第4章-高频功率放大器-综合

第4章高频功率放大器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4.1

概述1、使用高频功放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、两个问题①高效率输出②高功率输出icebtooictVBZ3、谐振功放与小信号谐振放大器相同之处：放大的信号均为高频信号，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。谐振功率放大器波形图小信号谐振放大器波形图icQebtooicticQebtooict小信号谐振放大器波形图icebtooictVBZ谐振功率放大器波形图4、谐振功率放大器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)负载必须是谐振回路特点⑴非线性继续⑵管子：尽限继续要解决的问题管子的保护提高Po提高η继续

分类依据：功放管的导通时间（1）甲类（A类）工作状态输入信号的整个周期（2）乙类（B类）输入信号的半个周期继续（3）甲乙类（AB类）介于甲类和乙类，晶体管导通时间大于半个周期，小于一个周期（4）丙类（C类）晶体管导通的时间小于半个周期继续（5）丁类（D类）晶体管处于开关状态：输入信号的半个周期内饱和导通；另外半个周期内，晶体管截止。效率关系式：汇总(a)甲类class-Aamplifier(b)乙类class-Bamplifier(c)甲乙类class-ABamplifier(d)丙类class-Camplifier分类—汇总继续丙类(C类)效率最高，但波形失真也最严重

效率与失真的矛盾ωlowhigh3ωnω2ω0继续通过谐振负载，从丙类余弦周期脉冲里恢复基波完整周期信号有源器件谐振回路窄带谐振放大器丙类继续（1）丙类导通角<90o，何时最优？问：（2）放大、临界、饱和，何处最优？继续4.2谐振功率放大器分析1、原理电路谐振功率放大器的基本电路谐振回路LC是晶体管的负载电路工作在丙类工作状态

Ec、Eb为集电极和基极的直流电源。输入信号经变压器T1

耦合到晶体管基-射极，这个信号叫激励信号。

L、C组成并联谐振回路，作为集电极负载，称为槽路。继续折线化将电子器件的特性理想化，每条特性曲线用一组折线代替继续ECICEO

uCE

iCO••Q•••Q•截止区饱和区继续+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b)等效电路+uc1--UBBCECL+uS-+ub-(a)原理电路继续+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic2工作原理（重要！）uBEic•-UBB•UBZubic•UbmgC+uBE_继续vBEic•-UBB•-UBZvbic•VbmgCIcmax+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE_继续(1)集电极电流icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmax继续

、、称作余弦脉冲分解系数，它们是导通角的函数。、的特点:1.2.从曲线可以看出：谐波次数越高其振幅值越小；对某一次谐波而言，总有一个相应的θ可使振幅最大。继续iC频谱(2)集电极输出电压LC回路阻抗Rp+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE_icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmaxubUBZUBBIcmaxuBEtibtictuCEuctECUcmUbmuBEic•-UBB•UBZubUbmgC继续

功率和效率（重要！）

功率放大器输出功率大，电源供给、管子发热等问题也大。为尽量减小损耗，合理地利用晶体管和电源，须了解功放的功率和效率问题。有如下几种功率需要考虑：

继续1.电源供给的直流功率PS

；2.通过晶体管转换的交流功率，即晶体管集电极输出的交流功率Po

；3.通过槽路送给负载的交流功率,即RL

上得到的功率PL;4.晶体管在能量转换过程中的损耗功率，即晶体管损耗功率PC；5.槽路损耗功率

PT；继续

电源供给的功率PS

，一部分（PC）损耗在管子，使管子发热；另一部分（Po）转换为交流功率，输出给槽路。通过槽路一部分（PT）损耗在槽路线圈和电容中，另一部分（PL）输出给负载RL。n

1.集电极效率直流电源供给功率集电极交流输出功率放大器的能量转换效率（集电极效率）讨论：（1）——

集电极电压利用系数

（2）——

集电极电流利用系数

(波形系数)

↑，↑，但↓，Po↓，为了兼顾功率和效率，通常取。继续尖顶脉冲的分解系数继续

2.槽路效率(负载折算到槽路)PL——负载功率，RL所吸收的功率；PT——槽路损耗功率，槽路空载电阻R0所吸收的功率。取决于槽路的空载和有载品质因数。由于受到槽路元件质量的限制，Q0一般几十到几百。QL也不能太小，否则槽路滤波效果太差，输出波形不好，一般QL=5～10。继续

结论：

为了尽可能利用小功率容量的管子和电源，输出较大的功率，应力求和高。高要适当选取，电压利用系数尽可能大；高，要求槽路空载品质因数Q0大，即应选用低损耗的电感和电容元件。继续uBEicgCUBZ+ub-CLEC-UBB-uc1+icRp+uCE-+uBE_

4.2.2谐振功放的工作状态分析（重要）

继续继续uceicUo•A•BOEC•QUcmucmingdubemax继续思考1：如何列写高频功放的动态特性方程？思考2：如何画出高频功放的动态特性曲线？高频功率放大器的负载特性

uceicUo•gduBEic•-UBB•UBZubicgCUbm•ubemaxicmaxuceicEC•QuceminUcesgd•ubemax•••uceminubemaxgcr•继续EC•QUcesUcm•uBEic•-UBB•UBZubicgCUbm•ubemaxicmaxuceicEC•QuceminUcesgd•ubemax•••uceminubemaxgcr•uCEicgcrIcmaxubemax继续回顾：三种工作状态icuce

高频功放的负载特性PoRp欠压区过压区临界区Rp欠压区过压区临界区Ic1IcoPDPcubemaxUc1继续思考：由p94图4.2.5p98图4.2.9的分析过程；记住后者

高频功率放大器的调制特性

uceicubemax•QEC••QEC•QEC••••icEC欠压区过压区临界区EC欠压区过压区临界区Ic1IcoPDPOPC继续思考：高频功放的集电极调制特性，记住p99图

4.2.10(b)进入过压状态后，随着UBB向正值方向增大，ic的宽度增加，幅度几乎不变，但凹陷加深，结果使Ico、Icml和相应的Ucm增大得十分缓慢

UcmIcoIcml临界UBB过压欠压O-UBB2uBEicuBEmax1uBEmax2-UBB3ub-UBB1uBEmax3UBZict饱和区放大区截止区当Ubm固定，UBB自负值向正值方向增大时，ic的导通角θc增大，从而其幅度和宽度均增大，状态由欠压区进入过压区继续思考：高频功放的基极调制特性，记住p100图

4.2.12(b)高频功率放大器的放大特性uBEicuBEmax1uBEmax2ub-UBBuBEmax3UBZict饱和区放大区截止区UcmIcmlIcoUbm过压临界欠压OOωticOωticUbm增大OωticωtOictUbm线性功率放大器tUcmUbmUcm振幅限幅器UcmtUbmUcm当谐振功放作为线性功放，为了使输出信号Ucm反映输入信号Ubm的变化，放大器必须工作在欠压状态当谐振功放用作振幅限幅器时，放大器必须工作在过压状态继续思考：高频功放的放大特性，记住p99图4.2.11固定UBB、增大Ubm和固定Ubm、增大UBB的情况类似：都使基极输入电压uBEmax随之增大，对应的ic的幅度和宽度均增大，放大器由欠压进入过压

高频功率放大器的调谐特性

实际回路在调谐过程中，其负载是一阻抗Zp，当改变回路的元件数值，如改变回路的电容C时，功放的外部电流Ico、Icml和相应的Ucm等随C的变化特性称为调谐特性。

设谐振时功放工作在弱过压状态，当回路失谐后，由于阻抗Zp的模值减小，根据负载特性可知，功放的工作状态将向临界及欠压状态变化，此时Ico和Icml要增大，而Ucm将下降。UcmIcmlIco继续回路失谐时直流输入功率PD=IcoEC随Ico的增加而增加。而输出功率Po=UcmIcmlcosφ主要因cosφ因子而下降。因此失谐后集电极功耗PC将迅速增加，因此：高频功放必须经常保持在谐振状态。

调谐过程中处于失谐状态的时间要尽可能的短，调谐动作要迅速，以防止晶体管过热而损坏。4.3继续集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种。LCC1LC+VCCALCCC1+VCCLC2(a)

串馈(b)

并馈4.3谐振功率放大器电路组成IcoECIc1CLIcn继续LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICO直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路ICniC频谱LC回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT继续CBLBLBLBCERBReVTVTVT2基极馈电线路(了解)IBOUBBIBOIeo

+UBB-耦合4.3.2输入/输出匹配网络(了解)RiRoR'LR'S功率放大器输入匹配网络输出匹配网络RLRSuS

(1)使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保证到负载的功率最大：匹配。

(2)抑制工作频率范围以外的频率：滤波。

继续L1C1C2L2CARAr1IAM介于放大器与天线回路之间的L1C1回路叫做中介并联谐振回路。RA、CA分别代表天线的辐射电阻与等效电容；

L2、C2为天线回路的调谐元件。它们的作用是使天线回路处于串联谐振状态，以使天线回路的电流IA达到最大值，亦即使天线幅射功率达到最大。

输出匹配电路

(1)并联谐振回路型的匹配电路

继续L1C1C2L2CARAr1IAMRp(1)并联谐振回路型的匹配电路改变M和p

：在不影响回路调谐的情况下，达到阻抗匹配继续R2代表终端(负载)电阻，R1则代表由R2折合到左端