高频功率放大器

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第一章高频功率放大器的基本概念

1.1.概念

高频功率放大器是一种用谐振系统作为匹配网络的功率放大器，一般丙类工作，主要应用在无线电发射机中，用来队在波信号或高频已调波信号进行功率放大。

顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率,常又称为射频功率放大器(RadioFrequencyPowerAmplifier)。它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。1.2.分类

根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。

1.窄带型高频功率放大器

寻常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。为了提高效率，谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态。

2.采用传输线变压器作负载。传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。1.3特点

1.采用谐振网络作负载。2.一般工作在丙类或乙类状态。3.工作频率和相对通频带相差很大。

4.技术指标要求输出功率大、效率高。1.4.技术指标

1.输出功率:PO2.效率:η

3.功率增益:Ap

其次章高频功率放大器的原理分析

利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ＝180o，效率最高也只能达到50％，而丙类功放的θ＜90%，效率η可达到80％。由技术指标要求总效率η大于75%，显然不能只用一级宽带功放，利用丙类谐振功放和宽带高频功放组成两级功率放大器。

2.1.丙类谐振功放

2.1.1．丙类谐振功放的特点

1.与低频功放相比a.工作频率和相对频带不同b.负载性质不同c.工作状态不同

2.与小信号谐振放大器比较a.对放大信号的要求不同b.谐振网络的作用不同c.工作状态不同

图2.1三种工作状态波形比较

2.1.2.丙类谐振功放的原理

1.电路原理

ui

图2.2丙类谐振功放电路

丙类功放的基极偏置电压-VBE是利用发射极电流的直流分量IE0在射极电阻RE2上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号vi'为正弦波时，则集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。利用谐振回路L2、C2的选频作用可输出基波谐振电压vc1、电流ic1。

2.工作原理

设输入ui为一余弦信号:ui=Uimcos?t（2.1）则三极管的发射结电压：uBE=VBB?ui=VBB?Uimcos?t,由于管子只在小

半周期内导通，因而iB为脉冲电流。放大后的iC也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得：

iC

=Ic0?Ic1mcos?t?Ic2mcos2?t???Icnmcosn?t（2.2）

考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得：

uc=Ic1mRPcos?t=Ucmcos?t（2.3）

uCE=VCC?uc=VCC?Ucmcos?t因而：（2.4）

图2.3丙类谐振功率放大器主要相关波形

波形分析：

（a）三极管输入特性

（b）基极脉冲电流及谐波分量（c）集电极脉冲电流及谐波分量(d)LC谐振回路两端电压波形

(e)晶体管集电极和发射极之间的瞬时电压波形3.功率与效率

电源提供功率：PO?VCCIC0输出功率：Pc?11V2cm2Vc1mIc1m?2Ic1mR02R0集电极功耗：PC?PDC?PO效率：

?POC?P?1UcmIc1mDC2VCCI?1?g1(?)c022.5）2.6）2.7）2.8）（

（

（

（

其中：??UcmVCC为集电极电压利用系数。

g1(?)?Ic1mIC0为集电极电流利用系数（波形系数）。

2.1.3丙类谐振功放的性能分析1.动态线

——在以UBE作为参变量的三极管输出特性曲线上作出的交流负载线

图2.4交流负载线

且有：uBE?VBB?Uimcos?t，uCE?VCC?Ucmcos?t。可见，动态线和VCC，VBB，Uim，Ucm相关。2.三种工作状态