第四章 高频功率放大器
4-1）若非线性特性用折线近似表示，如题图4-1所示，,/10,1V mA g V V bz ==偏压
,2V V bb -=激励电压V U 2.5=。求电流i 的各个分量幅度.,,210I I I 若要加大1I ，应怎样改
动U V bb 和？
【解】 （1） )cos (bz bb V wt U V g i -+=
当 ,,0Φ==wt i 即 0)cos (=-Φ+bz bb V U V g
故
ο
552.5)
2(1cos cos 11
=--=-=Φ--U V V bb bz
又 I i wt ==,0
故
mA I a I mA
I a I mA I a I a I mA V V mA V U V g I m m m m bZ bb m 622273.0)55(05.822366.0)55(4.422201.0)55()(22)12.52(/10)(2211000=?===?===?==Φ==-+-?=-+=οοο
（2）因m I a I )(11Φ=
要 ,1↑I 应 .,)(1↑↑Φm I a 要使,)(1↑Φa 在ο120<Φ时，应增加Φ，即减小b b V
；要使
,↑m I 应增大U 。
4-2）题图4-2所示为晶体管转移特性，用它作二倍频器，为了使c i 中的二次谐波的成分最大，bb V 应如何选取？（bb V 是直流偏压，设U V bz ,均固定不变）
。
【解】 因
U V V bb
bz -=
?cos
当ο
60=?时，二次谐波分量最大，而
,2160cos =
ο故有U V V bb
bz -=
21，即
U
V V bz bb 21
-= 4-3）某谐振高频功率放大器原理如题图4-3所示，已知信号电压为.cos t w U u s s ο=假设0f 远小于晶体管的特征频率T f ，负载回路为谐振于0ω的高Q 回路，试画出cc c c b bc u u i i u ,,,,的
波形示意图（要求各波形图的时间轴对齐）。
【解】
4-4）在上题中将负载回路改为谐振于 02ω的高Q 回路，试画出.,,,.ce c c be u u i u 的波形示意图。 【解】
4-5）已知谐振功率放大器的输出功率W P 5~=，集电极电源电压为V V ce 24+=试问： （1）
当集电极效率为%60=c η时，计算集电极耗散功率,c P 电源供给功率0P 和集电极电流的直流分量co I 。 （2）
若保持输出功率不变，而效率提高为80%，问集电极耗散功率c p 减少了多少？
【解】 （1）因 c c P P P +=
~~
η
所以，
~
1P P c
c
c ?-=ηη
将数据代入W P c 33.356.06
.01=?-=
W P P P c 33.8533.3~0=+=+=
A
V P I cc co 347.02433.80===
(2) 若%80=c η 则
W P c 25.158.08
.01'=?-=
c
P 的减少量
W P P P c c c 08.225.133.3'
=-=-=? 按百分比计算: c P 减少了%62%10033.308
.2=?
4-6) 设谐振高频功率放大器的集电极电流通角?分别为180度,90度,和60度,在上述三种情况,放大器均工作于临界状态,它们的cm cc I V ,也均相同,是分别画出它们理想化动态特性曲线,并计算三种通角情况下集电极效率
η
的比值,输出功率~P 的比值.
【解】
说明: 因
cm
I 均为临界状态,所以,可由,cm I 值在临界线上确定出点A.
因cc V 均相同,所以过cc V 点做横轴的垂线MN ，三种情况的工作点均应在此MN 上,
(1) 现考虑刚刚为ο
180=?状态(全流通)，则其静态工作点的电流应为cm I 21,由cm
I 21在
MN 上得Q 点,连接AQ 并延长到与横轴相交于D ，则直线AD 即为ο
180=?时的动态特性
曲线.
注：也可由A 点做横轴垂线得m in ce u 再在横轴上取min 2ce cc u V -得D 点,连接AD 即为
ο180=φ时的动态特性曲线.
(2) 对于ο90=φ状态,直接在横轴上取cc V 点,即为其静态工作点'
Q .连接.,''D Q AQ 则折线D AQ '即为ο
90=φ时的动态特性曲线..
(3).对于ο60=φ状态,因
5.060cos cos ==ο
φ.所以可在MN 线上自cc V 点向下取cm I 即得''Q ,连线'
'AQ 与横轴相交于B,则折线ABQ,即位ο
60=φ时的动态特性曲线；
注：也可以由m in ce u 和cc V 的中点得到B 点。
计算：
?:?:?)60(:)90(:)180(=ο
οοηηη
因
cc c
cm cm cc c cc c V U a I a I V U I I ????=?=
)()(2121011??η 因三种情况下的c cc U V ,均相同
所以，
)60(:)90(:)180(ο
οοηηη
8.1:57.1:1)
60()60(:
)90()90(:)180()180(0010101==a a a a a a οοοοο
计算：?:?:?)60(:)90(:)180(~~~=ο
οοP P P
因c cm c c U a I U I P ??==
)(21
2111~?
因三种情况下c cm U I ,均相同 所以，
)60(:)90(:)180(~~~ο
οοP P P
782
.0:1:1591.0:5.0:5.0)
60(:)90(:)180(111===οοοa a a
4-7）要求高频放大器的输出功率.8.1~W P =现选用高频AD12)20,5(W P A I CM CM ==临界
饱和线斜率./6.0V A g cr =选定V V cc 18=，通角ο
90=?，工作于临界状态。
试计算：电源供给的直流功率οP ，集电极耗散的功率,c P 集电极效率η及满足输出功率要求的等效负载谐振阻抗p
R 。
【解】先求01,c c I I :
因11~21
c c U I P =
故
1~
1~122a I P I P U cm c c =
= 而
cr
cm cc cr c cc cm g a I P V g U V I )2()(1
~
1?-
=?-=
故
02~121=+??-cr cm cr cc cm g P I a g V I a 1
~1211224)(a g P a a g V a g V I cr cr cc cr cc cm
?-±??=
A A 38.1042.02{5
.026
.08.125.04)5.06.018(5.06.018=?????-??±?? 因A I cm 38.10=超过3AD12的极限量，故舍去
取A I cm 42.0=
故
A a I I o
cm c 21.05.042.0)90(11=?=?= Ω=?==
====-=-==?=?==?=?=6.81)
21.0(8
.122%
7541.2/8.1/61.08.141.241.2134.018134.0319.042.0)90(221~0~~00000c p c c cc o cm c I P R P P W
P P P W I V P A a I I η
4-8）试画出一级具有下列特点的高频谐振功率放大器的实用电路图：（1）采用了高频功率管3DA14B,它的集电极与管壳相连，为便于散热此集电极与相架相连接。（2）负载为天线（等效参数为A r ，A c ）。输出回路采用串联谐振型匹配网络。（3）输入端采用T 型匹配网
络。（4）集电极直流馈电采用串联形式，基极采用零偏置电路。（5）对高频信号而言应为共射极电放大器。
【解】按上述要求电路图如下：
说明：（1）按题意集电极电极应接地。又要求对高频信号而言为共发电路，所以输入信号应加个高频变压器B ，以便于与一端接地的激励源（s s R U ,）相连；
（2）2L 为高频阻流圈，以实现零偏置的要求，121,,L C C 组成降阻式T 型匹配网络，使低值的输入电阻与较高的信号源内阻相匹配。
（3）由于集电极接地，集电极回路直流馈电应采用负电源cc V 馈电。其中5C 为高频旁路电容，4L 为高频阻流圈。电源负端经34,L L 馈送到发射极。
（4）0C （晶体管输出电容），A C C C L L C ,,,,,76533组成匹配网络。,,,330L C C 并联谐振于A C C C L f ,,,,7650串联谐振于40,C f 为隔直流电容。
4-9）某晶体管高频功放
,1802,30.90,2000ο
===Ω=?V V mA I R cc c p 试求.,~ηP 【解】
W V I P cc co 7.23010903
0=??==- %
747.222200]09.057.1[21
])([2
1
21~22121~====??===
o p co p c P P W R I g R I P η?
4-10）高频大功率晶体管3DA4MHZ f T 100=，饱和临界线跨导V A g cr /8.0=，用它作成
2MHZ 的高频功率放大器。选定
,2.2,1402,24A I V V cm cc ===ο
?并工作于临界状态，试计算
.
,.,,0~ηp c R P P P
【解】cc cm cc co V I r V I P ?==)70(cos 0ο
W 36.13242.2253.0=??=
因
A I a I cm c 96.02.2436.0)70(11=?==ο
V g I
V u V U cr
cm
cc ce cc c 25.218.02
.224min =-
=-=-= 故 W
U I P c c 19.1025.2196.021
211~=??==
)(22)96.0(19.1022%7636
.1319.1017.319.1036.131221~0~~0c c
p c p c I U R I P R P P W P P P =Ω=?==
===
=-=-=或η
4-11） 某谐振功率放大器的晶体管动态转移特性用折线表示为题图4-11所示，
晶体管的极限电压.2V BV beo =
（1） 基波放大时，给定,70,50ο
==?mA I cm 求b bb U V ,为多少？
（2）
三倍频时，若cm I 仍为50mA 。试求三次谐波输出最大时的b bb U V ,是多少？是
否超过了.
beo BV
【解】（1）
V A u i g be c c /2.065
.09.005
.0=-=??=
)cos (bz b bb c c V wt U V g i -+= 当cm c I i wt ==,0
)65.0(2.005.0-+=b bb U V
9.0=+b bb U V (1)
当 ωt=? t c =0 即 0=0.2(V bb +)65.0cos -?b U
b b bb U U V 342.065.070cos 65.00-=-= (2)
联立（1） （2）解得
V V bb 52.0= V U b 38.0= （2）三倍频时，（1）式仍成立，（2）式修正为：
b b bb U U V 766.065.040cos 65.0-=-= （2’）
联立（1） (2’)解得
V V bb 17.0-= V U b 07.1=
V BV V U V beo b bb 224.107.117.0||=<=+=+
4－12 试画出用n 个1：1 传输线变压器和短路线组成阻抗变换为
1:)1(2
+n 传输线变压器的连接网络，并证明：
L i R n Z )1(+=
L i R n R 2
)1(+= 【解】该网络如图所示： 设信号源激励电压为
i U ，电流为i I ，负载电压为
,L U 电流为L I
由图有'21n n i U U U U U ++++=Λ
由于
U U U U U U n n ======'
321Λ 故 U n U i )1(+=
又因
U U U U U n L =====''2'1Λ 故
i
L U n U 11
+= 再因 '
21n n L I I I I I ++++=Λ 由于
i n n I I I I I ====='
21Λ 故 i L I n I )1(+=
从而 i
i i i i
L L L R n I U n I n U n I U R 2
2)1(1)1(1)1(11+=+=++==
L L i c R n R R Z )1(+==
4－13 试画出用n 个1：1传输线变压器和短路线组成阻抗变换为1：2
)1(+n 传输线变压器
的连接网络，并证明：
L
c R n Z )1(1
+=
L
i R n R 2
)1(1
+=
【解】该网络如图所示：
设信号源激励电压为i U ，电流为i I ，负载电压为L U ，电流为L I
由图有
n n L U U U U U ++++='
'2'1'Λ 由于
U U U U U n n =====''2'1Λ 故 i L U n U )1(+=
再因 '
21n n i I I I I I ++++=Λ
由于
L n n I I I I I ====='
21Λ 故 L i I n I )1(+=
从而 L
L L L L
i i i R n I U n I n U n I U R 2
2)1(1)1(1)1(11
+=+=++==
L
L i c R n R R Z 11
+==
第四章 高频功率放大器 4-1）若非线性特性用折线近似表示，如题图4-1所示，,/10,1V mA g V V bz ==偏压 ,2V V bb -=激励电压V U 2.5=。求电流i 的各个分量幅度.,,210I I I 若要加大1I ，应怎样改 动U V bb 和？ 【解】 （1） )cos (bz bb V wt U V g i -+= 当 ,,0Φ==wt i 即 0)cos (=-Φ+bz bb V U V g 故 ο 552.5) 2(1cos cos 11 =--=-=Φ--U V V bb bz 又 I i wt ==,0 故 mA I a I mA I a I mA I a I a I mA V V mA V U V g I m m m m bZ bb m 622273.0)55(05.822366.0)55(4.422201.0)55()(22)12.52(/10)(2211000=?===?===?==Φ==-+-?=-+=οοο （2）因m I a I )(11Φ= 要 ,1↑I 应 .,)(1↑↑Φm I a 要使,)(1↑Φa 在ο120<Φ时，应增加Φ，即减小b b V ；要使 ,↑m I 应增大U 。 4-2）题图4-2所示为晶体管转移特性，用它作二倍频器，为了使c i 中的二次谐波的成分最大，bb V 应如何选取？（bb V 是直流偏压，设U V bz ,均固定不变） 。 【解】 因 U V V bb bz -= ?cos 当ο 60=?时，二次谐波分量最大，而 ,2160cos = ο故有U V V bb bz -= 21，即
第四章习题解答 4-1 为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器则可工作于丙类？ 分析：本题主要考察两种放大器的信号带宽、导通角和负载等工作参数和工作原理。 解 谐振功率放大器通常用来放大窄带高频小信号 （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 θ<90?）,电流为余弦脉冲，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。而低频功率放大器的负载为无调谐负载，如电阻、变压器等，通常为甲类或乙类工作状态。因此，低频功率放大器不能工作在丙类，而高频公率放大器则可以工作于丙类 。 4-2 提高放大器的功率与效率，应从哪几方面入手？ 分析：根据公式c o o o c P P P P P +==η=，可以得到各参数之间的关系，具体过程如下 解 功率放大器的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。这种转换不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的，因为直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率外，还有一部分功率以热能的形势消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。 为了说明晶体管放大器的转换能力，采用集电极效率c η，其定义为 c o o o c P P P P P += = η= 由上式可以得出以下两结论: ① 设法尽量降低集电极耗散功率c P ，则集电极耗散功率c η自然会提高。这样，在给定P =时，晶体管的交流输出功率o P 就会增大； ② 由上式可得 c c c o P 1P ???? ? ?η-η= 如果维持晶体管的集电极耗散功率c P 不超过规定值，那么， 提高集电极效率c η，将使 交流输出功率o P 大幅增加。可见，提到效率对输出功率有极大的影响。当然，这时输入直流功率也要相应得提高，才能在c P 不变的情况下，增加输出功率。因此，要设法尽量降低集电极耗散功率c P ，来提高交流输出功率o P 。 4-3 丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？ 解 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 θ<90?）,为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。尖顶余弦脉冲 含有 基波、二次、三次、……、n 次谐波，为了获得基波分量（即基波频率的正弦波），就要在输出端抑制其他谐波分量，因此一定要调到基波谐振状态。如果回路失谐，就会使输出含有其他谐波分量，就会产生波形失真。如果激励信号过大，回路失谐还会造成管子烧坏。 4-4 功放管最大允许耗散功率为20W ，试计算当效率分别为80%、70%和50%时的集电极最大允许输出功率。
第五章 高频功率放大器 一、简答题 1．什么叫做高频功率放大器？它的功用是什么？应对它提出哪些主要要求？为什么高频功放一般在B 类、C 类状态下工作？为什么通常采用谐振回路作负载？ 答：高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路，其主要功能是放大放大高频信号功率，具有比较高的输出功率和效率。对它的基本要求是有选频作用、输出功率大、自身损耗小、效率高、所以为了提高效率，一般选择在B 或C 类下工作，但此时的集电极电流是一个余弦脉冲，因此必须用谐振电路做负载，才能得到所需频率的正弦高频信号。 2．已知高频功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，可以改变哪些外界因素来实现，变化方向如何？在此过程中集电极输出功率如何变化？ 解：可以通过采取以下措施 1）减小激励Ub ，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。 2）增大基极的负向偏置电压，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。 3）减小负载电阻RL ，集电极电流Ic1增大，IC0也增大，但电压振幅UC 减小不大，因此输出功率上升。 4）增大集电极电源电压，Ic1、IC0和UC 增大，输出功率也随之增大，效率基本不变。 3．丙类功率放大器为什么要用谐振回路作为负载？ 解：利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。同时，谐振回路还可以将含有电抗分量的外接负载转换为谐振电阻 P R ，而且调节A L 和A C 还能保持回路谐振时使P R 等于放大管所需要的集电极负 载值，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路起到了选频和匹配的双重作用。
第4章 谐振功率放大器习题参考解答 4-1 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙类？ 解：两种放大器最根本的不同点是：低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽，因而只能采用无调谐负载，工作状态只能限于甲类、甲乙类至乙类（限于推挽电路），以免信号严重失真；而高频功率放大器的工作频率高，但相对频带宽度窄，因而可以采用选频网络作为负载，可以在丙类工作状态，由选频网络滤波，避免了输出信号的失真。 4-2 一谐振功率放大器，若选择甲、乙、丙三种不同工作状态下的集电极效率分别为：％＝甲50c η，％＝乙75c η，％＝丙85c η。试求： （1） 当输出功率P o =5W 时，三种不同工作状态下的集电极耗散功率P C 各为多少？ （2） 若保持晶体管的集电极耗散功率P C ＝1W 时，求三种不同工作状态下的输出功率P o 各为多少？ 解：通过本题的演算，能具体了解集电极效率对集电极耗散功率和输出功率的影响。 （1）根据集电极效率ηc 的定义 c o o D o c P P P P P +== η 可得 o c c c P P ηη-=1 将ηc 甲、ηc 乙、ηc 丙分别代入上式可得 P c 甲＝P o ＝5W ，P c 乙＝0.33P o ＝1.65W ，P c 丙＝0.176P o ＝0.88W 可看出η c 越高，相应的 P c 就越小。 （2）从P c 的表达式可以推导出 c c c o P P ηη-=1 将ηc 甲、ηc 乙、ηc 丙分别代入上式得 P o 甲＝P c ＝1W ，P o 乙＝3P c ＝3W ，P o 丙＝5.67P c ＝5.67W 可见，在P c 相同时，效率越高，输出功率就越大。 4-4 某一晶体管谐振功率放大器，设已知V CC =24V ，I C0＝250mA ，P o ＝5W ，电压利用系数ξ＝1。试求P D 、ηc 、R p 、I cm1、电流通角θc 。 解： ()W W I V P C CC D 625.0240=?== %3.83833.06 5====D o c P P η V V V V CC cm 24241=?==ξ
高频电子线路杨霓清答案第七章-高频功 率放大器 本页仅作为文档封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
思考题与习题 为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态为什么采用谐振回路作负 载为什么要调谐在工作频率上回路失谐将产生什么结果 答：高频功率放大器的输出功率高，其效率希望要高些，这样在有源器 件的损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是保护有源器件的安全 工作。乙类丙类放大器状态的效率比甲类高因此高频功率放大器常选用乙 类或丙类放大器。 乙类和丙类放大器的集电极电流为脉冲状，只有通过谐振电阻p R 相 乘，产生边疆的基波电压输出。回路调谐于工作频率是为了取出基波电压 输出。 丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别为 什么会产生这些区别动态特性的含义是什么 答：所谓动态特性是指放大器的晶体管（c g 、bz U ）、偏置电源（cc V 、 bb V ）、输入信号（bm U ）、输出信号或谐振电阻（cm U 或p R ）确定后，放 大器的集电极电流c i 随be u 和ce u 的变化关系。事实上，改变bb V 可以使放大 器工作于甲类、乙类或丙类。而工作在甲类，电流c i 是不失真的，所作的 负载线也是在确定动态特性，它的动态特性为一条负斜的直线，是由负载 线决定的。 而丙类放大器的bb V ＜bz V ，电流产生失真，是周期脉冲电流。而输出 电压是谐振回路的谐振电阻p R 与电流脉冲的基波电流相乘，即电流c i 的变 化为脉冲状，而输出电压是连续的基波电压，因此动态特性不能简单地用 谐振电阻p R 负载线决定。只能根据高频谐振功率放大器的电路参数用解析 式和作图法求得，它与甲类放大的负载线不同，其动态特性为。原因是电 流为脉冲状，有一段时间c i 是为0的 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙 类 答：因为谐振功放的输出负载为谐振回路，该回路具有迁频特性，可以 从晶体管的余弦脉冲电流中，将不失真的基波电流分量迁频出来，在并联谐振 回路上形成不失真的基波余弦电压，而电阻听电阻特性输出负载不具备这样的 功能，因此不能在丙类工作。
城南学院 通信电路实习报告 姓名 学号 同组者 指导老师代玲莉 实习时间2015年11月23日至2015年12月6日
目录 第一章：引言 (4) 第一节：实习目的 (4) 第二节：实习要求 (4) 第三节：实习平台 (4) 第二章：电路板设计 (5) 第一节：Protel 99 SE (5) 第二节：电子元件 (5) 第三节：设计步骤 (5) 第三章：元器件与焊接技术 (12) 第一节：元器件测量与了解 (12) 第二节：焊接技术 (12) 第三节：焊接过程 (13) 第四章：电路的调制与检测 (16) 第一节：高频小信号放大器电路的调制 (16) 第二节：信号输入 (16) 第三节：电源输入 (16) 第四节：输出检测 (16) 第五节：调节输出 (16) 第六节：结果分析 (17) 第五章：问题与分析 (17) 第六章：实习心得 (18)
第一章引言 《通信电子电路》是通信工程的专业课程，以基础技能训练和能力培养为主线，从培养学生动手能力，培养工程技术实际应用型人才入手，强化综合性、实际性。 第一节实习目的 通过实习使学生掌握通信电子电路的实际开发所要掌握技术，培养其动手能力，观察能力，分析和解决实际问题的能力，巩固、加深理论课知识，增加感性认识，进一步加深对通信电子电路应用的理解，提高对电路制造调试能力和系统设计能力。提高对常见电路故障的分析和判断能；培养学生严肃认真、实事求是的科学态度，理论联系实际的工作作风和辩证思维能力 第二节实习要求 1.掌握发射系统电路和接收系统电路的基本组成。 2.理解各个单元模块的工作原理，和调试方法。 3.掌握电路印刷板的设计与开发方法。 4.掌握实际电路的制作技术与焊接工艺。 5.掌握单元电路和系统电路的调试技术。 6.能对简单的高频电子电路进行设计、制作及调试。
4.2.4 高频谐振功率放大器的效率和输出功率 功率放大电路实质上是依靠激励信号对基极电流以及集电极电流的控制，把集电极电源的直流功率转换为负载回路的交流功率，转换效率越高，就可以在同样的直流功率下输出更大的交流功率。追求高转换效率是功率放大电路的基本设计要求之一。 由图4—12可见，高频谐振功放集电极输出电压CE u中包含直流分量与交流分量，其交流分量与b u波形一样，但相位相差π。 放大器输出的基波功率 o P 2 2 1 11 22 cm o cm cm I V I V P R V I R ∑ ∑ ==== （4.2.21） 电源提供的直流功率D P D co cc P I V = （4.2.22）根据能量守恒定律，集电极耗散功率为C P C D o P P P =-（4.2.23）集电极效率C η 1 1 11 () 22 cm c m o c D CC CO V I P g P V I ηξθ === （4.2.24）
式中()()() 1110c m CO I g I αθθαθ==称为波形系数，是导通角θ的函数；cm CC V V ξ=称为集电极电压利用系数，它总是小于1的。 由式（4.2.24）可知，要提高效率C η，有两种途径 1）一种是提高集电极电压利用系数ξ，即提高cm V ，而 1cm c m V I R ∑=是输出基波电压的幅值，0e R Q L ω∑=，通过提高回路的有载品质因数来实现增大R ∑； 2) 另一种是提高波形系数1g 。由图4—11可知，导通角θ越小，1g 越大，效率c η越高，但()1αθ却越小，输出 功率o P 也就越低。为了兼顾输出功率o P 和效率C η，必须选取合适的导通角θ。如取120θ= 时，()1αθ达 到最大值，输出功率最大，但()1g θ的值相对较小， 集电极的效率仅为64%左右；若取70θ= ，此时虽然 ()1αθ的值相对减小，输出功率有一定程度下降，但 集电极的效率可达到85.9%。因此在工程设计中θ的 取值通常在6575 之间。70θ= 左右为最佳导通角， 可兼顾输出功率和效率两个重要指标。
第2章 高频功率放大器 2.1为什么低频功率放大器不能工作于丙类，而高频功率放大器则可工作于丙类？ 答：两种放大器最根本的不同点是：低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽，因而只能采用无调谐负载，工作状态只能限于甲类、甲乙类至乙类（限于推挽电路），以免信号严重失真；而高频功率放大器的工作频率高，但相对频带宽度窄，因而可以采用选频网络作为负载，可以在丙类工作状态，由选频网络滤波，避免了输出信号的失真。 2.2丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？ 答：选用调谐回路作为集电极负载的原因是为了消除输出信号的失真。只有在谐振时，调谐回路才能有效地滤除不需要的频率，只让有用信号频率输出。此时，集电极电流脉冲只在集电极瞬时电压最低区间流通，因而电流脉冲最小，平均电流co I 也最小。若回路失谐，则集电极电流脉冲移至集电极瞬时电压较高的区间流通，因而电流脉冲变大，co I 上升，同时，输出功率下降，集电极耗散功率将急剧增加，以致烧损放大管。因此，回路失谐必须绝对避免。 2.3提高高频放大器的效率与功率，应从哪几方面入手？ 答：（1）使放大器工作于丙类，并用选频网络作为负载； （2）适当选取电流导通角c θ。 2.9晶体管放大器工作于临界状态，200p R =Ω，90mA co I =，30V C E =，90c θ=?。试求o P 与η。 解：查课本后附录得：11()(90) 1.57c g g θ=?= m11()90 1.57141.3(mA)c co c I I g θ==?= ∴232111 (141.310)200 1.997(W)=2W 22 o cm p P I R -==???≈ 3 309010 2.7(W ) D C c o P E I -==??= ∴2 100%74.1%2.7 o D P P η== ?≈ 2.10已知谐振功率放大器的导通角c θ分别为180?、90?和60?时，都工作在临界状态，且三种情况下的C E 、max c I 也都相同。试计算三种情况下效率η的比值和输出功率o P 的比值。 解：（1）22221max 1max 1max 00()()22()2() cm p c c p c p o c D C co C c c C c I R I R I R P P E I E I E αθαθηαθαθ====? ∵C E 、max c I 、p R 相同，因此有 222 2 22111123000 (180)(90)(60)0.50.50.391::::::1:1.567:1.4031:1.57:1.40 (180)(90)(60)0.50.3190.218 αααηηηααα???= ==≈??? （2）22 21max 111()22 o cm p c p c P I R I R αθ==
综合课程设计 高频功率放大器的设计及仿真 专业名称电子信息工程 班级学号5081112 学生姓名姜昊昃 指导教师邱新芸 设计时间2011.06.20~2011.07.01
课程设计任务书 专业：电子信息工程学号：5081112学生姓名（签名）： 设计题目：高频功率放大器的设计及仿真 一、设计实验条件 Multisim软件 二、设计任务及要求 1.设计一高频功率放大器，要求的技术指标为：输出功率Po≥125mW，工作 中心频率fo=6MHz，η>65%； 2.已知：电源供电为12V，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用2N2219，其主要参 数：Pcm=1W,Icm=750mA,V CES=1.5V, f T=70MHz,hfe≥10，功率增益Ap≥13dB（20倍）。 三、设计报告的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 4.结束语（设计的收获、体会等） 5.参考资料 四、设计时间与安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、收集资料：2 天 设计图纸、实验、计算、程序编写调试：4 天 编写课程设计报告：3 天 答辩：1 天
1.设计题目与设计任务（设计任务书） 1.1 设计题目 高频功率放大器的设计及仿真 1.2 设计任务 要求设计一个技术指标为输出功率Po≥125mW，工作中心频率fo=6MHz η>65%的高频功率放大器。
摘要 通过“模电”课程知道，当输入信号为正弦波时放大器可以按照电流的导通角的不同，将其分为甲类、乙类、甲乙、丙类等工作状态。甲类放大器电流的导通角为360度，适用于小信号低功率放大；乙类放大器电流的导通角约等于180度；甲乙类放大器电流的导通角介于180度与360度之间；丙类放大器电流的导通角则小于180度。乙类和丙类都适用于大功率工作。 丙类工作状态的输出功率和效率是上述几种工作状态中最高的。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。 可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。 综上，确定此高频电路由两个模块组成：第一模块是两级甲类放大器；第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，它作为功放输出级，最好能工作在临界状态。此时，输出交流功率达到最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。 关键词：高频；功率；放大；
第四章习题解答 4-1 为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器则可工作于丙类？ 分析：本题主要考察两种放大器的信号带宽、导通角和负载等工作参数和工作原理。 解 谐振功率放大器通常用来放大窄带高频小信号 （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 θ<90?）,电流为余弦脉冲，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。而低频功率放大器的负载为无调谐负载，如电阻、变压器等，通常为甲类或乙类工作状态。因此，低频功率放大器不能工作在丙类，而高频公率放大器则可以工作于丙类 。 4-2 提高放大器的功率与效率，应从哪几方面入手？ 分析：根据公式c o o o c P P P P P += = η=，可以得到各参数之间的关系，具体过程如下 解 功率放大器的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。这种转换不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的，因为直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率外，还有一部分功率以热能的形势消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。 为了说明晶体管放大器的转换能力，采用集电极效率c η，其定义为 由上式可以得出以下两结论: ① 设法尽量降低集电极耗散功率c P ，则集电极耗散功率c η自然会提高。这样，在给定P =时，晶体管的交流输出功率o P 就会增大； ② 由上式可得 如果维持晶体管的集电极耗散功率c P 不超过规定值，那么， 提高集电极效率c η，将使交流输出功率o P 大幅增加。可见，提到效率对输出功率有极大的影响。当然，这时输入直流功率也要相应得提高，才能在c P 不变的情况下，增加输出功率。因此，要设法尽量降低集电极耗散功率c P ，来提高交流输出功率o P 。 4-3 丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？ 解 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 θ<90?）,为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。尖顶余弦脉冲 含有 基波、二次、三次、……、n 次谐波，为了获得基波分量（即基波频率的正弦波），就要在输出端抑制其他谐波分量，因此一定要调到基波谐振状态。如果回路失谐，就会使输出含有其他谐波分量，就会产生波形失真。如果激励信号过大，回路失谐还会造成管子烧坏。 4-4 功放管最大允许耗散功率为20W ，试计算当效率分别为80%、70%和50%时的集电极最大允许输出功率。
第五章 高频功率放大器 一、简答题 1．什么叫做高频功率放大器？它的功用是什么？应对它提出哪些主要要求？为什么高频功放一般在B 类、C 类状态下工作？为什么通常采用谐振回路作负载？ 答：高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路，其主要功能是放大放大高频信号功率，具有比较高的输出功率和效率。对它的基本要求是有选频作用、输出功率大、自身损耗小、效率高、所以为了提高效率，一般选择在B 或C 类下工作，但此时的集电极电流是一个余弦脉冲，因此必须用谐振电路做负载，才能得到所需频率的正弦高频信号。 2．已知高频功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，可以改变哪些外界因素来实现，变化方向如何？在此过程中集电极输出功率如何变化？ 解：可以通过采取以下措施 1）减小激励Ub ，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率 基本不变。 2）增大基极的负向偏置电压，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输 出功率和效率基本不变。 3）减小负载电阻RL ，集电极电流Ic1增大，IC0也增大，但电压振幅UC 减 小不大，因此输出功率上升。 4）增大集电极电源电压，Ic1、IC0和UC 增大，输出功率也随之增大，效率 基本不变。 3．丙类功率放大器为什么要用谐振回路作为负载？ 解：利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。同时，谐振回路还可以将含有电抗分量的外接负载转换为谐振电阻P R ，而且调节A L 和A C 还能保持回路谐振时使P R 等于放大管所需要的集电极负载值，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路起到了选频和匹配的双重作用。 4． 改正图示线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。 解：
太原理工大学现代科技学院高频电子线路课程实验报告 专业班级测控13-2 学号 姓名 指导教师温涛
太原理工大学现代科技学院实验报告 实验四高频功率放大器 一实验目的 1．了解和掌握丙类高频谐振功率放大器的构成及工作原理。 2．了解丙类谐振功率放大器的三种工作状态及负载特性、调制特性、放大特性和调谐特性。 3. 掌握丙类谐振功率放大器的输出功率oP、直流功率DP、集电极效率C 测量方法。 4. 掌握用频谱仪观测信号频谱、频率及调制度的方法。 二实验原理 高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，它也是一种以谐振电路作负载的放大器。它和小信号调谐放大器的主要区别在于：小信号调谐放大器的输入信号很小，在微伏到毫伏数量级，晶体管工作于线性区域。小信号放大器一般工作在甲类状态，效率较低。而功率放大器的输入信号要大得多，为几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区域——截止和饱和区，这种放大器的输出功率大，效率高，一般工作在丙类状态。一．高频功率放大器的原理电路 高频功放的电原理图如图7-1 所示（共发射极放大器） 它主要是由晶体管、LC 谐振回路、直流电源Ec 和Eb 等组成，Ub 为前级供给的高频输出电压，也
太原理工大学现代科技学院实验报告 称激励电压。 二．高频功率放大器的特点 1.高频功率放大器通常工作在丙类（C 类）状态。 通角 的定义：集电极电流流通角度的一半叫通角 。 甲类（A 类） =180 度，效率约50%； 乙类（B 类） =90 度，效率可达78%； 甲乙类（AB 类）90< <180 度，效率约50%< <78%； 丙类（C 类） <90 度 可以推测，继续减小 ，使 工作到小于90 度，丙类效率将继续提高。 2.高频功率放大器通常采用谐振回路作集电极负载。 由于工作在丙类时集电极电流i c 是余弦脉冲，因此集电极电流负载不能采用纯电阻，而必须接一个LC 振荡回路，从而在集电极得到一个完整的余弦（或正弦）电压波。 我们知道，对周期性的余弦脉冲i c ，可用傅立叶级数展开： 式中，Ic1m、Ic 2m、Ic3m 为基波和各次谐波的振幅。ω为集电极余弦脉冲电流（也就是输入信号）的角频率。LC 谐振回路被调谐于信号（角）频率，对基波电流i c 呈现一个很大的纯阻，因而回路两端的基波压降很大。回路对直流成分和其它谐波失谐很大，相应的阻抗很小，因而相应的电压成分很小，因此直流和各次谐波在回路上的压降可以忽略不计。这样，尽管集电极电流i c 为一个余弦脉冲，但集电极电压Uce 却为一个完整的不失真的余弦波（基波成分）。 显然，LC 振荡回路起到了选频和滤波的作用：选出基波，滤除直流和各次谐波。 LC 振荡回路的另一个作用是阻抗匹配。也就是可以改变回路（电感）的接入参数，使功放管得到最佳的负载阻抗，从而输出最大的功率。 三．丙类调谐功率放大器基本原理 由于丙类调谐功率放大器采用的是反向偏置，在静态时，管子处于截止状态。只有当激励信号ub 足够大，超过反偏压Eb 及晶体管起始导通电压ui 之和时，管子才导通。这样，管子只有在一周期的一小部分时间内导通。所以集电极电流是周期性的余弦脉冲，波形如图7-2 所示。
第五章 高频功率放大器 （一）选择题 1． 高频功率放大器输出功率是指____D____。 A ）信号总功率 B ）直流信号输出功率 C ）二次谐波输出功率 D ）基波输出功率 2． 高频功率放大器功率增益是指_____B__________。 A ）基极激励功率与集电极输出功率之比 B ）集电极输出功率与基极激励功率之比 C ）不能确定 3． 丙类高频功率放大器晶体三极管作用是______B__________。 A ）开关作用 B ）按照输入信号变化的规律，将直流能量转变为交流能量 C ）A 和B 4． 丙类高频功率放大器中两电源的作用_____B___和___C_____。 A ）U B B 是能量的来源 B ）U C C 是能量的来源 C ）U BB 保证晶体管工作在丙类 D ）U CC 保证晶体管工作在丙类 5． 为使高频功率放大器有较高的效率，应工作____B____状态，角度___C_____。 A ） 乙类 B ） 丙类 C ） 小于90° D ） 大于90° （三）判断题 1．丙类高频功率放大器原工作于临界状态，由于外接负载的变化而使e R 增加，致使放大器 工作于过压状态。现若将输入信号b U 减小，使放大器仍工作在临界状态，这时放大器的输 出与原来相同。 （ × ） 2．丙类高频功率放大器的输出功率为e c R I P 2102 1 ，CC U 、BB U 、b U 一定时，e R 越大，则0P 也越大。 （ × ）3．在谐振功率放大器的输出级中，匹配网络的阻抗变化作用时将负载转换为放大器所要求的最佳负载电阻。 （ √ ） 4．丙类高频功率放大器，若要求输出电压平稳，放大器应选择临界工作状态。 （ × ） 5．原工作于临界状态的丙类高频放大器，当其负载断开，0C I 减小，1C I 减小，0 P 减小。 （ √ ） 6．不可以用高频功放构成倍频器。（× ） （四）问答题和计算题 1．甲类、乙类、丙类功率放大器各有什么特点?试详细比较。 解：甲类功率放大器，是指当输入信号较小时，在整个信号周期中，晶体管都工作于它的放大区，电流的导通角为180 ，适用于小信号低频功率放大，且静态工作点在负载线的中点。
1．丙类谐振功率放大器根据集电极电流波形的不同，可分为三种工作状态，分别为欠压状态、临界状态、过压状态；欲使功率放大器高效率地输出最大功率，应使放大器工作在临界状态。 2．丙类高频功率放大器的通角（ D ） A．θ＝180° B．90°＜θ＜180° C．θ＝90° D．θ＜90°3．谐振功率放大器输入激励为余弦波，放大器工作在临界状态时，集电极电流为（ B ） A．余弦波 B．尖顶余弦脉冲波 C．有凹陷余弦脉冲波 D．三角波4．某丙类谐振功率放大器工作在临界状态，若保持其它参数不变，将集电极直流电源电压增大，则放大器的工作状态将变为（ D ） A．过压 B．弱过压 C．临界 D．欠压 5．谐振功率放大器与调谐小信号放大器的区别是（ C ）A．前者比后者电源电压高 B．前者比后者失真小 C．谐振功率放大器工作在丙类，调谐放大器工作在甲类 D．谐振功率放大器输入信号小，调谐放大器输入信号大 6、丙类谐振功放其谐振回路调谐于（ A ）分量 A、基波 B、二次谐波 C、其它高次谐波 D、直流分量7．功率放大电路根据以下哪种说法可分为甲类、甲乙类、乙类、丙类等（ D ）A．电路特点 B．功率放大倍数 C．电流大小 D．功放管静态工作点选择情况8．谐振功率放大器输入激励为余弦波，放大器工作在临界状态时，集电极电流为（ B ） A．余弦波 B．尖顶余弦脉冲波 C．有凹陷余弦脉冲波 D．三角波9、放大器工作在欠压状态，随着负载谐振电阻R P的增大而向临界状态过渡 时, 放大器的交流输出电压V cm将（B) A) 减小 B) 增大 C) 略有增大 D) 略有减小 10、采用倍频器，可以降低发射机主振器的频率，有利于稳频、提高发射机的工作稳定性和扩展发射机的波段。( √ )