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1、第第3 3章章 高频调谐功率放大器高频调谐功率放大器3.1 概述概述 3.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 3.3 高频功率放大器的动态分析高频功率放大器的动态分析 3.4 高频功放的高频特性高频功放的高频特性 3.5 高频功率放大器的电路组成高频功率放大器的电路组成高频电子电路 最新3. 1 概述：概述：高频电子电路 最新 功率放大器一般分为功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作等工作方式，为了进一步提高工作效率还提出了方式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类丁类与与戊类戊类放大器。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
2、电路谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路高频电子电路 最新谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处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。载均为谐振回路。不同之处：激励信号幅度大小不同；不同之处：激励信号幅度大小不同； 放大器工作点不同；放大器工作点不同； 晶体管动态范围不同。晶体管动态范围不同。谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图 ic Q ubet o o ic tw ic t o o ic twVBZ
3、 ube高频电子电路 最新共同之处共同之处:都要求输出功率大和效率高。都要求输出功率大和效率高。不同之处：工作频率与相对频宽不同；不同之处：工作频率与相对频宽不同；放大器的负载不同；（后者一般是纯阻和变压器）放大器的负载不同；（后者一般是纯阻和变压器）放大器的工作状态不同。（后者一般是甲类，乙类和甲放大器的工作状态不同。（后者一般是甲类，乙类和甲乙类）乙类）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。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功
4、率放大器的主要技术指标是输出功率与效率输出功率与效率高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处高频电子电路 最新谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通信号的通带宽度只有其中心频率的带宽度只有其中心频率的1%或更小或更小)，其工作状态通常选，其工作状态通常选为丙类工作状态为丙类工作状态( c90 )，为了不失真的放大信号，它，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。的负载必须是谐振回路。非谐振功率放大器可分为低频功率放大器和宽带高频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
5、负载为无调谐负载，工作功率放大器。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。线为负载。谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法小结小结高频电子电路 最新所谓所谓折线法折线法是将电子器件的特性曲线理想化，是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。析和计算的方法。 工程上都采用近似估算和实验调整相结合的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
6、算。折线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。法就是常用的一种分析法。 对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量求出电流的直流分量Ic0和基频分量和基频分量Icm1。高频电子电路 最新折线分析法的主要步骤：折线分析法的主要步骤：1、测出晶体管的转移特性曲线、测出晶体管的转移特性曲线ic ube及输出特性曲线及输出特性曲线ic uce， 并将这两组曲线作理想折线化处理。并将这两组曲线作理想折线化处理。2、作出动态特性曲线。、作出动态特性曲线。3、根据激励电压、根据激励电压ube的大小在已知理想特性曲线上画出对的大小在
7、已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲应电流脉冲ic和输出电压和输出电压uce的波形。的波形。4、求出、求出ic的各次谐波分量的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2由给定的负载谐由给定的负载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标。直流供给功率、效率等指标。高频电子电路 最新晶体管的静态特性是在集电极电路内没晶体管的静态特性是在集电极电路内没有负载阻抗的条件下获得的。维持基极有负载阻抗的条件下获得的。维持基极电压电压ube不变，改变集电极电压不变，改变集电极电压uce ，就可，就可求出求出icuce静态特性曲线族。
8、如果集电极静态特性曲线族。如果集电极电路有负载阻抗，则当改变电路有负载阻抗，则当改变ube使使ic变化时，变化时，由于负载上有电压降，就必然同时引起由于负载上有电压降，就必然同时引起uce的变化。的变化。高频电子电路 最新晶体管实际特性和理想折线晶体管实际特性和理想折线根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的一条直线来表示的一条直线来表示(VBZ为截止偏压为截止偏压)。由上图可见，根据理想化原理，在放大区由上图可见，根据理想化原理，在放大区,集电极电流集电极电流只受基极电压的控制只受基极电压的控制,与集电极电压无关与集电极电压无关;
9、在饱和区，集电在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。晶体管特性曲线的理想化晶体管特性曲线的理想化 理想化折线 （虚线） ic gc ube0 VBZ ic 过压区 临界线 欠压区 ubeuce 0 (a) (b) gcr 高频电子电路 最新在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极电流是在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极电流是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：1)欠压工作状态：欠压工作状态： 集电极最大点电流在临界线的右方，集电极最大点电流在临界线的右方， 交流输出电压较低
10、且变化较大。交流输出电压较低且变化较大。2)过压工作状态：过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区， 交流输出电压较高且变化不大。交流输出电压较高且变化不大。3)临界工作状态：临界工作状态： 是欠压和过压状态的分界点，是欠压和过压状态的分界点， 集电极最大点电流正好落在临界线上。集电极最大点电流正好落在临界线上。高频电子电路 最新功率放大器功率放大器 2功率放大器工作状态的功率放大器工作状态的分类分类 (1) 甲甲类类（A类类）工工作作状状态态 （a） 甲类功放的转移特性甲类功放的转移特性Q饱和区饱和区截止区截止区iCuBE功率管在输入信号的
11、一功率管在输入信号的一周期内都导通周期内都导通晶体管导通角晶体管导通角1800 0t高频电子电路 最新2功率放大器工作状态的分类功率放大器工作状态的分类 (2) 乙类乙类(B类类) 工作状态工作状态 QiC饱和区饱和区截止区截止区uBE（b） 乙类功放的转移特性乙类功放的转移特性晶体管只在输入信号正半晶体管只在输入信号正半周工作在放大区周工作在放大区(导通导通) 晶体管导通角晶体管导通角900 0t高频电子电路 最新(3) 甲乙类甲乙类(AB类类) 工作状态工作状态 晶晶体体管管在在信信号号的的大大半半周周期期间间导通，导通角导通，导通角180090900 0t（c） 甲乙类功放的转移特性甲乙
12、类功放的转移特性Q饱和区饱和区截止区截止区iCuBE高频电子电路 最新(4)丙类丙类(C类类) 工作状态工作状态 Q饱和区饱和区截止区截止区iCuBE（d） 丙类功放的转移特性丙类功放的转移特性输输出出信信号号电电流流波波形形只只有有一一个个尖顶，导通角尖顶，导通角900 0t高频电子电路 最新ECICEO uCE iCOQQ休息1休息2截止区截止区饱和区饱和区高频电子电路 最新3.2 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 休息1休息2+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b) 等效电路等效电路+uc1-UBBCECL+uS-+ub-(a) 原理电路原理电路高频电子电路 最新
13、+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic2 工作原理分析工作原理分析uBEic-UBBUBZubicUbmgC+uBE _高频电子电路 最新2 工作原理分析工作原理分析vBEic-UBB-UBZvbicVbmgCIcmax+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE _必须强调指出：必须强调指出：集电极电流集电极电流ic虽然是脉冲状，但由虽然是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。能得到正弦波形的输出。高频电子电路 最新(1) 集电极电流集电极电流休息1休息2ictccic1ic2ic3IcoIcmax高频电子
14、电路 最新iC频谱频谱(2)集电极输出电压集电极输出电压LC回回路阻路阻抗抗Rp休息1休息2+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE _仿真ictccic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcmUbmuBEic-UBBUBZubUbmgC高频电子电路 最新3. 高频功放的功率关系高频功放的功率关系 co13g11.02.02如果如果Pc不超过规定值，提高不超过规定值，提高 c，则，则Po增加。谐振功放就是从这方面增加。谐振功放就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。入手，来提高输出功率与效率的。高频电子电路 最新谐
15、振功率放大器的功率关系和效率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。信号功率输出去。由前述所知：由前述所知： 有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集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电极效率cPD=直流电源供给的直流功率；直流电源供给的直流功率；Po=交流输出信号功率；交流输出信号功率；Pc=集电极耗散功率；集电极耗散功率；根据能量守衡定理：根据能量守衡定理：故集电极效率：故集电极效率：高频电子电路 最新4 丙类倍频器丙类倍频器 休息2休息1高频电子电路 最新4 丙类倍频器丙类倍频器仿真仿真休息2休息1高频电子电路 最新4 丙类倍频器丙类倍频器iC+uce- Ec +-uc2+iciC1iC2ic频谱频谱0ICOIC1IC2IC3IC4LC谐振特性谐振特性iC1iC1iC1iC2iC2iC2休息2休息1高频电子电路 最新4晶体管倍频器晶体管倍频器返回返回继续继续休息2休息1高频电子电路 最新
