高频功率放大器的原理和特性

1、为什么进行调制？为什么进行调制？发射装置：发射装置：3.2 3.2 高频功率放大器的原理和特性高频功率放大器的原理和特性 无线电发射机中，放大高频信号无线电发射机中，放大高频信号, 高效输出大功率为目的高效输出大功率为目的1 1、使用高频功率放大器的目的、使用高频功率放大器的目的2 2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题高效率输出高效率输出高功率输出高功率输出 二、功放工作状态分类二、功放工作状态分类 根据直流工作点的位置不同，放大器的工作状态根据直流工作点的位置不同，放大器的工作状态可分为可分为A类类(甲类甲类)、B类类(乙类乙类)、C类类

2、(丙类丙类)等。等。A类类(甲类甲类)：工作点：工作点Q较高较高(ICQ大大)，信号，信号360内，管子均导通。内，管子均导通。 通角：通角：180 iCt0iCuBEQ0iCuBEQ0B类类(乙类乙类)：工作点：工作点Q选在截止点，管子只有半周导通，选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止。另外半周截止。 通角：通角： 90 iCt02iCuBEQ0C类类(丙类丙类)：工作点：工作点Q选在截止点外，信号导通角小于选在截止点外，信号导通角小于180。 通角：通角： 90 iCt0AB类类 功率放大器的主要技术指标是功率放大器的主要技术指标是输出功率输出功率与与效率效率。表2-1 不同工作状态

3、时放大器的特点 工作状态 半导通角 理想效率 负 载 应 用 甲类 qc=180 50% 电阻 低频 乙类 qc=90 78.5% 推挽，回路 低频，高频 甲乙类 90qc180 50%h78.5% 推挽 低频 丙类 qc90 h78.5% 选频回路 高频 丁类 开关状态 90%100% 选频回路 高频 工作状态工作状态 功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工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。大器。 高频功率放大器通常工作于高频功率放大器通常工作于丙类丙类工作状态，属于

4、工作状态，属于非线性非线性电路电路 分类：分类：窄带功放窄带功放谐振回路谐振回路为负载，为负载，丙类（丙类（C类）类），效率高，效率高 晶体管工作延伸到晶体管工作延伸到非线性区非线性区（重点介绍）（重点介绍）可采用功率合成技术来增大输出功率可采用功率合成技术来增大输出功率与低放比较：与低放比较： 高频功放高频功放C类、工作频率高、带宽窄，效率高类、工作频率高、带宽窄，效率高 采用谐振回路作负载采用谐振回路作负载低频功放低频功放A、B、AB类，工作频率低，带宽宽，效率低类，工作频率低，带宽宽，效率低 采用电阻、变压器作负载采用电阻、变压器作负载高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器 宽带功放宽带功

5、放传输线变压器传输线变压器为负载，为负载，甲类（甲类（A类类）icebtooictVBZ与小信号谐振放大器相比与小信号谐振放大器相比相同之处相同之处：放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均 为为 为谐振回路。为谐振回路。不同之处不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；为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。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icQebtooict原理线路：原理线路：3.2.1 3.2.1 工作原理工作原理放大电路放大电路输入回路

6、输入回路谐振电路谐振电路零、负值、较小正值零、负值、较小正值常采用常采用自给偏压自给偏压或或零偏零偏特点：特点：5、谐振回路作负载可以滤除高频脉、谐振回路作负载可以滤除高频脉冲电流冲电流ic中的谐波分量，同时实现阻中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。抗匹配。4、发射结在一个周期内只有部分时、发射结在一个周期内只有部分时间导通，间导通，ib、ic均为一系列高频脉冲；均为一系列高频脉冲；3、大信号激励：、大信号激励：12V；2、Eb为基极偏置电压，可以为基极偏置电压，可以改变放大器的工作类型；改变放大器的工作类型；1、NPN高频大功率晶体管，将直高频大功率晶体管，将直流功率转变成交流功率；流功率转变成

7、交流功率；输入信号：输入信号： 基极回路电压：基极回路电压：1 1电流、电流、 电压波形电压波形集电极电压：集电极电压：0tUtRIuucLccocoscos1时：谐振阻抗时：谐振阻抗RL最大最大输出电压：输出电压：tUEuEuccoccecos tnItIIicnccoccoscos190q C（丙）类（丙）类思考：如何确定导通思考：如何确定导通角角bcosbebbuEUtEq因为：因为：直流输入功率直流输入功率P0：输出功率输出功率P1：10101122ccccIIUPPEhLcLccRURIUIPc22112121211ccEIP00集电极损耗功率集电极损耗功率Pc：10PPPc 2 2

8、高频功放的能量关系高频功放的能量关系集电极效率集电极效率： 1)180(57. 1)90(157. 1A类%50h可以更高hB类%5 .78hC类（电源供给的直流能量转换为高频交流输出）（电源供给的直流能量转换为高频交流输出） 见见P98提高效率的途径：提高效率的途径：10101122ccccIIUPPEh一、提高电压利用系数一、提高电压利用系数 ，即提高，即提高谐振回路电阻谐振回路电阻RL。 二、提高波形系数二、提高波形系数 ，导通角导通角越小，越小， 越大，效率越高，越大，效率越高，但输出效率降低但输出效率降低 兼顾输出功率和效率，兼顾输出功率和效率，通常通常取值在取值在65o75o之间之

9、间bbdUIP121高频功放的功率放大倍数为高频功放的功率放大倍数为 dpPPK1用用dB表示为表示为110lg()pdPKdBP忽略实际存在的容性电流，激励功率为忽略实际存在的容性电流，激励功率为 激励功率（由基极电路的信号源提供）：激励功率（由基极电路的信号源提供）：转化为发射节和基区的损耗转化为发射节和基区的损耗输出功率输出功率P1：LcLccRURIUIPc221121212110iCgmUBuCEuBE0iCScruBEuCEuBE UB(a)(b)理想化转移特性理想化输出特性 转移特性转移特性输出特性输出特性临界线在在放大区，放大区，集电极电流只受基极电压的控制，与集电极电压无关；

10、在集电极电流只受基极电压的控制，与集电极电压无关；在饱饱和区，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。集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。 3.2.2 高频谐振功率放大器的工作状态高频谐振功率放大器的工作状态晶体管特性曲线的折线化处理EbUbe=Eb为什么采用折线法？为什么采用折线法？1 1、由于功率放大器工作在大信号状态下，如果考虑晶、由于功率放大器工作在大信号状态下，如果考虑晶体管的非线性特性，将使计算变得复杂。体管的非线性特性，将使计算变得复杂。2 2、采用折线近似分析法，利用折线段来、采用折线近似分析法，利用折线段来”代替代替“晶体管晶体管的实际特性曲线的

11、实际特性曲线”，就可以，就可以用简单的数学解析式来表征用简单的数学解析式来表征特性曲线，使工程计算变得简单。特性曲线，使工程计算变得简单。折线化后，折线化后，内部特性方程内部特性方程cr(),S,0mbebcceguEiu放大区饱和区，截止区外部特性方程外部特性方程tUEucccecosbb(cosE )CmbigEUtcecosCcEutUcebb(E)CCmbcEuigEUUtUEucccecos放大区放大区饱和区饱和区crScceiucceiu考虑激励信号源和接上负载之后， 与之间呈线性关系加加激励信号激励信号并并接负载阻抗接负载阻抗时时: :i ic cu ucece,u,ubebet

12、UEucccecos1高频功放的动特性时：0tbbbeUEuccceUEu时：2/tbbeEucceEu时：tccceUEuube最大最大A：ube=EbB：ube最小最小C：qt2 2 高频功放的工作状态高频功放的工作状态 当当c增加增加时，根据时，根据动态曲线经过动态曲线经过区区分为三种状态分为三种状态 :欠压欠压 临界临界 过压过压 欠压状态欠压状态Ucm 不是很大：不是很大：动态曲线在动态曲线在放大放大区、截止区区、截止区。 临界状态临界状态Ucm 较大：动态曲线在较大：动态曲线在临临界点、放大区、截止区界点、放大区、截止区 过压状态过压状态Ucm 较大：动态曲线在较大：动态曲线在饱和

13、饱和区、放大区、截止区区、放大区、截止区。 RL增加增加晶体管工作在晶体管工作在截止区、放大区截止区、放大区输出功率输出功率1增加增加ccUIP1121直流输入功率直流输入功率P0基本不变基本不变效率随效率随Uc增加增加集电极电压利用不充分集电极电压利用不充分ccEIP00欠压状态欠压状态: :ic为余弦脉冲为余弦脉冲 Uc增加时增加时,c0，Ic1基本不变基本不变 临界状态：临界状态：晶体管工作在晶体管工作在截止、放大、临界饱和区截止、放大、临界饱和区效率随效率随Uc增加增加输出功率输出功率1最大最大c1较大，较大，U c较大较大ccUIP1121ccEIP00晶体管工作在晶体管工作在截止、

14、放大、饱截止、放大、饱和区和区 Uc增加时增加时,c0，Ic1减小减小输出功率输出功率1下降下降直流输入功率直流输入功率P0下降下降效率随效率随Uc增加到最大，再下降增加到最大，再下降过压状态过压状态ccUIP1121ccEIP00ic为为凹陷凹陷余弦脉冲余弦脉冲（1）临界状态）临界状态1最大，效率较大最大，效率较大最佳工作状态最佳工作状态 高频功放一般工作在此状态高频功放一般工作在此状态（2）临界状态临界状态时的负载电阻称为时的负载电阻称为临界电阻临界电阻RLcr3.2.3 3.2.3 高频功放的外部特性高频功放的外部特性 放大器的放大器的性能性能随放大器的随放大器的外部参数外部参数（RL、

15、Ub、Eb、Ec）变化的特性。变化的特性。1 1高频功放的负载特性高频功放的负载特性 只改变负载电阻只改变负载电阻RL, 高频功放高频功放电流、电流、 电压电压、 功率、效功率、效率率变化的特性。变化的特性。 较小较小较小较小欠压状态欠压状态在欠压状态下，在欠压状态下，电流不变（电流不变（ 基本不变）基本不变）效率效率在过压状态下，在过压状态下，过压状态：恒压源特性过压状态：恒压源特性欠压状态：恒流源特性欠压状态：恒流源特性临界状态：临界状态：P1最大，最大，较高较高高频功放一般高频功放一般工作在此状态工作在此状态过压状态：恒压源特性过压状态：恒压源特性欠压状态：恒流源特性欠压状态：恒流源特性

16、ccUIP1121ccEIP00结论结论欠压工作状态欠压工作状态：电流受负载电阻的影响较小，近似为交电流受负载电阻的影响较小，近似为交流恒流源。输出功率流恒流源。输出功率P P1 1和集电极效率和集电极效率 都较低，集电极损都较低，集电极损耗比较大，很少采用这种工作状态。耗比较大，很少采用这种工作状态。临界工作状态临界工作状态：输出功率最大，且集电极效率也高，常输出功率最大，且集电极效率也高，常用于发射机的功率输出级（末级），以便获得最大输出功用于发射机的功率输出级（末级），以便获得最大输出功率。率。过压工作状态过压工作状态：效率高，负载小。输出电压受负载电阻效率高，负载小。输出电压受负载电阻

17、的影响较小，近似认为是交流恒压源。的影响较小，近似认为是交流恒压源。l当当 R RL L =0 =0，即负载短路时，集电极损耗功率，即负载短路时，集电极损耗功率PcPc达最大值，达最大值，有可能使功率晶体管烧坏。因此，在调整谐振功率放大器有可能使功率晶体管烧坏。因此，在调整谐振功率放大器的过程中，必须防止负载短路。的过程中，必须防止负载短路。 只改变只改变Ub时，放大器时，放大器电流、电流、 电压、电压、 功率、效率功率、效率的的变化特性。变化特性。 2 2高频功放的振幅特性高频功放的振幅特性bU对集电极电流 Ci的影响 欠压状态：欠压状态：Ic1、Ic0和和Uc随随Ub增加而增加增加而增加;

18、过压状态：过压状态： Ub变化时，变化时， Uc 、Ic0和和Ic1保持不变，因而保持不变，因而输出功率和效率也不变。输出功率和效率也不变。应用：应用： 作为线性功率放大器和振幅限幅器。作为线性功率放大器和振幅限幅器。7.2.31 1）基极调制特性）基极调制特性 只改变只改变Eb时，放大器时，放大器电流、电流、 电压、电压、 功率、效率功率、效率的变化特性。的变化特性。 3.3.高频功放的调制特性高频功放的调制特性基本思想：基本思想：改变改变某一电极的直流电压某一电极的直流电压来改变高频信号的来改变高频信号的振幅振幅2 2）集电极调制特性）集电极调制特性 只改变只改变Ec时，放大器时，放大器电流、电流、 电压、电压、 功率、效率功率、效率的变化特性