高频电子线路第四章
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甲乙类工作状态 晶体管导通的时间大于 半个周期，静态IC 0， 一般功放常采用。
IC Q
O
iC
UCE
O
t
4.1 概述
《高频电子线路》
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。
表 2-1 不同工作状态时放大器的特点 工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 半导通角 理想效率 50% 78.5% 50%＜h＜78.5% h＞78.5% 90%~100% 负 载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 应 用 低频 低频，高频 低频 高频
UBZ UBB
u 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 g
b
uBE
ic
i 集电极输出电压 (2)
b
Ubm
t
C
《高频电子线路》
uBE ub
q C
VBB •
•U
BZ
q C
ic
Icm 故回路输出的基波电压：
t
Ubm
uc i Rp -u
uCE c1
VCC
t
c
Icm θc
ic
ic1
ic2 i c3
Ico ωt
其中各系数分别为：
ic d (t )
c
c
式中：(1) 0 q c ，1 qc ，…，n qc 称为尖顶余弦脉冲的分解系数。
q c 的数值查表求出各分解系数的值。 一般可以根据 (2) I co ， Ic1m ， Ic2m ，…， Icnm 为直流及基波和各次谐波的振幅。
PDC Po
α1 αo g1 α2 α3 θc 2.0
hc
Po Po PDC Po PC
1.0
其中： 为集电极电压利用系数； g1 qc 称为波形系数，是导通角q c 的函数，通常可查表求出。
1 U Cm I C 1 m 1 2 g1 q c VCC I CO 2
T
晶体管：
反偏 类)； （2(C ）发射结负偏置，流过晶体管的电流为失真波形
输入激励电路： 提供所需信号电压；
（3）负载为LC谐振回路，谐振在激励信号频率上 ？
输出谐振回路： （1）滤波选频，(2)阻抗匹配。
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
二、工作原理
ic +
《高频电子线路》
（4）LC回路调谐在
ub Ubm cost
uBE VBB Ubm cost
由晶体管的转移特性曲线可以看出：
当 uBE UBZ ， i c 0
+ ub -
_
+ uCE C -
R
L u c +
VBB
VCC
当 uBE UBZ ， ic gc uBE UBZ
ic
•
ic
式中 gc 为：
折线的斜率 gc
第4章 高频功率放大器
阳昌汉 主编
许昌学院电气信息工程学院
第4章 高频功率放大器
4.1 概述
《高频电子线路》
4.2 丙类（C类）高频功率放大器的工作原理 4.3 丙类（C类）高频功率放大器的折线分析法
4.4 丙类高频功率放大电路
4.5 丁类（D类）和戊类（ E类）高频功率放大器 4.6 宽频带高频功率放大器
讨论： U高频功放的功率关系 I c1m RP 三、 cm (1) ， RP hc VCC VCC PDC VCC IC 0 (1) 集电极电源提供的直流功率： I
《高频电子线路》
PC ， PC (3)(4) 集电极耗散功率 不同工作状态下的效率？
(4) 集电极能量转换效率h c ：
《高频电子线路》
输出功率大 (1)对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同： 效率高
(2) 丙类高频功放------谐振功率放大器, 放大器一般工作在 C（丙）类工作状态，属于非线性电路。
(3)丙类下波形失真，加上具有滤波作用的谐振回路。
(4)不能用线性模型电路分析，一般采用图解法分析和折线法。
使用高频功率放大器的目的：
4.1 概述
《高频电子线路》
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：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. 功能
用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器，将直流电源 供给的能量转换为大功率的高频能量输出，其输出信号与输入信号 的频谱相同。
I c 1 m Rp cost U
cm
U cm cost i 频谱 而晶体管集电极的输出电压：C uCE VCC Ucm cost
t
θc
+ ub -
+ uBE
_
+ uCE C -
ic
Rp
L
uc +
LC回
0
2
3
路阻 抗
Rp
VBB
VCC
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
qc=180°
qc=90° 90° ＜qc＜180° qc＜90°
丁类
开关状态
选频回路
高频
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。
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 教学过程
引入： 转移特性曲线 ic f uBE u 常量
《高频电子线路》
放大高频大信号,使发射机末级获得足够大的发射功率。
①高效率输出
②高功率输出
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
一、基本电路及特点
+
+ uS + ub C
《高频电子线路》
ic
L
+ ub VBB
uCE C
-
Rp
L
uc +
VBB VCC (a) 原理电路
VCC
(b) 等效电路
特点 （1）无激励信号时，晶体管截止-----发射结负偏置（VBB 保证，为负） 大功率晶体管，能承受高电压，大电流， f 一般工作时发射极
三、高频功放的分类
窄带功率放大器
四、高频功放的技术指标
输出功率、效率
宽带功率放大器
功率增益、谐波抑制度
4.1 概述 晶体管的工作状态 IC iC
Q
O
《高频电子线路》
UCE
O
t
IC Q UCE
iC
O
O
t
甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通 静态IC较大，波形 好, 管耗大效率低。 乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重 失真, 管耗小效率高。
4.3 丙类高频功率放大器的折线分析法 教学过程
《高频电子线路》
正向传输特性曲线的理想化 输出特性曲线的理想化 输入特性曲线的理想化 复习：
iC ff u u u u B BEBE 常量 常量
CE CE
ic f uCE u
iC
B E 常量
ic B
gC b
uBE = uBE4 uBE = uBE3 uBE = uBE2 uBE = uBE1
ic
CE
输出特性曲线 iic f uCE u
C
B E 常量
饱和区
•Q
截止区
•Q
u BE
U BB
•
•U
BZ
A 类：
θ 180o
O
•
ICEO
• E
uCE
C
Q 位于放大区
B 类：q
90o
U BB U BZ
o q 90 C 类： , UBB UBZ 。
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
《高频电子线路》
例1 某高频谐振功率放大器工作于临界状态，输出功率PO 6W , 集电极电源VCC=24V，集电极电流直流分量 IC 0 300mA，电压利用系数 0.95。试计算：直流电源提供的功率PDC ，功放管的集电极损耗功率
Pc 及效率h 。
ic ic1
《高频电子线路》
ic Ico Ic1m cost Ic2m cos2t Icnm cosnt
ic2
ic3 Ico ωt
Icm θc θc
I cm sinqc qc cosqc ) I CM0 qc 1 cosqc 1 q 1 qc si nqc cosqc I cm1 ic costd (t ) I cm ( ) I CM1 qc 2 q 1 cosqc 2 sinnqc cosqc qc cos nqc sinqc 1 qc I cmn ic cos ntd (t ) icm ) I CM n qc 2 q 2 c n n 1 1 cosqc I co 1 2
（5） uc ( t ) Ucm cost
Rp
上
+ ub VBB
uCE C
-
L
uc +
Ucm Ic1m Rp
ic
•
ic
gC
VCC
(b) 等效电路
VBB
q C
•
（1）无激励信号时，晶体管截止,
发射结负偏置（VBB 保证，为负） (2) uBE VBB Ubm cost
UBZ
•
uBE qC ub
4.7 功率合成
4.1 概述
一、非线性电子线路 1. 概念
《高频电子线路》
线性电路：元器件可以用通过原点的直线来表征的为线性元件， 全部由线性元器件组成的电路称为线性电路。 非线性电路：电路中含有一个或一个以上的非线性元器件，称 为非线性电路。
2. 分类
功能分：功率放大电路、振荡电路、波形和频率变换电路
解：
PDC VCC IC 0 24 0.3 7.2W
PC PDC PO 7.2 6 1.2W
h
PO 6 83.3% PDC 7.2 2h 2 0.833 g1 (qC ) 1.75 0.95
IC 1m IC 0 g1 (qC ) 300 1.75 525mA
c 1m g q g1 q hc 到 的功率） 1 c (2) ，一般有： c c (2) 集 电 极 I 输出 交流功q 率 （负 载 上得 c0 2 hc Po 1 1 U cm 2 （注意 RP 为回路谐振阻抗） Ucm I c 1 P o P c P0 I R c 1 m c (3) h Po Pc m 2 1 h c P 2 R 2 P
uBE = UBZ
UBZ
uBE
O
uCE
gb =△ib/ △uBE gC =△iC/ △uBE
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。
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。
qC
qC
ic 0
Ubm
ucE ( t ) VCC uc ( t ) （6 ）
（3） ic Ico Ic1m cost Ic2m cos2t Icnm cosnt
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
(1) 集电极电流 i c
设输入信号电压:
+ uBE
《高频电子线路》
有
gC
VBB
q C
ic uBE
uc e 常 数
Fra Baidu bibliotek
•
UBZ
•
uBE qC
qC
ic gc VBB Ubm cost UBZ
qC
ub
Ubm
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
ic gc VBB Ubm cost UBZ
U BZ VBB q cos1 U BZ VBB cosqc c Ubm Ubm
_
L u c +
VBB
VCC
ic
•
ic
ICM
gC
gcUbm
I CM 代入ic 有： 1 cosqc
VBB
q C
•
ic I CM
cost cosqc 1 cosqc
UBZ
•
uBEqC q C ub
qC
尖顶余弦脉冲的数学表达式
ubm
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
若对ic 分解为付里叶级数为：
3. 三电路特点 4. 非线性器件的频率变换作用
4.1 概述
《高频电子线路》
例：在半导体二极管上加一个余弦电压，则流过二极管的电流 i 如下图。
i
V
t
t 5. 非线性电路的分析方法
采用工程近似解析法
4.1 概述
二、高频功放的功能
《高频电子线路》
在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频调谐 功率放大器，这是发射设备的重要组成部分。
ic gc Ubm cost Ubm cosqc gcUbm cost cosqc
又当 t 0 时， ICM gcUbm 1 cosqc
由于当 t q c 时， i c 0
+ ub + uBE
《高频电子线路》 ic
+ uCE C Rp
IC Q
O
iC
UCE
O
t
4.1 概述
《高频电子线路》
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。
表 2-1 不同工作状态时放大器的特点 工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 半导通角 理想效率 50% 78.5% 50%＜h＜78.5% h＞78.5% 90%~100% 负 载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 应 用 低频 低频，高频 低频 高频
UBZ UBB
u 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 g
b
uBE
ic
i 集电极输出电压 (2)
b
Ubm
t
C
《高频电子线路》
uBE ub
q C
VBB •
•U
BZ
q C
ic
Icm 故回路输出的基波电压：
t
Ubm
uc i Rp -u
uCE c1
VCC
t
c
Icm θc
ic
ic1
ic2 i c3
Ico ωt
其中各系数分别为：
ic d (t )
c
c
式中：(1) 0 q c ，1 qc ，…，n qc 称为尖顶余弦脉冲的分解系数。
q c 的数值查表求出各分解系数的值。 一般可以根据 (2) I co ， Ic1m ， Ic2m ，…， Icnm 为直流及基波和各次谐波的振幅。
PDC Po
α1 αo g1 α2 α3 θc 2.0
hc
Po Po PDC Po PC
1.0
其中： 为集电极电压利用系数； g1 qc 称为波形系数，是导通角q c 的函数，通常可查表求出。
1 U Cm I C 1 m 1 2 g1 q c VCC I CO 2
T
晶体管：
反偏 类)； （2(C ）发射结负偏置，流过晶体管的电流为失真波形
输入激励电路： 提供所需信号电压；
（3）负载为LC谐振回路，谐振在激励信号频率上 ？
输出谐振回路： （1）滤波选频，(2)阻抗匹配。
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
二、工作原理
ic +
《高频电子线路》
（4）LC回路调谐在
ub Ubm cost
uBE VBB Ubm cost
由晶体管的转移特性曲线可以看出：
当 uBE UBZ ， i c 0
+ ub -
_
+ uCE C -
R
L u c +
VBB
VCC
当 uBE UBZ ， ic gc uBE UBZ
ic
•
ic
式中 gc 为：
折线的斜率 gc
第4章 高频功率放大器
阳昌汉 主编
许昌学院电气信息工程学院
第4章 高频功率放大器
4.1 概述
《高频电子线路》
4.2 丙类（C类）高频功率放大器的工作原理 4.3 丙类（C类）高频功率放大器的折线分析法
4.4 丙类高频功率放大电路
4.5 丁类（D类）和戊类（ E类）高频功率放大器 4.6 宽频带高频功率放大器
讨论： U高频功放的功率关系 I c1m RP 三、 cm (1) ， RP hc VCC VCC PDC VCC IC 0 (1) 集电极电源提供的直流功率： I
《高频电子线路》
PC ， PC (3)(4) 集电极耗散功率 不同工作状态下的效率？
(4) 集电极能量转换效率h c ：
《高频电子线路》
输出功率大 (1)对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同： 效率高
(2) 丙类高频功放------谐振功率放大器, 放大器一般工作在 C（丙）类工作状态，属于非线性电路。
(3)丙类下波形失真，加上具有滤波作用的谐振回路。
(4)不能用线性模型电路分析，一般采用图解法分析和折线法。
使用高频功率放大器的目的：
4.1 概述
《高频电子线路》
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：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. 功能
用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器，将直流电源 供给的能量转换为大功率的高频能量输出，其输出信号与输入信号 的频谱相同。
I c 1 m Rp cost U
cm
U cm cost i 频谱 而晶体管集电极的输出电压：C uCE VCC Ucm cost
t
θc
+ ub -
+ uBE
_
+ uCE C -
ic
Rp
L
uc +
LC回
0
2
3
路阻 抗
Rp
VBB
VCC
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
qc=180°
qc=90° 90° ＜qc＜180° qc＜90°
丁类
开关状态
选频回路
高频
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。
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 教学过程
引入： 转移特性曲线 ic f uBE u 常量
《高频电子线路》
放大高频大信号,使发射机末级获得足够大的发射功率。
①高效率输出
②高功率输出
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
一、基本电路及特点
+
+ uS + ub C
《高频电子线路》
ic
L
+ ub VBB
uCE C
-
Rp
L
uc +
VBB VCC (a) 原理电路
VCC
(b) 等效电路
特点 （1）无激励信号时，晶体管截止-----发射结负偏置（VBB 保证，为负） 大功率晶体管，能承受高电压，大电流， f 一般工作时发射极
三、高频功放的分类
窄带功率放大器
四、高频功放的技术指标
输出功率、效率
宽带功率放大器
功率增益、谐波抑制度
4.1 概述 晶体管的工作状态 IC iC
Q
O
《高频电子线路》
UCE
O
t
IC Q UCE
iC
O
O
t
甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通 静态IC较大，波形 好, 管耗大效率低。 乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重 失真, 管耗小效率高。
4.3 丙类高频功率放大器的折线分析法 教学过程
《高频电子线路》
正向传输特性曲线的理想化 输出特性曲线的理想化 输入特性曲线的理想化 复习：
iC ff u u u u B BEBE 常量 常量
CE CE
ic f uCE u
iC
B E 常量
ic B
gC b
uBE = uBE4 uBE = uBE3 uBE = uBE2 uBE = uBE1
ic
CE
输出特性曲线 iic f uCE u
C
B E 常量
饱和区
•Q
截止区
•Q
u BE
U BB
•
•U
BZ
A 类：
θ 180o
O
•
ICEO
• E
uCE
C
Q 位于放大区
B 类：q
90o
U BB U BZ
o q 90 C 类： , UBB UBZ 。
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
《高频电子线路》
例1 某高频谐振功率放大器工作于临界状态，输出功率PO 6W , 集电极电源VCC=24V，集电极电流直流分量 IC 0 300mA，电压利用系数 0.95。试计算：直流电源提供的功率PDC ，功放管的集电极损耗功率
Pc 及效率h 。
ic ic1
《高频电子线路》
ic Ico Ic1m cost Ic2m cos2t Icnm cosnt
ic2
ic3 Ico ωt
Icm θc θc
I cm sinqc qc cosqc ) I CM0 qc 1 cosqc 1 q 1 qc si nqc cosqc I cm1 ic costd (t ) I cm ( ) I CM1 qc 2 q 1 cosqc 2 sinnqc cosqc qc cos nqc sinqc 1 qc I cmn ic cos ntd (t ) icm ) I CM n qc 2 q 2 c n n 1 1 cosqc I co 1 2
（5） uc ( t ) Ucm cost
Rp
上
+ ub VBB
uCE C
-
L
uc +
Ucm Ic1m Rp
ic
•
ic
gC
VCC
(b) 等效电路
VBB
q C
•
（1）无激励信号时，晶体管截止,
发射结负偏置（VBB 保证，为负） (2) uBE VBB Ubm cost
UBZ
•
uBE qC ub
4.7 功率合成
4.1 概述
一、非线性电子线路 1. 概念
《高频电子线路》
线性电路：元器件可以用通过原点的直线来表征的为线性元件， 全部由线性元器件组成的电路称为线性电路。 非线性电路：电路中含有一个或一个以上的非线性元器件，称 为非线性电路。
2. 分类
功能分：功率放大电路、振荡电路、波形和频率变换电路
解：
PDC VCC IC 0 24 0.3 7.2W
PC PDC PO 7.2 6 1.2W
h
PO 6 83.3% PDC 7.2 2h 2 0.833 g1 (qC ) 1.75 0.95
IC 1m IC 0 g1 (qC ) 300 1.75 525mA
c 1m g q g1 q hc 到 的功率） 1 c (2) ，一般有： c c (2) 集 电 极 I 输出 交流功q 率 （负 载 上得 c0 2 hc Po 1 1 U cm 2 （注意 RP 为回路谐振阻抗） Ucm I c 1 P o P c P0 I R c 1 m c (3) h Po Pc m 2 1 h c P 2 R 2 P
uBE = UBZ
UBZ
uBE
O
uCE
gb =△ib/ △uBE gC =△iC/ △uBE
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。
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。
qC
qC
ic 0
Ubm
ucE ( t ) VCC uc ( t ) （6 ）
（3） ic Ico Ic1m cost Ic2m cos2t Icnm cosnt
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
(1) 集电极电流 i c
设输入信号电压:
+ uBE
《高频电子线路》
有
gC
VBB
q C
ic uBE
uc e 常 数
Fra Baidu bibliotek
•
UBZ
•
uBE qC
qC
ic gc VBB Ubm cost UBZ
qC
ub
Ubm
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
ic gc VBB Ubm cost UBZ
U BZ VBB q cos1 U BZ VBB cosqc c Ubm Ubm
_
L u c +
VBB
VCC
ic
•
ic
ICM
gC
gcUbm
I CM 代入ic 有： 1 cosqc
VBB
q C
•
ic I CM
cost cosqc 1 cosqc
UBZ
•
uBEqC q C ub
qC
尖顶余弦脉冲的数学表达式
ubm
4.2 丙类高频功率放大器的工作原理
若对ic 分解为付里叶级数为：
3. 三电路特点 4. 非线性器件的频率变换作用
4.1 概述
《高频电子线路》
例：在半导体二极管上加一个余弦电压，则流过二极管的电流 i 如下图。
i
V
t
t 5. 非线性电路的分析方法
采用工程近似解析法
4.1 概述
二、高频功放的功能
《高频电子线路》
在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频调谐 功率放大器，这是发射设备的重要组成部分。
ic gc Ubm cost Ubm cosqc gcUbm cost cosqc
又当 t 0 时， ICM gcUbm 1 cosqc
由于当 t q c 时， i c 0
+ ub + uBE
《高频电子线路》 ic
+ uCE C Rp