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1、第4章 高频功率放大器,主要内容 概述 丙类（C类）高频功率放大器原理 丙类（C类）高频功率放大器折线分析法 丙类（C类）高频功率放大电路 宽频带高频功率放大器,（1）输出功率要大（故集电极电压、电流大） （2）效率要高（常采用效率较高的丙类功放） （3）非线性失真要小（为滤除丙类功放的众多高次谐波分量, 采用LC谐振回路作为选频网络 ） 故称为丙类谐振功率放大电路,一，高频功放的主要要求,第一节 概述,高频功率放大的必要性 远距离无线传输，弥补信号衰落，提高信号抗噪声干扰能力 一些其他需要，如高频加热装置、微波功率源等需要 高频功率放大电路最主要的技术指标：（与低频功率放大电路一样） 输出功
2、率、效率和非线性失真。 高频功率放大器的特点：放大信号频率高，输出功率高、效率高。 高频功率放大器的功能：用小功率的高频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，并保证输出与输入的频谱相同。,从节省能量的角度考虑, 效率更加重要。 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态, 即晶体管集电极电流导通时间（导通角c）小于输入信号半个周期的工作状态。 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, 也称为谐振高频功率放大电路。,使用高频功率放大器的目的 放大高频信号使发射机末级获得足够大的发射功率 高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题 高
3、效率输出 高功率输出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,功率放大器的工作状态,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。,高频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.,甲、乙、丙三种状态下的转移特性,甲类,乙类,丙类,高频功率放大器的分类,宽带和窄带 宽带高频功放采用具有宽带特性的传输线变压器作为负载，不需要调谐，适于频率相对变化范围大的通信系统，选用甲类和乙类推挽放大； 窄带高频功放多选用丙类或丁类，甚至戊类放大，以提高效率。相对带宽在1%左右，甚至更小。
4、 中波调幅： 载波：5351602kHz， 信息带宽：9kHz 相对带宽：0.6%1.7%,高频功率放大器的主要技术指标,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 4.谐波抑制度： 是对非线性高频功率放大器而提出的，谐波分量相对于基波分量越小越好,高频功率放大器与小信号谐振放大器的对比,相同点： 放大的信号均为高频信号，放大器的负载均为谐振回路。 不同点： 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。,高频功率放大器波形图,小信号谐振放大器波形图,高频功率放大器
5、与非谐振功率放大器的对比,相同点： 输出功率大，输出效率高。 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。 不同点： 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(导通角c90)，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,总结高频功放与低频功放的异同点：,相同点：输出功率大，效率高,不同点： （1）工作频率 （
6、2）相对带宽：低频：很宽（故负载用电阻）；高频：很窄（故负载用LC回路） （3）负载低频：电阻或变压器； 高频：LC回路 （4）功放种类：低频：甲类、乙类；高频：丙类 （5）基极偏压低频：正偏压； 高频：负偏压,习题41：为什么高频功率放大器一般要工作在乙类或丙类状态？为什么采用谐振回路作负载？为什么要调谐在工作频率？,答： 高频功率放大器的输出功率高，这样在有源器件上损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是保护有源器件安全工作（损耗功率小，发热少）。乙类、丙类放大状态的效率比甲类高。故高频功率放大器一般选乙类或丙类工作状态。因为乙类和丙类放大的集电极电流为脉冲，只有通过谐振回路选出周期脉冲
7、电流的基波分量，产生连续的基波电压输出。回路调谐于工作频率是为了取出基波电压输出。,习题42：为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器不却能工作于丙类？,答：低频功率放大器所放大的信号频率一般为20Hz20kHz，其相对频带宽，不可能谐振回路取出不同的频率分量，只能采用甲类或乙类推挽的放大形式。而高频功率放大器一般放大信号的相对频带很窄，采用一个谐振回路就可以完成选频作用，故可以工作在丙类。,第二节 丙类(C类)高频功放工作原理,无论中间级还是输出级，其负载可以等效为并联谐振回路,一、基本电路形式,二、基本特点 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
8、； 负载为谐振回路 ： 取出基波分量，获得正弦电压波形。 阻抗匹配。,谐振于输入信号的频率,谐振功率放大器原理图,第二节 丙类高频功放的工作原理,一、基本电路及其特点,第二节 丙类高频功放的工作原理,二、工作原理,周期性脉冲可分解为：,谐振功率放大器原理图,二、工作原理 发射结处于负偏压状态 无输入（ub=0）时，晶体管截止，ic=0 输入 时，ib为脉冲形状，可用傅立叶级数展开同理负载回路谐振频率为,第二节 丙类高频功放的工作原理,二、工作原理,由LC回路的选频(选基波)作用：,图4.2.3(b),第三节 丙类(C类)高频功放折线分析法,工作在大信号和非线性工作状态小信号分析方法不适用 将晶
9、体管特性曲线理想化成为折线进行分析称为折线分析法 有一定误差，但较为简便。 工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。 对高频功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量Ic0和基频分量Icm1,折线分析法的主要步骤：1、测出晶体管的转移特性曲线ic-ube及输出特性曲线ic-uce，并将这两组曲线作理想折线化处理； 2、作出动态特性曲线； 3、根据激励电压ub的大小在已知理想特性曲线上画出对 应电流脉冲ic和输出电压uce的波形； 4、求出ic 的各次谐波分量Ic0、Ic1m、Ic2m，由给定的负 载谐振阻抗的大小，即可求得放
10、大器的输出电压、输出 功率、直流供给功率、效率等指标。,1、晶体管特性曲线的理想化,一、正向传输特性曲线理想化 由理想化输入特性可得理想化的正向传输特性,称为理想化晶体管跨导,理想化晶体管导通电压或截止电压,二、输出特性曲线理想化 输出特性曲线理想化：饱和区、放大区 饱和区：近似认为ic只受uce的控制，而与ube无关。理想的饱和临界线为一条通过原点的斜线。 斜率： 放大区：近似认为ic与uce 无关。各条曲线为平行于 uce的水平线。对于等差的 ib间隔应该是相等的。 表征临界线的方程：,第三节 丙类高频功放的折线分析法,一、晶体管特性曲线的理想化及其解析式,折线分析法：将晶体管的特性曲线理
11、想化为折线再分析。,1，正向传输特性曲线,2，输出特性曲线,2、集电极余弦电流脉冲的分解,一、余弦电流脉冲的表示式,当输入信号 时, 集电极电流ic的波形为余弦电流脉冲,当t=c 时,ic=0，可得导通角,已知Vbb、Ubz和Ubm可确定高频功率放大器的半通角c，有时也称c为通角。 通常用c=180表示甲类放大；c=90表示乙类放大；c78.5% 高频功放在谐振电阻Rp一定的条件下， c= 120时输出功率最大，但是集电极理想效率只有66%；而c= 1 15时，效率最高，但输出功率却最小。所以实际，为兼顾二者，通常取c= 60 80的丙类工作状态。,习题44：某谐振功率放大器，已知,解：,第三
12、节 丙类高频功放的折线分析法,四、丙类高频功率放大器的动态特性,（一）什么是静态特性：,第三节 丙类高频功放的折线分析法,四、丙类高频功率放大器的动态特性,（二）什么是动态特性：,在谐振功率放大器的电路参数确定的条件下，也就是电源电压(VCC和VBB)、晶体管(gC 、 UBZ)、输入信号ub = Ubmcoswt和输出电压uc = Ucmcoswt （或谐振电阻RP ）一定的条件下，集电极电流iC = f(uBE, uCE) 的关系称为放大器的动态特性。,四、丙类高频功率放大器的动态特性,一、动态特性 在晶体管、电源电压Vcc和Vbb、输入信号振幅Ubm和输出信号振幅Ucm(或Rp)一定的条件下，ic=f(ube,uce)的关系称为放大器的动态特性。 动态特性曲线是在晶体管的特性曲线上画出的高频功率放大器瞬时工作点的轨迹。小信号电压放大器是纯电阻负载，晶体管仅仅在放大区工作，因此可近似等效为一个线性元件。小信号电压放大器瞬时工作点的轨迹就是负载线，是一条直线。高频功率放大器是非线性工作，各个区域的特性曲线方程不同，因此各个区域工作点的移动规律也不同，所以称其为动态特性曲线，以示与负载线的区别。,
