高频功率放大器正式版

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1、第4章高频功率放大器§4.1概述§4.2谐振功率放大器的工作原理§4.3晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法§4.4晶体管功率放大器的高频特性§4.5高频功率放大器的电路组成§4.6丁类高频功率放大器§4.7宽频带高频功率放大器§4.8功率合成器§4.9晶体管倍频器1§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①高效率输出②高功率输出高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高。联想对比：23、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

2、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。谐振功率放大器波形图小信号谐振放大器波形图§4.1概述3小信号谐振放大器波形图§4.1概述4谐振功率放大器波形图§4.1概述54、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，

3、它的负载必须是谐振回路。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。§4.1概述6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，属于非线性电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率§4.1概述75.高频功放在发射机中的位置§4.1概述8§4.2谐振功率放大器的工作原理1、原理电路谐振功率放大器的基本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

4、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：晶体管的内部特性：9故晶体管的转移特性曲线表达式：谐振功率放大器转移特性曲线故得：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作用，仍然能得到正弦波形的输出。谐振功率放大器各部分的电压与电流的波形图如下图所示§4.2谐振功率放大器的工作原理10高频功率放大器中各分电压与电流的关系（a）§4.2谐振功率放大器的工作原理11高频功率放大器中各部分电压与电流的关系§4.2谐振功率放大器的工作原理12LC回路能量转换过程回路的这种滤波作用也可从能量的观点来解释。回路是由L、C二个

5、储能元件组成。当晶体管由截止转入导电时，由于回路中电感L的电流不能突变，因此，输出脉冲电流的大部分流过电容C，即使C充电。充电电压的方向是下正上负。这时直流电源VCC给出的能量储存在电容C之中。过了一段时间，当电容两端的电压增大到一定程度(接近电源电压)，晶体管截止。由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。§4.2谐振功率放大器的工作原理132、谐振功率放大器的功率关系和效率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

6、输出去。由前述所知：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；根据能量守衡定理：故集电极效率：14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。15如何减小集电极耗散功率Pc可见使ic在vc最低的时候才能通过，那

7、么，集电极耗散功率自然会大为减小。晶体管集电极平均耗散功率：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：16直流功率：输出交流功率：Vcm回路两端的基频电压Icm1基频电流Rp回路的谐振阻抗放大器的集电极效率：17集电极电压利用系数波形系数，通角c的函数；c越小g1(c)越大越大(即Vcm越大或vmin越小)c越小效率c越高。因此，丙类谐振功率放大器提高效率c的途径即为减小c角