发射机中的功率放大

发射机中的功率放大第1页，课件共73页，创作于2023年2月5.1接收机中的功率放大5.2高频功率放大器的工作原理5.3高频功率放大器的分析5.4高频功率放大器的动态分析和外部特性5.5高频功率放大器的馈电电路和输出回路第2页，课件共73页，创作于2023年2月模块一中波调幅收音机高频放大混频本机振荡中频放大检波低频放大（选频电路）第3页，课件共73页，创作于2023年2月1.LC并联谐振回路及其选频特性，选频电路在收音机中的作用；2.小信号谐振放大器的工作原理和分析方法，在实际应用中提高放大器稳定性的方法，中频放大器在收音机中的作用和地位；3.调幅信号的表示方法，调幅电路、检波电路的工作原理，检波器在收音机中的作用；4.混频器的工作原理，对混频干扰的认识和处理，混频器在收音机中在作用；知识要点：第4页，课件共73页，创作于2023年2月模块二调频发射机高频振荡话筒音频放大调频高频功放声音第5页，课件共73页，创作于2023年2月1.高频功率放大器在发射机中的作用

；2.高频功率放大器的工作原理和分析方法；3.调频信号的表示方法，调频电路的工作原理；知识要点：第6页，课件共73页，创作于2023年2月

在无线电广播和通信发射机中，为了获得大功率的高频信号，必须采用高频功率放大器。5.1发射机中的功率放大

高频功率放大器的实质是将直流电源供给的功率转换为交流输出功率

高频振荡话筒音频放大调频高频功放声音第7页，课件共73页，创作于2023年2月一、高频功率放大器中晶体管的工作状态晶体管的工作状态甲类乙类丙类第8页，课件共73页，创作于2023年2月一、高频功率放大器中晶体管的工作状态高频功率放大器中的晶体管就工作在丙类状态，所以它又称为丙类放大器。显然，在晶体管的丙类状态，晶体管的集电极电流为脉冲形式的电流，为了保证放大器的输出电压不失真，必须采用谐振回路作负载，利用谐振回路的选频作用，选出基波信号，使放大器输出电压与输入电压保持相同。甲类乙类丙类第9页，课件共73页，创作于2023年2月二、高频功率放大器与低频功率放大器的区别高频功率放大器低频功率放大器采用谐振回路作负载工作在发射机的末级相对带宽较窄晶体管工作在丙类状态晶体管的基极采用负偏置电压工作在接收机的末级相对带宽较宽晶体管工作在甲类状态晶体管的基极采用正偏置电压采用非谐振负载：电阻、变压器等第10页，课件共73页，创作于2023年2月三、高频功率放大器与小信号放大器的区别高频功率放大器采用谐振回路作负载：主要起选频作用工作在发射机的末级输入为大信号非线性放大器晶体管工作在丙类状态工作在接收机的中部输入为小信号

线性放大器晶体管工作在甲类状态采用谐振回路作负载：主要起滤波作用小信号放大器第11页，课件共73页，创作于2023年2月四、高频功率放大器的主要性能指标

高频功率放大器的主要性能指标包括直流功率、输出功率、损耗功率和效率等。高频功率放大器常用的有源器件包括：晶体管、场效应管和电子管。输出功率在千瓦以下的功率管常采用晶体管；而对千瓦以上的则主要采用电子管。高频功率放大器的分析方法－－折线分析法第12页，课件共73页，创作于2023年2月一、丙类高频功率放大器的电路组成5.2高频功率放大器的工作原理有源器件直流电源直流电源馈电电路耦合电路第13页，课件共73页，创作于2023年2月高频功率放大器主要由以下部分组成：(1)电子器件它在电路中主要起开关控制作用，控制直流能量向交流能量的转变。(2)电源高功放包括两个电源，基极电源UBB和集电电源UCC。其中UBB主要是设置合理的工作状态，即保证晶体管工作在丙类状态；UCC则是提供直流能量。(3)馈电电路既保证把UBB和UCC电源的电压馈送到晶体管的各极，又防止交流信号进入直流电源。

(4)耦合回路主要起无损耗地传输高频信号及其能量，滤除谐波成分，以及阻抗匹配的作用。第14页，课件共73页，创作于2023年2月二、丙类高频功率放大器的工作原理

高频功率放大器的工作状态由基极偏置电压UBB设置，为了提高晶体管的集电极效率，通常使晶体管的发射结处于反向偏置状态，即使晶体管在丙类状态下工作。

第15页，课件共73页，创作于2023年2月高频功率放大器工作原理示意图

选频第16页，课件共73页，创作于2023年2月

由于晶体管只在输入信号的部分周期内导通，故iB为余弦脉冲，同理，iC也为余弦脉冲。将iC用傅氏级数展开得：

第17页，课件共73页，创作于2023年2月高频功率放大器的输出回路具有选频作用，若正好谐振在基波频率上，则其对于基波电流而言，等效为一个纯电阻

这样当集电极脉冲电流流经输出回路时，只有基波分量在回路两端产生较大电压降。此电压为：

第18页，课件共73页，创作于2023年2月高频功率放大器电流、电压工作波形

晶体管部分导通谐振回路选频第19页，课件共73页，创作于2023年2月问题与思考1.高频功率放大器中的晶体管工作在什么状态？2.高频功率放大器为什么必须采用谐振回路作负载？3.高频功率放大器相比低频功率放大器有何优点？4.高频功率放大器由哪几部分组成？5.高频功率放大器的基极直流电压源和集电极直流电压源能否共用？它们各有何作用？6.高频功率放大器的集电极电流是什么形式？第20页，课件共73页，创作于2023年2月5.3高频功率放大器的分析一、折线分析法第21页，课件共73页，创作于2023年2月一、折线分析法折线法的好处在于用直线方程取代曲线方程近似表示晶体管特性，使高频功率放大器的分析和计算大为简化。由于高频功率放大器工作在大信号非线性状态，因此，工程上采用这一近似方法进行定性分析是可行的。

第22页，课件共73页，创作于2023年2月折线化后：1.可由几条直线近似表示曲线。2.可用几条直线方程近似表示晶体管特性。3.在放大区，晶体管特性可表示为：4.在截止区，晶体管特性可表示为：5.在饱和区，晶体管特性可表示为：第23页，课件共73页，创作于2023年2月二、集电极余弦脉冲电流的分析高频功率放大器的集电极电流为余弦脉冲形式，将晶体管的转移特性折线化后，ic的波形与ub的波形的正半周的一部分成线性关系。

折线化后，iC近似为余弦曲线的正半周的一部分第24页，课件共73页，创作于2023年2月二、集电极余弦脉冲电流的分析高频功率放大器的集电极电流为余弦脉冲形式，将晶体管的转移特性折线化后，ic的波形与ub的波形的正半周的一部分成线性关系。

折线化后，iC近似为余弦曲线的正半周的一部分第25页，课件共73页，创作于2023年2月根据图中所示的余弦脉冲电流波形可得：

集电极电流的数学表达式第26页，课件共73页，创作于2023年2月集电极余弦脉冲电流的大小和形状完全由最大值Icmax和导通角决定。

利用傅氏级数将展开可得：

直流基波二次谐波第27页，课件共73页，创作于2023年2月由傅立叶积分可得：

第28页，课件共73页，创作于2023年2月由傅立叶积分可得：

、、……分别称为余弦脉冲的直流、基波，n次谐波的电流分解系数。

第29页，课件共73页，创作于2023年2月第30页，课件共73页，创作于2023年2月

三、高频功率放大器的功率和效率1.直流功率直流功率直流是指由直流供电电源提供的功率。

2.输出功率输出功率是指由电子器件送给谐振回路的基波信号功率。

第31页，课件共73页，创作于2023年2月3.集电极损耗功率高频功率放大器的工作过程实际上是直流功率转换为交流功率的过程，在转换过程中，大部分直流功率变成了交流输出功率，小部分变成了热能消耗在晶体管的集电极上，集电极损耗功率就是指消耗在集电极上的功率。

4.集电极效率为了说明高频功率放大器的能量转换能力，定义集电极效率为

第32页，课件共73页，创作于2023年2月

提高功率放大器效率的途径

1.减小PC

的积分区间，即减小集电极电流的导通角，但导通角过小，会导致输出功率过低，故导通角一般不应小于600。

2.减小ic

与uCE

的乘积，即减小晶体管的瞬时管耗。当晶体管集电极电流ic为最大时，管压降uCE最小，这时它们的乘积，即瞬时管耗最小。而要达到这个要求，晶体管的集电极负载回路必须工作在谐振状态。可见，一旦负载回路失谐，将导致放大器的损耗功率增加，效率降低。

第33页，课件共73页，创作于2023年2月

例题一某高频谐振功放工作在临界状态，导通角θ=70°,输出功率PO=10W,电源电压UCC=24V，IC0＝0.5A。计算直流功率PD，集电极效率η，输出电压Ucm,负载电阻Roe。注:α0(70°)=0.253，α1(70°)=0.436）第34页，课件共73页，创作于2023年2月

例题二设有一高频谐振功率放大器，已知直流功率PD=2.4W,电源电压UCC=12V，Icmax＝0.8A，Roe＝30

Ω。计算Ic1m、Ucm、Po、η。第35页，课件共73页，创作于2023年2月5.4高频功率放大器的动态分析和外部特性一、动态分析1、静态特性静态特性是不考虑晶体管外电路变化情况时的电路特性，实际上是晶体管的特性。在放大区：第36页，课件共73页，创作于2023年2月

如果集电极接有负载，则当改变uBE使iC变化时，由于负载上有电压降，就必然同时引起uCE的变化。因此，在考虑了负载的反作用后，所获得的uCE、与iC的关系曲线就叫动态特性曲线。2.动态特性第37页，课件共73页，创作于2023年2月当放大器工作于谐振状态时，其外部电路的关系为：

在放大区：第38页，课件共73页，创作于2023年2月高频功率放大器的动态线方程

高频功率放大器的动态线为斜率为负值的直线。

第39页，课件共73页，创作于2023年2月iCuCE高频功率放大器的动态线

1.动态线为直线

2.动态线斜率为负值

3.动态线位于i

C–uCE平面动态线第40页，课件共73页，创作于2023年2月动态线放大器的输出电压和输出电流的大小均与动态线的位置有关。第41页，课件共73页，创作于2023年2月3.放大器的三种工作状态欠压状态：动态线1与输出特性的IBmax相交。代表Re较小因而UCm也较小的情形，此时，放大器的动态工作范围全部在放大区iCuCE第42页，课件共73页，创作于2023年2月临界状态：动态线2与临界饱和线及IBmax相交iCuCE第43页，课件共73页，创作于2023年2月过压状态：动态线与输出特性的临界饱和线相交。表明随着负载电阻Re继续增大,放大器的动态工作范围有一部分进入饱和区，输出电压进一步增大iCuCE第44页，课件共73页，创作于2023年2月负载特性振幅特性基极调制特性集电极调制特性高频功率放大器的外部特性

第45页，课件共73页，创作于2023年2月iCuCEtic二、高频功率放大器的负载特性

欠压状态：输出电流较大

当放大器直流电源电压和激励电压uBE不变时，负载Re变化，会使动态线斜率改变，从而引起放大器的集电极电流ic、回路电压UCm、输出功率PO效率、ηC等发生变化。第46页，课件共73页，创作于2023年2月iCuCEtic临界状态：输出电流略有下降第47页，课件共73页，创作于2023年2月iCuCEtic过压状态：输出电流进一步下降，且中心出现凹陷第48页，课件共73页，创作于2023年2月高频功率放大器的负载特性

第49页，课件共73页，创作于2023年2月

当负载电阻Re从小到大，放大器的工作状态将从欠压状态进入临界状态，再进入过压状态。在欠压区电流IC0和IC1m沿IBmax略有下降，进入过压后，电流IC0和IC1m急剧下降并出现凹陷，而且凹陷程度随Re增大而加深。由此可以画出ICO和IC1m随负载Re变化的曲线，并根据UCm、P0、PD、ηC、PC等的关系式可以依次画出它们随变化的曲线。

负载特性

第50页，课件共73页，创作于2023年2月（1）在欠压状态，输出电流平稳，即对负载而言，高频功率放大器相当于恒流源，在过压状态输出电压平稳，即对负载而言，高频功率放大器相当于恒压源。（2）在临界状态，输出功率最大。（3）在弱过压状态，集电极效率最高。（4）在欠压状态，集电极损耗功率较大，易烧毁晶体管，当负载回路严重失谐或短路时，这种情况即可能出现。

结论第51页，课件共73页，创作于2023年2月例题：实测一谐振功率放大器，发现P0仅为设计值的20%，而ICO却略大于设计值，问此时该放大器工作于什么状态？如何调整才能使P0和ICO接近于设计值？例题：一谐振功率放大器工作在临界状态，其外接负载为天线，等效阻抗近似为电阻。若天线突然短路，试分析工作状态如何变化？晶体管工作是否安全？第52页，课件共73页，创作于2023年2月三、高频功率放大器的振幅特性

高频功率放大器的振幅特性是指UCC、UBB、Re一定时，放大器的电流、电压等随输入信号的电压幅值Ubm的变化关系。讨论振幅特性是为了研究放大器在放大某些振幅变化的高频信号时的特性。

第53页，课件共73页，创作于2023年2月iCuCEiBmaxticUbm较大，放大器工作在过压状态，输出电流较大，且中心出现凹陷第54页，课件共73页，创作于2023年2月iCuCEiBmaxtUBEicUbm减小，放大器工作在临界状态，输出电流不变。第55页，课件共73页，创作于2023年2月iCuCEiBmaxtUBEicUbm进一步减小，放大器工作在欠压状态，输出电流减小。第56页，课件共73页，创作于2023年2月振幅特性

第57页，课件共73页，创作于2023年2月1.

基极的调制特性若UCC、Ubm、Re不变，放大器随UBB的变化特性。在欠压区，输出电流和电压随UBB的增大而增大，且呈现近似的线性关系；而在过压区，输出电流和电压几乎不随UBB的变化而变化。因此，如果需要用UBB对Ucm实现一定的控制作用，即进行基极调幅，则丙类放大器应工作在欠压状态。

四、高频功率放大器的调制特性

第58页，课件共73页，创作于2023年2月2.

集电极的调制特性若UBB、Ubm、Re不变，放大器随UCC变化的特性。第59页，课件共73页，创作于2023年2月

UCC对Ic1m

、Ico

、Ucm的影响

在过压区，电流和电压随着UCC的增大而增大，且具有一定的线性增加的关系。而在欠压区，几乎不随UCC的变化而变化。因此，如果需要用UCC对Ucm实现一定的控制作用，即进行集电极调幅，则丙类放大器应工作在过压状态。

第60页，课件共73页，创作于2023年2月5.5高电平调幅电路高电平调幅是将调制和功率放大合二为一，调制后信号不需要进行功率放大就可直接发射。采用的方法是将调制信号加到高频功率放大器的某一个电极上，去控制高频功率放大器的输出电压振幅。根据调制信号所加的电极不同，可分为基极调幅、集电极调幅。第61页，课件共73页，创作于2023年2月一、基极调幅电路第62页，课件共73页，创作于2023年2月1.基极调幅，调制信号接在基极回路中。2.基极调幅电路必须工作在欠压状态。第63页，课件共73页，创作于2023年2月二、

集电极调幅电路第64页，课件共73页，创作于2023年2月1.集电极调幅，调制信号接在集电极回路中。2.集电极调幅电路必须工作在过压状态。第65页，课件共73页，创作于2023年2月有源器件直流电源直流电源馈电电路耦合电路5.6高频功率放大器的馈电电路和输出回路第66页，课件共73页，创作于2023年2月

对直流呈短路

对基波分量呈现最大阻抗

对其他谐波分量基本呈现短路

馈电原则：一、高频功率放大器的馈电电路第67页，课件共73页，创作于2023年2月1.集电极馈电

若功率管、