第3章高频功率放大器详解
高频电子线路第3章高频功率放大器

ic I c 0 I c1m cos t I c 2m cos 2t ... I cnm cos nt
其中各分量的振幅:
1 I c0 2
I c1m 1
1 i d ( t ) c 2
c
c
c
c
I cM
cost cos c I sin c c cos c d (t ) cM ( ) 0 ( c ) I cM 1 cos c 1 cos c
窄带谐振放大器
有源器件 谐振回路 采用具有滤 波特性的选 频网络作为 负载
丙类
四、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同
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: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。
ic ic
ic ic
Q
o o
o
eb
t
尖顶余弦脉冲
图3-5丙类状态下集电极电流波形
1、iC表达式:
u BE VBB U bm cost 由 iC g c (u BE U BZ ) iC g c (VBB U bm cost U BZ )(3 9)
图3-3
2, iC两参数:I CM 、c
另外,为了分析方便,根据理想化输入特性,将理想化输 出特性曲线中的参变量ib 改为ube。
图中 ib=7mA,由输入特性
可知,uce=0.68V时,对应 的ic=180mA;而 ib=0 时, ube=0.6V,在0.60V-0.68V之 间,可按每间隔0.02V画出
水平线,即得到以ube为参
变量的理想化特性曲线。这 样的理想化特性正好满足gc 为常数。
第三章 高频功率放大器

A 1 2 3
eb=e max b
Im
C D
Rp 负载增大 VCC Q Vcm 1.欠压状态
1)欠压工作状态(AB): 集电极最大点电流在临界线的右方,高 频一个周期内各工作点都处于饱和区。集 电极电流脉冲幅度大。根据Vc=RpIc1,放大 器的交流输出电压在欠压区内必随负载电 阻RP的增大而增大,其输出功率、效率的 变化也将如此。 2)过压工作状态(BC) 集电极最大点电流进入临界线之左的放大 区,放大器的负载较大,在过压区,随着负 载Rp的加大,Ic1要下降,因此放大器的输出 功率和效率也要减小。
载波信号 电压 放大器 末级功 率推动
已调信号
主振荡器
倍频器
末级功率 放大器(调制器)
送话器
低频电压 放大
低频功率 放大
基带信号
图1-2 无线电调幅广播发送设备组成框图
之前已经讨论改变Rp,但Uim、VCC、VBB不变 当负载电 阻Rp由小至大变化时,放大器的工作状态由欠压经临界转入 过压。在临界状态时输出功率最大。
特性曲线
1、输入特性曲线 2、输出特性曲线 3、转移特性曲线
iB
iC
iC
v BE
0 0
v BE
vCE
0
什么是负载特性: 在VCC ,VBB,uim不变的情况下,Rp变化,负 载线的变化。
uc I c1m RP cost其中ucm I c1m RP
所以负载特性是讨论ucm或者uce的变化导致ic 的一个变化关系
(由于工作在丙类Q点是不存在的,Q点称虚拟工作点) A点:t 0 o ,所以u be VBB Vim; ce VCC Vcm u 此时 u be 为它的峰值, ce 处于谷值 u
第3章高频功率放大器

(n 1)
为余弦电流脉冲分解系数; 0 ( c )为直流分量分解系数; 1 ( c )为基波分量分解系数; n ( c )为n谐波分量分解系数。
第3章 高频功率放大器
为余弦电流脉冲分解系数; 0 ( c )为直流分量分解系数; 1 ( c )为基波分量分解系数; n ( c )为n谐波分量分解系数。
第3章 高频功率放大器
三、功率和效率
u BE VBB U bm cos t uCE VCC U cm cos t
直流输入功率:P 交流输出功率:
2 1 1 2 1 U cm P I c1mU cm I c1m R p o 2 2 2 Rp 集电极损耗功率: P P P c o 效率: Po 1 U cm I c1m 1 1 ( c ) 1 g1 ( c ) P 2 VCC I c 0 2 0 ( c ) 2 ( :电压利用系数, 1 ( c ):波形系数) g
第3章 高频功率放大器
2、iC两参数: I CM 、c
U BZ VBB cos c U bm 此式表明: 当U BZ、V BB和U bm已知时可确定 半通角 c或通角, c为全通角。 2
c 1800 为甲类放大; c 900 为乙类放大; c 900 为丙类放大。
第3章 高频功率放大器
功放的种类:甲类、乙类、丙类
第3章 高频功率放大器
第二节 丙类(C类)高频功率放大器工作原理 一、基本电路及其特点
特点: 1)VBB 0, 基极 提高效率
负偏压, 丙类功放
2)负载为LC回路
第3章 高频功率放大器
上图是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理 线路, 除电源和偏置电路外, 它是由晶体管、 谐振回路 和输入回路三部分组成的。其中: 晶体管:常采用NPN高频大功率晶体管,其特征 频率fT高 。 静态工作状态:一般在C类,即基极偏置为负值; 输入信号:输入信号为大信号,可达1~2V,甚至 更大。 工作状态:晶体管工作在截止和导通(线性放大)两 种状态,基极电流和集电极电流均为高频脉冲电流。 放大器的负载:用带抽头的LC并联谐振回路作负 载,可以起到选频和阻抗变换两方面的作用。
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。
第三章 高频功率放大器

第三节 丙类高频功率放大器的折线分析法
其中,
U cm I 称为集电极电压利用系数;g1 c c1m 1 c 为波形系数。 I C0 0 c VCC
(五)几点说明 1、在ξ=1的理想条件下,
g 甲类放大器的导通角 c 1800 , 1 c 1 , 故甲类放大器的理想效率 c 50%
c 1200,输出功率最大,但效率低
c 10 ~ 150 ,效率最高,但输出功率低
因此,为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率,通常取c 600 ~ 800
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第三节 丙类高频功率放大器的折线分析法
例3-1 某谐振高频功率放大器,其中 VCC 24V,输出功率 Po 5W , 晶体管集电极电流
2 cm
输出电压有效值
I c1m 电流有效值 2
与基波
之积
(三)集电极损耗功率
P P= P c o
直流输入功率与高频输出功率之差
(四)集电极效率
c
Po 1 U cm I c1m 1 g1 ( c ) P= 2 VCC I C0 2
首页
输出功率与直流输入功率之比
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当集电极回路调谐于高频输入信号频率时,由于回路的选择性,对集电 极电流的基波分量来说,回路等效为纯电阻 Rp 支路,其直流电阻很小,也可近似认为短路。 这样,脉冲形状的集电极电流 i 流经
C
;对各次谐波来说回路失谐,
呈现很小的阻抗,回路两端可近似认为短路;而直流分量只能通过回路电感
谐振回路时,只有基波电流才产生电压
图3-6 余弦脉冲分解系数与c 的关系
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高频电路基础第3章高频功率放大器解读

第3章 高频功率放大器
概述
功率放大器的作用
发射、功率输出设备
功率放大器的分类
非开关工作状态:A类、B类、C类 开关工作状态:D类、E类、F类
功率放大器的要求
输出功率 电源效率 功率增益、阻抗匹配 谐波抑制度
2020/11/19
高频电路基础
2
C类谐振功率放大器
原理电路
,
1
(
)
sin cos (1 cos )
n
(
)
2
sin
n cos n cos n n(n2 1)(1 cos
sin
)
(n 2)
2020/11/19
高频电路基础
5
尖顶余弦脉冲分解系数
0.5
2 0.4
1
0
0.3
1 0.2
0.1
0
0
2020/11/19
a1 a0
a2 a3
导通角
30 60 90 120 150 180
• 过压区:由于晶体管饱和, 输出电压趋于不变;由于出 现凹陷,输出基波电流也趋 于不变,所以输出功率趋于 不变。
Po Vcm1 Icm1
欠压 临界 过压 Vbm
2020/11/19
高频电路基础
12
临界状态下的输出
ic
ic
vbe
Vbm
Icm t 0
VCC vce
0
t
0
Vces
Vcm
VBB+Vbe(on) 0
解: Vcm VCC VCES 24 1.5 22.5V
re
Vc2m 2Po1
22.52 22
127
高频电子线路阳昌汉版第3章高频功率放大器

输入匹配网络
根据晶体管的输入阻抗和信号源阻抗,设计合适的输入匹配网络 ,实现最大功率传输和最小失真。
输出匹配网络
根据负载阻抗和晶体管的输出阻抗,设计合适的输出匹配网络,实 现最大功率传输和最小失真。
阻抗变换
采用阻抗变换技术,如L型、π型或T型网络等,实现输入、输出阻 抗与信号源、负载阻抗的匹配。
04
高频功率放大器是一种电子设备 ,用于将低频信号放大为高频信 号,并且能够输出足够的功率以 驱动负载。
作用
高频功率放大器在通信、广播、 电视、雷达、导航等领域中广泛 应用,是实现信号传输和处理的 关键部件之一。
发展历程及现状
发展历程
高频功率放大器的发展经历了电子管、晶体管、集成电路等不同的技术阶段, 随着半导体技术的不断进步,高频功率放大器的性能不断提高,体积不断缩小 。
偏置电路设计
静态工作点设置
根据晶体管的特性和工作 要求,设置合适的静态工 作点,以确保放大器在正 常工作范围内。
温度补偿
采用温度补偿电路,减小 温度变化对放大器性能的 影响。
偏置电路稳定性
采用合适的偏置电路结构 和元件参数,确保偏置电 路的稳定性,避免自激振 荡和失真等问题。
输入输出匹配网络设计
模块化设计
实现不同功能模块之间 的灵活组合和配置,提 高放大器的适应性和可 扩展性。
数字化控制
采用数字信号处理技术 对放大器进行精确控制 和管理,提高性能和稳 定性。
面临的挑战及解决思路
散热问题
高频功率放大器在工作过程中会产生大量热量,需要采取有效的散 热措施,如使用高效散热器、优化散热结构等。
线性度与效率的矛盾
宽带放大技术
宽带放大原理
01
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
高频电子线路第3章-高频功率放大器

中间级
输出级
特点: (1)输入信号大,一般在几百毫
伏~几伏数量级 (2)一般VBB < UBZ,发射结反偏,
保证放大器工作于丙类状态。 (3)负载为LC回路,调谐于输入信号
的中心频率,选频滤波和阻抗变换 作用。 (4)采用近似的分析方法——折线法 来分析其工作原理和工作状态。
6
三、丙类高频功率放大器的工作原理
U0 VCC Ucm cosc
故动态特性的表示形式:
iC gd (uCE U0 )
uBE UBZ
iC 0
uBE UBZ
可见动态特性为折线,而不是一条直线。
21
4.动态特性的画法
iC
(一) 截距法
(1)在输出特性的 uCE 轴上取截距为
U0 VCC Ucm cosc得B点
A
•
gd
(2)u通be过m aBx点线作于斜A率点为,则gdB的A直直线线交即为
iC
iB
+
uBE
+ uCE
–
iC
iC
•
-
gc
uc
ICM
+
• • VBB
c
UBZ
uBEc c
c
ub
Ubm
设ub Ubm cost
则uBE VBB Ubm cost,VBB U BZ
iC 为尖顶余弦脉冲 ,可用傅立叶级数展开
7
uBE
UBZ
VBB
0 c
t
iB
iBmax
iC IC0 Ic1m cost (基波)
段的动态特性,则AB-BC为总动态特性
22
(二)虚拟电流法 在uCE VCC时,iC IQ
高频电路第3章 高频功率放大器

高频电子线路
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第二节 谐振高频功率放大器的工作原理
一、基本电路形式
无论中间级还是输出级电路都可以等效为: 输入回路、非线性器件和带通滤波器成。
高频电子线路
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谐振功率放大器原理图
二、基本特点
谐振于输入 信号的频率
特点: ①为了提高效率,放大器常工作于 丙类状态,流过晶体管的电流为失真 的脉冲波形; ②负载为谐振回路 取出基波分量,获
二、高频功率放大器的分类
1.按工作频率分:窄带功率放大器(丙类)-------------谐振功率放大器 宽带功率放大器(甲类或乙类推挽)--非谐振‥ ‥ 2.按放大器的工作类型分:甲、乙、丙、丁、戊类放大。 二、主要技术指标 1、输出功率:放大器的负载得到的功率。 2、效率:高频输出功率与直流电源提供功率的比值。即能量转换的效率。 3、功率增益:高频输出功率和信号输入功率的比值. 5、谐波抑制度:是对非线性高频功率放大器而提出的,也就是谐波分量相对于
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称为余弦电流脉冲分解系数。 0 (c ) 为直流分量分解系数; 1 (c ) 为 基波分量分解系数; n (c ) 为n次谐波分量分解系数。
1 c 的关系。 下图给出了 、 、 、 和 与 g 1 2 0 3
0
1
g1 1g 与 c 的关系 1 0
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放大器谐振回路调谐于输入信号频率 时。其外部电路的关系 式为 U V U cos t; V U
be bb bm
U ce Vcc U cm cos t
第3章高频功率放大器

遗留问题:
(1) 丙类导通角<90o,何时最优? (2) 放大、临界、饱和,何处最优?
功率放大器的的概述
五、高频功率放大器的分类
1、窄带高频功率放大器:以LC谐振回路为负
载又称谐振功率放大器,主要工作在丙类 或者丁类。(主要掌握的内容) 2、宽带高频功率放大器:以传输变压器为负载 工作在甲类,采用功率合成技术来增大输出 功率。在军事上为了保密和反敌干扰多采用 此放大器
2.晶体管工作在什么区?(在后续的课程中仔细体会)
强调:功率放大的含义
根据能量守恒定律能量是不能放大的,功率放大 的本质是将直流电源VCC的能量转化为高频交流信号能 量的形式的过程,从现象上看就是高频小功率信号被 放大为高频大 功率信号。
3.1 丙类谐振功率放大器的工作原理
二、工作原理及性能分析
uBE= Uim coswt –VBB
iC vbemax
V BZ
- V BB
t
vBE
Uim
1 Pc T
T 0
i C v CE dt
1. iC 脉冲最大时,vCE最小,使得Pc较小; 2. 导通时间越短,即导通角越小,
导通角qc <90o,Pc越小;
三种类型功率放大器的比较
转移特性曲线
ic f uBE u
C E 常量
1 π PC uCE iC d t 2π π
结论:要提高高频功率放大器的输出效率,就要
尽可能降低器件的功率损耗,因此谐振功
率放大器中晶体管工作在丙类工作状态。
功率放大器的的概述
2. 效率与失真矛盾的解决
重点体会:电流波形严重失真,但输出波形又
不失真(完整的正弦波),且频率
高频功率放大器讲解

高频功率放大器的其他主要技术指标:功率增
益(输出功率 Po/输入功率 Pi)、带宽、谐波抑制度 10 (、信号失真度,要求失真在允许的范围内)
3. 高频功率放大器与小信号谐振放大器
高频小信号谐振放大器与谐振功率放大器的区别:
① 工作状态分别为:小信号-甲类,大信号-丙类。也就 是说,除了输入信号幅度不同外,晶体管的工作点和晶 体管动态范围都不相同。 高频功放常采用效率较高的丙 类工作状态,因此,采用负电源作基极偏置,即晶体管 集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态。 ② 为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量,采用 LC谐振回路作为选频网络。
高频电子线路
第三章 高频功率放大器
上午4时42分
思考: 高频功率放大器可能用在什么地方?
2
上午4时42分
3.1 概述 3.2 谐振功率放大器分析 3.3 谐振功率放大器电路组成 3.5 宽带高频功率放大电路 3.6 功率合成 3.7 集成高频功率放大电路及应用简介 *3.8 晶体管倍频器 3.9 小结
而对高频信号一般只对频带很窄的FM或AM波 进行放大,产生的谐波一般落在频带范围之外, 利用谐振网络只取出有用的基波信号。但是对频 率范围很宽的高频信号(如电视发射机),其功 放一般也工作在甲类状态。
根据正弦波激励下整个周期内的导通情况,可分为四个工作状态:
low
high
甲类(A):一个周期内均导通,2θ=360 ° 甲乙类(AB):导通角大于180° 乙类(B):导通角2θ等于180° 丙类(C) :导通角2θ小于180°
高频电子线路第三章高频功率放大器全解

U bm gd g U cm
U CCU bm U BBU cm U onU cm U0 U bm
由图(3.2.5)可以写出斜率值gd的另一种形式:
I Cm gd U cm (1 cos )
因为
I c1m I Cm1 ( )
R
U cm I c1m
所以
1 Rd 1 ( )(1 cos ) R gd
思考2:高频功放和低频功放的异同点?
相同点: 都是功率放大,追求的 目标都是高效、大功率。 不同点: 1、负载不同。 2、频率(频带)不同。
3.1 概述
1.什么叫功率放大电路?(《模拟电路》) 在实用电路中,往往要求放大电路的末级(即输出级) 输出一定功率,以驱动负载。能够向负载提供足够信号 功率的放大电路称为功率放大电路,简称功放。
功放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。同时必然存在一定的能量损耗。
功放既不是单纯追求输出高电压,也不是单纯追求输出 大电流,而是追求在电源(直流)电压确定的情况下, 输出尽可能大的功率。 主要类型:甲类、乙类、甲乙类、丙类等。 主要指标:输出功率Po 、效率η
2. 高频(谐振)功率放大器
iC
iC=g(uBE-Uon) 0
uBE≥Uon uBE<Uon
﹡如果将输入信号在一个周期内的导通情况用对应的导通角度
2θ来表示, 则称θ为半通角,且 0°≤θ≤180°。
﹡晶体管内部特性(也叫转移特性):
iC=g(UBB+Ubmcosωt-Uon)
(3.2.7)
当ωt=θ时, iC=0,可得到导通角计算式:
0
u CE
13-14 第三章 高频功率放大器

ic gc Vbb U bm cos wt - U BZ
gc
U BZ - Vbb U bm
gc U bm cos wt - U bm cos qc
UBZ uBE
ic g c u BE - U BZ
I c max g cU bm 1 - cosq c
上述两式相比,ic I c max
上节回顾
1、如何实现高频功率信号放大器的高效率问题?
减少集电极的损耗 工作状态的选择 减少集电极电流的流通时间
2、工作状态有哪些,如何控制?
ic ib ub + + uBE Cb
ic
Q
ic
+ uCE gc 0 UBZ
•
uBE
0
2qC=360°
wt
Vbb
甲类工作
uBE Vbb ub Vbb U bm coswt
1 2
q
-
qc
ic coswtd (wt ) I cmax (
c
1 q c - sinq c cosq c ) I cmax 1 q c 1 - cosq c
2 sinnq c cosq c - q c cos nq c sinq c ic cos nwtd (wt ) ic max ) I cmax n q c 2 -q c n n - 1 1 - cosq c
wt
ic
ic
ic
ic
Icmax
gc
Q
gc
Q
BZ
0
• U
uBE
0 2qC=180°
wt
-qC
•0
UBZ
第3章高频功率放大器要点

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3. 2高频功率放大器的工作原理 及特性分析
2.高频功放的负载特性 负载特性是指只改变回路谐振电阻尺.直流电源电压Vcc VBB及输 入电压uim振幅维持不变时.高频功放电流、电压、功率及效率变化的 特性。 3.高频功放的振幅特性 高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅Uim时.放大器电流、 电压、功率及效率的变化特性。在放大某些振幅变化的高频信号时. 必须了解它的振幅特性。
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3.1概述
设备.由于难以迅速变换窄带毛率放大器负载回路的频率.为保证信号 不失真.一般工作在线性放大状态.其豁出电路常采用宽频带的传输线 变压器作为负载.构成宽频带高频功率放大器。宽带功放常用在中心 频率多变化的某些通信电台中作为发射机的中间级.以提高打干扰能 力。
3. 1.2高频功率放大器的分类
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3. 2高频功率放大器的工作原理 及特性分析
3. 2. 1工作原理
高频功率放大器的原理电路如图3-1所示 它由晶体管、谐振回路、电源及基极偏置电路等组成。为了保证 晶体管工作在丙类状态.基极偏压应使晶体管工作在截止区.一般为负 值.即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号.一般在 0.5v以上.可达1~2v,甚至更大。也就是说.晶体管工作在截止和导通(线 性放大)两种状态下.基极电流和集电极电流均为高频脉冲信号。与低 频功放不同的是.高频功放选用谐振回路作负载.既保证输出电压相对 于输入电压不失真.还具有阻抗变换的作用。这是因为集电极电流是 周期性的高频脉冲.其频率分量除了有用分量(基波分量)外.还有谐波 分量和其他频率成分.用谐振回路选出有用分量.将其他无用分量滤除; 通过谐振回路阻抗的调节.从而使谐振回路呈现高频功放所要求的最 佳负载阻抗.即匹配.使高频功放高效输出大功率。
第三章高频功率放大器要点

3.3丙类谐振功率放大器工作状态的分析
3.3.1晶体管的集电极动态特性
1.动态特性 2.晶体管输出特性的折线化
3.动态特性的作法
(1) 写出 和 表达式
(2) 作出动态特性
(3) 画出波形
(4) 根据图进行讨论
3.3.2 高频功率放大器的负载特性
(1) 负载特性
(2) 对 ic 波形的影响
第三章 高频功率放大器
概述 高频功率放大器的工作原理 丙类谐振功率放大器工作状态的分析 调谐功率放大器的组成
3.1 概述
3.2高频功率放大器的工作原理
3.2.1高频调谐功率放大器特点
从电压、电流波形上看,丙类工作 状态为什么效率高?
3.2.2 工作原理
3.2.3 输出功率和效率的计算
(3) 讨论
3.3.3 各级电压对工作状态的影响
过压
临界 欠压
过压
临界 欠压
3.4 谐调功率放大器的电路组成
3.4.1谐调功率放大器的馈电线路
ห้องสมุดไป่ตู้
3.4 丁类功率放大器简介
第三章 高频功率放大器

∴
A 'B 段的电压:
u A' B Vcc U c cos (Vcc - U c) u A' B Vcc U c cos Vcc U c U c (1 cos )
Rd
VA' B I cM
U c (1 cos ) I c1 R p (1 cos ) (I c1R p:谐振基波电压) I cM I cM I c1 ) I cM
开启电压
晶体管输入特性曲线
大于VbZ ,导通 小于VbZ,截止
一个周期中,只有( –θ,θ ) 是导 通的,所以ib 是一串尖顶余弦脉 冲,以 IbM 为高度,以 2θ为宽 度,以T为周期。 2θ 称为导通角, θ称为截止角(截止起点)。由 于 2 , 2 ,认为是工作 在丙类状态。
上式中:
gd g
V U Vbb U c Vbz U c Vo cc b Ub
输送到负载上去。
作图法求负载线:
方法:求二点就可以做直线:(或用一点和斜率)
①取 t 0 : ②取t 2 :
ube Vbb uce Vcc
ube Vbb U b U be max uce Vcc U c U cemin
I c1 1 () I cM ① 90 180 时, 1 ( ) 大。在θ =120∘时, 1 ( ) 最大, 也达到最大值,集电极输出功率达到最大值,因而高频功放最好 工作在甲乙类。但这时集电极效率低,所以还是选θ =70∘
2 ( ) 最大,I () I 最大,可以用来实现二倍频。 ②θ =60∘时, c2 2 cM 3 ( ) 最大,I c 3 3 () I cM 最大,可以用来实现三倍频。 ③θ =45∘时,
w第3章-1-高频功率放大器解析

收集能力充足,因此集电极电流只受
基极电流的控制,而与集电极电压无关,各条特性曲线均为平行的水平线。
ic = βib ,
利用前面:ib gb (ube Ubz ),当ube Ubz
为了下面分析方便,理想化输出特性曲线中的参变量ib改为ube, ic = βib = β gb(ube - Ubz) =gc (ube - Ubz)
1 2
I
2 c1m
R
p
1
U
2 cm
2 Rp
1 2
U
cm
I
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c1m
U cm R p I c1m
3、晶体管集电极消耗的功率
Pc P Po
4、集电极的效率
c
Po P
1 Ucm Ic1m 2 VCC Ic0
1 2
g1
(c
)
Ucm / VCC称为集电极电压利用系数, 1(说明)
g1(c ) Ic1m /Ic0 1(c ) / 0 (c )称为波形系数
I cM
2
sin
nc cosc n cos nc sin c n(n2 1)(1 cosc )
IcM n
(c
)
α 称为余弦脉冲分解系数,α0(θc) 称为直流分量分解系数,α1(θc) 称为基波分量分解 系数,αn(θc) 称为n次谐波分量分解系数,以上系数均可查表获得。
高频电路 g1
采用类似于模拟电路的图解方法:找到两个 ic与uce的关系方程,图解两个方程的交线,即 是丙类功率放大器的动态特性。
同样我们已知三极管的输出特性,并已理 想化线性放大区: ic = gc (ube - Ubz)
只要再找到另外一个方程即可。
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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:)丙类谐振功率放大器的工作原理及其特点。
(1 (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:谐振功率放大器特性分析。
(1)LC网络的阻抗变换原理及电路参数的计算。
)(2 传输线变压器功率合成与分配原理。
(3)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(?c<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。
谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态,属于非线性电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。
3.1 谐振功率放大器的工作原理1、原理电路晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制.作用,谐振回路LC是晶体管的负载,电路工作在丙类工作状态。
图3-1谐振功率放大器的基本电路外部电路关系式:?(3-1))?U cos(t?uV imBEBB?(3-2))cos(t?u?VU cmCCCE2电流电压波形当基极输入一余弦高频信号,可以得到上式的输入电压情况,在某一时刻,u i当输入的基极电压大于基极的门槛电压值时,这个基极开始导通,放大器处于放大状态,在基极会产生基极电流,基极电流电流对应产生集电极电流,由于在输入电压含有直流电压源,所以得出的基极电流和集电极电流中含有直流成分,使得输出的基极和集电极电流是脉冲电流,脉冲电流可以用傅里叶级数来进行表示,讲集电极电流用傅里叶级数展开,可以得到iII cos(wt)I cos(nwt) (3-3) ??? cnm1m0ccc式中,表示集电极电流的直流分量,分别表示集电极电流的基波I II cnmc0c1m和各次谐波分量。
.图3-2高频功率放大器中电压与电流的关系3、谐振功率放大器的功率关系和效率由前述所知: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,使之转变为交流信号功率输出去。
有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。
P=直流电源供给的直流功率;D Po=交流输出信号功率;Pc=集电极耗散功率;根据能量守衡定理:(3-4)P??PP cD0直流功率:(3-5)IV?P0CCCD输出交流功率:2U1cm)(3-6??PIU cm9c1m R22e U为并联谐振回路输出电压的最大值cm 为集电极基波分量I mc1为调谐在基波状态下的等效电阻R e故集电极效率:??UIUP)(111cmcmc10m???1(3-7))g(????1c??)VV22(P2I CCcc0c0D U cm??V cc??)(?1?)g(1??)(0?式中,为集电极电压利用系数?为波形系数)(g1由上式可以得出以下两点结论:1) 设法尽量降低集电极耗散功率Pc,则集电极效率?c自然会提高。
这样,在给定时,晶体管的交流输出功率Po就会增大;P D?c可知由式2) P?P c0??1c?,不超过规定值,那么提高集电极效率如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc c将使交流输出功率Po大为增加。
谐振功率放大器就是从这方面入手,来提高输出功率与效率的。
3.2 谐振功率放大器的特性分析1、欠压、临界和过压三种工作状态欠压工作状态:在丙类谐振放大器电路中,当集电极的最小电压值就大于集电极的饱和电压值的时,这时电路处于欠压工作状态。
临界工作状态:是欠压和过压状态的分界点,集电极最小电压值工作在放大区和饱和区之间的临界点上,晶体管工作在放大区和截止区。
.过压工作状态:由于谐振功率放大器的负载是谐振回路,有可能产生交大的输出电压,U cm 使得很小(小于集电极的饱和电压值)致使晶体管在附近因很uu0wt?CE min CE小而进入饱和区。
进入饱和区后,集电极电流受基极电源电压的影响变小。
2、负载特性如果V、V、3个参变量不变,则放大器的工作状态就由负载电阻RU BBCC eim决定。
此时,放大器的电流、输出电压、功率、效率等随而变化的特性,就R e叫做放大器的负载特性。
图3-3 电压、电流随负载变化波形图U也跟随由小变大,由小逐渐增大时,当放大器由欠压状态逐步向过R cme压状态过度,集电极电流脉冲变化是,在欠压状态下,集电极电流的基波和直流随着负载的增大虽然略有下降,但变化不大,随着负载的增大,使得放大器有欠集电极电流的基波和直流分量随着负载的增加到过压状态,压到过压状态变化,而迅速下降。
在负载电阻由小至大变化时,负载线的斜率由小变大,如图中1?2?3。
R e i c波形、输出交流电压幅值、不同的负载,放大器的工作状态是不同的,所得的功率、效率也是不一样的。
图3-4 电压、电流随负载特性变化曲线图3-5 功率、效率随负载变化曲线图临界状态负载线正好相交于临界线的拐点。
放大器工作在临界线状态时,输出功率大,管子损耗小,放大器的效率也就较大。
欠压状态u?IR,放大器的交流输出电压在在欠压区至临界点的范围内,根据e1mcmc R欠压区内必随负载电阻的增大而增大,其输出功率、效率的变化也将如此e过压状态放大器的负载较大,在过压区,随着负载的加大,要下降,因此放RI em1c大器的输出功率和效率也要减小。
根据上述分析负载特性曲线图来分析谐振功率放大器的负载特性欠压状态的功率和效率都比较低,集电极耗散功率也较大,输出电压随负载阻抗变化而变化,因此较少采用。
但晶体管基极调幅,需采用这种工作状态。
过压状态的优点是,当负载阻抗变化时,输出电压比较平稳且幅值较大,在弱过压时,效率可达最高,但输出功率有所下降,发射极的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。
临界状态的特点是输出功率最大,效率也较高,比最大效率差不了许多,可以说是最佳工作状态,发射极的末级常设计成这种状态,在计算谐振功率放大器时,也常以此状态为例。
掌握负载特性,对分析集电极调幅电路、基极调幅电路的工作原理,对实际调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。
3、对放大器工作状态的影响V CC如果R、V、3个参变量不变,只改变集电极直流电源电压,谐振U BBe im功率放大器的工作状态将会跟随变化,在欠压区内,输出电流的振幅基本上不随V变化而变化,故输出功率基本不变;而在过压区,输出电流的振幅将随V CCCC的减小而下降,故输出功率也随之下降。
在过压区中输出电压随V改变而变化CC的特性为集电极调幅的实现提供依据;因为在集电极调幅电路中是依靠改变V CC来实现调幅过程的。
图3-6 电流随V变化特性曲线CC图3-7 功率、效率随V变化特性曲线CC4、对放大器工作状态的影响V BB V、V、Re不变,V变化。
当V逐渐增大时,管子的导通时间加长,BBBBCCBB基极电压增大,使集电极电流脉冲的高度和宽度增大,放大器的工作状态由欠压进入过压状态。
u在欠压区迅速增大,而在过Ic0和响应的I当V由小到大变化时,、cm cm1BB压区则缓慢增大。
放大器的工作状态由欠压经临界转入过压状态。
基极调幅就是调制信号使V改变的调制方式。
因此,基极调幅要工作在欠BB 压区。
.图3-8 对放大器工作状态的影响V BB3.3 谐振功率放大器电路一、直流馈电电路1. 集电极馈电电路根据直流电源连接方式的不同,集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种。
集电极直流馈电电路3-9 图(1) 串馈电路指直流电源VCC、负载回路(匹配网络)、功率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。
C1、LC为低通滤波电路,A点为高频地电位,既阻止电源VCC中的高频成分影响放大器的工作,又避免高频信号在LC负载回路以外不必要的损耗。
(2) 并馈电路指直流电源VCC、负载回路(匹配网络)、功率管三者为并联连接的一种馈电电路。
如图LC为高频扼流圈,C1为高频旁路电容,C2为隔直流通高频电容。
(3) 串并馈直流供电路的优缺点在并馈电路中,信号回路两端均处于直流地电位,即零电位。
对高频而言,回路的一端又直接接地,因此回路安装比较方便,调谐电容C上无高压,安全可靠;缺点是在并馈电路中,LC处于高频高电位上,它对地的分布电容较大,将会直接影响回路谐振频率的稳定性;串联电路的特点正好与并馈电路相反。
由于集电极电流是脉冲形状,包括直流、基频及各次谐波分量,所以集电极馈电线路除了应有效地将直流电压加在晶体管的集电极与发射极之间外,还应使基频分量流过负载回路产生输出功率,同时有效地滤除高次谐波分量。
2. 基极馈电电路基极馈电电路也分串馈和并馈两种。
基极偏置电压V可以单独由稳压电源BB供给,也可以由集电极电源V分压供给。
在功放级输出功率大于1W时,基极CC偏置常采用自给偏置电路。
二、滤波匹配网络1.对滤波匹配网络的要求滤波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。
高频调谐功率放大器的阻抗匹配就是在给定的电路条件下,改变负载回路的可调元件,将负载阻抗ZL转换成放大管所要求的最佳负载阻抗Re,使管子送出的功率P能尽可能多的馈至负载。
这就叫做达到了匹配状态,或简称匹配。
0滤波匹配网络的主要功能与要求是匹配、滤波和高效率。
网络的阻抗变换2.LC.1. 串-并联网络的阻抗变换图3-10 串联转化为并联R j X1(3-8)SS?Y??S2222XR?j XXR?R?SSSSSS j111 3-9)(???Y?P XjXRR PPPP222X?RX2sss)(3-10)QR(1?)?R(1?R??essP22RR ss222R?RX1sss(3-11))??X(1XX??(1?)sPs222QXX ess|X|R sP)(3-12?Q?Q ee XR Ps并-串联网络的阻抗变换R P(3-13)?R s2Q1?e X P)(3-14?X s2Q/1?1e变为大时,变换前后电抗元件参数变化不大,而小RR1Q??PS e L型滤波匹配网络的阻抗变换2.(1)低阻变高阻型低阻变高阻L形的滤波匹配网络图3-112')(3-15)?QR?R(1eLL1')(3-16)L??L(12Q e?L)(3-17?Qe R L2'(当工作频率为并联谐振频率时,3-18))1R?R?R(?Q ePLL1??)(3-19'CL R P?Q?1,即应用中,根据阻抗匹配要求确定(3-20)Q ee R L高阻变低阻型2)(形的滤波匹配网络高阻变低阻L3-12 图R'P)(3-21?R L2Q?1e1')(3-22?1?)CC(2Q e?C?RQ3-23)(Le2)?Q1?RR/()(3-24当工作频率为串联谐振频率时,ePL1??)3-25('LC.R L?Q?1(3-26根据阻抗匹配要求确定,即)Q ee R P 3. π型和T滤波匹配网络(a) (b)图3-13 π型和T型的滤波匹配网络(a)π型滤波匹配网络 (b)T型滤波匹配网络?型滤波网络的等效变换图3-14 π型转换成L型电路恰当选择两个L型网络的Q值,就可兼顾滤波和阻抗匹配的要求。