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1、2.2 2.2 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器2.2.1高频谐振功率放大器的基本工作原理高频谐振功率放大器的基本工作原理射射 频频 电电 子子 线线 路路射射 频频 电电 子子 线线 路路 第 七 讲第 七 讲功率放大器简介功率放大器简介2.2.2高频谐振功率放大器折线近似分析法高频谐振功率放大器折线近似分析法3.高频功放的功率关系高频功放的功率关系1.基本电路结构基本电路结构2.工作原理分析工作原理分析作业：作业：2-9、2-11、2-12 2.2 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器在无线通信系统中的位置高频谐振功率放大器在无线通
2、信系统中的位置高频谐振功率放大器在无线通信系统中的位置高频谐振功率放大器在无线通信系统中的位置输出功率固态器件与电真空器件功率量级比较图1.高频、低频功放工作的异同点高频、低频功放工作的异同点相同点：输出功率大、效率高；相同点：输出功率大、效率高；不同点：工作频率与相对带宽、负载网络与工作状态不同；不同点：工作频率与相对带宽、负载网络与工作状态不同；2.高频功率放大器分类高频功率放大器分类从工作频带宽度来分：从工作频带宽度来分：窄带功放窄带功放-以谐振回路、选频网络为负载；以谐振回路、选频网络为负载；宽带功放宽带功放-以频率响应宽的传输线为负载回路。以频率响应宽的传输线为负载回路。这样，可以在
3、很宽的范围内变换工作频率，不必重新调谐这样，可以在很宽的范围内变换工作频率，不必重新调谐。从电流导通角来分：从电流导通角来分：A(甲甲)类：电流的流通角等于类：电流的流通角等于360；AB(甲乙甲乙)类：电流的流通角约大于类：电流的流通角约大于180；B(乙乙)类：电流的流通角约小于类：电流的流通角约小于180；C(丙丙)类：电流的流通角小于类：电流的流通角小于180；D类、类、E类及类及S类开关功率放大器。类开关功率放大器。2.2 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器l3、射频功率放大器的主要技术指标、射频功率放大器的主要技术指标VCEOICMPCM功放管的保护功放管的保护一般不能空载上电一
4、般不能空载上电,要接负载。要接负载。加散热片。加散热片。高效率、大输出功率。高效率、大输出功率。谐波、杂散波。QQicebtooictVBZ谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处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相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。载均为谐振回路。不同之处不同之处：激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；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。晶体管动态范围不同。谐振功率放大器谐振功率放大器波形图波形图小信号谐振放大器小信号谐振放大器波形图波形图icQebtooi
5、ct2.2.1 高频谐振功率放大器的基本工作原理（A A）晶体管：大功率）晶体管：大功率晶体管，能承受高电晶体管，能承受高电压，大电流，一般工压，大电流，一般工作时发射极反偏作时发射极反偏(C(C类类)1.1.基本电路结构基本电路结构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：（B B）输入激励电路：提供所需信号电压；）输入激励电路：提供所需信号电压；（C C）输出谐振回路：）输出谐振回路：1)1)滤波选频，滤波选频，2)2)阻抗匹配；阻抗匹配；功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控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
6、给的直流功率，使之转变为交流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信号功率输出去。有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集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。电极耗散功率。P PDCDC=直流电源供给的直流功率；直流电源供给的直流功率；P Po o=交流输出信号功率；交流输出信号功率；P Pc c=集电极耗散功率；集电极耗散功率；根据能量守衡定理：根据能量守衡定理：定义集电极效率：定义集电极效率：由上式可以得出以下两点结论：由上式可以得出以下两点结论：2)2)设法尽量降低集电极耗散功率设法尽量降低集电极耗散功率P Pc c，则集电极效率，
7、则集电极效率 c c自然自然 会提高。这样，在给定会提高。这样，在给定P PDCDC时，晶体管的交流输出功率时，晶体管的交流输出功率P Po o 就会增大；就会增大；1 1）由式由式可知可知 如果维持晶体管的集电极耗散功率如果维持晶体管的集电极耗散功率P Pc c不超过规定值，那不超过规定值，那么提高集电极效率么提高集电极效率 c c，将使交流输出功率，将使交流输出功率P Po o大为增加。谐振大为增加。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。功率放大器就是从这方面入手，来提高输出功率与效率的。如何减小集电极耗散功率如何减小集电极耗散功率P Pc c 可见使可见使ic c在在v
8、cece最低的时候才能通过，那么，集电极耗散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。功率自然会大为减小。晶体管集电极平均耗散功率：晶体管集电极平均耗散功率：谐振功率放大器工作在丙类工作状态时谐振功率放大器工作在丙类工作状态时 c c9090，集，集电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：电极余弦电流脉冲可分解为傅里叶级数：Vcm 回路两端的基频电压回路两端的基频电压Ic1 基频电流基频电流Rp 回路的谐振阻抗回路的谐振阻抗输出交流功率：输出交流功率：电源输入的直流功率电源输入的直流功率(平均功率平均功率)放大器的集电极效率：放大器的集电极效率：波形系数波形系数 电压利用系数电压利用
9、系数 说明，对于高次谐波谐振回路近似为短路，直接把谐波能量接地说明，对于高次谐波谐振回路近似为短路，直接把谐波能量接地高频功放工作于大信号的非线性状态，用解析法高频功放工作于大信号的非线性状态，用解析法分析较困难，故工程上普遍采用近似的分析方法。分析较困难，故工程上普遍采用近似的分析方法。用图解法图解法或折线近似分析法折线近似分析法来分析功率放大器。l5、射频功放的分析方法、射频功放的分析方法图解法：利用电子器件的特性曲线对它的工作状态进行计算。图解法：利用电子器件的特性曲线对它的工作状态进行计算。折线近似分析法：用折线来表示电子器件的特性曲线。折线近似分析法：用折线来表示电子器件的特性曲线。
10、折线近似分析法的分析条件折线近似分析法的分析条件 建立在 的基础上，此时可认为 。晶体管的静态特性可作为高频谐振功率放大器理论分析的基础。分析小信号谐振放大时，一般满足 。此时，晶体管静态特性失效，要借助其他方法，如y参数法，来分析小信号谐振放大器。2.2.2 2.2.2 高高频谐频谐振功率放振功率放大器折大器折线线近似分析法近似分析法2.2.2 2.2.2 高高频谐频谐振功率放大器折振功率放大器折线线近似分析法近似分析法折线分析法的主要步骤：折线分析法的主要步骤：1 1、测出晶体管的转移特性曲线、测出晶体管的转移特性曲线ic vb及输出特性曲线及输出特性曲线ic vc，并将这两组曲线作理想折
11、线化处理并将这两组曲线作理想折线化处理2 2、作出动态特性曲线、作出动态特性曲线3 3、是根据激励电压、是根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画出对的大小在已知理想特性曲线上画出对 应电流脉冲应电流脉冲ic和输出电压和输出电压vc的波形的波形4 4、求出、求出ic的各次谐波分量的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2由给定的负载谐由给定的负载谐 振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、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、效率等指标直流供给功率、效率等指标晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线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
12、性可用交横轴于根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于VBZ的一条直线来表示的一条直线来表示(VBZ为截止偏压为截止偏压)。晶体管实际特性和理想折线晶体管实际特性和理想折线理想化折线（虚线）icgcvb0VBZic过压区临界线欠压区vbvc0(a)(b)gcr2.工作原理分析VBEic-VBB-VBZVbiciCVbmgC+VBE _iC+VBE _VBEic-VBB-VBZVbicVbmgCicmaxiCiC1iC2ICO其中各系数分别为：其中各系数分别为：iC频谱频谱(2)集电极输出电压iCICOiC1iC2LC回回路阻路阻抗抗RpiC+VBE _经经LC并联谐振回路后，此回路对基波
13、产生谐振，呈纯电阻并联谐振回路后，此回路对基波产生谐振，呈纯电阻（最大值）（最大值）R Rp p，而对其它谐波失谐阻抗很低，呈电容性。因而，而对其它谐波失谐阻抗很低，呈电容性。因而回路选出基波电压，而滤除各次谐波电压。回路选出基波电压，而滤除各次谐波电压。高频功放的功率关系 当晶体管允许的耗散功率一定时，当晶体管允许的耗散功率一定时，功放管的集，功放管的集电电极极损损耗功率耗功率。试计试计算：直流算：直流电电源提供的功率源提供的功率例例 某高某高频谐频谐振功率放大器工作于振功率放大器工作于临临界状界状态态，输输出功率出功率 ,集电极电源集电极电源=24V，集，集电电极极电电流直流分量流直流分量，电压电压利用系数利用系数及效率及效率，临临界界负载电负载电阻阻解：解：