第3讲 高频功率放大电路的工作原理
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高频功率放大电路
Ic1mIcm (1 sic n co o )s sIc m1()
Icn I m cm 2 sn n in ( c n 2 o 1 )2 1 n s (s cio c ) nn o s s Icm n ()
2020/12/8
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α称为余弦电流脉冲分解系数。α0(θ)为直流分量分解系数； a1(θ)为基波分量分解系数；an(θ)为n次谐波分量分解系数。
IgcmUbm(1cos)
16
❖由傅立叶级数知识知周期性脉冲可以分解成直流、 基波 (信号频率分量)和各次谐波分量，
即： I I c 0 I c 1 m ct o I c 2 m c s2 o t I s cc nn m o t s
其中：
Ic0Icm si(1n c co o )s sIcm 0()
（3）负载电阻R∑继续增加，输出电压进一步增大，即进 入过压工作状态。动态线3就是这种情形。其波形发生发生
凹陷，是由于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的。
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Ucm Ic1m Ic0
0 欠压 临界 过压 (a)
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η
PD PO
PC
0 欠压 临界 过压 (b)
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现将三种工作状态的优缺点综合如下： 作为末级功放，要求输出足够大的功率和具有较高的效率， 显然采用临界工作状态是合理的。
❖当晶体管确定以后，Ucm与UBB、UCC、 R∑和Ubm四个 参数都有关系。
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下图所示为折线化转移特性和输出特性曲线：
动态线
ic
转移特性
UBB O
斜率 g
Uon
uBE
uBE
ic
第3章 高频功率放大电路
图3.2 谐振功率放大器各级电压和电流波形
第3章 通信信号的发送
图3.1中，输出回路中用LC谐振电路作选频网络。这时，
谐振功率放大器的输出电压接近余弦波电压，如图3.2(e)所示。
由于晶体管工作在丙类状态，晶体管的集电极电流iC是一个
周期性的余弦脉冲，用傅氏级数展开iC，则得
iC=Ic0+Ic1mcosωt+Ic2mcos2ωt+…+Icnmcosnωt (3- 1)
1 π 1 sin cos I c 0 π iC dt iC max 2π 1 cos π 0 iC max
(3- 13)
1 π iC max sin cos I c1 π iC costdt π π 1 cos 1 iC max
振幅就越小。因此，在谐振功率放大器中只需研究直流功率
及基波功率。
第3章 通信信号的发送
图3.4 余弦脉冲分解系数
第3章 通信信号的发送
放大器的输出功率Po等于集电极电流基波分量在有载谐
振电阻RP上的功率，即
1 1 2 Po I c1U cm I c1 RP 2 2 2 RP
2 U cm 1
的转换效率。为了提高功率放大器的效率，通常选择放大元 件工作在丙类状态。在这种状态下，晶体管处于非线性工作 区域，晶体管集电极电流通角小于90°。
第3章 通信信号的发送
工作在丙类状态下的晶体管输出电流与输入信号之间存
在着严重的非线性失真，在高频功率放大器中采用谐振选频
负载方法来滤除非线性失真，以获得接近正弦波的输出电压 波形，这一类高频功率放大器通常称为窄带功率放大器或谐 振功率放大器。窄带信号是指带宽远小于中心频率的信号。 例如, 中波广播电台的带宽为10 kHz，如果中心频率为1000
第三章-高频功率放大电路.PPT课件
1.调谐功率放大器的三种工作状态 根据调谐功率放大器在工作时是否进入进入饱和区，可 将放大器的工作状态分为欠压、过压和临界三种。 1)欠压——晶体管在任何时刻都工作在放大状态； 2)临界——刚刚进入饱和区的边缘； 3)过压——晶体管工作时有部分时间进入饱和区。
2.工作状态的判别方法
ucemin Ec Ucm
uce Ec U cm cost
U cm I c1m Rc
Rc—— 抽头部分谐振电阻
Rc
( N0 )2 R N1
( N0 N1
)2 QL.0 L
( N0 N1
)
2
Q00
L
//(
N1 N2
)2 RL
R —— 并联回路谐振电阻
3．3功率和效率
功率放大器输出功率大，电源供给、管子发热等问题也 大。为了尽量减小损耗，合理地利用晶体管和电源，必须了 解功率放大器的功率和效率问题。
、0 、1 称作2 余弦脉冲分解系数，它们是导通角
的函数。
0 、1 的特点: 1. 1 0 2. 0 ,1
从曲线可以看出： 谐波次数越高其振幅值越小； 对某一次谐波而言，总有一
个相应的值θ可使振幅为最 大值。
3.2.5槽路电压
1.波形——基本正弦
条件：1）槽路调谐于基波
2）QL 足够高 2.大小
1.集电极效率 c
直流电源供给功率 PS Ec Ic0
集电极交流输出功率 Po 1/ 2UcmIc1m 放大器的能量转换效率（集电极效率）
讨论：
c
Po PS
1 2
U
cm
I
c1m
Ec Ic0
1 Ucm Ic max 1( ) 1 Ucm 2 Ec Ic max 0 ( ) 2 Ec
第3讲 高频功率放大电路的工作原理
高频功率放大电路的工作原理
3.2.2 相关计算 1、谐振时的阻抗
Re Qe0 L
2、谐振阻抗上的电压峰值
Vcm Re I c1m
3、功率
PD I c 0 VCC
2 Vcm 1 2 1 PO I c1m Re Vcm I c1m 2 Re 2 2
PC PD PO
高频功率放大电路的工作原理
改善失真的方法 推挽工作方式 负载电阻上电压 交越失真
高频功率放大电路的工作原理
3.2 丙类谐振功率放大电路
3.2.1 工作原理
为提高效率，使三极管工作在截止区的时间
进一步延长，导通角小于 90 ，静态工作点位于
I B 0 下方，即形成丙类工作状态。
此时, 集电极电流 iC 波形严重失真，是尖顶 余弦脉冲,在负载电阻上进行波形合成已不能满 足波形不失真的要求。
高频功率放大电路的工作原理 甲类 乙类 丙类
静态 工作点
导通角
工作在截止区 的时间不断延长 效率不断提高
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高频功率放大电路的工作原理
在甲类工作状态时, 为保证不失真, 必须 满足 Ic1m≤IC0, 又 Ucm≤VCC(忽略晶体管饱和压 降), 所以最高效率为50%。
1 I c1mU cm PO ＝ 2 50% PD I COVCC
高频功率放大电路的工作原理
集电极电流余弦脉冲
思考 减小导通角提高效率的同时，对输出功 率有何影响？
高频功率放大电路的工作原理
减小导通角可以提高效率，输入信号不变时
集电极余弦脉冲电流高度降低，从而使输出功率
降低。
为此，应加大输入信号的幅度，但此时反向
偏臵的电源电压也相应增大，最终会导致三极管 不能安全工作。 注意 停止iC 的变化，考虑减小uCE
高频功率放大电路结构和工作原理
高频电子技术
高频功率放大电路结构和工作原理
1.1 高频功率放大电路的分类
为了实现信息的无线传输，任何无线发射电路都需要一定的 发射功率，这一用于使待发射高频信号具有一定功率的电路， 就称为高频功率放大电路。
1、按输出功率分类 （1）小功率射频功放 《微功率（短距离）无线电设备管理暂行规定》附件所列的 各项微功率无线电设备，其无线发射功率一般都在1W以下， 这些设备所包含的射频放大电路即属于小功率射频功放。 （2）大功率射频功放 移动电话基站的发射功率约几十瓦，一个城市的电视信号发 射功率达到几kW，省级广播电台的发射功率在几kW至几十 kW之间。此外，微波通信中继站、雷达站等都属于大功率射 频功放的范围。
设一功放电路的功率电平等于Px（单位dBm），则其绝对功
率P等于
P 100.1PX mW
例如，电路功率电平Px=20dBm，代入上式，可求得其绝对 功率为100mW。
1.2 高频功率放大电路的主要技术指标
4、效率η
功率放大电路的效率定义为输出信号功率与电源供 给功率之比。
Po 100%
Pu
1.1 高频功率放大电路的分类
3、按功率放大管导通角分类 （1）甲类功放电路
在信号的正负半周，功放管始终处于导通状态，这样所组 成的功放电路也就称为甲类功放电路。处于甲类工作状态的 功放管，为了避免负半周时管子进入截止区而造成失真。处 于甲类工作状态的功放管，静态时就有较大的电流通过。 （2）乙类功放电路
U BE U on uBE U BQ U imCost
集电极电压uc和集电极 电流ic的关系是
uC (t) UCQ iC (t)Rc
由此即可画出集电极电 压uc曲线如图所示。
uC(t)为脉动性的电压，显 然不符合功率放大的要求。
高频功率放大电路结构和工作原理
1.1 高频功率放大电路的分类
为了实现信息的无线传输，任何无线发射电路都需要一定的 发射功率，这一用于使待发射高频信号具有一定功率的电路， 就称为高频功率放大电路。
1、按输出功率分类 （1）小功率射频功放 《微功率（短距离）无线电设备管理暂行规定》附件所列的 各项微功率无线电设备，其无线发射功率一般都在1W以下， 这些设备所包含的射频放大电路即属于小功率射频功放。 （2）大功率射频功放 移动电话基站的发射功率约几十瓦，一个城市的电视信号发 射功率达到几kW，省级广播电台的发射功率在几kW至几十 kW之间。此外，微波通信中继站、雷达站等都属于大功率射 频功放的范围。
设一功放电路的功率电平等于Px（单位dBm），则其绝对功
率P等于
P 100.1PX mW
例如，电路功率电平Px=20dBm，代入上式，可求得其绝对 功率为100mW。
1.2 高频功率放大电路的主要技术指标
4、效率η
功率放大电路的效率定义为输出信号功率与电源供 给功率之比。
Po 100%
Pu
1.1 高频功率放大电路的分类
3、按功率放大管导通角分类 （1）甲类功放电路
在信号的正负半周，功放管始终处于导通状态，这样所组 成的功放电路也就称为甲类功放电路。处于甲类工作状态的 功放管，为了避免负半周时管子进入截止区而造成失真。处 于甲类工作状态的功放管，静态时就有较大的电流通过。 （2）乙类功放电路
U BE U on uBE U BQ U imCost
集电极电压uc和集电极 电流ic的关系是
uC (t) UCQ iC (t)Rc
由此即可画出集电极电 压uc曲线如图所示。
uC(t)为脉动性的电压，显 然不符合功率放大的要求。
[理学]3-高频功率放大电路
![[理学]3-高频功率放大电路](https://img.taocdn.com/s3/m/ac0dbc77e3bd960590c69ec3d5bbfd0a7856d56d.png)
❖特点：
为了获得大功率，则输入信号为大信号，则放大这种信号的 放大器工作于非线性状态。
2024年8月18日星期日
2
❖主要技术指标 ➢高频输出功率：Po ➢效率η： 输出功率 Po /直流电源功率PD ➢功率增益： 输出功率 Po/输入功率 Pi ➢ 选频特性
❖高频功率放大器希望输出的谐波分量尽可能小，以免对其 它频道产生干扰。国际对谐波辐射规定是：
28
现将三种工作状态的优缺点综合如下： 作为末级功放，要求输出足够大的功率和具有较高的效率， 显然采用临界工作状态是合理的。
过压状态具有较高的效率，并具有恒压性质，因此它较适 合用于中间级。这时它能向后级提供比较稳定的激励电压。
欠压状态的输出功率与效率都比较低，而且集电极耗散功 率大，输出电压又不够稳定，因此较少采用，但在某些场合， 例如基极调幅，就是工作在欠压状态。
输入信号为
Ub
=Ubm
cosωt
ub
基极回路电压为
ic
＋
＋
uCE
UBE
－
C
－
L＋ R∑
uc
－
uBE U BB Ubm cost
UBB
UCC
集电极回路电压为
uCE UCC uc Ucc Ic1m R cost UCC Ucm cost
2024年8月18日星期日
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直流功耗PD：
PD＝UCCIC0
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（1）动态特性曲线1代表R∑较小因而Ucm也较小的情形，称 为欠压工作状态。它与静态曲线交点A1决定了集电极电流脉 冲的高度。显然，这时电流波形为尖顶余弦脉冲；
（2）随着R∑的增加，动态线斜率逐渐减小，输出电压Ucm 也逐渐增加。直到它与临界线交于一点A2时，放大器工作 于临界状态。此时电流波形仍为尖顶余弦脉冲；
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。
高频功率放大器的基本原理
高频功率放大器的基本原理高频功率放大器的基本原理什么是高频功率放大器？高频功率放大器是用于增强高频信号幅度的电子设备。
它主要用于通信系统、雷达系统和无线电频率发生器等领域，扮演着至关重要的角色。
高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理需要涉及到以下几个基本概念：•放大器：它是一个电子设备，用于将输入信号增幅到所需的输出水平。
在高频功率放大器中，放大器用于放大输入信号的功率。
•功率：功率是指单位时间内能量转化或传输的速率。
在高频功率放大器中，功率是指输出信号的能量。
•频率：频率是指信号中的周期性变化的次数。
在高频功率放大器中，频率通常指电信号的高频部分。
•增益：增益是指输入信号放大倍数。
在高频功率放大器中，增益是指输出信号相对于输入信号的增强程度。
高频功率放大器的工作原理可以概括如下步骤：1.输入信号经过输入端进入放大器。
2.放大器对输入信号进行放大，提高其电压、电流或功率。
3.放大后的信号通过输出端输出到下一个电路或设备。
高频功率放大器的分类根据高频功率放大器的工作原理和结构，它可以分为以下几种主要类型：1.B类功率放大器：B类功率放大器是最常见且最常用的高频功率放大器类型之一。
它具有高效率和较低的失真，适用于大部分高频应用。
2.D类功率放大器：D类功率放大器是一种高效率的放大器，通过高速切换开关将输入信号转换为脉冲宽度调制（PWM）信号。
它具有较高的功率转换效率，适用于需要高功率输出的应用。
3.AB类功率放大器：AB类功率放大器综合了B类和A类功率放大器的优点，既具有高效率又具有较低的失真。
因此，AB类功率放大器是广泛应用于音频放大器的一种常见类型。
高频功率放大器的应用领域由于高频功率放大器具有增强信号功率的能力，因此它在许多领域中得到了广泛的应用，包括：•通信系统：高频功率放大器在无线通信系统中用于放大传输信号，以提高其覆盖范围和传输距离。
•雷达系统：高频功率放大器在雷达系统中用于放大雷达信号，以增强探测目标的能力。
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
高频功率放大电路
利用傅里叶级数，可将iC的脉冲序列展开为
iC IC0 Icnm cos n t
n1
由傅里叶级数的求系数法得
I C 0 iC m ax 0 C I cm1 iC m ax (C ) I cmn iC m ax n (C )
其中：
0
(c
)
sinc c cosc (1 cosc )
谐振功率放大器转移特性曲线
2、电流与电压波形：
vBE
谐振功率放大器中各部分 电压与电流的关系
vb ib ic
vCE
VBZ Vcm
–VBB
t
ic
+
iB
vcE C
+ t vb
–
VBE
–
– iE
L
– vc
输出
+
–+ VBB
–
+
VCC
t
Vcm
VCC
t
13
（a）vCE VCC vc
3 折线近似分析法
ic
ic
o
vBE o
t
E
2c
VBZ
谐振功率放大器 波形图
t
4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处 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。 功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率 不同之处：工作频率与相对频宽不同；
电极损耗功率Pc, 即
Pc PD PO
(3─ 24)
Pc为耗散在晶体管集电结中的热能。
定义集电极效率ηC为
第三章高频功率放大电路
c 1 I c 1 m U c m 1 7 .6 1 0 2 .8 8 6 % 6 2 I c 0 U cc24 .4 12
Ubmg(1Iccmos)
UBBUonUbmc osUongI(1c mccooss)
0.612(010ccoo66s0s000)1.4V
二、性能分析 若丙类谐振功放的输入是振幅为Ubm的单频余弦信号, 那
网络；
2、宽带高频功放：2 f0.7/f0 ； 甲0.类3，传输线变压器为匹
配网络。
第二节 线性高频功率放大器
A类和推挽电路形式的B类高频功放工作在线性放大 状态，其输出信号能准确复现非等幅已调输入信号的包络 或相位。 A类：常用作前级功率放大，保证信号的包络不失真； B类：常用作末级功率放大，保证输出功率和效率。
(1) 集电极馈电线路
串联馈电方式的优点是Lc和Cc处于高频地电位, 它们对地的 分布电容不会影响回路的谐振频率, 缺点是电容器C的动片不 能直接接地, 安装调整不方便。而并联馈电方式的优缺点正 好相反。由于Lc和Cc1不处于高频地电位, 它们对地的分布电 容直接影响回路的谐振频率, 但回路处于直流地电位, L、C元 件可接地, 故安装调整方便。
(4) 回路等效总电阻RΣ直接影响功放在欠压区内的动态线斜 率, 对功放的各项性能指标关系很大, 在分析和设计功放时应 重视负载特性。
例3.2某高频功放工作在临界状态, 已知VCC=18V, gcr=0.6 A／V, θ=60°, RΣ=100Ω, 求输出功率Po、直流功率PD和集 电解极：效由率式η(3。.2.14)可求得:
Rd=α1(60°)(1-cos 60°)×100=19 Ω
gd 1 19
由图3.2.6可以写出以下关系式:
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、尽可能减小 uCE 的数值。 三极管工作在开关状态时，必然存在最高的传输效率。
高频功率放大电路的工作原理 甲类 乙类 丙类
静态 工作点
工作在截止区 的时间不断延长 效率不断提高
导通角
高频功率放大电路的工作原理
在甲类工作状态时, 为保证不失真, 必须 满足Ic1m≤IC0, 又Ucm≤VCC(忽略晶体管饱和压 降), 所以最高效率为50%。
高频功率放大电路的工作原理
3.2.2 相关计算 1、谐振时的阻抗
Re Qe0 L
2、谐振阻抗上的电压峰值
Vcm Re I c1m
3、功率
PD I c 0 VCC
2 Vcm 1 2 1 PO I c1m Re Vcm I c1m 2 Re 2 2
PC PD PO
高频功率放大电路的工作原理
4、效率 2 2 ( 1 2 ) I R I Re PO e c1 m c1 m PD I c 0 VCC 2 I c 0 VCC 5、余弦脉冲分解 1 2 I c0 ic dt 2 0 1 2 I c1m ic cos(t )dt 2 0 cost cos c iC iC max 1 cos c iC max 与 c 分别为余弦脉冲的高度和导通角。
1 I c1mU cm PO ＝ 2 50% PD I COVCC
高频功率放大电路的工作原理
乙类
iC
1
ic max
1 2 ic max cos 0 t ic max cos 2 0 t ... 2 3
由此 可求得在Ucm=VCC时的最高效率:
1 ic max 1 2 78.5% 2 1 4 ic max
高频功率放大电路的工作原理
数展开。
iC 为周期性的非正弦信号，可以用傅立叶级
iC I c0 I c1m cost I c 2m cos2t I cnm cosnt
因此在放大器后加一个中心频率为 器，则经过滤波，必将波形还原。
的滤波
滤波器应为带通滤波器。选用具有良好选频 功能的窄带滤波器------LC并联谐振回路。
ic maxa0 ( )
流、 基波、 n次谐波的分解系数。
高频功率放大电路的工作原理
3.2.3 电流、 电压波形
图3-3 电流、电压波形
高频功率放大电路的工作原理
折线近似分析法
功率放大电路是大信号工作, 而在大信号
工作时必须考虑晶体管的非线性特性, 这样将 使分析比较复杂。为简化分析, 可以将晶体管 特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折 线来代替, 称为折线近似分析法。
高频功率放大电路的工作原理
3.1 概述
功率放大器是放大器的一种，依静态工作点的
位置可分为甲类、乙类、丙类、丁类和戊类。
甲类 多用于小信号放大，静态工作点位置居中，
波形没有失真，三极管在一个周期内处于全导通状
态，效率低。
要求 效率高，输出功率高，不失真。
高频功率放大电路的工作原理
提高效率的方法 功率关系式为：
sin cos 高频功率放大电路的工作原理 I co ic max
(1 cos ) sin cos I co ic max sin cos ic maxa0 ( ) I c1 ic max (1 cos ) ic maxa1 ( ) (1 cos ) sin cos I c1 ic max ic maxa1 ( ) (1 cos ) 2 sin n cos 2n sin cosn I cn ic max n (n 2 1)(1 cos cos ) ic maxan ( ) (n 1) 2 sin n cos 2n sin cosn I cn ic max ic maxan ( ) (n 1) 2 (n 1)(1 cos cos ) α0(θ)、 αn 1(θ)、 αn(θ)分别称为余弦脉冲的直
高频功率放大电路的工作原理
集电极电流余弦脉冲
思考 减小导通角提高效率的同时，对输出功 率有何影响？
高频功率放大电路的工作原理
减小导通角可以提高效率，输入信号不变时
集电极余弦脉冲电流高度降低，从而使输出功率
降低。
为此，应加大输入信号的幅度，但此时反向
偏置的电源电压也相应增大，最终会导致三极管 不能安全工作。 注意 停止 iC 的变化，考虑减小 uCE
PD PO PC
PO PD
越高。 在 PD 一定的情况下， PC 越小，
1 PC 2
因此，
2
0
ic ucedt
越小， 越高。
icuce 越小， P C
高频功率放大电路的工作原理
由三极管的特点可知：
uCE min uCES iC min 0
1、增大 iC 0 的时间，让三极管工作在截止区 的时间延长。
改善失真的方法 推挽工作方式 负载电阻上电压 交越失真
高频功率放大电路的工作原理
3.2 丙类谐振功率放大电路
3.2.1 工作原理
为提高效率，使三极管工作在截止区的时间
进一步延长，导通角小于 90 ，静态工作点位于
I B 0 下方，即形成丙类工作状态。
此时, 集电极电流 iC 波形严重失真，是尖顶 余弦脉冲,在负载电阻上进行波形合成已不能满足 波形不失真的要求。
uCE 最小值出现在饱和区.
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高频功率放大电路的工作原理来自作 业P110 2-3
高频功率放大电路的工作原理
乙 类 与 甲 乙 类 功 率 放 大 器
乙 静态工作点位置 导通角 传输效率
类
甲乙类
三极管工作区域 放大区与截止区 放大区与截止区
I B 0 线上
I B 0 线上方
90
78.5% 半波
90
小于78.5% 大于半波
iC 波形
失真情况
截止失真
截止失真
推挽工作方式 无失真
LC并联谐振回路对中心频率 呈纯阻性， 阻抗最大，并联电阻上有最大电压，同时电压 波形为不失真的正弦波。
高频功率放大电路的工作原理
与甲类和乙类不同，三极管的负载不是单一 的负载电阻，而是LC并联谐振回路。
高频功率放大电路的工作原理
结论
1、电路由工作在丙类状态的三极管和LC并 联谐振回路组成。
2、为保证丙类工作状态，发射结电源电压 应为负偏置。 3、负载电阻应并联至谐振回路，谐振回路 同时实现阻抗的匹配。 4、谐振回路的中心频率应与输入信号频率 相同，此时实现信号无失真传输。 5、当谐振频率为输入信号频率的2倍时，可 以选出2次谐波，用做2倍频器。同理，可以实 现n倍频器。
高频功率放大电路的工作原理 甲类 乙类 丙类
静态 工作点
工作在截止区 的时间不断延长 效率不断提高
导通角
高频功率放大电路的工作原理
在甲类工作状态时, 为保证不失真, 必须 满足Ic1m≤IC0, 又Ucm≤VCC(忽略晶体管饱和压 降), 所以最高效率为50%。
高频功率放大电路的工作原理
3.2.2 相关计算 1、谐振时的阻抗
Re Qe0 L
2、谐振阻抗上的电压峰值
Vcm Re I c1m
3、功率
PD I c 0 VCC
2 Vcm 1 2 1 PO I c1m Re Vcm I c1m 2 Re 2 2
PC PD PO
高频功率放大电路的工作原理
4、效率 2 2 ( 1 2 ) I R I Re PO e c1 m c1 m PD I c 0 VCC 2 I c 0 VCC 5、余弦脉冲分解 1 2 I c0 ic dt 2 0 1 2 I c1m ic cos(t )dt 2 0 cost cos c iC iC max 1 cos c iC max 与 c 分别为余弦脉冲的高度和导通角。
1 I c1mU cm PO ＝ 2 50% PD I COVCC
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乙类
iC
1
ic max
1 2 ic max cos 0 t ic max cos 2 0 t ... 2 3
由此 可求得在Ucm=VCC时的最高效率:
1 ic max 1 2 78.5% 2 1 4 ic max
高频功率放大电路的工作原理
数展开。
iC 为周期性的非正弦信号，可以用傅立叶级
iC I c0 I c1m cost I c 2m cos2t I cnm cosnt
因此在放大器后加一个中心频率为 器，则经过滤波，必将波形还原。
的滤波
滤波器应为带通滤波器。选用具有良好选频 功能的窄带滤波器------LC并联谐振回路。
ic maxa0 ( )
流、 基波、 n次谐波的分解系数。
高频功率放大电路的工作原理
3.2.3 电流、 电压波形
图3-3 电流、电压波形
高频功率放大电路的工作原理
折线近似分析法
功率放大电路是大信号工作, 而在大信号
工作时必须考虑晶体管的非线性特性, 这样将 使分析比较复杂。为简化分析, 可以将晶体管 特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折 线来代替, 称为折线近似分析法。
高频功率放大电路的工作原理
3.1 概述
功率放大器是放大器的一种，依静态工作点的
位置可分为甲类、乙类、丙类、丁类和戊类。
甲类 多用于小信号放大，静态工作点位置居中，
波形没有失真，三极管在一个周期内处于全导通状
态，效率低。
要求 效率高，输出功率高，不失真。
高频功率放大电路的工作原理
提高效率的方法 功率关系式为：
sin cos 高频功率放大电路的工作原理 I co ic max
(1 cos ) sin cos I co ic max sin cos ic maxa0 ( ) I c1 ic max (1 cos ) ic maxa1 ( ) (1 cos ) sin cos I c1 ic max ic maxa1 ( ) (1 cos ) 2 sin n cos 2n sin cosn I cn ic max n (n 2 1)(1 cos cos ) ic maxan ( ) (n 1) 2 sin n cos 2n sin cosn I cn ic max ic maxan ( ) (n 1) 2 (n 1)(1 cos cos ) α0(θ)、 αn 1(θ)、 αn(θ)分别称为余弦脉冲的直
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集电极电流余弦脉冲
思考 减小导通角提高效率的同时，对输出功 率有何影响？
高频功率放大电路的工作原理
减小导通角可以提高效率，输入信号不变时
集电极余弦脉冲电流高度降低，从而使输出功率
降低。
为此，应加大输入信号的幅度，但此时反向
偏置的电源电压也相应增大，最终会导致三极管 不能安全工作。 注意 停止 iC 的变化，考虑减小 uCE
PD PO PC
PO PD
越高。 在 PD 一定的情况下， PC 越小，
1 PC 2
因此，
2
0
ic ucedt
越小， 越高。
icuce 越小， P C
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由三极管的特点可知：
uCE min uCES iC min 0
1、增大 iC 0 的时间，让三极管工作在截止区 的时间延长。
改善失真的方法 推挽工作方式 负载电阻上电压 交越失真
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3.2 丙类谐振功率放大电路
3.2.1 工作原理
为提高效率，使三极管工作在截止区的时间
进一步延长，导通角小于 90 ，静态工作点位于
I B 0 下方，即形成丙类工作状态。
此时, 集电极电流 iC 波形严重失真，是尖顶 余弦脉冲,在负载电阻上进行波形合成已不能满足 波形不失真的要求。
uCE 最小值出现在饱和区.
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乙 类 与 甲 乙 类 功 率 放 大 器
乙 静态工作点位置 导通角 传输效率
类
甲乙类
三极管工作区域 放大区与截止区 放大区与截止区
I B 0 线上
I B 0 线上方
90
78.5% 半波
90
小于78.5% 大于半波
iC 波形
失真情况
截止失真
截止失真
推挽工作方式 无失真
LC并联谐振回路对中心频率 呈纯阻性， 阻抗最大，并联电阻上有最大电压，同时电压 波形为不失真的正弦波。
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与甲类和乙类不同，三极管的负载不是单一 的负载电阻，而是LC并联谐振回路。
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结论
1、电路由工作在丙类状态的三极管和LC并 联谐振回路组成。
2、为保证丙类工作状态，发射结电源电压 应为负偏置。 3、负载电阻应并联至谐振回路，谐振回路 同时实现阻抗的匹配。 4、谐振回路的中心频率应与输入信号频率 相同，此时实现信号无失真传输。 5、当谐振频率为输入信号频率的2倍时，可 以选出2次谐波，用做2倍频器。同理，可以实 现n倍频器。