
03
利用多普勒效应原理，高频功率放大器有助于提高雷达的速度
测量精度。ຫໍສະໝຸດ 音频处理系统中的应用1 2
音频放大
高频功率放大器用于放大音频信号，提供足够的 功率以驱动扬声器或其他音频输出设备。
应用场景
通信领域
高频功率放大器广泛应用于通信领域，如移动通信、卫星通信、光纤 通信等，用于信号的传输和放大。
放大器由输入级、输出级和中间级 组成，其中输入级和输出级是关键 部分，直接影响放大器的性能。
高频放大器的特殊问题
01
02
03
频率响应
高频信号的频率较高，因 此高频放大器的频率响应 需要足够宽，以适应不同 频率的信号放大。
相位失真
由于高频信号的频率较高， 相位失真成为高频放大器 的一个重要问题，需要采 取措施进行补偿。
噪声系数是指放大器输出端的信噪比与输 入端的信噪比之比，是衡量放大器噪声性 能的重要指标。
动态范围是指放大器在保证一定信噪比的 前提下，能够放大的信号的最大幅度范围 ，是衡量放大器适应能力的重要指标。
03 电路分析
晶体管放大电路
01
晶体管放大电路的基本原理
晶体管放大电路利用晶体管的放大效应，将微弱的电信号放大成较强的
利用人工智能和机器学习技术 对高频功率放大器进行智能控 制和优化，提高其自适应能力 和稳定性。
多模多频段技术
研究多模多频段的高频功率放 大器，以满足不同通信标准和
频段的需求。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
高频功率放大器用于放大雷达发射的信号，提高雷达对目标的
探测能力。
距离测量
02
通过测量发射信号与接收回波的时间差，高频功率放大器有助
于提高雷达的距离测量精度。
速度测量
03
利用多普勒效应原理，高频功率放大器有助于提高雷达的速度
测量精度。ຫໍສະໝຸດ 音频处理系统中的应用1 2
音频放大
高频功率放大器用于放大音频信号，提供足够的 功率以驱动扬声器或其他音频输出设备。
应用场景
通信领域
高频功率放大器广泛应用于通信领域，如移动通信、卫星通信、光纤 通信等，用于信号的传输和放大。
高频电子线路讲义5高频功率放大器PPT课件
过
gd
压
区 Vces
VCC vce
•Q
vcemin
2. 高频功放的负载特性
I cm 1 I c0
V cm
0
欠压
临 界
过压
Rp
Po
1 2
Vcm
I
cm1
c
Po P
P VCC Ic0
Pc P Po
0
欠压
临 界
过压
Rp
临界区
iC
过 压 区
欠压区
vbemax
vce
2. 高频功放的负载特性
I cm 1 I c0
iC cowstcoqsc iCmax 1coqsc
取决于脉冲高度iC max与通角qc
iC cowstcoqsc iCmax 1coqsc
取决于脉冲高度iC max与通角qc
iCIc0Icm 1cowtsIcm c2o2wst Icm nconw st
ic m ax
由傅里叶级数求系数，得
o
wt
w q IC 02 1 π qqcciC dtiC ma0 x(c) w q Icm n 1 π qqcciC co n ω s dtω iC manx (c)
临界：Po最大，ηc较高； 发射机末级 最佳工作状态
End
1. 改变ＶCC对工作状态的影响
q V0VCC Vcm cocs
当 Vbm 、 VBB 、 RP 不变时，动态特性曲线与 VCC 的关系。
V cm
I cm1 I c0
iC
iC
•• •
•
vbemax
0
过压
c
Po P
0
过压
临 界
欠压
gd
压
区 Vces
VCC vce
•Q
vcemin
2. 高频功放的负载特性
I cm 1 I c0
V cm
0
欠压
临 界
过压
Rp
Po
1 2
Vcm
I
cm1
c
Po P
P VCC Ic0
Pc P Po
0
欠压
临 界
过压
Rp
临界区
iC
过 压 区
欠压区
vbemax
vce
2. 高频功放的负载特性
I cm 1 I c0
iC cowstcoqsc iCmax 1coqsc
取决于脉冲高度iC max与通角qc
iC cowstcoqsc iCmax 1coqsc
取决于脉冲高度iC max与通角qc
iCIc0Icm 1cowtsIcm c2o2wst Icm nconw st
ic m ax
由傅里叶级数求系数，得
o
wt
w q IC 02 1 π qqcciC dtiC ma0 x(c) w q Icm n 1 π qqcciC co n ω s dtω iC manx (c)
临界：Po最大，ηc较高； 发射机末级 最佳工作状态
End
1. 改变ＶCC对工作状态的影响
q V0VCC Vcm cocs
当 Vbm 、 VBB 、 RP 不变时，动态特性曲线与 VCC 的关系。
V cm
I cm1 I c0
iC
iC
•• •
•
vbemax
0
过压
c
Po P
0
过压
临 界
欠压
高频电子线路第5章ppt课件
2
载波uc
已调波uAM
振荡器
倍频
高频 放大器
调制
话筒
调制信号 放大器 调制信号 uΩ
无线电通信发射机的组成框图
3
5.1.1 普通调幅波
所谓调制，就是使幅度、频率、或相位随调制信号 的大小而线性变化的过程。分别称为振幅调制、频率调 制或相位调制，简称调幅、调频和调相。
解调是调制的相反过程，即从已调波信号中恢复原 调制信号的过程。与调幅、调频和调相相对应，有振幅 解调、频率解调和相位解调，简称检波、鉴频和鉴相。
u A M =U cm (1+M acosΩ t)cosω ct
=U cm cosω ct+M a 2 U cm cos(ω c+Ω )t+M a 2 U cm cos(ω c-Ω )t
载波分量
上边带分量
下边带分量
电 压 振 幅
U Ωm
调幅波的频谱图
U cm
MaUcm / 2
MaUcm / 2
0Ω
ω c - Ω ω c ωc + Ω
过调幅失真
Ma >1
8
U m (t)= U c m (1+ M a c o sΩ t)
U m m ax=U cm (1+M a) Um m in=Ucm(1-M a)
包络的振幅为：
Um=Umm ax2 -Umm in=UcmM a
调制度
包络振幅
Ma 载波振幅
Um Ucm
9
3. AM调幅波的频谱及带宽
ω
u A M = U c m (1 + M a c o s Ω t)c o s ω c t
= U c m c o s ω c t+ M a 2 U c m c o s ( ω c + Ω ) t+ M a 2 U c m c o s ( ω c -Ω ) t
载波uc
已调波uAM
振荡器
倍频
高频 放大器
调制
话筒
调制信号 放大器 调制信号 uΩ
无线电通信发射机的组成框图
3
5.1.1 普通调幅波
所谓调制，就是使幅度、频率、或相位随调制信号 的大小而线性变化的过程。分别称为振幅调制、频率调 制或相位调制，简称调幅、调频和调相。
解调是调制的相反过程，即从已调波信号中恢复原 调制信号的过程。与调幅、调频和调相相对应，有振幅 解调、频率解调和相位解调，简称检波、鉴频和鉴相。
u A M =U cm (1+M acosΩ t)cosω ct
=U cm cosω ct+M a 2 U cm cos(ω c+Ω )t+M a 2 U cm cos(ω c-Ω )t
载波分量
上边带分量
下边带分量
电 压 振 幅
U Ωm
调幅波的频谱图
U cm
MaUcm / 2
MaUcm / 2
0Ω
ω c - Ω ω c ωc + Ω
过调幅失真
Ma >1
8
U m (t)= U c m (1+ M a c o sΩ t)
U m m ax=U cm (1+M a) Um m in=Ucm(1-M a)
包络的振幅为：
Um=Umm ax2 -Umm in=UcmM a
调制度
包络振幅
Ma 载波振幅
Um Ucm
9
3. AM调幅波的频谱及带宽
ω
u A M = U c m (1 + M a c o s Ω t)c o s ω c t
= U c m c o s ω c t+ M a 2 U c m c o s ( ω c + Ω ) t+ M a 2 U c m c o s ( ω c -Ω ) t
高频功率放大器概要课件
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。
• 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。
第章高频功率放大器
第一章高频功率放大器概述高频功率放大器是一种专用放大器，主要用于放大高频信号以改善信号传输和处理的效果。
高频信号在传输过程中容易受到噪声和信号衰减等影响，因此需要使用高质量的放大器来解决这些问题。
高频功率放大器通常用于广播、通信、雷达和医学设备等领域。
在这些应用场合中，高频信号需要被放大到足够高的水平以保证其正常工作。
然而高频信号的放大并不是一件简单的事情，因为高频信号具有特别的特性，需要专门的技术和设备才能处理。
第二章高频功率放大器的原理高频功率放大器的工作原理类似于普通放大器，但它需要更多的细节和技巧。
以下是高频功率放大器的工作原理。
2.1 放大器基本原理放大器的基本原理是将输入信号增加到一个可控范围内的输出信号。
在高频功率放大器中，输入信号是原始高频信号，输出信号是经过放大和处理后的高频信号。
在放大器中，晶体管是主要的放大器元件，因为它们以高速工作，且具有稳定的放大特性。
2.2 高频功率放大器的原理高频功率放大器的原理类似于普通放大器的原理，主要包括功率放大和线性放大两种模式。
功率放大模式将输入信号的强度直接放大到最大，保证输出信号的功率尽可能大。
这种模式下的放大器通常用于发射机和雷达等应用场合。
线性放大模式将输入信号的强度放大到一个可以被处理的范围内，以保持输出信号的线性特性。
这种模式下的放大器通常用于接收机和信号处理器等领域。
第三章高频功率放大器的性能指标高频功率放大器的性能指标是衡量其性能和质量的标准，以下是几个常见的指标：3.1 频率响应频率响应表示放大器对于不同频率的输入信号的响应能力，它直接影响着信号的传输和处理效果。
3.2 增益增益表示输出信号与输入信号之间的增加比例，越高的增益意味着越大的信号输出。
3.3 噪声系数噪声系数是指输入信号和输出信号之间的信噪比，噪声越小，信噪比越高，放大器的效果就越好。
3.4 带宽带宽是指在特定的频率范围内，放大器能够保持其放大性能的能力，带宽越宽，放大器的应用范围就越广。
高频功率放大 器
iC
乙类（ θ＝90◦）
iC
0
ωt
2θ
丙类（ θ<90◦）
iC
0 2θ
0
ωt
ωt
2θ
第5章高频功率放大器-3
5.1 概述
3. 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
第5章高频功率放大器-5
“高频电子线路”是通信工程、电子信息 工程等电子信息类专业重要的专业基础课程， 有很强的理论性、工程性和实践性，在电子 信息类专业中，具有非常重要的地位。
第5章高频功率放大器-6
课程前后联系：
通信原理
高频
高数 概率论 电路 信号
低频
第5章高频功率放大器-7
本门课程所研究的对象及课程任务:
第5章高频功率放大器-12
5.2 高频谐振功率放大器的工作原理 主要要求：
理解谐振功放的电路组成，掌握其工作原理 掌握丙类谐振功放输出功率、管耗和效率的计算。
第5章高频功率放大器-13
5.2.1 谐振功率放大器的基本组成及工作原理
1. 基极偏置电压
iC
iB
+
为使放大器工作于丙类 +
vi -
VBB<0
第5章高频功率放大器
主要内容： 高频功率放大器的功能、类型，并与低频功率放大器进行简单比较； 丙类谐振功率放大器的工作原理、工作状态、性能指标、电路组成
基本概念： 功率与效率 动态负载线 欠压，临界，过压，负载特性 集电极调制特性与基极调制特性
乙类（ θ＝90◦）
iC
0
ωt
2θ
丙类（ θ<90◦）
iC
0 2θ
0
ωt
ωt
2θ
第5章高频功率放大器-3
5.1 概述
3. 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
第5章高频功率放大器-5
“高频电子线路”是通信工程、电子信息 工程等电子信息类专业重要的专业基础课程， 有很强的理论性、工程性和实践性，在电子 信息类专业中，具有非常重要的地位。
第5章高频功率放大器-6
课程前后联系：
通信原理
高频
高数 概率论 电路 信号
低频
第5章高频功率放大器-7
本门课程所研究的对象及课程任务:
第5章高频功率放大器-12
5.2 高频谐振功率放大器的工作原理 主要要求：
理解谐振功放的电路组成，掌握其工作原理 掌握丙类谐振功放输出功率、管耗和效率的计算。
第5章高频功率放大器-13
5.2.1 谐振功率放大器的基本组成及工作原理
1. 基极偏置电压
iC
iB
+
为使放大器工作于丙类 +
vi -
VBB<0
第5章高频功率放大器
主要内容： 高频功率放大器的功能、类型，并与低频功率放大器进行简单比较； 丙类谐振功率放大器的工作原理、工作状态、性能指标、电路组成
基本概念： 功率与效率 动态负载线 欠压，临界，过压，负载特性 集电极调制特性与基极调制特性
高频电子线路 第五章_高频功率放大器_第五版.
– + VBB
故晶体管的转移特性曲线： Vbm cosθc VBB VBZ 第二节 故得： cosθc
ic 转移 特性 ic max –VBB +c o – c Vbm
m
VBB VBZ Vbm
ic
理想化 o VBZ eb vb –c o +c
t
VBmax
t
谐振功率放大器各部分的电压与电 流的波形图 第二节
二、集电极余弦电流脉冲的分解 第三节 当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状 态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。适用 于欠压或临界状态。
晶体管的内部特性为：ic gc (eb VBZ ) 它的外部电路关系式 eb VBB Vbm cosωt
ec VCC Vcm cosωt ic gc (VBB Vbm cosωt VBZ )
R
2 LC 1，于是上式化简为： 到
– + VBB
ZP nω
第二节
n QL p jp 2 1 n 1 Q jnC nL nC n ZP ω j 2 n 1 Q
2 2
nL
ZP nω 绝对值与基频谐振阻抗的比值等于：ZP ω
VCC ec eb VBB Vbm Vcm
而晶体管的内部电流电压关系式为 ic gc (eb VBZ )
得出在ic~ ec坐标平面上的动态特性曲线方程：
(VCC ec ) i c g c VBB Vbm VBZ Vcm Vbm VbmVCC VBZVcm VBBVcm gc V ec V bm cm
第二节
谐振功率放大器的工作原理
高频功率放大器的电路组成
19
( r1
r
)
r r1 r
(M )2 r1RA (M
)2
16
设: 故有:
Rp
L1 C1r1
Q0
L1
r1
Rp
L1 C1(r1 r )
QL
L1
r1 r
k
r r1 r
1 r1 r1 r
1
Rp Rp
1 QL Q0
从回路传输效率高的观点来看，应使QL尽可能地小。 但从要求回路滤波作用良好来考虑，则QL值又应该 足够大。从兼顾这两方面出发，QL值一般不应小于 10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。
18
对于中间级应采取如下措施： 1) 使中间级放大器工作于过压状态，使它近似为 一个恒压源。 2) 降低级间耦合回路的效率。 回路效率降低后，其本身的损耗加大。这样下级输 入阻抗的变化相对于回路本身的损耗而言就不显得 重要了。中间级耦合回路的效率一般为k=0.1～0.5， 平均在0.3上下。也就是说，中间级的输出功率应为 后一级所需激励功率的3～10倍。
9
1. 输出匹配网络 输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其 他负载间的网络。 这种匹配网络有L型、型、T型网络及由它们组成的 多级网络，也有用双调谐耦合回路的。
10
输出匹配网络的主要功能与要求
（1）匹配：使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗 相匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大。 （2）滤波：抑制工作频率范围以外的不需要频率。 （3）高效率：在几个电子器件同时输出功率时，保 证它们都能有效地传送功率到负载，同时又尽可能地 使这几个电子器件相互隔离，互不影响。
6
2. 基极馈电电路
并馈
串馈
( r1
r
)
r r1 r
(M )2 r1RA (M
)2
16
设: 故有:
Rp
L1 C1r1
Q0
L1
r1
Rp
L1 C1(r1 r )
QL
L1
r1 r
k
r r1 r
1 r1 r1 r
1
Rp Rp
1 QL Q0
从回路传输效率高的观点来看，应使QL尽可能地小。 但从要求回路滤波作用良好来考虑，则QL值又应该 足够大。从兼顾这两方面出发，QL值一般不应小于 10。在功率很大的放大器中，QL也有低到10以下的。
18
对于中间级应采取如下措施： 1) 使中间级放大器工作于过压状态，使它近似为 一个恒压源。 2) 降低级间耦合回路的效率。 回路效率降低后，其本身的损耗加大。这样下级输 入阻抗的变化相对于回路本身的损耗而言就不显得 重要了。中间级耦合回路的效率一般为k=0.1～0.5， 平均在0.3上下。也就是说，中间级的输出功率应为 后一级所需激励功率的3～10倍。
9
1. 输出匹配网络 输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其 他负载间的网络。 这种匹配网络有L型、型、T型网络及由它们组成的 多级网络，也有用双调谐耦合回路的。
10
输出匹配网络的主要功能与要求
（1）匹配：使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗 相匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大。 （2）滤波：抑制工作频率范围以外的不需要频率。 （3）高效率：在几个电子器件同时输出功率时，保 证它们都能有效地传送功率到负载，同时又尽可能地 使这几个电子器件相互隔离，互不影响。
6
2. 基极馈电电路
并馈
串馈
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Vbm gd gc ; Vcm
ic •
V0 VCC Vcm cosqc
Vcm I cm1Rp
A
gd
VCC Vo vcmin Vcm
vce
•
Q
qc
临界区
欠压区
vbemax
I cm1 I c0
iC
过 压 区
临 界 过压
0
Vcm
欠压
Rp
vce
1 Po Vcm I cm1 2
0
Po P P VCC I c0
(b)乙类 class-B amplifier
(c)甲乙类 class-AB amplifier
(d)丙类 class-C amplifier
5. 效率与失真矛盾的解决
丙类 (C 类 ) 放大器的效 率最高，但 是波形失真 也最严重。
iC I c0 I cm1 sin t I cm2 sin 2t I cmn sin nt
v BE VBB Vbm cost
或电压 电流
iC
v
V CC
iC
v bE max
t
－ V BB
vBE
V bm
1. iC 与vBE同相，与vCE反相； 2. iC 脉冲最大时，vCE最小； 1 T Pc i C v CE dt T 0 3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小；
1 π
图6.3.3 尖顶余弦脉冲
I cmn
q
q c
c
iC cos nωω dt iC max n (q c )
其中：尖顶余弦脉冲的分解系数
sin q c q c cosq c 0 (q c ) (1 cosq c )
qc cosqc sin qc 1 (qc ) (1 cosqc )
3 140 100 20 40 60 80 120 160 180 qc
尖顶脉冲的分解系数
分析基波分量Icm1、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。
Po 1 Vcm I cm1 1 1 (q c ) 1 c g1 (q c ) n 1 P 2 VCC I c0 2 n (q c ) 2 0
iC=gcrvCE
图 6.3.1
晶体管的输出特性及其理想化
iC =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ)
图 6.3.2 晶体管静态转移特性及其理想化
i B / iC
iC
转移 特性
集电极余弦脉冲电流：
iC =gc(vBE–VBZ) (vBE ＞VBZ)
t
VBB
- qc
+ qc
理想化 0 V BZ
分析基波分量Icm1、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。
1 n 0
当qc≈120时，Icm1/iCmax最 大。在iCmax与负载阻抗Rp 为某定值的情况下，输出 功率将达到最大值。但此 时放大器处于甲乙类状态， 效率太低。
1 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1.0 2 2.0 0 1 0
1. 高频功放的动态特性
通过折线近似分析法定性分析其动态特性，首先，建 立由Rp和VCC 、VBB、Vbm 所表示的输出动态负载曲线。
iC gcVbm cost cosqc
cosqc VBB VBZ Vbm
v CE VCC Vcm cost
Vbm iC gc V v CE VCC Vcm cosq c gd v CE V0 cm
cosqc
VBB VBZ Vbm
Vcm I cm1Rp
集电极效率η c和输出功率Po能否最佳实现,最终取 决于功放中外部电路参数Rp和电压 VBB、Vbm 、 VCC 。
因此，下面分析四个参数Rp和电压VCC 、VBB、 Vbm的变化对工作状态的影响，即谐振功放的动态特 性，从而阐明各种工作状态的特点，为工作状态的调 整提供参考。
vBE vbe
vbemax1
• VCC
t
vce
•Q
VBB绝对值增加等效于减少 Vbm，两者都会使vbemax产生相同的变化
基极调幅作用是通过改变ＶBB来改变Ｉcm1与Ｐo才能
例6.3.1 有一个用硅NPN外延平面型高频功率管3DA1做成 的谐振功率放大器，设已知ＶCC＝24Ｖ，Ｐｏ＝２Ｗ，工作 频率＝１MHz。试求它的能量关系。由晶体管手册已知其 有关参数为fＴ≥70MHz ，Ap（功率增益）≥13 dB，ＩCmax ＝750ｍＡ,ＶCE(sat)(集电极饱和压降)≥1.5Ｖ,ＰCM＝１W。 解：１）由前面的讨论已知，工作状态最好选用临界状态。 作为工程近似估算，可以认为此时集电极最压
临 界
R
Ropt
p
结论：
图6.3.7 负载特性曲线
欠压：恒流，Vcm变化，Po较小，ηc低，Pc较大； 过压：恒压，Icm1变化，Po较小，ηc可达最高； 中间放大级 临界：Po最大，ηc较高； 发射机末级 最佳工作状态
1. 改变ＶCC对工作状态的影响
当 Vbm 、 VBB 、 RP 不变时，动态特性曲线与 VCC 的关系。
v Cmin v CE(sat) 1.5V
Vcm VCC v Cmin 24 1.5V 22.5V
2）
2 (22.5) 2 Vcm Rp 126.5 2Po 2 2
Vcm 22.5 I cm1 A 0.178A 178mA Rp 126.5
c
Pc P Po
过压
欠压
临 界
Rp
1 Vcm I cm1 1 c g1 (q c ) 2 VCC I c0 2
I cm1
I c0
1 Po Vcm I cm1 2
Po c P P VCC I c0
0
Vcm
欠压
临 界
Pc P Po
过压
过压
iC iCmax
cost cosq c 1 cosq c
ic max o 2qc t
iC I c0 I cm1 cost I cm2 cos2t I cmn cosnt
由傅里叶级数求系数，得
IC0 1 q c iC dt iC max 0 (q c ) q 2π c
0.5fβ fβ 0.2fT fT
故直接进行高频区或中频区的分析 和计算是相当困难的。本节将从低频区 的静态特性来解析晶体管的高频功放的 工作原理。
为了对高频功率放大器进行定量分析与计算， 关键在于求出电流的直流分量Ic0与基频分量Icm1。 最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角 θc的关系，以便于电路设计和调试时，对放大器工 作状态的选择指明方向。 考虑到谐振功率放大器工作于丙类（非线性、 大信号）状态，采取图解法与数学解析分析相折中 的办法：折线近似分析法。
由曲线可知：极端情况qc=0时： 0.3
I cm1 iC max1 (0) 0
如果此时=1，c可达100%。
3 140 100 20 40 60 80 120 160 180 qc
图6-9 尖顶脉冲的分解系数
为了兼顾功率与效率，最佳通 角取70左右。
I cm1 iC max1 (qc )
=gc(Vbmcosωt–VBZ－VBB) =gcVbm (cosωt–cos qc) 当t= qc时，iC= 0
v be
v
be
- qc o + qc
0
V bm
v BE VBB Vbm cost
t
当t=0时，iC= iC max = gcVbm(1–cos qc)
取决于脉冲高度iC max与通角qc
解：3）选qc=70o， 0 (qc ) 0.253
1 (qc ) 0.436
I cm1 178 4） i mA 408mA 750mA C max 1 (qc ) 0.436
未超过电流安全工作范围。 5） I cm0 iCmax0 (qc ) 408 0.253mA 103mA 6） P VCC Ic0 24103103 W 2.472W
(b)
电路正常工作（丙类、谐振）时， 外部电路关系式：
v BE VBB Vbm cost
v CE VCC Vcm cost
I cmn cosnt
iC I c0 I cm1 cost I cm2 cos2t
直流功率： P==VCC Ic0 输出交流功率：
(q ) q cosq c sin q c g1 (q c ) 1 c c 0 (q c ) sin q c q c cosq c
(q ) g1 (q c ) 1 c 2 0 (q c )
1 0.5 0.4 0.2 0.1 0 2.0 1.0 0 1 0 2
Vcm
I cm1 I c0
0
iC
iC • •
•
vbemax
•
欠压
过压
P c o P
临 界
V CC
•
VCC VCC VCC
P VCC I c0 Pc P Po
1 Po Vcm I cm1 2
欠压
t
vce
•Q •Q •Q
集电极调幅作用是通过改变 VCC来改变Ｉcm1与Ｐo才能实现的，
1. 掌握高频功率放大器的工作原理 2. 掌握高频功率放大器的折线近似分析法 3. 熟悉高频功率放大器的电路组成原则与匹配 网络的计算 4. 掌握传输线变压器的工作原理 5. 了解倍频器的工作原理 6. 理解放大器的欠压、临界、过压三种工作状态