第7讲_高频 功率放大器实际电路(完整版)
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高频功率放大器电路
h
3
3.2 谐振功率放大器的工作原理
3.2.1 基本工作原理
图3.1 高频谐振功率放大器原理电路图
h
4
设输入信号 ui Uimcost ，从图3.1(c)电路可见，晶 体管基极与发射机之间的电压为：
u B E V B B u i V B B U im co t s（3.1）
VBB本身包含正负号。晶体管集电极与发射极之间的 电压为：
（3.22）
集电极耗散功率PC等于直流功率PD与交流功率Po之差，即：
PC PDPo
（3.23）
定义集电极效率为：
CP P D o 2 1IIcC10m U VC cm C 2 1g1()
（3.24）
h
16
其中， U cm
V CC
称为集电极电压利用系数， 1 。
g1()IIcC10m01(()) 称为波形系数。
h
14
图3.5 余弦脉冲电流分解系数
h
15
3.2.3 输出功率与效率
放大器输出的交流功率等于集电极基波电流分量在负
载Re上的平均功率，即：
Po2 1Ic1U mcm2 1Ic21R me U 2c2eR m
（3.21）
电源输入的直流功率PD等于集电极直流分量IC0与VCC的乘
积，即：
PD IC0VCC
iCIC0 Icnm const n1
（3.14）
其中IC0为直流分量，Icnm为基波及各次谐波的振幅。应用 数学中求傅立叶级数的方法可以求出各个分量，它们都是
的函数。
h
11
IC0
1
2
iCdt
1
2
iCdt
1
2
《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。
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。
高频电子线路高频功率放大器教学课件PPT
工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高 频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种 分析法。
对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流 的直流分量Ic0和基频分量Icm1。
14
折线分析法的主要步骤：
1、测出晶体管的转移特性曲线ic~ eb及输出特性曲线ic~ ec， 并将这两组曲线作理想折线化处理
ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+……
11
直流功率： PDC Vcc Ic0
输出交流功率：
Po
1 2
Vcm
Icm1
Vc2m 2R p
1 2
I c2m1R
p
Vcm 回路两端的基频电压
Icm1 基频电流
Rp
回路的谐振阻抗
放大器的集电极效率：
hc
Po PDC
1 2
为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解 这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。
23
当放大器工作于谐振状态时，它的外
部电路关系式为
ic
eb= –VBB+Vbmcost
ec= VCC–Vcmcost
消去cost可得，
eb=
–VBB+Vbm
VCC Vcm
ec
另一方面，晶体管的折线化方程为
正好落在临界线上。
18
三、集电极余弦电流脉冲的分解
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。这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+Vbmcost
对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流 的直流分量Ic0和基频分量Icm1。
14
折线分析法的主要步骤：
1、测出晶体管的转移特性曲线ic~ eb及输出特性曲线ic~ ec， 并将这两组曲线作理想折线化处理
ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+……
11
直流功率： PDC Vcc Ic0
输出交流功率：
Po
1 2
Vcm
Icm1
Vc2m 2R p
1 2
I c2m1R
p
Vcm 回路两端的基频电压
Icm1 基频电流
Rp
回路的谐振阻抗
放大器的集电极效率：
hc
Po PDC
1 2
为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解 这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。
23
当放大器工作于谐振状态时，它的外
部电路关系式为
ic
eb= –VBB+Vbmcost
ec= VCC–Vcmcost
消去cost可得，
eb=
–VBB+Vbm
VCC Vcm
ec
另一方面，晶体管的折线化方程为
正好落在临界线上。
18
三、集电极余弦电流脉冲的分解
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。这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+Vbmcost
第7讲_高频 功率放大器实际电路(完整版)
C1
R1
C2
R 2 = RL
10 144 10
2
1
(1
50 10 8 . 75
) 22 . 6 Ω
注意，考虑到晶体管的输出电容Co后，C1应减去Co 网络匹配时，R1'= R2' 之值，才是所需外加的调谐电容值。一般，当L1确 定之后，用C2主要调匹配，用C1主要调谐振。 改写为： 实际还有其它各种形式的匹配网络。分析方法 都很类似，即从匹配与谐振两个条件出发，再加上 解之得： 一个假设条件(通常都是假定Q1值)，即可求出电路 元件的数值。
不方便，
Ieo
LB
IBO
CB
LB
IBO
+
LB UBB Re
-
CE
UBB
RB
3.4 利用电抗网络的阻抗匹配和谐波滤波
电抗网络只由无损耗电抗元件组成，电抗网络 不消耗功率，因为电阻元件将导致耦合网路中的功 率消耗。 电抗网络可以用来在窄频范围内匹配阻抗。
在给定频率处电阻和电抗的串联等效于并联 jXs Zi Rs
ICO交流通路 ICn交流通路 C1 直流通路
VT VT VT LC LC LC C C C LC LC LC EC EC EC CC CC CC
CC1 CC1 L uc1 uc1 uc1
L L
EC EC
高频扼流圈：通直流阻交流 Cc ： 高 频 旁 路 电 容 ： 通 交 流 隔 直 流 Cc1 ： 隔 直 电 容 ： 通 交 流 隔 直 流 iC频谱
2 2
[( U m u ces ) cos t u ces ]d t
2
(U m u ces ) u ces E c
R1
C2
R 2 = RL
10 144 10
2
1
(1
50 10 8 . 75
) 22 . 6 Ω
注意，考虑到晶体管的输出电容Co后，C1应减去Co 网络匹配时，R1'= R2' 之值，才是所需外加的调谐电容值。一般，当L1确 定之后，用C2主要调匹配，用C1主要调谐振。 改写为： 实际还有其它各种形式的匹配网络。分析方法 都很类似，即从匹配与谐振两个条件出发，再加上 解之得： 一个假设条件(通常都是假定Q1值)，即可求出电路 元件的数值。
不方便，
Ieo
LB
IBO
CB
LB
IBO
+
LB UBB Re
-
CE
UBB
RB
3.4 利用电抗网络的阻抗匹配和谐波滤波
电抗网络只由无损耗电抗元件组成，电抗网络 不消耗功率，因为电阻元件将导致耦合网路中的功 率消耗。 电抗网络可以用来在窄频范围内匹配阻抗。
在给定频率处电阻和电抗的串联等效于并联 jXs Zi Rs
ICO交流通路 ICn交流通路 C1 直流通路
VT VT VT LC LC LC C C C LC LC LC EC EC EC CC CC CC
CC1 CC1 L uc1 uc1 uc1
L L
EC EC
高频扼流圈：通直流阻交流 Cc ： 高 频 旁 路 电 容 ： 通 交 流 隔 直 流 Cc1 ： 隔 直 电 容 ： 通 交 流 隔 直 流 iC频谱
2 2
[( U m u ces ) cos t u ces ]d t
2
(U m u ces ) u ces E c
高频功率放大器电路图
高频功率放大器电路图发布: 2011-9-8 | 作者: —— | 来源:zhouhuajun| 查看: 507次| 用户关注：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，这是无线电发射机中的重要组成部分。
根据放大器电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁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=180，效率η最高也只能达到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，这是无线电发射机中的重要组成部分。
根据放大器电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁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=180，效率η最高也只能达到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。
图3-1 高频功率放大器图3-1 为由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路，其中VT1组成甲类功率放大器，晶体管VT2 组成丙类谐振功率放大器，这两种功率放大器的应用十分广泛，下面介绍它们的工作原理及基本关系式。
1、甲类功率放大器1）静态工作点如图3-1 所示，晶体管VT1 组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。
其中RB1、RB2为基极偏置电阻；RE1 为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。
RF1为交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。
电路的静态工作点由下列关系式确定：uEQ=IEQ（RF1+RE1）≈ICQRE1 （3-1）式中，RF1 一般为几欧至几十欧。
ICQ=βIBQ （3-2）uBQ=uEQ+0.7V （3-3）uCEQ=Ucc- ICQ（RF1+RE1）（3-4）2）负载特性如图3-1 所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定,两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P0 可表示为：P0 = PH′/ηB （3-5）式中，PH′为输出负载上的实际功率，ηB 为变压器的传输效率，一般为ηB=0.75~0.85。
高频电子线路高频功率放大器的实际线路
第四节 高频功率放大器的实际线 路
９１
图３－２９ 几种常 见的 ＬＣ 匹配 （ａ） Ｌ型；（ｂ） Ｔ型 ；（ｃ）π型
网络 （负载电阻 Ｒｐ 与 Ｘｐ 并联） 与Ｌ－Ⅱ型网络 （负载电阻 Ｒｓ 与 Ｘｓ 串联） 两 种，如图３－３０ 所示。 网络 中 Ｘｓ 和 Ｘｐ 的分 别 表 示 串 联 支 路 和 并 联 支 路 的 电
滤波电容；直流电源将被输出回路的电感短路，加隔直电容。 正确线路如图３－２８（ｂ） 所示。
二、输出匹配网 络
高频功放的级与级之间或功放与负载之间是用输出匹配网络连接的，一般 用双端口网络来实现。该双端口网络应具有这样的几个特点：①以保证放大器 传输到负载的功率最大，即起到阻抗匹配的作用；②抑制工作频率范围以外的 不需要频率，即有良好的滤波作用；③大多数发射机为波段工作，因此双端口 网络要适应波段工作的要求，改变工作频率时调谐要方便，并能在波段内都保 持较好的匹配和较高的效率等。 常用的 输出 线路主 要有 两种 类型：ＬＣ 匹 配网 络和耦合回路。
抗，两者性质相异。
对于 Ｌ－Ⅰ型网络有
Ｒ′ｓ＝１＋１Ｑ２ Ｒｐ （３－３２ａ）
Ｘ′ｓ＝１＋Ｑ２Ｑ２ Ｘｐ （３－３２ｂ）
Ｑ＝｜ＲＸｐｐ｜
（３－３２ｃ）
由此可 见，在 负 载 电 阻 Ｒｐ 大 于 高
图 ３－３０ Ｌ型匹配网 络
（ａ） Ｌ－ Ⅰ 型 网 络 ；（ｂ） Ｌ－Ⅱ 型 网 络
频功放要求的最佳负载阻抗 ＲＬｃｒ时，采用 Ｌ－Ⅰ型网络，通过调整 Ｑ 值，可以
图３－２６（ｂ） 中 晶体 管、电 源、谐 振回 路 三者 是 并联 联 接的， 故 称为 并 联馈电线路。由于正确使用了扼流圈 ＬＢ和耦合电容 ＣＢ，图３－２６（ｂ） 中 交流 有交流通路、直流有直流通路、并且交流不流过直流电源。
高频功率放大器电路原理图
高频功率放大器电路原理图高频功率放大器电路原理图为了在较宽的通带内使功率放大器增益相对稳定,电路由甲类、丙类两级功率放大器组成。
甲类功率放大器的输出信号作为丙类功率放大器的输入信号,丙类功率放大器作为发射机末级功率放大器以获得较大的输出功率和较高的效率。
电路原理如图1所示。
根据设计要求和晶体管实际参数,采用Philip s公司的NPN型高压晶体管2N5551作为放大管,三极管Q1、电感L1、电容C2组成甲类功率放大器,工作在线性放大状态。
三极管Q2和由电感L3、电容C7、C6构成的负载回路组成丙类功率放大器。
R1、R2、R3、R4 组成第1 级静态偏置电阻,调节R2、R3可改变放大器的增益。
L1、C2组成一级调谐回路,L2、R5、C4组成的部分在丙类功率放大器基极处产生负偏压馈电, R7为射级反馈电阻,调整R7 可改变丙类功率放大器的增益。
C6、C7、L3组成末级调谐回路, C6 用来微调谐振频率以获得最佳工作状态。
C8、C9和L4 组成滤波回路,起到改善波形的作用。
R9和C10、R11和C11以及R8和C12均为负载回路外接电阻。
集电极可选择连接不同的负载。
当基极输入的正弦信号频率取值在L1、C2 谐振频率附近时,集电极输出正弦信号电压增益最大。
C5为射级旁路电容,有效地控制了可能由于射级电阻R3、R4过大而引起电压增益下降的问题。
当甲类功率放大器输出信号大于丙类功率放大器三极管Q2的be间负偏压时, Q2才导通工作。
当L3、C7处谐振频率与从甲类功率放大器集电极获得的放大输出正弦信号的频率一致时,丙类功率放大器工作于谐振状态,集电极将获得最大的电压增益,达到功率放大的目的。
(责任编辑：电路图)。
高频功率放大器电路
iCIC0 Icnm const n1
（3.14）
其中IC0为直流分量，Icnm为基波及各次谐波的振幅。应用 数学中求傅立叶级数的方法可以求出各个分量，它们都是
的函数。
h
11
IC0
1
2
iCdt
1
2
iCdt
1
2
iCm ax
cost cos (1 cos )
dt
iCm ax
1
sin cos (1 cos )
gcU im (1 iC cm o)asx
h
10
这样，
co t sco s iCiCm a(1 x co)s
u B E V BZ
（3.13）
i C 0
u B V E BZ
式（3.13）是以 和iCmax为自变量的iC的表达式。上式实 质上就是式（3.3）尖顶电流脉冲的数学表达式，利用傅 立叶级数可展开为：
h
29
3.4谐振功率放大器电路与设计
前面，我们对谐振功率放大器的原理电路进行了分析， 但实际的谐振功率放大器电路，往往要比原理电路复杂得 多。它通常包括直流馈电（包括集电极馈电和基极馈电） 和匹配网络（包括输入匹配网络和输出匹配网络）两个部 分，现分别介绍如下。
3.4.1直流馈电电路
1.集电极馈电线路 集电极馈电可分为两种形式，一种为串联馈电，另一种 为并联馈电。
(1)串联馈电 集电极串联馈电是一种在电路形式上直流电源VCC，集电
极负载谐振回路，晶体管c,e三者为串联连接的馈电方式， 如图3.15所示。
h
30
图3.15 集电极串馈电路
LC和CC的取值在实际工程中需满足：
LC
(5~10) 1
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C CES c1 c2 1
C
C
c1
1
L
b1
i
2
c2
L
b2
2. 输出功率及效率计算 uA为矩形方波，用傅里叶级数展开后可求得其基波 u 分量的振幅为 ： E 4 UA1m≈ π EC
A C
VT1管电流ic1 (或VT2管 电流ic2)的直流电流为：
ID 1 RLT
T
UCES
EC-2UCES ωt
在大功率输出级，T型、Π 型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。
L1
C2
R1
C1
C2
R2
R1
C1
L1
R2
(a)
两种Π型匹配网络
(b)
图中的R2一般代表终端(负载)电阻，R1则代表由R2折合到左端的等效 电阻，现以 (a)为例进行计算公式的推导 L1 将并联回路R1C1 与R2C2 变换为串联形式，由 C1 ' C2 ' 串、并联阻抗转换公式可得 2
2 p 2 p
Zi
p p
jXp
Rp
2 p 2 2 p
Rp
Z i R s jX s Rs Xs X
2 p 2 p 2 p
jR p X
R p jX
X
2 p
R X
Rp j
R X
X
p
R X Rp
2 p 2
Rp
（1）
p
R X
2 p
X
（2）
串联电抗等效并联电抗的属性一致
同理：在给定频率处电阻和电抗的并联等效于串联 jXs
ic1
ID
2
4EC π
2
sin t d t
4EC π RL
2
ic2
ωt
0
电源供给的直流功率：PD=2 EC ID
PD 8EC π RL
2 2
uL
ωt
放大器的输出功率Po为 ； 效率η=Po／PD =100％ 实际晶体管的饱和压降不可能为零，又考虑到管子结电 容、电路分布电容的影响(使管压降波形uA有一定上升沿和下 降沿)，从而使D类功放的效率小于100％，典型值大于90％。
R p 50 X s 20 10 X s
2 2
j25.1 Ω
50 Ω
无损 匹配 网络
10 Ω
10
这样通过于负载串联一个-j5.1 Ω （1.56pF）的容抗可以使Xs的电抗为 20 Ω ，此时等效并联电阻为50 Ω ， 等效并联电抗为： 2 2
X
p
10 20 20
25
通过在并联电路中并联一个-j25(318pF)的电容可以消去电抗。完整 的电路如图
2 2
[( U m u ces ) cos t u ces ]d t
2
(U m u ces ) u ces E c
由此可得
Um
2
( E c u ces ) u ces
集电极回路两端的高频电压峰值为
U m 2 (U m u ces ) ( E c u ces )
ICO交流通路 ICn交流通路 C1 直流通路
VT VT VT LC LC LC C C C LC LC LC EC EC EC CC CC CC
CC1 CC1 L uc1 uc1 uc1
பைடு நூலகம்
L L
EC EC
高频扼流圈：通直流阻交流 Cc ： 高 频 旁 路 电 容 ： 通 交 流 隔 直 流 Cc1 ： 隔 直 电 容 ： 通 交 流 隔 直 流 iC频谱
Lc
Ic1 I ICO Cn
LC回路阻抗特性
以上两个电路匀满足： u ce E C U c 1 cos t
0
EC
2
3
2 基极馈电线路
对 基 级 馈 电 线 路 来 说 ， 也BO 产 生 偏 压 U BB两 I BO R式 。 (1) 利 用 基 极 回 路 直 流 I 有 串 联 和 并 联 种 形 b
2 RL π RL
2
ωt
Po
1 U A1m
8EC
2
4.5
高频功放、功率合成与射频模块放大器
4.5.1 D类高频功率放大器 1. 电流开关型D类放大器 图3 ─ 32是电流开关型D类放大器的原理线路和波 形图， 线路通过高频变压器T1, 使晶体管V1、 V2获得 反向的方波激励电压。
1
不方便，
Ieo
LB
IBO
CB
LB
IBO
+
LB UBB Re
-
CE
UBB
RB
3.4 利用电抗网络的阻抗匹配和谐波滤波
电抗网络只由无损耗电抗元件组成，电抗网络 不消耗功率，因为电阻元件将导致耦合网路中的功 率消耗。 电抗网络可以用来在窄频范围内匹配阻抗。
在给定频率处电阻和电抗的串联等效于并联 jXs Zi Rs
L1 C1 ' R1 ' C2 ' R2 '
2． 高频功放的耦合回路
高频功放都要采用一定的耦合回路，以使输出功率能有效地传 输到负载（下级输入回路或天线回路） 一般说来，放大器与负载 ， 之间的耦合可采用下图所示的四端网络来表示。这个四端网络应完 成的任务是：
RS uS 输入 匹配 网络 功率 放大器 输出 匹配 网络 RL
R1
R2
R1 1 Q
X
2
2 1 2 c2
X
2
X c1
2 c1
2
R
2 1
R1
X C1 X C2
R1
R 1 X C1
2 2
X C1
R2
2
2 2
R1 '
R2 '
X c2 R 1
R2
R 2 X C2
X C1
网络匹配时，R1'= R2'
由谐振条件得 :
(2) 滤波器型的匹配网络 由谐振条件得 : [例] 有一个输出功率为2W的高频功率放大器、负载电阻RL=50Ω，EC=24V， f=50MHz，Q1=10，试求Π型匹配网络的元件值。 解 : R1 应该是功率放大器所要求的匹配电 L1 阻 Rp ,即
3.4 高频功率放大器的实际线路
要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有：
直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置； 交流匹配网络：将交流功率信号有效地传输。
一 直流馈电线路 根据直流电源连接方式的不同，可分为：
串联馈电线路
并联馈电线路
3.4高频功率放大器的电路组成
CC1 VT VT VT C C C CC CC CC EC L uc1L L uc1 u c1
输出匹配网络:是用以输出功率至天线或其他负载
并联谐振回路型的匹配电路
C2 L1 C1 r1 M L2 IA CA C1 RA L1 r1 r' Rp Rp C1 IK R'p
L1
介于放大器与天线回路之间的L1C1回路就叫做中介并联谐 振回路。RA、CA分别代表天线的幅射电阻与等效电容； L2、C2为天线回路的调谐元件。它们的作用是使天线回路 处于串联谐振状态，以使天线回路的电流IA达到最大值，亦 即使天线幅射功率达到最大。 从集电极向右方看去可以等效为一个并联谐振回路,其 中Rp为折合到晶体管输出回路的等效负载 。
图3.31 150MHz谐振功率放大器电路
E 2.2.3 D类和E类功率放大器简介
C
uA
UCES
1. D类功率放大器的原理分析 E -2U D类功率放大器有电压开关型和电流开关型两种基本 ωt i 电路，电压开关型D类功率放大器是已推广应用的电路 ub1和ub2是由ui通过变压器T1 ωt VT E i 产生的两个极性相反的输入激励 C i 电压 T ωt u u ui正半周时VT1管饱和导通， L uA C VT2管截止，电源EC对电容C充 u VT i 电，电容上的电压很快充至 ωt uL R u （EC-UCES1）值，A点对地的电 压uA=（EC-UCES1） 。 ui负半周时VT2管饱和导通，VT1管截止。VT2管的直 尽管每管饱和导通时的电流很大，但相应的管压降很 流电源由电容C上充的电荷供给，uA= UCES2≈0 小，这样，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高 uA近似为矩形波电压，幅值为（EC-2UCES）。若L、C和 RL串联谐振回路调谐在输入信号的角频率ω上，且回路的Q值 足够高，则通过回路的电流ic1或ic2是角频率为ω的余弦波，RL 上可得相对输入信号不失真的输出功率。
集电极回路两端的高频电压有效值为
i c1 (b)
i c1 T1 V1 T2 C 0 L A RL
0 i c2
t
(c) u ce s (d )
0 u ce 1
t
V2
i c2
Zi
jXp
Rp
Zi
Rs
1 Zi
1 Rp
2
1 jX
2 s
1 R s jX
2 s
Rs Rs X s
2 2
j
Xs Rs X s
2 2
Rp X
Rs X s Rs
2
R s (1 Q )
2
（3）
2
Rs X s Xs
p
X s (1 1 / Q )
（4）
串联电抗等效并联电抗的属性一致
R'S
Ri
Ro
R'L
(1) 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，即它起着匹配网络的作用。 (2) 抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它有良好的滤波作用。 (3) 在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能有效地传送 功率到公共负载，同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响。 输入匹配网络或级间耦合网络:是用以与下级放大器的输入端相连接
C
C
c1
1
L
b1
i
2
c2
L
b2
2. 输出功率及效率计算 uA为矩形方波，用傅里叶级数展开后可求得其基波 u 分量的振幅为 ： E 4 UA1m≈ π EC
A C
VT1管电流ic1 (或VT2管 电流ic2)的直流电流为：
ID 1 RLT
T
UCES
EC-2UCES ωt
在大功率输出级，T型、Π 型等滤波型的匹配网络就得到了广泛的应用。
L1
C2
R1
C1
C2
R2
R1
C1
L1
R2
(a)
两种Π型匹配网络
(b)
图中的R2一般代表终端(负载)电阻，R1则代表由R2折合到左端的等效 电阻，现以 (a)为例进行计算公式的推导 L1 将并联回路R1C1 与R2C2 变换为串联形式，由 C1 ' C2 ' 串、并联阻抗转换公式可得 2
2 p 2 p
Zi
p p
jXp
Rp
2 p 2 2 p
Rp
Z i R s jX s Rs Xs X
2 p 2 p 2 p
jR p X
R p jX
X
2 p
R X
Rp j
R X
X
p
R X Rp
2 p 2
Rp
（1）
p
R X
2 p
X
（2）
串联电抗等效并联电抗的属性一致
同理：在给定频率处电阻和电抗的并联等效于串联 jXs
ic1
ID
2
4EC π
2
sin t d t
4EC π RL
2
ic2
ωt
0
电源供给的直流功率：PD=2 EC ID
PD 8EC π RL
2 2
uL
ωt
放大器的输出功率Po为 ； 效率η=Po／PD =100％ 实际晶体管的饱和压降不可能为零，又考虑到管子结电 容、电路分布电容的影响(使管压降波形uA有一定上升沿和下 降沿)，从而使D类功放的效率小于100％，典型值大于90％。
R p 50 X s 20 10 X s
2 2
j25.1 Ω
50 Ω
无损 匹配 网络
10 Ω
10
这样通过于负载串联一个-j5.1 Ω （1.56pF）的容抗可以使Xs的电抗为 20 Ω ，此时等效并联电阻为50 Ω ， 等效并联电抗为： 2 2
X
p
10 20 20
25
通过在并联电路中并联一个-j25(318pF)的电容可以消去电抗。完整 的电路如图
2 2
[( U m u ces ) cos t u ces ]d t
2
(U m u ces ) u ces E c
由此可得
Um
2
( E c u ces ) u ces
集电极回路两端的高频电压峰值为
U m 2 (U m u ces ) ( E c u ces )
ICO交流通路 ICn交流通路 C1 直流通路
VT VT VT LC LC LC C C C LC LC LC EC EC EC CC CC CC
CC1 CC1 L uc1 uc1 uc1
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L L
EC EC
高频扼流圈：通直流阻交流 Cc ： 高 频 旁 路 电 容 ： 通 交 流 隔 直 流 Cc1 ： 隔 直 电 容 ： 通 交 流 隔 直 流 iC频谱
Lc
Ic1 I ICO Cn
LC回路阻抗特性
以上两个电路匀满足： u ce E C U c 1 cos t
0
EC
2
3
2 基极馈电线路
对 基 级 馈 电 线 路 来 说 ， 也BO 产 生 偏 压 U BB两 I BO R式 。 (1) 利 用 基 极 回 路 直 流 I 有 串 联 和 并 联 种 形 b
2 RL π RL
2
ωt
Po
1 U A1m
8EC
2
4.5
高频功放、功率合成与射频模块放大器
4.5.1 D类高频功率放大器 1. 电流开关型D类放大器 图3 ─ 32是电流开关型D类放大器的原理线路和波 形图， 线路通过高频变压器T1, 使晶体管V1、 V2获得 反向的方波激励电压。
1
不方便，
Ieo
LB
IBO
CB
LB
IBO
+
LB UBB Re
-
CE
UBB
RB
3.4 利用电抗网络的阻抗匹配和谐波滤波
电抗网络只由无损耗电抗元件组成，电抗网络 不消耗功率，因为电阻元件将导致耦合网路中的功 率消耗。 电抗网络可以用来在窄频范围内匹配阻抗。
在给定频率处电阻和电抗的串联等效于并联 jXs Zi Rs
L1 C1 ' R1 ' C2 ' R2 '
2． 高频功放的耦合回路
高频功放都要采用一定的耦合回路，以使输出功率能有效地传 输到负载（下级输入回路或天线回路） 一般说来，放大器与负载 ， 之间的耦合可采用下图所示的四端网络来表示。这个四端网络应完 成的任务是：
RS uS 输入 匹配 网络 功率 放大器 输出 匹配 网络 RL
R1
R2
R1 1 Q
X
2
2 1 2 c2
X
2
X c1
2 c1
2
R
2 1
R1
X C1 X C2
R1
R 1 X C1
2 2
X C1
R2
2
2 2
R1 '
R2 '
X c2 R 1
R2
R 2 X C2
X C1
网络匹配时，R1'= R2'
由谐振条件得 :
(2) 滤波器型的匹配网络 由谐振条件得 : [例] 有一个输出功率为2W的高频功率放大器、负载电阻RL=50Ω，EC=24V， f=50MHz，Q1=10，试求Π型匹配网络的元件值。 解 : R1 应该是功率放大器所要求的匹配电 L1 阻 Rp ,即
3.4 高频功率放大器的实际线路
要使高频谐振功率放大器正常工作，在其输入和输出端还需接有：
直流馈电线路：为晶体管各级提供合适的偏置； 交流匹配网络：将交流功率信号有效地传输。
一 直流馈电线路 根据直流电源连接方式的不同，可分为：
串联馈电线路
并联馈电线路
3.4高频功率放大器的电路组成
CC1 VT VT VT C C C CC CC CC EC L uc1L L uc1 u c1
输出匹配网络:是用以输出功率至天线或其他负载
并联谐振回路型的匹配电路
C2 L1 C1 r1 M L2 IA CA C1 RA L1 r1 r' Rp Rp C1 IK R'p
L1
介于放大器与天线回路之间的L1C1回路就叫做中介并联谐 振回路。RA、CA分别代表天线的幅射电阻与等效电容； L2、C2为天线回路的调谐元件。它们的作用是使天线回路 处于串联谐振状态，以使天线回路的电流IA达到最大值，亦 即使天线幅射功率达到最大。 从集电极向右方看去可以等效为一个并联谐振回路,其 中Rp为折合到晶体管输出回路的等效负载 。
图3.31 150MHz谐振功率放大器电路
E 2.2.3 D类和E类功率放大器简介
C
uA
UCES
1. D类功率放大器的原理分析 E -2U D类功率放大器有电压开关型和电流开关型两种基本 ωt i 电路，电压开关型D类功率放大器是已推广应用的电路 ub1和ub2是由ui通过变压器T1 ωt VT E i 产生的两个极性相反的输入激励 C i 电压 T ωt u u ui正半周时VT1管饱和导通， L uA C VT2管截止，电源EC对电容C充 u VT i 电，电容上的电压很快充至 ωt uL R u （EC-UCES1）值，A点对地的电 压uA=（EC-UCES1） 。 ui负半周时VT2管饱和导通，VT1管截止。VT2管的直 尽管每管饱和导通时的电流很大，但相应的管压降很 流电源由电容C上充的电荷供给，uA= UCES2≈0 小，这样，每管的管耗就很小，放大器的效率也就很高 uA近似为矩形波电压，幅值为（EC-2UCES）。若L、C和 RL串联谐振回路调谐在输入信号的角频率ω上，且回路的Q值 足够高，则通过回路的电流ic1或ic2是角频率为ω的余弦波，RL 上可得相对输入信号不失真的输出功率。
集电极回路两端的高频电压有效值为
i c1 (b)
i c1 T1 V1 T2 C 0 L A RL
0 i c2
t
(c) u ce s (d )
0 u ce 1
t
V2
i c2
Zi
jXp
Rp
Zi
Rs
1 Zi
1 Rp
2
1 jX
2 s
1 R s jX
2 s
Rs Rs X s
2 2
j
Xs Rs X s
2 2
Rp X
Rs X s Rs
2
R s (1 Q )
2
（3）
2
Rs X s Xs
p
X s (1 1 / Q )
（4）
串联电抗等效并联电抗的属性一致
R'S
Ri
Ro
R'L
(1) 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，即它起着匹配网络的作用。 (2) 抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它有良好的滤波作用。 (3) 在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能有效地传送 功率到公共负载，同时又尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响。 输入匹配网络或级间耦合网络:是用以与下级放大器的输入端相连接