高频功率放大器简介

高频功率放大器的工作原理高频功率放大器是一种电子器件，主要用于放大高频信号，并将其输出到负载上。

其工作原理基于电子管或晶体管的放大作用，在输入的高频信号上增加电压，从而实现信号放大的目的。

高频功率放大器广泛应用于无线电通信、雷达、卫星通信等领域。

最常用的高频功率放大器是基于晶体管的，其内部结构由多个不同功能的电路组成。

其中，收发信道通过变压器进行隔离，从而实现信号的单向传输。

在信号放大方面，晶体管的三个引脚分别为基极、集电极和发射极。

输入信号通过基极进入晶体管，集电极则是放大后的信号输出。

发射极则是提供功率的地方，通常在晶体管的大功率管中被找到。

高频功率放大器通常需要很高的驱动电压，它可以由直流电源提供。

晶体管的放大过程是通过电荷扩散和电场漂移来完成的。

在多数晶体管中，材料内部的电子浓度是不均匀的，因此电子在晶体中移动时会发生扩散。

此外，由于电场的存在，电子也会沿着电场方向移动，从而形成漂移的过程。

这两种运动将使得电子的浓度差异减小，最终导致电流被放大。

需要注意的是，在高频电路中，信号通常在不同的电阻、电容和电感之间进行传输，因此高频功率放大器要求不仅具有高放大倍数、低噪声等特点，还需要适应各种不同的阻抗，防止信号反射和损耗。

为了保证高频信号的传输质量，高频功率放大器通常采用多级级联的方式，以达到更高的放大倍数和更佳的工作效率。

总之，高频功率放大器是电子工程领域中极为重要的技术，其工作原理基于电子器件的放大作用。

通过不同级联和高数据速率的设计，高频功率放大器可以实现高精度的信号传输和处理，对无线电通讯、雷达、卫星通讯等领域具有举足轻重的作用。

ic
Rp
+ L u c1 -
u BE u b U BB U BB U bm cos t
-UBB
EC
由晶体管的转移特性曲线可以看出：
当 u BE U BZ ， i c 0
ic
•
gC
ic
当 u BE U BZ ， i c g c u BE U BZ 式 中 gc 为 ：
2
动态特征曲线的画法：
画法一：
ic
•
A ubemax
在 静 态 特 征 曲 线 的 uce 轴 上 取 B 点 ， 使 OB U o ， 由 B 点 作 斜 率 为 g d 线 BA， 即 得 动 态 特 征 曲 线 。 的直
gd
EC
画法二：
O Uo ucmin Ucm
由外部方程可得：
B
•
uce
对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同：
特点：
输出功率大 效率高
(1 )工 作 频 率 高 ， 相 对 频 带 窄 (2 )采 用 选 频 网 络 作 为 负 载 回 路
(3)放大器一般工作在 C（丙）类工作状态，属于非线性电路
(4 )不 能 用 线 性 模 型 电 路 分 析 ， 一 般 采 用 图 解 法 分 析 和 折 线 法
连接 Q、 A 两点 即得动态特性曲线 。
i i 高 频 功 放 的 工 作 状 态c： cmax •
ic
动态曲线：
2 高频功率放大器的负载特性 ic
gC
U bm gd gc U c1 U uBE o E C U c 1 cos c ub 而 U c 1 I c 1 R P

高频功率放大器的原理
高频功率放大器是一种电子器件，用于放大高频信号的功率。

它的工作原理基于晶体管的放大特性和放大原理。

晶体管是一种半导体器件，具有放大信号的能力。

高频功率放大器中通常采用的晶体管是场效应管（FET）或双极性晶体管（BJT）。

这些晶体管具有不同的构造和工作方式，但都可以用于高频功率放大器的设计。

在高频功率放大器中，输入信号被放大器的输入电路接收。

输入电路通常包括一个匹配网络，以确保输入信号能够有效传递到晶体管。

接下来，输入信号被传输到晶体管的控制电极，如场效应管的栅极或双极性晶体管的基极。

当输入信号到达控制电极时，晶体管的工作会受到控制，从而导致电流或电压的变化。

这个变化会在晶体管中产生一个放大的输出信号。

输出信号可以通过一个匹配网络传递到负载电阻或其他外部电路中。

为了实现高频功率放大，放大器中的晶体管需要满足一些特殊要求。

首先，晶体管需要具有高增益和宽带宽，以确保放大器在高频范围内能够有效工作。

其次，晶体管需要具有较低的噪声系数，以避免在放大过程中引入额外的噪声。

除了晶体管，高频功率放大器中还包括其他组件，如电容器、电感器和电阻器等。

这些组件用于构建输入和输出匹配网络、稳定电路工作和控制电流等。

总之，高频功率放大器通过晶体管的放大特性实现对高频信号的功率放大。

它在通信、雷达、无线电和广播等领域有着广泛的应用。

高频功率放大器的基本原理(一)高频功率放大器的基本原理1. 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幅度的电子设备。

它通常用于无线通信、雷达、高频电视和天线系统等领域。

高频功率放大器可以将低功率的高频信号放大到足够大的功率，以便传输和处理。

2. 高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理可以简单分为三个步骤：放大输入信号、增加信号的功率和输出放大后的信号。

2.1 放大输入信号高频功率放大器的第一个任务是放大输入信号。

它通常使用晶体三极管（BJT）或场效应晶体管（FET）作为放大器的关键元件。

这些元件根据输入信号的幅度和频率变化进行放大操作。

2.2 增加信号的功率放大后的信号仍然可能是低功率的，因此高频功率放大器的下一个任务是增加信号的功率。

这一步骤通常通过使用功率放大器级联来实现。

级联多个放大器可以将信号功率从较低级别逐步增加到所需的功率级别。

2.3 输出信号在增加信号的功率之后，高频功率放大器将输出放大后的信号。

这个信号可以被用于进一步的处理或传输。

输出信号的幅度将取决于放大器的设计和配置。

3. 高频功率放大器的关键考虑因素在设计高频功率放大器时，需要考虑一些关键因素来确保性能和稳定性。

3.1 频率响应高频功率放大器应该能够在指定的频率范围内提供稳定的放大。

对于不同的应用，频率范围和响应要求会有所不同。

3.2 功率输出高频功率放大器应该能够提供足够的功率输出，以满足特定应用的需求。

功率输出的大小通常由设备和系统的要求来确定。

3.3 效率高频功率放大器的效率是指输入功率与输出功率之间的比率。

高效率的放大器能够最大限度地利用输入能量，减少能量浪费。

3.4 线性度高频功率放大器的线性度是指输出信号与输入信号之间的线性关系。

较好的线性度可以保持输入信号的准确度和完整性。

3.5 稳定性高频功率放大器的稳定性是指在各种工作条件下保持良好的性能。

它应该能够在不出现振荡或失真的情况下工作。

(n 1)
为余弦电流脉冲分解系数； 0 ( c )为直流分量分解系数； 1 ( c )为基波分量分解系数； n ( c )为n谐波分量分解系数。
第3章 高频功率放大器
为余弦电流脉冲分解系数； 0 ( c )为直流分量分解系数； 1 ( c )为基波分量分解系数； n ( c )为n谐波分量分解系数。
第3章 高频功率放大器
三、功率和效率
u BE VBB U bm cos t uCE VCC U cm cos t
直流输入功率：P 交流输出功率：
2 1 1 2 1 U cm P I c1mU cm I c1m R p o 2 2 2 Rp 集电极损耗功率： P P P c o 效率： Po 1 U cm I c1m 1 1 ( c ) 1 g1 ( c ) P 2 VCC I c 0 2 0 ( c ) 2 （ :电压利用系数， 1 ( c )：波形系数） g
第3章 高频功率放大器
2、iC两参数: I CM 、c
U BZ VBB cos c U bm 此式表明： 当U BZ、V BB和U bm已知时可确定 半通角 c或通角， c为全通角。 2
c 1800 为甲类放大； c 900 为乙类放大； c 900 为丙类放大。
第3章 高频功率放大器
功放的种类：甲类、乙类、丙类
第3章 高频功率放大器
第二节 丙类（C类）高频功率放大器工作原理 一、基本电路及其特点
特点： 1)VBB 0, 基极 提高效率
负偏压, 丙类功放
2)负载为LC回路
第3章 高频功率放大器
上图是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理 线路, 除电源和偏置电路外, 它是由晶体管、 谐振回路 和输入回路三部分组成的。其中： 晶体管：常采用NPN高频大功率晶体管，其特征 频率fT高 。 静态工作状态：一般在C类，即基极偏置为负值； 输入信号：输入信号为大信号，可达1～2V，甚至 更大。 工作状态：晶体管工作在截止和导通(线性放大)两 种状态，基极电流和集电极电流均为高频脉冲电流。 放大器的负载：用带抽头的LC并联谐振回路作负 载，可以起到选频和阻抗变换两方面的作用。

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

《高频电子线路》在无线通信中的应用——高频功率放大器高频功率放大器是通信系统中发送设备的重要组成部分。

在无线通信的射频系统中，处理的都是小信号，因此需要对信号进行放大处理，为了获得大功率高频信号，必须采用高频功率放大器。

高频放大器按工作频率的带宽，可以分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。

窄带高频功率放大器以LC并联谐振回路作负载又称谐振功率放大器。

宽带高频功率放大器以传输线变压器为负载，又称非谐振功率放大器。

高频功率放大器放大高频正弦信号或高频已调波（窄带）信号，也可以用于发射机的末极，将高频已调信号进行功率放大，满足发送功率的要求，然后经天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器的主要功能是用小功率的高频输入信号控制高频功率放大器将直流电源的能量转化为大功率高频能量输出，主要用于各种无线电发送设备中，要求输出功率大和效率高。

高频功率放大器采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗变换等问题。

高频功率放大器有源器件有晶体管和真空管，分为甲、乙、甲乙、丙、丁戊几类，高频功率放大器通常工作于丙类，下面主要介绍丙类谐振功率放大器。

对功率放大器，在大信号条件下，丙类工作状态可获得较大功率、较高效率；用谐振回路做负载可以使输出波形不失真。

谐振功率放大器的集电极负载是一个高品质因素的LC并联振荡回路，如果选取谐振角频率ω0等于输入信号的角频率ω，那么，尽管在集电极电流脉冲中含有丰富的高次谐波分量，但由于并联谐振回路的选频滤波作用，振荡回路两端的电压可近似认为只有基波电压。

高频功率放大器的主要参数：PD=Vcc*IC0=直流电源供给的直流功率PO=1/2(Vcm*Ic1m)=交流输出信号功率PC=PD-PO=集电极耗散功率集电极效率ηC=PO/PD PD=PO+PC1.丙类谐振功率放大器工作原理丙类谐振功率放大器原理电路2.丙谐振功率放大器的电路组成主要器件：晶体管，直流电源，偏置电阻，电容，电感。

简述高频功率放大器的特点高频功率放大器是一种电子设备，它具有放大高频信号的功能。

高频信号是指信号频率在1MHz以上的信号，高频功率放大器主要用于无线电通信、雷达、医学设备和工业加热等领域。

它具有以下特点：1.高效率：高频功率放大器通常使用功率放大管作为放大器核心，这些管子具有高效率的特点。

在高频信号下，功率放大管的效率可以达到60%以上，这意味着大部分的输入功率都能转化为输出功率，从而实现高效率的功率放大。

2.高线性：高频功率放大器要求在放大高频信号时，输出信号要与输入信号保持一致。

这就要求功率放大器具有高线性度，即输出信号随着输入信号的变化而变化，而不会出现非线性失真。

3.高稳定性：在高频信号下，功率放大器的稳定性尤为重要。

任何微小的变化都可能导致输出信号的失真。

因此，高频功率放大器通常采用恒定电流源或者负反馈电路来提高稳定性。

4.高功率密度：高频功率放大器需要在小体积内实现高功率输出，因此需要具有高功率密度。

这要求功率放大器的散热和结构设计都要优化，以实现高功率密度。

5.宽带：高频功率放大器需要能够放大多种频率的信号，因此需要具有宽带特性。

这就要求功率放大器的带宽尽可能宽，能够放大从几百kHz到几GHz的信号。

在中心扩展下，高频功率放大器的应用领域不断扩大。

例如，在无线电通信领域，高频功率放大器可以用于增强信号的传输距离和穿透能力；在雷达领域，高频功率放大器可以用于增强信号的探测能力和精度；在医学设备领域，高频功率放大器可以用于磁共振成像等应用；在工业加热领域，高频功率放大器可以用于快速加热和热处理等应用。

总的来说，高频功率放大器具有高效率、高线性、高稳定性、高功率密度和宽带等特点。

随着应用领域的扩大，高频功率放大器的需求也会越来越高，未来有望在更广泛的领域得到应用。

(1)丙类倍频器工作原理分析
为尖顶余弦脉冲， 已知丙类放大器集电极电流 i c 为尖顶余弦脉冲，即：
i c = I CO + I C 1 cos ω t + I C 2 cos 2 ω t + ⋯ + I Cn cos n ω t + ⋯
如果集电极回路不是调谐于基波， 如果集电极回路不是调谐于基波，而是调谐于 n 次谐波那 么回路对基波和其它谐波的阻抗很小， 么回路对基波和其它谐波的阻抗很小，而对 n 次谐波的阻 抗则达到最大值，且呈电阻性。 抗则达到最大值，且呈电阻性。于是回路的输出电压和功 次谐波，故起到了倍频作用。 率就是 n 次谐波，故起到了倍频作用。
-UBB
EC
由晶体管的转移特性曲线可以看出： 由晶体管的转移特性曲线可以看出： 当 uBE < U BZ ， i c = 0 当 uBE > UBZ ， ic = gc (uBE − UBZ ) 式中 gc 为：
∴有
ic
•
gC
ic
∆ic 折线的斜率 g c = ∆ u BE
-UBB
u ce = 常数
= 90 o
θ < 90 o , U BB < U BZ 。 C 类：
6.2 高频功率放大器的工作原理
1
+ uS -
基本电路结构
+ ub C L
-UBB EC (a) 原理电路
ic + ub -UBB + uCE C Rp
+ L u c1 -
EC (b) 等效电路
除电源和偏置电路外， 除电源和偏置电路外 ， 主要由三个部分组成： 主要由三个部分组成：
c2 1 C C c1 1 L b1 i 2 c2 L b2

P (直流电源功率 ) = Po (交流功率) PT (直流功耗)
1 P T

T 0
VCC i C dt
vi= 0
vi= V0sinω t
降低静态功耗，即减小静态电流。
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
4. 分类
(a)甲类 class-A amplifier
ABQ 功率三角形
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
1. 功率放大电路的主要特点 非线性(大信号) ⑵ 管子工作在接近极限状态。
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
2. 要解决的问题
电流增益：
β
β+1

《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
1. 功率放大电路的主要特点 非线性(大信号)
⑴ 允许轻微非线性波形失真。
输出功率
Vom I om 1 Po Vom I om 2 2 2
要想Po大，应使Vom 和Iom都要大。
(b)乙类 class-B amplifier
(c)甲乙类 class-AB amplifier
(d)丙类 class-C amplifier
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
5. 效率与失真矛盾的解决
丙类(C类) 放大器的效率最高，但是波形失真也最严重。
输入回路 晶体管 Tr1 T C

高频功率放大器
高频功率放大器是指能够放大高频信号的功率的放大器。

在无线通信、雷达、医学诊断等领域，需要对高频信号进行放大，因此高频功率放大器具有重要的应用价值。

高频功率放大器通常采用半导体器件如晶体管、场效应管等作为放大元件。

不同的放大器结构和电路设计可以用于不同的频率范围和功率要求。

在设计高频功率放大器时，需要考虑以下几个关键因素：
1. 频率响应：要保证放大器在所需的频率范围内具有良好的增益和相位特性，以确保信号的准确放大。

2. 功率输出：放大器应能够提供所需的输出功率，以满足系统的功率要求。

3. 效率：高频功率放大器的效率越高，其在转换输入功率为输出功率时损耗的能量越少。

4. 线性度：在大功率输出时，要保持放大器的线性度，以避免失真和干扰。

5. 稳定性：放大器应具有良好的稳定性，以避免产生震荡或变换输出。

6. 抗干扰性：高频功率放大器应能够抵抗外部干扰，保持信号的纯净性。

高频功率放大器在无线通信系统中扮演着重要的角色，能够增强信号传输的距离和可靠性，提高信号的质量和覆盖范围。

第一章高频功率放大器概述高频功率放大器是一种专用放大器，主要用于放大高频信号以改善信号传输和处理的效果。

高频信号在传输过程中容易受到噪声和信号衰减等影响，因此需要使用高质量的放大器来解决这些问题。

高频功率放大器通常用于广播、通信、雷达和医学设备等领域。

在这些应用场合中，高频信号需要被放大到足够高的水平以保证其正常工作。

然而高频信号的放大并不是一件简单的事情，因为高频信号具有特别的特性，需要专门的技术和设备才能处理。

第二章高频功率放大器的原理高频功率放大器的工作原理类似于普通放大器，但它需要更多的细节和技巧。

以下是高频功率放大器的工作原理。

2.1 放大器基本原理放大器的基本原理是将输入信号增加到一个可控范围内的输出信号。

在高频功率放大器中，输入信号是原始高频信号，输出信号是经过放大和处理后的高频信号。

在放大器中，晶体管是主要的放大器元件，因为它们以高速工作，且具有稳定的放大特性。

2.2 高频功率放大器的原理高频功率放大器的原理类似于普通放大器的原理，主要包括功率放大和线性放大两种模式。

功率放大模式将输入信号的强度直接放大到最大，保证输出信号的功率尽可能大。

这种模式下的放大器通常用于发射机和雷达等应用场合。

线性放大模式将输入信号的强度放大到一个可以被处理的范围内，以保持输出信号的线性特性。

这种模式下的放大器通常用于接收机和信号处理器等领域。

第三章高频功率放大器的性能指标高频功率放大器的性能指标是衡量其性能和质量的标准，以下是几个常见的指标：3.1 频率响应频率响应表示放大器对于不同频率的输入信号的响应能力，它直接影响着信号的传输和处理效果。

3.2 增益增益表示输出信号与输入信号之间的增加比例，越高的增益意味着越大的信号输出。

3.3 噪声系数噪声系数是指输入信号和输出信号之间的信噪比，噪声越小，信噪比越高，放大器的效果就越好。

3.4 带宽带宽是指在特定的频率范围内，放大器能够保持其放大性能的能力，带宽越宽，放大器的应用范围就越广。

高频功率放大器原理
高频功率放大器是一种电子设备，用于将射频信号的功率放大到更高的水平。

其原理是通过增加输入信号的幅度，使其达到更高的功率输出。

高频功率放大器通常由多个级联的放大器组成，每个级别都能增加信号的幅度。

高频功率放大器的核心组件是晶体管或管子，它们具有高增益和较高的功率处理能力。

晶体管工作在饱和区，充分利用其线性增益特性。

信号经过输入阻抗匹配网络后进入晶体管的基极或栅极，然后通过晶体管的放大作用，输出到负载上。

高频放大器在输入和输出之间应用匹配网络，以确保最大功率传递。

这些匹配网络通常由L型或π型网络组成，通过调整电感和电容的参数来实现阻抗匹配。

匹配网络的设计要求与输入和输出负载的特性相匹配，以确保最大功率传输和信号衰减的最小化。

此外，高频功率放大器还需要提供稳定的偏置电路，以确保晶体管在稳定的工作条件下工作。

偏置电路通常由电阻和电容组成，它们用来提供适当的偏置电压和电流，以保持晶体管的工作在稳定的线性增益区。

总的来说，高频功率放大器通过级联的放大器和匹配网络，将输入信号的功率放大到更高的水平。

它在无线通信、雷达、卫星通信等高频应用中起着至关重要的作用。

二、基本特点
特点： ①为了提高效率，放大器常工作于丙 类状态，流过晶体管的电流为失真的 脉冲波形；
谐振功率放大器原理图
谐振于输入
信号的频率
②负载为谐振回路 取出基波分量，获 得正弦电压波形。
阻抗匹配。
高频功率放大器
三、工作原理
高频功率放大器
第三节 谐振功率放大器的折线分析法
一、谐振高频功率放大器的折线分析法
表征临界线的方程：
ic gcruce
高频功率放大器
三、集电极余弦电流脉冲的分解
1、余弦电流脉冲的表示式
当输入信号 ububmcost 时, 集电极电流 i c 的波形为余弦电流脉冲。
余弦电流脉冲表示式(由脉冲高度
IcM和通角θc决定)
ic IcMcos1ctoscocsc
导通角
cos Ubz Vbb
1、工作大信号和非线性工作状态。 2、将晶体管特性曲线理想化成为折线进行分析，称为折线分析法
二、晶体管特性曲线的理想化
1.正向传输特性曲线理想化
如图a是理想化的正向传输特性，其解析式为
ic
0 gc
ube
Ubz
UbeUbz UbeUbz
其中：gc ic ube ,称为跨导。U bz 称为理想化
特性的导通电压。
2.功能的表示方法：输出电压与输入电压的频谱相同。
二、高频功率放大器的分类
1.按工作频率分：窄带功率放大器（丙类）-------------谐振功率放大器
宽带功率放大器（甲类或乙类推挽）--非谐振‥ ‥
2.按放大器的工作类型分：甲、乙、丙、丁、戊类放大。
二、主要技术指标
1、输出功率:放大器的负载得到的功率。
其中