第4章(高频功率放大器)

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

2、作出动态特性曲线
3、是根据激励电压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
二、晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线
根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ 的一条直线来表示(VBZ为截止偏压)。
ic
ic
Q
o
eb o
t
小信号谐振放大器 波形图
t
o
eb o
t
V BZ
谐振功率放大器 波形图
t
ic
ic
Q
o
eb o
t
小信号谐振放大器 波形图
t
ic
ic
o
eb o
t
VBZ
谐振功率放大器 波形图
t
4、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。
当t=0时，ic= ic max 因此，ic max= gcVbm(1–cos c)
ic max
o
t
2c
尖顶余弦脉冲
eb= –VBB+Vbmcosc=VBZ
若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数
ic =Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+…+Icmncosnt+…
由傅里叶级数的求系数法得
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

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4.2 谐振功率放大器分析
4.2.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式 4.2.2 集电极余弦电流脉冲的分解 4.2.3 高频功率放大器的工作状态分析
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4.2.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式
在工程上，对于工作频率不是很高的谐振功率放大器 的分析、计算，通常采用准线性的折线分析法。 准线性放大是指仅考察集电级输出电流中的基波分量 在负载两端产生输出电压的放大作用。 折线近似分析法(简称折线法)，这是一种图解法与数 学解析分析相折中的办法，指用几条直线来代替晶体 管的实际特征曲线，然后用简单的数学解析式写出它 们的表示式。缺点是准确度低，但计算比较简单，易 于进行概括性的理论分析。
上午9时 19分
这就是集电极余弦脉冲电流随时间变化的解析式。它取 决于脉冲高度iCmax和半导通角c 。 返回 18 退出
iC I c0 I c1m cosωt I c 2m cos2ωt I cnm cosnt .2.11) (4
直流分量、 基波及各次 谐波的幅值

high
上午9时 19分
丙类(C类)放大器的效率最高，但是波形失真也最 严重。 8 退出
3. 高频功率放大器与小信号谐振放大器
高频小信号谐振放大器与谐振功率放大器的区别： ① 工作状态分别为：小信号-甲类，大信号-丙类。也 就是说，除了输入信号幅度不同外，晶体管的工作点 和晶体管动态范围都不相同。 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态，因
在功率放大器中，往往选择静态工作点，使功率管 运用在特性的不同区段上，实现甲类、乙类、甲乙类、 丙类等不同运行状态。 根据正弦波激励下整个周期内的导通情况，可分为 四个工作状态：

第4章 高频功率放大器– 103 – 的。

对于输出级，要求输出功率最大，放大器应工作于临界状态，而最佳电阻P R 应保证放大器工作于临界状态。

对于中间级，要求输出电压变化小，放大器应工作于过压状态，而最佳电阻P R 应保证放大器工作于过压状态。

4.3 丙类倍频器4.3.1 倍频器的用途在无线电发射机、频率合成器等电子设备中，倍频器被广泛地运用。

它的功能是将频率为c f 的输入信号变换成频率为c nf 的输出信号（n 为正整数）。

采用倍频器的优点主要有以下几点。

① 能降低电子设备的主振频率，对提高设备的频率稳定度有利。

因为振荡器的频率越高，频率稳定度就越差，一般主振器频率不宜超过5MHz 。

因此，当发射机频率高于5MHz 时，通常采用倍频器。

② 在通信机的主振器工作波段不扩展的条件下，可利用倍频器扩展发射机输出级的工作波段。

例如，主振器工作在1.5～3MHz ，在其后采用放大倍频级，该级在波段开关控制下，既能工作在放大状态，又能工作在二倍频或四倍频状态。

这样，随波段开关的改变，发射机输出级就可获得1.5～3MHz 、3～6MHz 和6～12MHz 3个波段的输出。

③ 在调频和调相发射机中，采用倍频器可加大频移或相移，即可加深调制深度。

倍频器按其工作原理可分为3类。

第一类是利用丙类放大器电流脉冲中的谐波，经选频回路获得倍频。

第二类是利用模拟乘法器实现倍频。

第三类是利用PN 结电容的非线性变化得到输入信号频率的谐波，经选频回路获得倍频，称为参量倍频器。

当工作频率为几十兆赫兹时，主要采用三极管丙类倍频器，而当工作频率高于100MHz 时，主要采用变容二极管、阶跃二极管构成的参量倍频器。

乘法器构成的倍频器主要受乘法器的上限工作频率的限制。

本节仅介绍丙类倍频器的基本原理。

4.3.2 丙类倍频器的基本原理在丙类工作时，晶体管集电极电流脉冲中含有丰富的谐波分量，如图4-23所示。

如果集电极谐振回路调谐在二次谐波或三次谐波频率上，那么放大器只有二次谐波电压或三次谐波电压输出。