高频功率放大器效率
提高全固态高频功率放大器工作效率的几种方法
则要更换稳压管 ，降低稳压值 ，以确保调整 管工作 在
非饱和 区 ，使稳 压 电路正 常工作 。
有差 别 ，需试验确 定 ，原 则是使调频发射 机工作在临 界状 态 。 具体做法是 ：停 机 ，将开关 电源盒 逐一拔下 ，顺 序 最好 别弄 乱 。用 维修 用 的转接 插 头给 开关 电源送 电，闭合微 动开关 ，使 电源处于 工作状 态。用螺丝 刀 调 “ 电压调 整” 内电位器至电压显示 ４ ２ Ｖ。全部调完 装 回机架 ，开机调激励观察输 出功率 ，如能达到额定 输 出功率 ，并且再加大激励 ，输 出功率也不增加 ，这 是就 达 到 了最 佳供 电 电压 了 。观察 每 个开 关 电源盒
内蒙 古广播与 电视技术 ２ １ 年 第 ２ ０１ ８卷 第
４ 期 ７ ～７ １ ２
摘 耀 Ｊ， 钾ｌ
言 戡 口一 ～ 孔甘 一机 ～一 部 ４是 Ｇ有 一一 ～ 了 固 态 爱 射 一 的 ～
延 吉市
城撇 喇 樨
金正 男
１ ２ ，
．
延 边广播 电视 转播 台 吉林省
第 ２ 卷 ８
波 器 ，将发 射机功 率开 到所要 经常工作 的功率状 态 ，
然 后慢 慢 降低 末级 功放 电压幅 度 ，同 时观 察示 波 器 波形的 变化 ，直到 同步头稍 有压缩 ，然后将末级 电压 升高一 点点 ，使同步头恢复 原来 的状态 ，这样 电视发 射 机就 已经调 整到 最 高效率 工 作状 态 ，然 后再 调整 开关 电源 ，使各开关 电源 的输 出电流尽可能平均 。我 们对 ｌ ｋＷ 电视发射机进 行调整后发现 ，节 电效果 ０ 要 好于 调频发 射机 。 ３ ４对串联稳压 电源的调整 ． 对于 串联稳 压 电源的调 频、电视发射机 ，要想 提 高效率 ，原理也是一样 的 ，要尽量降低 电源变压 器的 次 级 交流 电压 和稳 压 后 的直 流 电压 ，使 末级功 放 尽
高频功率放大器的基本原理(一)
高频功率放大器的基本原理(一)高频功率放大器的基本原理1. 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幅度的电子设备。
它通常用于无线通信、雷达、高频电视和天线系统等领域。
高频功率放大器可以将低功率的高频信号放大到足够大的功率，以便传输和处理。
2. 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理可以简单分为三个步骤：放大输入信号、增加信号的功率和输出放大后的信号。
2.1 放大输入信号高频功率放大器的第一个任务是放大输入信号。
它通常使用晶体三极管（BJT）或场效应晶体管（FET）作为放大器的关键元件。
这些元件根据输入信号的幅度和频率变化进行放大操作。
2.2 增加信号的功率放大后的信号仍然可能是低功率的，因此高频功率放大器的下一个任务是增加信号的功率。
这一步骤通常通过使用功率放大器级联来实现。
级联多个放大器可以将信号功率从较低级别逐步增加到所需的功率级别。
2.3 输出信号在增加信号的功率之后，高频功率放大器将输出放大后的信号。
这个信号可以被用于进一步的处理或传输。
输出信号的幅度将取决于放大器的设计和配置。
3. 高频功率放大器的关键考虑因素在设计高频功率放大器时，需要考虑一些关键因素来确保性能和稳定性。
3.1 频率响应高频功率放大器应该能够在指定的频率范围内提供稳定的放大。
对于不同的应用，频率范围和响应要求会有所不同。
3.2 功率输出高频功率放大器应该能够提供足够的功率输出，以满足特定应用的需求。
功率输出的大小通常由设备和系统的要求来确定。
3.3 效率高频功率放大器的效率是指输入功率与输出功率之间的比率。
高效率的放大器能够最大限度地利用输入能量，减少能量浪费。
3.4 线性度高频功率放大器的线性度是指输出信号与输入信号之间的线性关系。
较好的线性度可以保持输入信号的准确度和完整性。
3.5 稳定性高频功率放大器的稳定性是指在各种工作条件下保持良好的性能。
它应该能够在不出现振荡或失真的情况下工作。
高频功率放大器
iB
和
iC 均为余弦脉冲，用傅里叶级数展开为：
iB I B 0 I B1m cost I B 2 m cos 2t I B 3m cos 3t
iC I C 0 I C1m cost I C 2 m cos 2t I C 3 m cos 3t
1、直流功率
PD
由直流供电电源提供的功率 P E C I c 0 D 2、输出功率 P0 由电子器件送给谐振回路的基波信号产生的功率
1 1 1 U cm 2 P0 I c1mU cm I c1m Re 2 2 2 Re
3、集电极损耗功率消耗在集电结的功率
2
Pc PD P0
4、集电极效率
高频功率放大器的输出回路具有选频作用， 若调谐在基波频率上，则回路两端的电压可表 示为：
uC U cm cost I C1m Re cost uC E EC U cm cost
Re
为输出回路的有载谐振电阻
第三节
丙类高频放大器的分析
一、折线分析法 高频功率放大器属于大信号分析，和低频放大器一样，往往采用折线 法分析（图解法），其输入特性和输出特性如图2-5所示。
I c1m
i
c
co stdt
I c1m I c max 1 ( )
I cnm
1 2
i
c
cos ntdt
I cnm I c max n ( )
将电流分解系数制成曲线，可得图2-8。
1 ( ) g1 0 ( )
三、高频功率放大器的功率和效率
静态工作点 Q ：
当输入信号 ，即静态时， u i U bm cost 0
简述高频功率放大器的特点
简述高频功率放大器的特点高频功率放大器是一种电子设备，它具有放大高频信号的功能。
高频信号是指信号频率在1MHz以上的信号，高频功率放大器主要用于无线电通信、雷达、医学设备和工业加热等领域。
它具有以下特点：1.高效率：高频功率放大器通常使用功率放大管作为放大器核心，这些管子具有高效率的特点。
在高频信号下，功率放大管的效率可以达到60%以上，这意味着大部分的输入功率都能转化为输出功率，从而实现高效率的功率放大。
2.高线性：高频功率放大器要求在放大高频信号时，输出信号要与输入信号保持一致。
这就要求功率放大器具有高线性度，即输出信号随着输入信号的变化而变化，而不会出现非线性失真。
3.高稳定性：在高频信号下，功率放大器的稳定性尤为重要。
任何微小的变化都可能导致输出信号的失真。
因此，高频功率放大器通常采用恒定电流源或者负反馈电路来提高稳定性。
4.高功率密度：高频功率放大器需要在小体积内实现高功率输出，因此需要具有高功率密度。
这要求功率放大器的散热和结构设计都要优化，以实现高功率密度。
5.宽带：高频功率放大器需要能够放大多种频率的信号，因此需要具有宽带特性。
这就要求功率放大器的带宽尽可能宽，能够放大从几百kHz到几GHz的信号。
在中心扩展下，高频功率放大器的应用领域不断扩大。
例如，在无线电通信领域，高频功率放大器可以用于增强信号的传输距离和穿透能力；在雷达领域，高频功率放大器可以用于增强信号的探测能力和精度；在医学设备领域，高频功率放大器可以用于磁共振成像等应用；在工业加热领域，高频功率放大器可以用于快速加热和热处理等应用。
总的来说，高频功率放大器具有高效率、高线性、高稳定性、高功率密度和宽带等特点。
随着应用领域的扩大，高频功率放大器的需求也会越来越高，未来有望在更广泛的领域得到应用。
高频功率放大器
第2章高频功率放大器第2章高频功率放大器2.1 谐振功率放大器基本工作原理2.2 丙类谐振功率放大器的工作状态分析2.3 谐振功率放大器的高频特性2.4 谐振功率放大器电路2.5 高效率高频功率放大器及功率合成技术第2章高频功率放大器一、工作状态分类A 类(甲类)、B 类(乙类)、C 类(丙类)等。
i i BEC tCu QA 类(甲类)：工作点Q 较高(I CQ 大)，信号360°内，管子均导通。
通角：θ＝180 °U CCR LR L′N 1∶N 2RBVCBu i第2章高频功率放大器甲类功放电路及交、直流负载线i Ct 0I C Q I C QI C Qu CE i Cu CEt00U CE QU CU CCQ直流负载线交流负载线i B1R L′－I CR B 为偏置电阻，决定Q 点的I CQ 及I BQ 。
变压器是理想的，则直流工作点电压U CEQ =U CC ，直流负载线为一垂直线，而交流负载线通过Q 点，其斜率为(-1/R ′L )第2章高频功率放大器CQCC C CQ CC TE I U dt t I I U TP ⋅=+=∫)sin (10ω1.电源功率P E2. 交流输出功率P LLC C C C C TL R U I U tdt I t U TP ′=⋅=⋅=∫22121sin sin 1ωωCC Cm U U =CQCm I I =CQCC CC E L I U I U P P 21==ηA 类放大器无信号时，效率为零，信号最强时最大效率只有50%。
这是A 类放大器的致命弱点，也是晶体管功率放大器极少采用A 类放大器的原因。
%50max =η一般: 20%~30%第2章高频功率放大器i C t 0i Cu BEQπ2π0u iV 1V 2V 0VD1VD 2I COi C1i C2U CCu o－U EER Li C1i C2B 类(乙类)：工作点Q 选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止。
第4章-高频功率放大器-综合综述
c c
ic
costd (t )
1
I cma x(
c
sinc cosc 1 cosc
)
I cma x 1
c
1
Icmn 2
c c
ic
cosntd (t)
2
ic
ma
x
sinnc cosc c cos nc n n2 1 1 cosc
s i n c
)
Icmax n
3、谐振功放与小信号谐振放大器
相同之处：放大的信号均为高频信号，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
eb o
t
小信号谐振放大器 波形图
t
o
eb o
t
VBZ
谐振功率放大器 波形图
t
ic
ic
Q
o
eb o
t
小信号谐振放大器 波形图
(2) 作 A 点:
c
令 t 0 o
A
:
uubcee
uc min ub ma x
EC U
UCm BB Ubm
连接 Q、A 两点即得动态特性曲线。
继续
思考1：如何列写高频功放的动态特性方程？ 思考2：如何画出高频功放的动态特性曲线？
高频功率放大器的负载特性 高频功放ic的工• 作状态ic： icmax
窄带谐振放大器
有源器件 丙类
谐振回路
继续
问：
（1） 丙类导通角<90o，何时最优？ （2） 放大、临界、饱和，何处最优？
继续
4.2 谐振功率放大器分析
高频功率放大器
高频功率放大器
高频功率放大器是指能够放大高频信号的功率的放大器。
在无线通信、雷达、医学诊断等领域，需要对高频信号进行放大，因此高频功率放大器具有重要的应用价值。
高频功率放大器通常采用半导体器件如晶体管、场效应管等作为放大元件。
不同的放大器结构和电路设计可以用于不同的频率范围和功率要求。
在设计高频功率放大器时，需要考虑以下几个关键因素：
1. 频率响应：要保证放大器在所需的频率范围内具有良好的增益和相位特性，以确保信号的准确放大。
2. 功率输出：放大器应能够提供所需的输出功率，以满足系统的功率要求。
3. 效率：高频功率放大器的效率越高，其在转换输入功率为输出功率时损耗的能量越少。
4. 线性度：在大功率输出时，要保持放大器的线性度，以避免失真和干扰。
5. 稳定性：放大器应具有良好的稳定性，以避免产生震荡或变换输出。
6. 抗干扰性：高频功率放大器应能够抵抗外部干扰，保持信号的纯净性。
高频功率放大器在无线通信系统中扮演着重要的角色，能够增强信号传输的距离和可靠性，提高信号的质量和覆盖范围。
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B 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B 愈小放大器的效率n 愈高。
如甲类功放的B =180。
，效率n 最高也只能达 50%,而丙类功放的B <900,效率n 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P O ，使之一部分转变为交流信号功率 R 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 P C根据能量守衡定理：P 。
R P c 直流功率：巳 I c0 U cc1.1.2放大器的集电极效率P12Uc怙-Po Ucc 1 c0 2输出交流功率：P -U c I c12U c 2 2R LJRU c -----回路两端的基频电压I c1基频电流R L----回路的负载阻抗。
其中集电极电压利用系数:U cicRUcc Ucc波形系数:；0 0（）为通角的函数；越小Y 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 , U BB 三极管的参数g c , U 'BB ，设电压利 用系数为率等。
，集电极的导通角为。
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
高频功率放大器
b iC O
c e
π
ωt c e
b
iC O
140 ° π
ωt
Hale Waihona Puke 本页完 返回本 章 学 习 要 点 和 要 求
1、掌握谐振功率放大器的工作原理和分析方法 2、了解晶体管功率放大器的高频特性 3、掌握高频功率放大器的电路组成
4、掌握丁类（D类）功率放大器工作原理 5、了解功率合成器和晶体管倍频器工作原理
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概述
高频功率放大器和低频功率放大器的异同： 1、共同特点：输出功率大，效率高。 2、差异：二者的工作频率和相对频带宽度相差很大：低 频功率放大器的工作频率低而相对频带却很宽，例如音频从 20~20000Hz，其高低频率之比达1000倍；高频功率放大器的工 作频率很高，但相对频带却很窄，如AM收音机，其频率范围在 535~1605kHz，但每个电台的频带宽度只有9kHz，显然相对频 c 带宽度很窄。 b 由于上述原因，这两种放大器的负载网络 + -e 有很大的区别。低频放大器一般是RC宽带网络， iC 晶体管的静态工作点一般设置在甲类或乙类状 IC 态。甲类状态即通常所说VBEQ=0.7V，晶体管可 2π 输出整个正弦波，也就是说管子在一个正弦波 O ωt 周期里都是导通的，亦称为其电流的流通角为 360°。 本页完 返回
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结束
低频功率放大器为提高效率，通常也会工 作在乙类或甲乙类状态，如模电中的OCL、OTL 电路等，此时管子的VBEQ≈0V ，晶体管只是输 出半个或稍大于半个正弦波，即管子只在半个 正弦波内导通，另外半个正弦波是截止的，这 时称管子的电流流通角约为180°。 高频功率放大器的负载网络一般是LC选频回 路，为了提高效率，通常令晶体管的VBEQ<0，称 为丙类工作状态。晶体管只输出半个正弦波中 的一部分，也就是说管子的电流流通角小于 180°。一般为140°左右。所以iC的失真很大， 但iC里有基波成份，可通过LC选频回路把基波成 份取出，所以输出电压仍是正弦波。 丙类工作状态是不能应用在低频功率放大 器中的，因为低频功率放大器没有选频回路。
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
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
1.调谐功率放大器知识简介在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。
为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。
高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。
在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上辐射出去。
这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。
实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。
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，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。
低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。
例如，自20 至20000 Hz，高低频率之比达1000 倍。
因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。
高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz 一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。
例如，调幅广播电台（535 －1605 kHz 的频段范围）的频带宽度为10 kHz，如中心频率取为1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。
中心频率越高，则相对频宽越小。
因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。
由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
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。
高频电子线路第六章 高频功率放大器
6.3.4 高频功放的负载特性（输出特性） 高频功放工作于非线性状态,负载特性是指在晶体 管及VCC,VBB Ubm一定时,改变负载电阻RP,功放的各 处电压、功率及效率η随RP变化的关系。 1. Ico 、Icm1与RP关系曲线 在欠压状态，随Rp增大，ICO、ICm1基本不变，在 过压区，随着Rp增大，ic出现下凹，ICO、IC1m减小， 如图6-5（a）。
图 6-5 高频功放的负载特性
2. UCm与RP的关系曲线 如图6-5（a），欠压区内，Icm1变化很小；UCm１ =Icm1RP随RP增大而上升； 在过压区，RP线性增 加，Icm1减小较慢，UCm稍有上升。
3.功率，效率P= 、PO、 ηc与RP的关系曲线 在欠压状态，随Rp增大，P=基本保持不变，PO线性 增大，ηc逐渐增大。进入过压状态，随Rp增大，P= 减少。由此看出，临界状态输出功率最大。而集 电极效率在弱过压区由于PO下降较P=下降缓慢，ηc 略增,在临近临界线的弱过压区,ηc出现最大值。图 6-5(b)是随Rp变化的规律。
=g1(θc)ξ/2 (g1(θc)= α1 (θc)/ α0 (θc)，称为波形系数)
6.3.2 高频功放的uBE～uCE的关系
图6-3 高频功放uBE～uCE的关系
动特性是指当加上激励信号及接上负载阻抗时, 晶体管集
电极电流iC与电压uCE的关系曲线,它在ic～ｕCE坐标系中是
一条曲线。图6-3表示在动态特性一定时uBE～uCE的关系。
（6-10）
直流输入功率与集电极输出高频功率之比就是集 电极定义集电极效率。
由式(6 -7)、(6-8)可以得到输出功率Po和集电极损 耗功率Pc之间的关系为：
第三章高频功率放大器
分电压与电流的关系
11
二、输出功率和效率计算
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。表示转换能力，引入集电极效率的概念。
Pdc=直流电源供给的直流功率； Po=集电极交流输出基波信号功率； Pc=集电极耗散功率；
高频区:0.2fT<f工作<fT (考虑内部电抗、引线电感等)
20
根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的 一条直线来表示(VBZ为截止偏压)。
ic gc
ic
临界线
过压区 gcr
欠压区
vB
0 VBZ
(a)
理想化折线 （虚线）
vB 0 (b)
晶体管实际特性和理想折线
vC 21
由上图可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流 只受基极电压的控制，而与集电极电压无关。
故得：
cosc
VBB VBZ Vbm
必须强调指出，集电极电流ic虽
然是脉冲状，但由于谐振回路的
这种滤波作用，仍然能得到正弦
波形的输出。
ic
ic
转移
特性
ic max
理想化
–VBB
t
+c o VBZ o
–c
vB +c o –c vb
Vbm
m
vBmax
t
谐振功率放大器转移特性曲线
谐振功率放大器各部分的电压与电 流的波形图如下图所示
到最大值。这样看来， 取c=120应该是最佳通 角了。但此时放大器处
于甲乙类工作状态效率太低。尖源自脉冲的分解系数18c
高频功率放大器(丙类)
实验报告课程名称高频电子线路实验名称高频功率放大器（丙类）实验类型验证（验证、综合、设计、创新）学院名称电子与信息工程学院专业电子信息工程年级班级2012级电信3 班开出学期2014-2015上期学生姓名学号指导教师蒋行达成绩2014 年11 月22 日实验二高频功率放大器（丙类）一、实验目的1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，三种工作状态，功率、效率计算。
2、掌握丙类功率放大器性能的测试方法。
3、观察集电极负载、输入信号幅度与集电极电压EC对功率放大器工作情况的影响。
二、实验仪器1、示波器2、高频信号发生器3、万用表4、实验板2三、预习要求1、复习功率放大器原理及特点。
2、分析图2-2所示的实验电路，说明各元器件作用。
四、实验内容1、用示波器观察功率放大器工作状态，尤其是过压状态时的集电极电流凹陷脉冲。
2、观察并测量集电极负载变化对功率放大器工作的影响。
3、观察并测量输入信号幅度变化对功率放大器工作的影响。
4、观察并测量集电极电源电压变化对功率放大器工作的影响。
五、基本原理及实验电路高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
它的作用是放大信号，使之达到足够功率输出，以满足天线发射或其他负载的要求。
它的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）。
1、基本原理功率放大器的效率是一个最突出的问题，其效率高低与放大器的工作状态有直接的关系。
放大器工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。
图2-1 表示了不同Ube时，谐振功率放大器不同工作状态的基极电压和集电极电流波形。
当工作点在Q 和Q/输入Ub1m、Ub2m时，工作点Q 和Q/在转移特性的线性段，调谐功率放大器工作在甲类。
甲类工作状态理想效率为50%。
此时晶体管需要正偏置。
当工作点在移至Q//输入Ub3m时，晶体管只在输入信号的正半周时导通，集电极电流是周期性电流脉冲，调谐功率放大器工作在乙类。
乙类工作状态理想效率为78.5%。
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集电极效率： 1 Vcm I cm1 1 Po 2 g1 (q c ) c VCC I c 0 2 P Vcm 集电极电压利用系数
I cm1 波形系数 g1 (q c ) I c0
VCC
End
或电压 电流
V CC V BZ
－ BB V
iC
v bE ax m
wt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
2. iC 脉冲最大时，vCE最小；
3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小；
End
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
电路正常工作（丙类、谐振）时，
P0 P0 c P P0 PC
由上式可以得出以下结论：
设法降低集电极耗散功率Pc,集电极效率自然会提 高。这样，在给定P=的时候，晶体管的交流输出 功率P0就会增大。 如何减小集电极耗散呢？ 晶体管的集电极耗散功率在任何瞬间总是等于瞬 时集电极电压与瞬时集电极电流的乘积。如果使 iC只有在VC最低的时候才能通过，那么集电极耗 散功率就会大为减小。
高频功率放大器就是从这方面入手，来提高输出 功率与效率的。通常，高频功率放大器都是工作 在丙类状态。
《 高 频 电 子 小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于： 线 路 工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类。因此，采用负电源 》 （ 作基极偏置。 第 四 iC i B / iC 版 转移 ） 特性 张 肃 理想化 VBB wt 文 o V BZ 主 v be - qc 0 + qc - qc 编 0 高 等 教 育 出 版 社
+ qc
v be
V bm
v BE VBB Vbm coswt
图 6.2.1 高频功率放大器的 基本电路
wt
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 iC 四 版 v ） ic maxCE min 张 肃 0 qc 文 主 编
V cm
vCE
v CE VCC Vcm coswt
高 V bm 等 vBE 教 育v BE VBB Vbm coswt 出 (b) 版 社
外部电路关系式： v BE VBB Vbm coswt
v CE VCC Vcm coswt
iC I c 0 I cm1 coswt I cm2 cos 2wt I cmn cos nwt
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
谐振功率放大器如何获得高效率
李研达
从“模拟电子技术课程”我们已经知道，晶体管的 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。这种转换不是百分之百的转换。因为 直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率的 那一部分外，还有一部分功率以热能的形式消耗在 集电极，成为集电极耗散功率。 根据能量守恒定律：P==P0+PC 为了说明晶体管放大器的转换能力，采用集电 极效率：
iC I c 0 I cm1 coswt I cm2 cos 2wt I cmn cos nwt
直流功率：
P==VCC Ic0
2 2 Vcm 1 2 I cm1 Rp 2 Rp 2
输出交流功率：Po 1 Vcm I cm1
v CE VCC Vcm cos wt