通信电子线路 课件 第4、5章 高频功率放大器、 LC 正弦波振荡器 .pptx

第4章高频功率放大器;

【应用背景】

高频功率放大器一般用于无线电发射机的末级(如图4-1所示的阴影框图)，其作用是将调制器输出的高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过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。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。;

;

4.1概述;

4.1.2高频功率放大器的特点

高频功率放大器和低频功率放大器的相同点是都要求输出功率大和效率高。但由于二者的工作频率和相对频带宽度相差很大，这就决定了高频功率放大器具有自己的特点。首

先高频功率放大器的工作频率高，而低频功率放大器的工作频率低。其次，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路(又称为谐振功率放大器)，而低频功率放大器用电阻、变压器等作为负载。;

由于以上特点，使得这两种放大器所选用的工作状态也不相同：低频功率放大器可以工作于甲类(A类)、甲乙类和乙类(B类)状态，而高频功率放大器则一般都工作于丙类(C类)状态。丙类放大器虽然效率较高，但其电流波形失真太大，低频功率放大器无法使用，而高频功率放大器因有谐振回路的滤波功能，使输出电流与电压仍然接近于正弦波，失真较小。;

高频功率放大器与高频小信号谐振放大器的相同点是工作频率都很高，负载均是谐振回路。但二者也有较大的差异，高频小信号谐振放大器输入信号很小(微伏级或毫伏级)，高频功率放大器的输入信号要大得多。高频小信号谐振放大器的性能要求侧重于能不失真地放大有用信号，而对其输出功率和效率的要求相对降低。而对高频功率放大器来说，则要求有高的输出功率和高的效率。高频小信号放大器的工作状态为甲类，而高频功率放大器则为丙类。另外，这两种放大器负载回路的选频作用不同，高频小信号谐振放大器是利用选频回路滤除大量的干扰信号，选出有用信号，高频功率放大器却是利用选频回路来选出信号的基波分量，滤除谐波分量。;

4.2谐振功率放大器工作原理;

;

4.2.2谐振功率放大器工作???理

为了讨论方便，图4-3画出了丙类状态的谐振功率放大器工作情况。图中已知三极管转移特性曲线iC=f(uBE)，其导通电压为UBZ。设功率放大器输入端电压ub=Ubmcosωt，则输入回路发射结电压为;

;;

谐振功率放大器各部分电流与电压波形的时间关系如图4-4所示。;

4.2.3丙类工作状态效率高的原因

谐振功率放大器大多工作于丙类工作状态，这是因为丙类效率高。由“低频电路”课程知道，放大器可以按照电流导通角2θ的数值不同，分为甲、乙、丙三类工作状态。放大器

工作于哪一种状态，决定于基极偏置电压EB、晶体管的导通电压UBZ(硅管约为0.7V，锗管约为0.2V)和被放大信号的幅度。下面利用晶体管的转移特性iC~uBE关系曲线来说明。

当EB?UBZ时，由图4-5可见;;

当EB=UBZ时，由图4-6可见，晶体管工作在乙类状态，电流导通角2θ=180°。;

当EBUBZ时，由图4-7可见，晶体管工作在丙类状态，电流导通角2θ180°。;

另外，为了进一步提高效率，必须设法减小消耗在集电极上的耗散功率Pc。可以证明晶体三极管的集电极耗散功率为

可见，要减小Pc就必须做到：

①当晶体管内有较大iC时，要尽量减小这一期间的uCE;

②当uCE较大时，要尽量减小这期间的iC;

③尽量减小iC和uCE都不为零的时间，即减小积分区间。;

晶体管在甲、乙、丙类三种工作状态时的集电结电压和集电极电流波形如图4-8所示。;

4.2.4-谐振功率放大器的性能指标分析

谐振功率放大器的重要性能指标是功率与效率。其中，功率包括输出功率、直流电源供给功率与耗散功率。

1.输出功率Po

由于负载回路输出基波电压，因此输出功率是指输送给负载回路的基波信号功率。其计算方法为

式中，Ucm为负载回路两端基波电压的振幅;Ic1m为晶体管集电极基波电流的振幅。;

2.直流电源供给功率PE

直流电源供给的直流功率计算方法为

式中，IC0为晶体管集电极电流平均分量。;

3.耗散功率Pc

谐振功率放大器是一种能量转换机构，它将直流电源供给的功率转换成为交流输出功率。在这种能量转换的过程中，必然会有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，即集电极耗散功率，其计算方法为;

4.效率ηc

为了说明晶体管放大器将直流电源供给的功率转换成为交流输出功率的能力，用集电极效率ηc衡量，其定义为

由式(4-6)、式(4-7)和式(4-9)可得到;

式中，ξ=Ucm/EC为集电结电压利用系数;g1(θ)=Ic1m/IC0为波形系数。由式(4-10)可见，ξ和g1(θ