第四章 高频功率放大器要点

效率优化
效率是高频功率放大器的另一个关键性能指标。
输入 标题
详细描述
效率优化主要通过提高放大器的工作效率实现，这有 助于减小能源消耗和设备发热。通过调整放大器的工 作点、匹配网络和偏置条件，可以提高效率。
总结词
总结词
高效率的放大器可以减小散热装置的体积和重量，简 化整体结构设计。此外，高效的放大器还能延长设备
失真问题
由于放大器内部元件的非线性特性，当输入信号较大时，会产生失真现象。解决方案包括选用线性度 较高的元件、采用预失真技术以及优化电路设计等。
效率下降问题
效率下降原因
随着输入信号的增大，高频功率放大器的效率逐渐降低。这主要是由于放大器内部元件 的损耗和热耗散所致。
解决方案
采用低损耗元件、优化电路设计和散热设计，以及采用效率更高的放大器结构，如谐波 抑制电路和开关模式放大器等。
确保信号源与功率放大器之间的阻抗 匹配，减少信号反射和能量损失。
输出匹配网络
确保功率放大器的输出阻抗与负载阻 抗相匹配，最大化功率传输。
稳定性分析
稳定ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ判定准则
通过计算稳定性因子、相位裕度等参数，判断放大器是否稳定。
预防措施
采取适当措施如加装反馈回路、调整元件参数等，提高放大器的稳定性。
04
性能优化与调试
高频功率放大器外部特性分析及馈 电要点课件
目录
• 高频功率放大器概述 • 外部特性分析 • 馈电要点分析 • 性能优化与调试 • 常见问题与解决方案 • 发展趋势与展望
01
高频功率放大器概述
Chapter
定义与工作原理
定义
高频功率放大器是一种电子设备，用于将低功率信 号放大为高功率信号，以便传输或驱动其他设备。

一周期到来重复以上过程。
LC回路能量转换过程
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、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 信号功率输出去。
4.3.1 折线法
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。
ic
临界线
1)欠压工作状态：
过压区 gcr
欠压区
vBE
集电极最大点电流在临界线的右方，
交流输出电压较低且变化较大。
2)过压工作状态：
0 vCE
集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，
交流输出电压较高且变化不大。
3)临界工作状态：
是欠压和过压状态的分界点，
集电极最大点电流正好落在临界线上。
4.3.3 集电极余弦电流脉冲的分解
可见使ic在vCE最低的时候才能通过，那么，集电极耗散 功率自然会大为减小。
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：
ic=Ico+ Icm1cost+Icm2cos2t+Icm3cos3t+……

式中
1 1 sin cos I co iC d ( t ) iC max ( ) 2 1 cos a0 ( )iC max I c1 1

1



iC cos td ( t )
iC max sin cos 1 cos
uBE
动态线方程式
U CC uCE U BB U bm UCE iC Gc (U BB U bm U on ) U cm
(4-8)
令 uCE=UCC 时， iC=Gc(UBB-Uon) 为图 4-5 中的 Q 点；再令 U Uon 为图4-5中的B点。 iC=0时， u U BB U
(4-4)
集电极直流电源供给功率PDC等于集电极电流直流 分量与UCC的乘积
PDC UCC I c 0
(4-5)
放大器集电极效率等于输出功率与直流电源供给 功率之比，即
Po 1 U cm I c1 1 a1 ( ) 1 c g1 ( ) PDC 2 UCC I co 2 a0 ( ) 2
＋22.5 V
3DA21C V
Cb
L1
L2
C1
C2
图 4-13一超短波输出放大器的实际电路
2． 耦合回路 图4-14是一短波发射机的输出放大器， 它采用互 感耦合回路作输出电路， 多波段工作。
M Cb C1 K
V1
L3
C2 L1 L2
－24 V
图4-14 短波输出放大器的实际线路
R1
R2
(a)
(b)
(c)
图 4-11几种常见的LC匹配 (a) L型；(b) T型； (c) Π型

高频功率放大器的主要性能指标
包括功率增益、频率响应、效率、非线性失真等。
高频功率放大器端、输出端和放大元 件，如晶体管、MOSFET等。
放大器的工作原理
通过提供电流或电压信号来放 大输入信号。
高频功率放大器的特殊工 作方式
如开关型放大器和级联放大器。
高频功率放大器的分类
《高频功率放大器》PPT 课件
高频功率放大器是一种用于增强高频信号的电子设备。本课件将介绍高频功 率放大器的概念、应用领域、工作原理、分类、设计、仿真测试以及未来发 展趋势。
简介
什么是高频功率放大器?
高频功率放大器是一种用于增强高频信号的电子设备，可以提供高功率输出。
高频功率放大器的应用领域
广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信和无线电传输等领域。
放大器电路的优化设计
通过仿真和实验优化设计参数以提高性 能。
高频功率放大器的仿真与测试
仿真工具的选择
如SPICE仿真等，用于验证和优 化电路设计。
电路仿真的常用方法
如频率响应分析、时域响应分 析等。
高频功率放大器的测试方 法
如功率输出测试、谐波失真测 试等。
高频功率放大器的发展趋势
技术趋势
如宽带化、尺寸缩小等，提高性 能和便携性。
市场需求
如5G通信、物联网等领域的快速 发展。
未来发展方向
如高效能耗比、多模块设计等。
结论
1 高频功率放大器的重 2 高频功率放大器的应 3 高频功率放大器的挑
要性
用前景
战与机遇
在现代通信领域中起到至 关重要的作用。
随着相关技术的发展，将 会有更广泛的应用。
如热管理、高频干扰等。
按频段分类
如射频功率放大器、微波功 率放大器等。

iB
和
iC 均为余弦脉冲，用傅里叶级数展开为：
iB I B 0 I B1m cost I B 2 m cos 2t I B 3m cos 3t
iC I C 0 I C1m cost I C 2 m cos 2t I C 3 m cos 3t
1、直流功率
PD
由直流供电电源提供的功率 P E C I c 0 D 2、输出功率 P0 由电子器件送给谐振回路的基波信号产生的功率
1 1 1 U cm 2 P0 I c1mU cm I c1m Re 2 2 2 Re
3、集电极损耗功率消耗在集电结的功率
2
Pc PD P0
4、集电极效率
高频功率放大器的输出回路具有选频作用， 若调谐在基波频率上，则回路两端的电压可表 示为：
uC U cm cost I C1m Re cost uC E EC U cm cost
Re
为输出回路的有载谐振电阻
第三节
丙类高频放大器的分析
一、折线分析法 高频功率放大器属于大信号分析，和低频放大器一样，往往采用折线 法分析（图解法），其输入特性和输出特性如图2-5所示。
I c1m
i

c
co stdt
I c1m I c max 1 ( )
I cnm
1 2

i
c
cos ntdt
I cnm I c max n ( )
将电流分解系数制成曲线，可得图2-8。
1 ( ) g1 0 ( )
三、高频功率放大器的功率和效率
静态工作点 Q ：
当输入信号 ，即静态时， u i U bm cost 0

Vbm
继续
(1) 集电极电流
ic

ic max
cos t cos c 1 cos c
对 ic 分解为付里叶级数为：
ic Ico Icm1 cost Icm2 cos2t Icmn cos nt
Icmax
ic
ic1
ic2 ic3
Ico
ωt
θc
θc
其中各系数分别为：
uBE ub UBB UBB Ubm cost
+ ic
++
uCE C Rp -
ub uBE _
-
-UBB
EC
由晶体管的转移特性曲线可以看出： 当 uBE UBZ ， ic 0
ic
当 uBE UBZ ， ic gc uBE UBZ
式中 gc为：
折线的斜率
有
继续
电源供给的功率PS ，一部分（PC）损耗在管子，使管 子发热；另一部分（Po）转换为交流功率，输出给槽路。通 过槽路一部分（PT）损耗在槽路线圈和电容中，另一部分 （PL）输出给负载RL。
n
1.集电极效率 c
直流电源供给功率 PS EcIc0
集电极交流输出功率 Po 1/ 2UcmIc1m
式中： gd


gc

U U
bm cm

表示动态特性曲线的斜率，
Uo

EC

U cm
(
U
BB U Ubm
BZ
)

EC
UCm
cosc
式中： cosc

UBB UBZ Ubm
;

osnωt (4―1)
谐振放大器的工作原理：
iC ＋
高功放输入完整正弦波，由于放大 iB
＋
器工作在丙类状态，产生的iC为周
ub －
VC
uBE
uCE
－
＋ L
uo －
期性余弦脉冲波，但负载为调谐回
UBB
UCC
路，谐振于基波频率，可选出iC的基波。故在负载两 端得到的电压仍为与输入信号同频的完整正弦波。
Icn

1


iC
cos ntd (t)

2iC max

sin cos n sin cos n(n2 1)(1 cos )
an ( )iC max
α0(θ)、 α1(θ)、 αn(θ)分别称为余弦脉冲的直流、 基波、 n次谐波的分解系数, 数值见附录。
余弦波的分解系数可查表,如图所示:
第四章 高频功率放大器
4.1 概述 4.2 丙类谐振功率放大电路 4.3 丁类功率放大电路 本章小结
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原理及性能特点
教学难点： 高频谐振功率放大器的特性分析

1 ( 0 (
) )
例题：如图所示的谐振功率放大器中，已知: Vcc 24v, p0 5w, 70 , 0.9, 求该功率放大器的 c , PD , Pc , IcM , RP
解:由余弦脉冲分解系数图可查
的得：
0 70 0.25,11 0.44
放大特性

dt
iC max 0 (c )
Icmn
1 π
c c
iC
cos(nωt)dt
iC max n
(c )
2c
图6.3.3 尖顶余弦脉冲
波形系数
其中：尖顶余弦脉冲的分解系数
0
(c
)
sinc c cosc (1 cosc )
1
(
c
)
c cosc sin (1 cosc )
c
n
(c
)
2
sin
nc cosc n cos nc sin n(n2 1)(1 cosc )
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos 2t Icmn cos nt
直流功率： P==VCC Ic0
在集电极电路中, 谐振回路得到的
直流输入功率与集电极输出高频功
高频功率(高频一周的平均功率)即 输出交流功率：
率之差就是集电极损耗功率Pc, 即：
Po
1 2
Vcm
I
cm
1
Vc2m 2Rp
Icmo
icmax
sin cos (1 cos )
icmaxa0 ( )
Icm1
icmax
sin cos (1 cos )
icmaxa1( )
Icmn
icmax
2sin n cos 2nsin cos n n (n2 1)(1 cos cos )
icmaxan ( )
(n 1)
话 筒
音频 放大器
调制器
变频器
激励放大
输出功 率放大
载波 振荡器
发射机 天线开关
扬 声 器
音频 放大器
解调器

I c1 α1 (θ ) Uc = 称为波形系数， 式中 γ = 称为波形系数 ξ = 称为集电极 U CC I c 0 α 0 (θ ) 电压利用系数。由式(3-24)、 (3-25)可以得到输出功率 1 输出功率P 电压利用系数 输出功率
和集电极损耗功率Pc之间的关系为： 集电极损耗功率 之间的关系为 P P= c 1 1 η 1
《高频电子线路》 高频电子线路》
12
2．高频功放的能量关系与效率 在集电极电路中, 谐振回路得到的高频功率(高频 在集电极电路中 谐振回路得到的高频功率 高频 一周的平均功率)即输出功率P1为： 一周的平均功率 即输出功率
1 1 2 1 U c2 P = I c1U c = I c1 RL = 1 2 2 2 RL
(3-22)
集电极电源供给的直流输入功率 0为 集电极电源供给的直流输入功率P 输入功率 (3- 23) 直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极 损耗功率Pc, 即： 损耗功率 P0 = I c 0U CC
Pc = P0 P 1
13
(3- 24)
《高频电子线路》 高频电子线路》
Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能。 定义集电极效 变为耗散在晶体管集电结中的热能。 率η为： 为 P 1 I c1 U c 1 1 η= = = γξ (3-25) P0 2 I c 0 U CC 2
《高频电子线路》 高频电子线路》
5
ic － ＋ ib u (ω) ub V ＋ ube － uce － uc C ＋ L R
Eb U BB
Ec UCC
图 3-12 晶体管高频功率放大器的原理线路
《高频电子线路》 高频电子线路》
6
1．电流、 电压波形 设输入信号为