广东工业大学：《通信电路与系统》课程教学资源（课件讲义）第四章 高频功率放大器

第四章 高频功率放大器 教学目标： 1)了解高频功率放大器的功能、分类及技术指标 2)掌握丙类高频功率放大器的工作原理及折线分析法 通信电路与系统 3) 了解丙类功率放大电路 教学内容： 4.1概述 4.2丙类高频功率放大器的工作原理 4.3丙类高频功率放大器的折线分析方法 4.4丙类高频功率放大电路 廣束2棠大学 uangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 教学目标： 1）了解高频功率放大器的功能、分类及技术指标 2）掌握丙类高频功率放大器的工作原理及折线分析法 3）了解丙类功率放大电路 教学内容： 4.1 概述 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 4.3 丙类高频功率放大器的折线分析方法 4.4 丙类高频功率放大电路

4.1概述 1.高频功率放大器功能、特点、分类 1)功能： >用小功率高频输入信号去控制高频功率放大器， 将直流电源能量转换为大功率高频能量输出。 信电路与系统 2)特点： >工作频率高 调频广播载波88~108MHz, >相对频带窄 信号带宽180kHz 3)分类： >按频带：窄带功率放大器与宽带功率放大器 >按放大特性：非线性功放与线性功放 >按工作类型：甲(A)、乙(B)、丙 (C)、丁 (D)、戊(E)类等 束2大学 Guangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 4.1 概述 1. 高频功率放大器功能、特点、分类 1）功能： Ø用小功率高频输入信号去控制高频功率放大器， 将直流电源能量转换为大功率高频能量输出。 2）特点： Ø工作频率高 Ø相对频带窄 3）分类： Ø按频带：窄带功率放大器与宽带功率放大器 Ø按放大特性：非线性功放与线性功放 Ø按工作类型：甲（A）、乙（B）、丙（C）、丁 （D）、戊（E）类等 调频广播载波88~108MHz， 信号带宽180kHz

4.1概述 2.主要技术指标 >输出功率：输出高频信号功率 >效率：输出高频功率与直流提供的功率之比 通信电路与系统 >谐波抑制度： 说明： 1)高频功放通常位于发射机的末级，根据不同应用， 输出功率有不同要求，差异较大； 2)效率越高越好，可以减少能量损耗； 3)对于工作于非线性的功放，会产生谐波，利用谐波 抑制度参数来衡量对谐波的抑制能力。 Guangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 2. 主要技术指标 Ø输出功率：输出高频信号功率 Ø效率：输出高频功率与直流提供的功率之比 Ø谐波抑制度： 说明： 1）高频功放通常位于发射机的末级，根据不同应用， 输出功率有不同要求，差异较大； 2）效率越高越好，可以减少能量损耗； 3）对于工作于非线性的功放，会产生谐波，利用谐波 抑制度参数来衡量对谐波的抑制能力。 4.1 概述

4.2丙类高频功放大器的工作原理 1.基本电路及特点： 1)基本电路 输出级 通信电路与系统 中间级 (a (b) 丙类功率放大器主要用于发射机中，可分为中间级和输出级，其 中，中间级负载为包含后级输入阻抗的LC并联回路，输出级负载 为天线，也可等效为LC并联回路，分析电路时采用简化原理电路。 亲2大学 Guangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 1. 基本电路及特点： 1）基本电路 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 输岀级 中间级 丙类功率放大器主要用于发射机中，可分为中间级和输出级，其 中，中间级负载为包含后级输入阻抗的LC并联回路，输出级负载 为天线，也可等效为LC并联回路，分析电路时采用简化原理电路

4.2丙类高频功率放大器的工作原理 调谐于输入 信号的频率ω 通信电路与系统 ● 2)特点： a)为了提高效率，发射结为负偏置，由VBB保证。晶 体管在信号的一个周期中只有部分时间是导通的，晶 体管的输出电流为余弦脉冲。 b)负载为LC并联谐振回路，一是为了从余弦脉冲电 流中取出基波分量，二是为了实现前后级的阻抗变换。 Guangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 2）特点： a）为了提高效率，发射结为负偏置，由VBB保证。晶 体管在信号的一个周期中只有部分时间是导通的，晶 体管的输出电流为余弦脉冲。 b）负载为LC并联谐振回路，一是为了从余弦脉冲电 流中取出基波分量，二是为了实现前后级的阻抗变换。 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 调谐于输入 信号的频率ω

4.2丙类高频功率放大器的工作原理 2,.工作原理 输出电流：余弦脉冲 晶体管 由BE结电压波形可 :传输特性 知，电压小于Uz时， 通信电路与系统 晶体管截止 输出电流为 余弦脉冲 解为什么能输出余弦电压？ 输入信号：大信号 输出电压为余弦 脉冲的基波分量 (a) (b) 解释：为什么丙类功放能提高效率。 亲李2美大学 Guangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 2. 工作原理 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 由BE结电压波形可 知，电压小于UBZ时， 晶体管截止 输出电流为 余弦脉冲 输出电压为余弦 脉冲的基波分量 理解为什么能输出余弦电压？ 晶体管 传输特性 输入信号：大信号 输出电流：余弦脉冲 解释：为什么丙类功放能提高效率

4.2丙类高频功率放大器的工作原理 工作原理说明： 1)发射结采用负偏置，输入幅度较大的余弦信号4， UbmcoswtH时，晶体管BE结电压gB=VBB+UpmCOSWt, E大于导通电压UBz时，晶体管才导通，根据晶体管 信电路与系统 输出特性可知集电极电流c为周期余弦脉冲。 2)对周期余弦脉冲进行傅里叶级数展开，其包含直流 分量、基波分量和高次谐波分量。 ic Ico+Icim cos ot+Ic2m cos2t++Icmm cos not 3)负载采用工作于基波频率的LC并联谐振回路，可 以选出基波分量，保证功率放大器输出的信号频率与 输入信号频率一致。输出电压可以表示为： u。=Icim cos@t·Rp=Uem cos ot 其中，Um=Im·R, 房束2黄大学 Suangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 工作原理说明： 1）发射结采用负偏置，输入幅度较大的余弦信号ub= Ubmcosωt时，晶体管BE结电压uBE=VBB+Ubmcosωt， uBE大于导通电压UBZ时，晶体管才导通，根据晶体管 输出特性可知集电极电流iC为周期余弦脉冲。 2）对周期余弦脉冲进行傅里叶级数展开，其包含直流 分量、基波分量和高次谐波分量。 3）负载采用工作于基波频率的LC并联谐振回路，可 以选出基波分量，保证功率放大器输出的信号频率与 输入信号频率一致。输出电压可以表示为： 4.2 丙类高频功率放大器的工作原理 i I I t I t I n t C  C0  c1m cos  c2m cos2  cnm cos  I t R U t uo  c1m cos  P  cm cos RP U  I  其中， cm c1m

4.3丙类高频功率放大器的折线分析法 对于丙类高频功率放大器，输入信号幅度较大，BE 结反向偏置，晶体管工作于非线性状态，因此，小信 号等效电路分析方法已不再适应。 将晶体管静态特性理想化为折线后，可以对功率放 信电路与系统 大器进行定性分析，称之为折线分析法。 c① ⑤ ⑦ @ ④ ②⑤ ③④⑤ ③ 0 丙美放大 O① 半通角小于90 ③②1 甲类放大 半通角为1809 导通状态 ④⑤ w 小信号放大 丙类放大 房2大学 Guangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 对于丙类高频功率放大器，输入信号幅度较大，BE 结反向偏置，晶体管工作于非线性状态，因此，小信 号等效电路分析方法已不再适应。 将晶体管静态特性理想化为折线后，可以对功率放 大器进行定性分析，称之为折线分析法。 4.3 丙类高频功率放大器的折线分析法 小信号放大 丙类放大

4.3丙类高频功率放大器的折线分析法 折线分析法基本思路： 1)对晶体管输入、输出等静态特性进行折线 化处理； 通信电路与系统 2）)求出余弦电流脉冲及其各次谐波分量； 3)计算功率放大器的输出功率、效率等技术 指标； 4)丙类功率放大器动态特性分析（分析负载、 晶体管各级电压对功率放大器的工作状态的影 响，以及对输出功率、效率等的影响) 房2黄大学 Guangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 折线分析法基本思路： 1）对晶体管输入、输出等静态特性进行折线 化处理； 2）求出余弦电流脉冲及其各次谐波分量； 3）计算功率放大器的输出功率、效率等技术 指标； 4）丙类功率放大器动态特性分析（分析负载、 晶体管各级电压对功率放大器的工作状态的影 响，以及对输出功率、效率等的影响）。 4.3 丙类高频功率放大器的折线分析法

4.3丙类高频功率放大器的折线分析法 1.晶体管特性曲线的理想化 晶体管特性曲线理想化即进行折线化处理，可以折线 化处理的原因是：输入的是个大信号，晶体管工作于 非线性状态，折线化处理的目的是可以简化晶体管输 信电路与系统 出电流电压关系的数学表达。 理想化特性曲线基本原理： ① 在放大区，集电极电流和基极电流不受集电极电压 影响，仅与基极电压成线性关系。 ② 在饱和区，集电极电流与集电极电压成线性关系， 而不受基极电压的影响。 亲2大学 Guangdong University of Technology

通 信 电 路 与 系 统 1. 晶体管特性曲线的理想化 晶体管特性曲线理想化即进行折线化处理，可以折线 化处理的原因是：输入的是个大信号，晶体管工作于 非线性状态，折线化处理的目的是可以简化晶体管输 出电流电压关系的数学表达。 理想化特性曲线基本原理： ① 在放大区，集电极电流和基极电流不受集电极电压 影响，仅与基极电压成线性关系。 ② 在饱和区，集电极电流与集电极电压成线性关系， 而不受基极电压的影响。 4.3 丙类高频功率放大器的折线分析法