第六章 高频功率放大器 §6.1概述 高频功率放大器主要用于放大高频信号或高频已 调波（即窄带）信号。由于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，因而高频功率放大器通常又称为谐振功率 放大器。就放大过程而言，电路中的功率管是在 截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明 显的非线性特性。但其效果：一方面可以对窄带信 号实现不失真放大；另一方面又可以使电压增益随 输入信号大小变化，实现非线性放大
第六章 高频功率放大器 §6.1 概述 高频功率放大器主要用于放大高频信号或高频已 调波（即窄带）信号。由于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，因而高频功率放大器通常又称为谐振功率 放大器。就放大过程而言，电路中的功率管是在 截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明 显的非线性特性。但其效果:一方面可以对窄带信 号实现不失真放大;另一方面又可以使电压增益随 输入信号大小变化，实现非线性放大
高频功放与低频功放的比较 高频功放 低频功放 共同要求 输出功率大、效率高 不同点 工作频率高 工作频率低 相对频带窄 相对频带宽 采用谐振回路作 采用无调谐负载 为负载 一般工作于丙类 工作于甲、甲乙、乙类 状态 (限于推挽电路)状态
高频功放与低频功放的比较 高频功放 低频功放 共同要求 输出功率大、效率高 不同点 工作频率高 工作频率低 相对频带窄 相对频带宽 采用谐振回路作 为负载 采用无调谐负载 一般工作于丙类 状态 工作于甲、甲乙、乙类 （限于推挽电路）状态
>高频功率放大器的功能： 高频功率放大器的主要功能是用小功率的高 频输入信号去控制高频功率放大器，将直流电 源供给的能量转换为大功率高频能量输出，它 主要应用于各种无线电发射机中。 >高频功率放大器的主要技术指标： (1)高频输出功率：输出功率P。 (2)效率：输出功率/直流电源功率：PP (3)功率增益：输出功率输入功率：PP: (4)带宽：B0.7 (5)矩形系数K0.Bo.Bo.7
Ø高频功率放大器的功能： 高频功率放大器的主要功能是用小功率的高 频输入信号去控制高频功率放大器,将直流电 源供给的能量转换为大功率高频能量输出, 它 主要应用于各种无线电发射机中。 Ø高频功率放大器的主要技术指标： （1）高频输出功率:输出功率 Po （2）效率η: 输出功率/直流电源功率：Po /P= （3）功率增益: 输出功率/输入功率：Po /Pi （4）带宽：B0.7 （5）矩形系数Kr0.1 =B0.1 /B0.7
>高频功率放大器的分类： 可分为窄带放大器和宽带放大器两类。 >高频功率放大器希望输出的谐波分量尽可能 小，以免对其它频道产生干扰。国际对谐波辐射 规定是： (1)对中波广播来说，在空间任一点的谐波场 强不得超过基波场强的0.02%。 (2)无论电台的功率有多大，在距电台一公里 处的谐波场强不得大于50uv/m。在一般情况下， 假如任一谐波的辐射功率不超过25mW,即可认 为满足上述要求
Ø高频功率放大器的分类： 可分为窄带放大器和宽带放大器两类。 Ø高频功率放大器希望输出的谐波分量尽可能 小,以免对其它频道产生干扰。国际对谐波辐射 规定是: （1）对中波广播来说,在空间任一点的谐波场 强不得超过基波场强的0.02%。 （2）无论电台的功率有多大,在距电台一公里 处的谐波场强不得大于50μv/m。在一般情况下, 假如任一谐波的辐射功率不超过25mW,即可认 为满足上述要求
§6.2 谐振式高频功率放大器的工作原理 >谐振式高频功率放大器的电路及其特点： 晶体管高频功率放大器的原理电路如下图所示 由晶体管、输出谐振回路和输入回路三部分组成。 图6-1晶体管高频功率放大器的原理电路
§6.2 谐振式高频功率放大器的工作原理 Ø谐振式高频功率放大器的电路及其特点： 晶体管高频功率放大器的原理电路如下图所示, 由晶体管、输出谐振回路和输入回路三部分组成。 图 6-1 晶体管高频功率放大器的原理电路
>谐振式高频功率放大器的特点： ①为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶 体管发射结为负偏置，由Eb(V郎)来保证，流 过晶体管的电流为余弦的脉冲波形； ②负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取 出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放 大器的阻抗匹配
Ø谐振式高频功率放大器的特点： ①为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶 体管发射结为负偏置，由Eb（VBB）来保证，流 过晶体管的电流为余弦的脉冲波形； ②负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取 出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放 大器的阻抗匹配
>工作原理： ot 图6-2高频功放的工作状态 设输入信号为 Up=Ubmcosat (6-1)
Ø工作原理： 图6-2 高频功放的工作状态 设输入信号为 ub=Ubmcosωt （6-1）
由图6-1得基极回路电压为 uBE=VBB+Uomcoseωt (6-2) 放大器常工作于丙类状态，如图6-2所示 输出电流为余弦脉冲，含有直流、基波（信号频 率分量)和各次谐波分量，输出谐振回路选出基波 分量，就实现了功率放大。 >晶体管的工作区域： 低频区：f<0.5f; 中频区：在0.5f~0.2fr之间； 高频区：在0.2f~f之间。 (为截止频率，为特征频率)
由图6-1得基极回路电压为 uBE= VBB+Ubmcosωt （6-2） 放大器常工作于丙类状态，如图6-2所示。 输出电流为余弦脉冲,含有直流、 基波(信号频 率分量)和各次谐波分量,输出谐振回路选出基波 分量,就实现了功率放大。 Ø晶体管的工作区域： 低频区：f<0.5fβ； 中频区：f在0.5fβ~0.2fT之间； 高频区：f在0.2fT ~fT之间。 （ fβ为截止频率，fT为特征频率）
§6.3 谐振功率放大器的折线分析法 6.3.1集电极电流 1.集电极余弦电流脉冲的分解 如图6-2所示，集电极电流余弦脉冲是由脉冲高度 Im和通角0来决定的。在已知条件下，通过理想化 正向传输特性求出集电极电流脉冲。 设激励信号为ub=Upmcos@ta,则 u Be-VBB+Ubmcosot 晶体管理想化正向传输特性可表示为 i。=0 UBEUbz
§ 6.3 谐振功率放大器的折线分析法 6.3.1 集电极电流 1. 集电极余弦电流脉冲的分解 如图6-2所示，集电极电流余弦脉冲是由脉冲高度 Icm和通角θc来决定的。在已知条件下,通过理想化 正向传输特性求出集电极电流脉冲。 设激励信号为ｕb =Ubmcosωt，则 ｕBE =VBB+Ｕbmcosωt 晶体管理想化正向传输特性可表示为 ic =0 uBEUbz
将uBE代入式中可得 ic-ge(VBB+Ubmcosot-Ub) (6-3) 由图6-2可知，当0=0时，i=0,代入式(6-3)中可得 cos0。=(Ub-VER/Ubm 上式表明，己知VB、Ubz和Ubm可确定高额功率放大 器的半通角0。，有时也称0为通角。但是，必须注意 的是，高频功率放大器的实际全通角为20。所以 ic-geUpm(cosot-cos0) 当ot-0时，i。=icmax可得 icmax-ge Upm(1-cos0)
将uBE代入式中可得 ic =gc(VBB+Ubmcosωt-Ubz) (6-3) 由图6-2可知,当ωt=θc时, ic =0,代入式(6-3)中可得 cosθc =(Ubz-VBB )/Ubm 上式表明,已知VBB、 Ubz和Ubm可确定高额功率放大 器的半通角θc，有时也称θc为通角。但是,必须注意 的是, 高频功率放大器的实际全通角为2θc 所以 ic =gcUbm(cosωt-cosθc) 当ωt=0时,ic = icmax可得 icmax =gcＵbm(1-cosθc)