应用 低频 低频，高频 低频 高频 高频
谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号,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。
非谐振功率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。
作，因此可近似等效为一个线性元件。小信号电压放大器瞬时工作点的
轨迹就是负载线，是一条直线。
•
谐振功率放大器是非线性工作，各个区域的特性曲线方程
不同，因此各个区域工作点的移动规律也不同，所以称其为动特性曲线，
以示与负载线的区别。
•
2、画法
•
（1）在放大区
iC gm (EB Ubm cost UB )
谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法
2.2 谐振功率放大器的工作原理
1、电路组成 (1)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。
(2)谐振回路LC是晶体管的负载
iC
＋
iB uCE
－
V ＋
－C
Re uc L
RL
ub
＋
－
(3)电路工作在丙类工作状态
＋ EB－
－ EC ＋
t
4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处 相同之处: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。 功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。
不同之处：工作频率与相对频宽不同； 放大器的负载不同； 放大器的工作状态不同。
2 sin 2 (1 cos )
iC max
a1( )
n次谐波分量的幅值为
(2.3―6b)
I cnm
1
iC cos ntdt
iC max
2
sin n cos n cos sin n(n2 1)(1 cos )
iC max
an ( )
(2.3―6c)
0, 1, 2, 3
0.5
1 /0＝g1()
（2）如何提高集电极效率c 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：
ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+……
直流功率：
PE=EC Ic0
输出交流功率：
Po
1 2
U
cm
I cm1
U
2 cm
2Re
1 2
I
R 2
cm1 e
Ucm ----- 回路两端的基频电压 Icm1 ----- 基频电流 Re ------ 回路的谐振阻抗
ic
ic
ic
ic
Q
o
uBE o
t
小信号谐振放大器t
波形图
t
o
uBE
o
t
UB’ 谐振功率放大器t 波形图
t
ic
ic
Q
o
ub o e
2c
t
小信号谐振放大器 波形图
t
2c是在一周期内的集电极电流流通角，因此，c可称为半流通。为 方便起见，以后将c简称为通角
ic
ic
o
uBE o
2c
t
E
UB’
谐振功率放大器 波形图
电极电流的通角，丙类工作时，θ<π/2 。把集电极电流脉冲用傅氏级
数展开，可分解为直流、基波和各次谐波，因此，集电极电流iC可写为
•
iC=IC0+ic1+ic2+…
•
=IC0+Ic1mcosωt+Ic2mcos2ωt+…
•
上式中，IC0为直流电流，Ic1m、Ic2m分别为基波、二次谐波
电流幅度。
•
叫临界线，其斜率用Scr表示，如图2.4(b)所示。这样，在饱和区晶体管 特性的表示式可写为
iC ScruCE
晶体管外部电压为：uBE=EB+Ubmcosωt, Ucmcosωt，因此放大区晶体管集电极电流为
(2.3―2) uCE=EC-
iC gm (EB Ubm cost UB )
(a)
•
(1)当ωt=θ时，iC=0，则
又根据uCE=EC-Ucmcosωt写出
这样，可得
cost EC uCE
U cm
iC
gm (EB UB
EC uCE U cm
Ubm )
(2.3―7)
•
可见，iC与uCE是直线关系，两点决定一条直线，因此只要在
输出特性上求出谐振功率放大器的两个瞬时工作点，它们的连线就是晶体
管放大区的动特性曲线。
第2章 高频功率放大器
• 2.1 • 2.2 • 2.3 • 2.4
概述 谐振功率放大器基本工作原理 丙类谐振功率放大器的工作状态分析 谐振功率放大器电路
2.1 概 述
1、使用谐振功率放大器的目的 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。
缓冲
高频振荡
倍频
高频放大
调制 传输线
声音
话筒 音频放大
三极管四种工作状态
根据正弦信号整个周期内三极管 的导通情况划分
甲类：一个周期内均导通 乙类：相角等于180° 甲乙类：相角大于180° 丙类：相角小于180°
5、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。
表 2-1 不同工作状态时放大器的特点
谐振功率放大器就是从这两方面入手，来提高输出功率与效率的。
（1）如何减小集电极耗散功率Pc
晶体管集电极平均耗散功率：
Pc
1
2
ic uCE dt
因此，减小iC·uCE及通角θ可减小PC，由图2.3可看出，iC的 最大值与uCE的最小值对应，通角θ越小，iC越集中在uCEmin附近，集电 极损耗也就越小。
根据能量守衡定理：
PE=Po+ Pc
故集电极效率：
c
Po PE
Po Po Pc
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PE时，晶体管的交流输出功率Po就会增大；
2） 由式
Po
1
c c
Pc
1
1 c
1
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。
解析分析法首先要解决的问题是找到器件的数学模型。由于晶 体管处于大信号非线性工作区，特性曲线可用折线近似，如晶体管转移 特性可用图2.4(a)表示，晶体管特性放大区的表示式可写为
iC gm (uBE U B ), uBE U B
截止区的表示式可写为
iC 0,
uBE U B
(2.3―1)
iC
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。 为了表示晶体管放大器的转换能力引入集电极效率ηc
PE=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；
为
iC
iC max
cost cos 1 cos
,
t
(2.3―5)
• (4) 根据傅立叶级数展开公式，iC中的直流分量为
I C 0
1
2
iCdt
iC max
sin (1
cos cos )
iC max
a0 ( ) (2.3―6a)
基波分量的幅值为
I c1m
1
iC costdt
iC max
1、减小c角； 2、使LC回路谐振在信号的基频上，
即ic的最大值应对应uCE的最小值。
故谐振功率放大器的工作特点：
·放大高频大信号, 属于非线性工作状态； ·基极偏置为负值,半通角c＜90，即丙类工作状态； ·电流脉冲是尖顶余弦脉冲； ·负载为LC谐振回路。
2.3 谐振功率放大器的工作状态分 析
2.3.1 解析分析法
工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类
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
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效率。
谐振功率放大器的集电极负载是一高Q的LC并联振荡回路，
如果选取谐振角频率ω0等于输入信号ub的角频率ω，那么，尽管在集电 极电流脉冲中含有丰富的高次谐波分量，但由于并联谐振回路的选频滤
波作用，振荡回路两端的电压可近似认为只有基波电压，即
•
uc=Ucmcosωt=Ic1mRecosωt
•
上式中，Ucm为uc的振幅；Re为LC回路的谐振电阻。
gm
uCE
0
UB′
uBE
(a)
iC Scr
uBE
uBE＝UB′
0
uCE
(b)
图2.4 理想化的转移特性和输出特性 (a)转移特性；(b)输出特性
•
晶体管的输出特性，在放大区忽略基调效应的情况下，可
认为特性曲线是一组与横轴平行的水平线。在饱和区，用这些特性曲线
从放大区进入饱和区的临界点相连起来的一条直线加以近似，这条直线