高频功率放大器原理详解(PPT课件)

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。为了表示晶体管放大器的转换能力引入集 电极效率ηc
P==直流电源供给的直流功率； 根据能量守衡定理：
Po=交流输出信号功率；
Pc=集电极耗散功率；
P==Po+Pc
故集电极效率：
c
Po P
Po Po Pc
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由上式可以得出以下两点结论：
vCE
Vcm vCE
iC ic mvaxCE min
iC VCC
o c VBZ
－VBB
Vbm vBE
vBE V BB V bm c(b)o ts
v bE max
t
Pc
1 T
T
0 iCvCEdt
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；
缓冲
高频振荡
倍频
声音
话筒
高频放大 音频放大
调制 传输线
（直流电源未画）
2、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：
谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；
谐振功率放大器与低频功率放大器； 2
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。
ic
转移
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V bm cosc=V BB+V B Z
特性
故得：
cosc
VBBVBZ 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
ic max
理想化
–V BB
t
–c o VBZ o
+c
vBE –c o +c vc
V bm
的这种滤波作用，仍然 能得到正弦波形的输出。
t
V bm
谐振功率放大器转移特性曲线
一周期到来重复以上过程。
LC回路能量转换过程
由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振荡。当补 充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起动态平衡，因而 维持了等幅的正弦波振荡。
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4、谐振功率放大器的功率关系和效率
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。
非谐振功率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。
谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法
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4.2 谐振功率放大器的工作原理
ic
1、原理电路
+
L
(1)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。 vb
理想效率
50% 78.5% 50%＜＜78.5% ＞78.5% 90%~100%
负载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路
应用 低频 低频，高频 低频 高频 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 7
谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,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。
为方便起见，以后将c简称为通角
4
ic
ic
o
vBE o
t
E
2c
V BZ
谐振功率放大器 波形图
t
5
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；
–+
当晶体管由截止转入导电时，由于回路中
电感L的电流不能突变，因此，输出脉冲电 流的大部分流过电容C，即使C充电。充电电 压的方向是下正上负。这时直流电源VCC给
–+ C
+–
iL
L
出的能量储存在电容C之中。过了一段时间，
当电容两端的电压增大到一定程度(接近电源
ic + –
电压)，晶体管截止，电容通过电感放电，下
Chapter4 谐振功率放大器
4.1 概述 4.2 谐振功率放大器的工作原理 4.3 晶体管谐振功率放大器的
折线近似分析法 4.4 晶体管功率放大器的高频特性 4.5 高频功率放大器的电路组成 4.6 晶体管倍频器
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4.1 概 述
1、使用谐振功率放大器的目的 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。
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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
V BZ V cm
–V BB
t
ic
+
L
iB
+ t vb
–
vcE C
VBE
–
– vc +
– iE
输出
–+ VBB
–
+
VCC
t
V cm
V CC
t
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（a）vCEVCCvc
或电压 电流
vCE V CC V cm co ts
(2)谐振回路LC是晶体管的负载 –
iB V BE –
vcE C –
iE
– vc +
输出
–+ –
+
(3)电路工作在丙类工作状态
V BB
V CC
谐振功率放大器的基本电路
外部电路关系式： vBEVBBVbmcost vCEVCCVcmcost
晶体管的内部特性： icgc(vBE VBZ )
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根据晶体管的转移特性曲线可得： ic
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电或 流电
V cm
压
vc
ic
V CE V CC
ic
i c m a xv cE m in
V BZ
V BE max
t
o c
3
2
–VBB 2
2
5 2
vBE
V bmvb
高频功率放大器中各部
(b)
分电压与电流的关系
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3、LC回路的能量转换过程
回路是由L、C二个储能元件组成。
回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。
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
V BE o
t
小信号谐振放大器t
波形图
t
o
V BE
o
t
V B Z 谐振功率放大器t 波形图
3
t
ic
ic
Q
o
vb o e
2c
t
小信号谐振放大器 波形图
t
2c是在一周期内的集电极电流流通角，因此，c可
称为半流通角或截止角(意即t=c时，电流被截止)。
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P=时，晶体管的交流输出功率
放大器的负载不同；
放大器的工作状态不同。
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5、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 丁类
半导通角
c=180 c=90 90＜c＜180 c＜90 开关状态