高频功率放大器的原理和特性课件

为什么进行调制？为什么进行调制？1发射装置：3.2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,高效输出大功率为目的1、使用高频功率放大器的目的2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题①高效率输出②高功率输出发射装置：3.2高频功率放大器的原理和特性无线电发射机2

二、功放工作状态分类

根据直流工作点的位置不同，放大器的工作状态可分为A类(甲类)、B类(乙类)、C类(丙类)等。A类(甲类)：工作点Q较高(ICQ大)，信号360°内，管子均导通。通角：θ＝180°iCt0iCuBEQ0二、功放工作状态分类A类(甲类)：工3iCuBEQ0B类(乙类)：工作点Q选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止。通角：θ＝90°iCt0π2πiCuBEQ0B类(乙类)：工作点Q选在截止点，管子只有半周4iCuBEQ0C类(丙类)：工作点Q选在截止点外，信号导通角小于180°。通角：θ<90°iCt0πθθiCuBEQ0C类(丙类)：工作点Q选在截止点外，信号导通角5AB类AB类6功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。表2-1不同工作状态时放大器的特点

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

90°＜qc＜180°

50%＜h＜78.5%

推挽

低频

丙类

qc＜90°

h＞78.5%

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大器。高频功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。表2-17

分类：窄带功放———谐振回路为负载，丙类（C类），效率高晶体管工作延伸到非线性区（重点介绍）——可采用功率合成技术来增大输出功率与低放比较：高频功放——C类、工作频率高、带宽窄，效率高采用谐振回路作负载低频功放——A、B、AB类，工作频率低，带宽宽，效率低

采用电阻、变压器作负载高频谐振功率放大器

宽带功放———传输线变压器为负载，甲类（A类）分类：窄带功放———谐振回路为负载，丙类（C类），效率高—8icebtooictVBZ与小信号谐振放大器相比相同之处：放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均为

为谐振回路。不同之处：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。谐振功率放大器波形图小信号谐振放大器波形图icQebtooicticebtooictVBZ与小信号谐振放大器相比相同之处：放9原理线路：3.2.1工作原理放大电路输入回路谐振电路零、负值、较小正值常采用自给偏压或零偏原理线路：3.2.1工作原理放大电路输入回路谐振电路零、10特点：5、谐振回路作负载可以滤除高频脉冲电流ic中的谐波分量，同时实现阻抗匹配。4、发射结在一个周期内只有部分时间导通，ib、ic均为一系列高频脉冲；3、大信号激励：1—2V；2、Eb为基极偏置电压，可以改变放大器的工作类型；1、NPN高频大功率晶体管，将直流功率转变成交流功率；特点：5、谐振回路作负载可以滤除高频脉冲电流ic中的谐波分量11输入信号：

基极回路电压：1．电流、电压波形集电极电压：时：谐振阻抗RL最大输出电压：输入信号：基极回路电压：1．电流、电压波形集电极电压：时12

C（丙）类思考：如何确定导通角C（丙）类思考：如何确定导通角13因为：直流输入功率P0：输出功率P1：集电极损耗功率Pc：2．高频功放的能量关系集电极效率η：

A类B类C类（电源供给的直流能量转换为高频交流输出）

见P98因为：直流输入功率P0：输出功率P1：集电极损耗功率Pc：14提高效率的途径：一、提高电压利用系数，即提高谐振回路电阻RL。

二、提高波形系数

，导通角θ越小，越大，效率越高，但输出效率降低兼顾输出功率和效率，通常θ取值在65o~75o之间提高效率的途径：一、提高电压利用系数，即提高谐振回路15高频功放的功率放大倍数为

用dB表示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）：——转化为发射节和基区的损耗输出功率P1：高频功放的功率放大倍数为用dB表示为忽略实际存在的容性电流16转移特性输出特性临界线在放大区，集电极电流只受基极电压的控制，与集电极电压无关；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。3.2.2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Eb’Ube=Eb’转移特性输出特性临界线在放大区，集电极电流只受基极17为什么采用折线法？1、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。2、采用折线近似分析法，利用折线段来”代替“晶体管的实际特性曲线”，就可以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。为什么采用折线法？1、由于功率放大器工作在大信号状态下，如果18折线化后，①内部特性方程②外部特性方程折线化后，①内部特性方程②外部特性方程19放大区饱和区放大区饱和区20—加激励信号并接负载阻抗时:ic～uce,ube1．高频功放的动特性ube最大——A：ube=Eb’——B：ube最小——C：—加激励信号并接负载阻抗时:ic～uce,ube1．高频功放212．高频功放的工作状态

——当Ｕc增加时，根据动态曲线经过区分为三种状态:欠压临界过压①欠压状态Ucm

不是很大：动态曲线在放大区、截止区。②临界状态Ucm

较大：动态曲线在临界点、放大区、截止区

③过压状态Ucm

较大：动态曲线在饱和区、放大区、截止区。RL增加2．高频功放的工作状态——当Ｕc增加时，根据动态曲线22①晶体管工作在截止区、放大区③输出功率Ｐ1增加④直流输入功率P0基本不变⑤效率随Uc增加⑥集电极电压利用不充分欠压状态:②ic为余弦脉冲Uc增加时,Ｉc0，Ic1基本不变①晶体管工作在③输出功率Ｐ1增加④直流输入功率P0基本不变欠23

临界状态：①晶体管工作在截止、放大、临界饱和区④效率随Uc增加③输出功率Ｐ1最大②Ｉc1较大，Uc较大临界状态：①晶体管工作在截止、放大、临界饱和区④效率随Uc增24①晶体管工作在截止、放大、饱和区③Uc增加时,Ｉc0，Ic1减小④输出功率Ｐ1下降⑤直流输入功率P0下降⑥效率随Uc增加到最大，再下降过压状态②ic为凹陷余弦脉冲①晶体管工作在截止、放大、饱和区③Uc增加时,Ｉc0，Ic25（1）临界状态Ｐ1最大，效率较大——最佳工作状态

高频功放一般工作在此状态（2）临界状态时的负载电阻称为临界电阻RLcr（1）临界状态Ｐ1最大，效率较大——最佳工作状态263.2.3高频功放的外部特性

放大器的性能随放大器的外部参数（RL、Ub、Eb、Ec）变化的特性。1．高频功放的负载特性

只改变负载电阻RL,高频功放电流、电压、功率、效率η变化的特性。

3.2.3高频功放的外部特性放大器的性能27较小较小欠压状态在欠压状态下，电流不变（基本不变）效率在过压状态下，过压状态：恒压源特性欠压状态：恒流源特性较小较小欠压状态在欠压状态下，电流不变（28临界状态：P1最大，η较高高频功放一般工作在此状态过压状态：恒压源特性欠压状态：恒流源特性临界状态：P1最大，η较高高频功放一般工作在此状态过压状态：29结论欠压工作状态：电流受负载电阻的影响较小，近似为交流恒流源。输出功率P1和集电极效率η都较低，集电极损耗比较大，很少采用这种工作状态。临界工作状态：输出功率最大，且集电极效率也高，常用于发射机的功率输出级（末级），以便获得最大输出功率。过压工作状态：效率高，负载小。输出电压受负载电阻的影响较小，近似认为是交流恒压源。当RL=0，即负载短路时，集电极损耗功率Pc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的过程中，必须防止负载短路。结论当RL=0，即负载短路时，集电极损耗功率Pc达最大值30

只改变Ub时，放大器电流、电压、功率、效率的变化特性。2．高频功放的振幅特性

对集电极电流

的影响

只改变Ub时，放大器电流、电压、功31欠压状态：Ic1、Ic0和Uc随Ub增加而增加;过压状态：Ub变化时，Uc

、Ic0和Ic1保持不变，因而输出功率和效率也不变。欠压状态：Ic1、Ic0和Uc随Ub增加而增加;32应用：作为线性功率放大器和振幅限幅器。7.2.3应用：作为线性功率放大器和振幅限幅器。7.2.3331）基极调制特性

只改变Eb时，放大器电流、电压、功率、效率的变化特性。3.高频功放的调制特性基本思想：改变某一电极的直流电压来改变高频信号的振幅1）基极调制特性只改变Eb时，放大器电流、电压、功342）集电极调制特性

只改变Ec时，放大器电流、电压、功率、效率的变化特性。2）集电极调制特性只改变Ec时，放大器电流、电压、功率354.高频功放的调谐特性

功放的外部电流Ic0、Ic1和电压Uc等随回路电容C的变化特性谐振时：ZL最大，Ic0、Ic1最小，Uc最大，来指示放大器调谐失振时：集电极损耗Pc迅速增加，高频功放应保持在谐振状态。4.高频功放的调谐特性功放的外部电流Ic0、Ic1和电36①提高放大器的输出功率与效率，应该从哪几方面入手？②为什么丙类工作状态能获得