4.1 概述
4.3 高频功率放大器的实际电路
4.4 丁类高频功率放大器简介
4.4 宽频带功率放大器
教学目的：
1.了解高频功率放大器的基本概念和类型
2.掌握高频谐振功率放大器的特点
3.掌握高频谐振功率放大器的工作原理
教学重点：
高频功率放大器的基本概念和类型
高频谐振功率放大器的特点
教学难点：
高频谐振功率放大器的工作原理
教学方法：
讲授、提问
国家海洋局极地办
课 时：
12学时
教学进程
4.1 概述
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(Radio Frequency Power Amplifier)。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、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。
2、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
联想对比：
谐振功率放大器与高频小信号谐振放大器；
谐振功率放大器与低频功率放大器；
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：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。
小信号谐振放大器 谐振功率放大器
波形图 波形图
4、高频功率放大器与低频功率放大器的异同之处
共同之处:都要求输出功率大和效率高。
不同之处：工作频率与相对频宽不同；
放大器的负载不同；
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
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。
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
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。
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。
谐振功率放大器的分析方法：图解法，解析法
6、高频放大器的分类
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。
a. 窄带型高频功率放大器
代谢通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，近年来出现了工作在开关状态的丁类状态的谐振功率放大器。
b. 宽带型高频功率放大器
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。
7、谐振功率放大器的特点
a.采用谐振网络作负载。
b.一般工作在丙类或乙类状态。
c.工作频率和相对通频带相差很大。
d.技术指标要求输出功率大、效率高。
4.2 高频谐振功率放大器的工作原理
4.2．1基本电路构成
组成：BJT、LC谐振回路、馈电电源
特点：
1、NPN高频大功率晶体管，高fT；改变UBB可以改变放大器的工作类型；
2、大信号激励：1—2V；
3、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；
4、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。
图4-1 谐振功率放大器原理电路
4.2．2工作原理及性能指标
一、特性曲线的折线化：
所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。
工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。
对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直流分量Ic0和基频分量Icm1。
折线分析法的主要步骤：
1、测出晶体管的转移特性曲线ic~ ubefla格式及输出特性曲线ic~ uce， 并将这两组曲线作理想折线化处理。
2、作出动态特性曲线。
3、根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画出对应电流脉冲ic和输出电压vc的波形。
4、求出ic的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2……由给定的负载谐振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、直流供给功率、效率等指标。
输入特性 输出特性 转移特性
二、各极电流、电压波形：
图解可见，iB和iC的都是余弦脉冲，定义θ为半导通角，三极管只在（－θ ，θ）内导通，
当θ=90o时，功率放大器工作于乙类状态。当θ<90o时，功率放大器工作于丙类状态。
当iC流过LC谐振回路时，在回路两端产生电压uC。由于谐振回路的选频特性， uC中只有基波分量幅度最大，其它频率的信号电压幅度较小可以忽略。
设Re——并联回路谐振时的等效负载电阻，包括BJT的输出电导和等效的RL。
如果振荡回路的0=n神华集团有限责任公司，则在回路两端可得到频率为n的电压:u0=Umcosnt;相当于实现了对输入信号的n倍频。
根据傅立叶级数的理论，iC可分解为：
ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+…
式中：Ico为直流电流分量
iC1为基波分量；iC1=Icm1COSωct
iC2为二次谐波分量；iC2=Icm2COS2ωct
iCn为n次谐波分量；iCn=IcmnCOSnωct
其中，它们的大小分别为：
Ico=iCmax·α0（θ）
Icm1=iCmax·α1（θ）
Icmn=iCmax·αn（θ）
iCmax是ic波形的脉冲幅度。
αn（θ）的大小可根据余弦脉冲分解系数表查。
其中：
为尖顶脉冲的分解系数。
Ic信号的导电角可以用下面的公式进行计算
当iC信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网络压降为：
uc=RIcm1COSωct=UcmCOSωct
uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct
各信号的波形如图4-3所示：
三、功率关系
1）集电极输出功率：
2）集电极电源提供功率：
3）集电极损耗功率：
4）集电极效率：
。
5）对效率的影响
电压利用系数c=Uc1m/UCC， c≤1， 1 随而变化；
乙类功放：= /2 ，，max=/4=78.5%；
丙类功放： < /2 ，减小 ，1 提高， c提高；但是很小时， 1提高不多，输出功率却降低很多。故 通常选在60o~90o之间。
6）交流电源提供的功率称为放大器的激励功率：
7）功率放大倍数：
4.2.3 工作状态分析
一、动态特性分析：
iC、uBE和uCE的关系曲线，称动特性曲线——即交流负载线
3点法作图：
（1）t=0，uBE=UBB+Uim； uCE=UCC-Uc1m 得到C点
（2）t=/2，uBE=UBB； uCE=UCC 得到 B点
夏普 sh8298u
直线BC与横轴交于A
（3）t= ， uBE=UBB-Uim <0---iC=0； uCE=UCC+Uc1m 得到D点
折线CAD即为谐振功率放大器的动态特性曲线
动态负载RC：动态特性曲线斜率的倒数
二、高频谐振功率放大器的工作状态
茶余饭后杂志
工作状态根据uBE=uBEmax， uCE=uCEmin 时，动特性上瞬时工作点C的位置确定。
（1）临界状态：C点在输出特性放大区和饱和区的临界点
（2）欠压状态：点在输出特性放大区
（3）过压状态：C点在输出特性饱和区
欠压和临界状态： iC是相同的余弦脉冲；但临界状态UC1m大；
过压状态：iC中间凹陷；UC1m较临界略有增大。
比较三种工作状态：
（1）临界状态：P1最大；较高；最佳工作状态 (对应最佳负载RLcr)；主要用于发射机末级。
（2）过压状态： 较高（弱过压状态最高)；负载阻抗变化时，UC1基本不变；用于发射机中间级
（3）欠压状态： P1较小； 较低；PC大；输出电压不够稳定；很少采用，基极调幅电路工作于此状态。
提问：丙类放大器为什么一定要用谐振回路作为集电极的负载？谐振回路为什么一定要调谐在信号频率上？
答：这是因为放大器工作在丙类状态时，其集电极电流将是失真严重的脉冲波形，如果采
用非调谐负载，将会得到严重失真的输出电压，因此必须采用谐振回路作为集电极的负载。调谐在信号频率上集电极谐振回路可以将失真的集电极电流脉冲中的谐波分量滤除，取出其基波分量，从而得到不失真的输出电压。
例4-1 某谐振功率放大器的转移特性如图所示。已知该放大器采用晶体管的参数为：fT≥150MHz，功率增益Ap≥13dB，管子允许通过的最大电流IcM=3A，最大集电极功耗为Pc max=5W。管子的VBZ=0.6V，放大器的负偏置VBB=1.4V，c=70，VCC=24V，= 0.9，试计算放大器的各参数。
1) 根据图可求得转移特性的斜率gc
c=70，cos70=0.342，
2) 根据 求得Vb
3) 根据ic max=gcVb(1–cosc)求得ic max、Ic1、Ic0
Ic1=ic max1(70)=20.436=0.872A
Ic0=i c max0(70)=20.253=0.506A
4) 求交流电压振幅：Vcm=VCC=240.9=21.6V
对应功率、效率。 P==VCC IC0=240.506=12W
Po=
Pc=P=–Po=2.6W<Pc max (安全工作)
5) 激励功率 因为Ap=13dB，即
豫公网安备41160202000603
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