t
图4-5高 频功率 t 放大器 中各分 电压与 电流的 关系
VCC
t
9
电 流
或 电 压
ic ic max ec min
o c
Vcm
ec VCC
vc ic
VBZ
eb max
t
3
2
–VBZ2 高频功率放大器中各 部分电压与电流的关系
(b)
10
4.2 谐振功率放大器工作原理
作用，仍然能得到正弦波形的输出。
ic
ic
转移
特性
–VBB
o +c
o –c
ic max
理想化 t
VBZ
eb +c o –c
vc
Vbm
Vbm
t
图4-4 谐振功率放大器转移特性曲线
谐振功率放大器各部分的电压与电流的波形图如下页 的图所示
8
eb vb
ib
VBZ t
–VBB
ic
ec Vcm
Vcm (a) ec=VCC–vc
放大器的集电极效率：
c
Po P
1 2
Vcm
Icm1
VCC I c 0
1 2
g1
(c
)
g越1(大c )VV(Cc即mCIIccmV01 cm波集越电形大极系或电数e压c，m利in通越用角系小数)c的c越函小数效；率c越c越小高g1。(因c)越此大，丙类谐振功 率放大器提高效率c的途径即为减小c角；使LC回路谐振在信号的 基频上，即ic的最大值应对应ec的最小值。
高效率输出与高功率输出
3
4.1 概述（续）
3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处。
相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。
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。
ic
ic
ic
ic
Q o
t
eb o
t
小信号谐振放大器 波形图
o
eb o
t
VBZ
谐振功率放大器 波形图
t
4
4.1 概述（续）
4、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同： 共同之处都要求输出功率大和效率高。 功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能 量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。 谐振功率放大器通常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)，其工作状态通常选为丙类工作 状态(c＜90)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐 振回路。
张鏖烽
计算机与通信学院 51269402@
第4章 高频功率放大器
4.1 概述 4.2 谐振功率放大器的原理 4.3 晶体管线形分析放大器的折线近似分析法 4.4 谐振功率放大器电路 4.5 谐振功率放大器实例 4.6 晶体管倍频器
2
4.1 概述
1、使用高频功率放大器的目的： 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的 发射功率。 2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个 问题？
故谐振功率放大器的工作特点：
基极偏置为负值；半通角c＜90，即丙类工作状态；负载为LC谐振回路。
14
4.3 谐振功率放大器的折线近似分析法
6
4.2 谐振功率放大器工作原理
1、原理电路
晶体管的作用是在将供 电电源的直流能量转变 为交流能量的过程中起 开关控制作用。
谐振回路LC是晶体管的负载 电路工作在丙类工作状态
外部电路关系式： VBE VBB Vbm cost
VCE VCC Vcm cost
晶体管的内部特性：iC gc (VBE VBZ )
ic
+
iB
VCE C
+
vb –
VBE
–
– iE
L – +vc
–+ VBB
–
+
VCC
输出
图4-3 谐振功率放大器的基本电路
7
4.2 谐振功率放大器工作原理
故晶体管的转移特性曲线表达式：
故得：
Vb mcosc= VBB +VBZ
cosc
VBB VBZ Vbm
必须强调指出，集电极电流ic虽然是 脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波
表 4-1 不同工作状态时放大器的特点
半导通角
c=180 c=90 90＜c＜180 c＜90 开关状态
理想效率
50% 78.5% 50%＜＜78.5% ＞78.5% 90%~100%
负载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路
应用 低频 低频，高频 低频 高频 高频
谐振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输出效率
根据能量守衡定理： 故集电极效率：
P== Po+ Pc
c
Po P
Po Po Pc
11
4.2 谐振功率放大器工作原理
由上式可以得出以下两点结论：
1) 设法尽量降低集电极耗散功率Pc，则集电极效率c自然会提高。这样， 在给定P=时，晶体管的交流输出功率Po就会增大；
2）由式
Po
1
c c
Pc可知
如果维持晶体管的集电极耗散功率Pc不超过规定值，那么提高集电极效 率c，将使交流输出功率Po大为增加。
谐振功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。
如何减小集电极耗散功率Pc呢？
那么晶，体集管电集极电耗极平散均功耗率散自功然率会：大T1 为0T 减ic小 e。cdt 可见使ic在ec低的时候才能通过，
12
4.2 谐振功率放大器工作原理
故：要想获得高的集电极效率，谐振功率放大器的集电极 电流应该是脉冲状。导通角小于180，处于丙类工作状态。 谐振功率放大器工作在丙类工作状态时c＜90，集电极余 弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：
非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。 低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工 作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。
5
4.1 概述（续）
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
工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类
2、谐振功率放大器的功率关系和效率
由前述所知：功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号 来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流 信号功率输出去。
有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散 功率。
P==直流电源供给的直流功率； Po=交流输出信号功率； Pc=集电极耗散功率；
ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+……
直流功率： P==VCC Ic0
输出交流功率： Po
1 2
Vcm
I cm1
Vc2m 2R p
1 2
I c2m1R
p
Vcm1 回路两端的基频电压 ;Icm1 基频电流 ; Rp 回路的谐振阻抗。
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4.2 谐振功率放大器工作原理