页数：39页文件大小：1.04 MB来源： 高频电子技术ppt课件
本课件围绕高频功率放大器展开，说明丙类谐振功率放大器的特点、电流电压波形与能量关系，用动态负载线分析欠压、临界与过压三种工作状态及负载、振幅与调制特性，并介绍直流馈电电路、滤波匹配网络与宽带功放。
通过本章学习，要求掌握谐振功放的工作特点，功率和效率的计算，工作状态（欠压、临界、过压）的划分以及外部参数对工作状态的影响（负载特性，集电极调制特性，基极调制特性和放大特性）；熟识谐振功率放大器电路（直流馈电电路和滤波匹配网络）形式。知识目标
能力目标自测分数权重相关知识知识要点能力目标30%高频功率放大器的功能、电流电压波形丙类谐振功率放大器的特点、性能指标、工作原理谐振功率放大器的工作原理50%动态负载线、过压、欠压及临界状态、负载特性、振幅特性、调制特性丙类功率放大器的近似分析法、工作状态及外部特性谐振功率放大器的特性分析20%集电极馈电电路、基极馈电电路、LC滤波匹配网络直流馈电电路、输出回路谐振功率放大器电路
图3-1对讲机、车载电台工作示意图
3.1概述高频功率放大器是用来产生高频功率的，常又称为射频功率放大器（Radio Frequency Power Amplifier）。因此产生符合要求的高频功率是对它的基本要求。同时，还应要求它具有尽可能高的效率。3.1.1高频功率放大器的功能高频功率放大器的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的高频能量输出。其输出信号和输入信号的频谱相同。3.1.2高频功率放大器的分类
3.1.3丙类谐振功率放大器的特点1．丙类谐振功率放大器特点1）采用具有选频作用的谐振网络作为负载；2）工作在丙类状态下；3）工作频率与相对频带相差很大；4）输出功率大，效率高。2．丙类谐振功率放大器与低频功率放大器的异同之处相同之处：两者都是用来对输入信号进行功率放大。不同之处：主要体现在工作频率和相对频带、负载性质以及工作状态这三个方面。1）工作频率和相对频带不同2）负载性质不同3）工作状态不同
丙类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：两者都是用来放大高频信号，且负载均为谐振网络。不同之处：主要体现在激励信号的幅度、谐振网络的作用以及工作状态这三个方面。
3.1.4丙类谐振功率放大器的主要技术指标输出功率：为直流电源提供的功率，为功率管集电极的耗散功率。效率：功率增益：为基极输入功率
3.2丙类谐振功率放大器的工作原理和性能分析3.2.1基本工作原理图3-2丙类谐振功率放大器原理电路图
1.电流、电压波形当基极输入一高频余弦激励信号后，三极管基极和发射极之间的电压为丙类谐振功率放大器的导电角θ的表达式为利用傅式级数展开，这样的周期性脉冲可以分解为直流、基波（信号频率分量）和各次谐波分量，即
OOOOOO+-(a)(b)(c)(d)(e)图3-3谐振功率放大器中电流、电压波形
回路两端只有基波电压三极管集电极和发射极之间的瞬时电压为2.能量关系直流功率输出功率集电极损耗功率集电极效率
波形系数集电极电压利用系数因此集电极效率又可以表示为
3.电流脉冲的分析集电极电流为余弦脉冲，其大小和形状完全由最大值和通角决定。其各电流分量可以用解析法求出，它们也是和通角的函数，故可以表示为、、分别为余弦脉冲的直流、基波和n次谐波的电流分解系数
图3-4余弦脉冲分解系数与关系曲线甲类工作状态：乙类工作状态：丙类工作状态：
3.2.2性能分析1．丙类功率放大器的近似分析法——动态负载线已知基极电压为集电极负载为调谐回路，且处于调谐时，集电极电压为
(a)确定和的值(b)谐振功率放大器的动态负载线图3-5谐振功率放大器的近似分析方法
2．丙类功率放大器的工作状态图3-6过压状态的动态特性及波形
图3-7改变对脉冲波形的影响
欠压状态小，也较小的情况。在高频的一个周期内各动态工作点都处在晶体管特性曲线的放大区，此时集电极电流波形为尖顶脉冲，且脉冲幅度较高。
2)振幅特性图3-9谐振功率放大器的振幅特性在欠压区，放大器集电极电流和电压随的变化而变化，因此若要放大振幅变化信号，为了保持输出振幅与输入振幅的线性关系，高频功率放大器应工作在欠压区。而在过压区，电流和电压受的影响不大，此时电路具有振幅限幅作用，可作为振幅限幅器
⑵集电极调制特性图3-11谐振功率放大器的集电极调制特性在过压区电流和电压、和随的变化而变化，且具有一定的线性增加的关系。而在欠压区，电压和电流几乎不随的变化而变化。因此，如果需要利用对实现一定的控制作用，即实现集电极调幅，则丙类放大器应工作在过压状态
3.3丙类谐振功率放大器的实际线路3.3.1直流馈电电路1.集电极馈电电路图3-13为两种集电极馈电电路，（a）为串联馈电方式，（b）为并联馈电方式，其组成均满足以上几条原则。图3-13集电极馈电电路串联馈电一般适用于高频电路，而并联馈电一般适用于低频电路
2．基极馈电电路（a）串馈(b)并馈图3-14基极馈电电路
3.3.2输出回路1.L型滤波匹配网络（a）L型匹配网络（b）等效网络图3-17低阻变高阻L型滤波匹配网络L型滤波匹配网络分为低阻抗变高阻抗的输出匹配网络（即将压电路）和高阻抗变电阻抗的输出匹配网络（即升压电路）两种。设为外接电阻，为谐振阻抗。当时使用降压电路，如图3-17（a）所示
当时使用升压压电路，如图3-18（a）所示。（a）L型匹配网络（b）等效网络图3-18高阻变低阻L型滤波匹配网络
2．型和T型滤波匹配网络（a）型滤波匹配网络（b）等效成串联的L型滤波匹配网络图3-19型滤波匹配网络（a）T型滤波匹配网络（b）等效成串联的L型滤波匹配网络图3-20 T型滤波匹配网络
3.谐振功率放大器电路应用举例图3-21 50MHz谐振功率放大器电路图3-22场效应管谐振功率放大器电路
3.4丙类倍频器输出信号的频率是输入信号频率的整数倍的电路叫倍频器。在无线电波发射机的中间级有时会用到倍频器。在发射机中采用倍频器，通常是为了达到以下目的：第一，采用倍频后在输出同样频率的条件下，可以降低振荡器的工作频率，提高振荡器的频率稳定度。第二，对于某些调频或调相发射机，倍频器可以加大信号的频移或相移。倍频作用只有利用有源器件的非线性才能实现，按其工作原理可以分为两大类：一类是工作于丙类的谐振功率放大器，称为丙类倍频器；另一类是利用PN结电容的非线性变化来实现倍频作用，称为参量倍频器。当工作频率为几十兆赫时，主要采用丙类倍频器，当工作频率高于100兆赫时，主要采用参量倍频器
n次倍频器的输出功率和效率分别为图3-23带有陷波电路的三倍频器
3.5宽带高频功率放大器3.5.1传输线变压器传输线变压器主要是指用来传输高频信号的双导线、同轴线。传输线变压器就是用上述传输线绕制在磁环上而构成的。图3-24所示为1:1传输线变压器的结构示意图，它是由两根互相绝缘等长的导线紧靠在一起并绕在磁环上构成的。传输线的特点就是利用两导线间（或同轴线内外导体间）的分布电容和分布电感形成一电磁波的传输系统。它传输信号的频率范围很宽，可以从直流到几百、上千兆赫。1234图3-24传输线变压器的典型结构
1．基本原理由图3-24可以看出，传输线变压器既可以看作是绕在磁环上的传输线，也可以看作时双线并绕的1:1变压器。因此它兼有传输线和高频变压器两者的特点。传输线变压器有两种工作模式。一种是传输线工作模式，一种是变压器模式。不同模式决定于信号对它的不同激励，如图3-25所示。（a）等效为传输线的原理图（b）等效为变压器的原理图图3-25 1:1传输线变压器的工作原理
2）1:4和4:1阻抗变换器图3-27 1:4传输线变压器图3-28 4:1传输线变压器
3.5.2功率合成与分配电路1．魔T网络图3-29魔T网络电路结构
2．功率合成网络图3-30用魔T网络实现功率合成的原理电路
3．功率分配网络(a)同相功率分配网络（b）反相功率分配网络图3-31用魔T网络实现功率分配的原理电路
4．功率合成电路应用举例图3-32反相功率合成电路
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