6高频功率放大器全解
6 高频功率放大器
6.1 概述
为了获得足够大的高频输出功率，也必须采用高频功率放大器。例如，绪论中所示发射机方框图的高频部分，由于在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大——缓冲级、中间放大级、未级功率放大级，获得足够的高频功率后，才能馈送到天线上辐射出去。这里所提到的放大级都属于高额功率放大器的范畴。由此可见，高频功率故大器是发送设备的重要组成部分。
高频功率放大器和低额功率放大器的共同特点都是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，就决定了它们之间有着根本的差异：低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20000Hz ，高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高额功率放大器的工作频率高(由几百kHz 一直到几百、几千甚至几万MIb)，但相对频带很窄，频宽越小。因此，高额功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类(限于推挽电路)状态；高额功率放大器则一般都工作于丙类(某些特殊情况可工作于乙类)。近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。这样．它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。
综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高；它们的不同之点则是二者的工作频频与相对频宽不同，因而负载网络与工作状态也不同。
功率放大器按工作状态分类：
A （甲）类：导通角为o 180=θ
； AB （甲乙）类：导通角为 o 90>θ
B （乙）类：导通角为o 90=θ；
C （丙）类：导通角为o 90<θ 近年来双出现了
D 类、
E 类及S 类等开关功率放大器
乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。
除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，近年来，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100%，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率)的限制。如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是所谓戊类放大器。这两类放大器是晶体管高频功率放大器的新发展。尤其是戊类放大器，是1975年才出现的新型放大器，值得重视。
由于高额功率放大器通常工作于丙类，属于非线性电路，因此不能用线性等效电路来分析。对它们的分析方法可以分为两大类广类是图解法．即利用电子器件的特性曲线来对它的工作状态进行计算；另一类是解析近似分折法，即将电子器件的特性曲线用某些近似解析式来表示，然后对放大器的工作状态进行分折计算。员常用的解析近似分折法是用折线段来表示电子器件的特性曲线，称为折线法。总的说来，图解法是从客观实际出发，计算结果比较准确，但对工作状态的分折不方便，手续较烦冗；折线近似法物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。
对于晶体管高频功率放大器工作状态的分析，远不如电子管高频功率放大器的理论那么成熟。因为内部的物理过程比电子管复杂得多，尤其是在高频大信号工作时，更是如此。因此，晶体管高额功率放大器工作状态的计算相当困难，有些地方就是直接采用与电子管类比的方法来讨论的。通常只进行定性分析与估算，再依靠实验调整到预期的状态。
高频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽量
小，以免对其它频道产生于扰。如前所述，高频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，这是研究这种放大器时应抓住的主要矛盾。工作状态的选择就是由这主要矛盾决定的。可以这样说，在给定电子器件之后，为了获得高的输出功率与效率，应采用丙类工作状态。而允许采用丙类工作的先决条件，则是工作额率高、频带窄、允许采用调谐回路做负载。
6.2 谐振功率放大器的工作原理
晶体管的工作情况与频率有极密切的关系．通常可以把它的工作额率范围划分成如下三个区域： 低额区：βf f 5.0<； 中频区：T f f f 2.05.0<<β； 高额区：T T f f f <<2.0 βf 与T f 的关系是：T f β≈βf
晶体管在低频区工作时，可以不考虑它的等效电路中的电抗分量与渡越时间的影响，此时能用分析电子高频功率放大器相类似的方法来分析计算晶体管电路，内容比较成熟。中频区的分析计算要考虑晶体管各个结电容的作用。高频区则需进一步考虑电极引线电感的作用。因此，中频区和高频区的严格分析与计算是相当因难的。本书将从低频区来说明晶体管高频功率放大器的工作原理。在6．4节再对晶体管在中频与高频区工作时的特点，进行定性的说明。
6.2.1 获得高效率所需要的条件
从“低频电子线路”课程我们已经知道，不论是晶体管放大器还是电子管放大器，它们的作用原理都是利用输入到基扳(或栅极)的信号，来控制集电极(或阳极)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。这种转换当然不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率的那一部分外，还有一部分功率以热能的形式捎耗在集电极(或阳极)上，成为集电极(阳极)耗散功率。为方便起见，下面只讨论晶体管电路，但所得结论同样适用于电子管电路。
设 =P ＝直流电源供给的直流功率， Po ＝交流输出信号功率， Pc ＝集电极耗散功率。 那么，根据能量守恒定律应有：=P ＝Po+ Pc ，为了说明晶体管放大器的转换能力，采用集电极效率vc ，其定义为：()Pc Po Po c +=/η。
由上式可以得出以下两点结论；（1）尽量降低集电极耗散功率Pc ，集电极效率自然会提高。在给定=P 时，晶体管的交流输出功率就会提高。由上面的式子可得：Pc Po c
c ηη-=1 如果c η＝20%（甲类放大)，则由上式得(Po)l ＝l ／4Pc ；如果c η＝75%(丙类放大)，则得到(Po)2＝3Pc ”显然，(Po)2＝(Po)l 。由此可见，对于给定的晶体管，在同样的集电极耗散Pc 的条件下，当c η由20％提高到75％时，输出功率提高12倍。可见，提高效率对输出功率有极大的影响。这一概念是十分重要的。当然，这时输人直流功率也要相应地提高，才能在Pc 不变的情况下，增加输出功率。
如何减小集电极耗散呢?参看图1所示的高额功率放大器的基本电路。我们知道，在任一元件(呈电阻性)上的耗散功率等于通过该元件的电流与该元件两端电压的乘积。因此，晶体管的集电极耗散功率在任何瞬间总是等于瞬时集电极电压vc 与瞬时集电极电流ic 的乘积。如果使ic 只有在vc 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。由此可见，要想获得高的集电极效率，放大器的集电极电流应该是脉冲状。当电流流通角小于180。
时，即为丙类工作状态，这时基极直流偏压V BB 使基极处于反向偏置状态。对于如图所示的NPN 型管来说，只有在激励信号vb 为正值的一段时间(c ??-+至c )内才有集电极电流产生。
1. 基本电路结构
除电源和偏置电路外，主要由三个部分组成：大功率晶体管，能承受高电压，大电流， 一般工作时发射极反偏(C 类)；输入激励电路：提供所需要电压；输入谐振回路：（1）滤波选频，(2)阻
抗匹配。
图6.2.1高额功率放大器的基本电路 图6.2.2 晶体管的转移特性曲线可以看出 2 工作原理分析：
图2中，将晶体管的转移持性理想化为一条直线交横轴于V BZ ，V BZ 称为裁止电压或起始电压。硅管的V BZ ＝0.4—0.6V ，锗管的V BZ ＝0.2—0.3V 。由因可知，2c θ是在一周期内的集电极电流流通角，因此，c θ可称为半流通角或截止角(意即wt ＝c θ时，电流被截止)。为方便起见，以后将c θ简称为通角。由图2可以看出（V BB 取绝对值）：
BB BZ c bm V V V +=θcos 则：c ()bm BB BZ c V V V os /+=θ
必须强调指出，集电极电流ic 虽然是脉冲状，包含很多谐波，失真很大，但由于在集电极电路内采用的是并联谐振回路(或其它形式的选频网络)，如使这并联回路谐振于基频，那么它对基频呈现很大的纯电阻性阻抗，而对谐波的阻抗则很小，可以看作短路，因此，并联谐振电路由于通过ic 所产生的电位降vc 也几乎只含有基频。这样，ic 的失真虽然很大，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。
2. 功率关系
c bm BB B V V v θcos +-=，c cm CC C V V v θcos -=
且集电极电流脉冲可以分解为： +++++=nt I t I t I I i c ωωωcos 2cos cos cmn cm1cm1co 直流电源VCC 供给的直流功率为：P ＝＝Vcc*Ico
由于回路对基额谐振，呈纯电阻Rp 对其它谐波的阻抗很小，且呈容性．因此，只有基频电流与基频电压才能产生输出功率。
此时，回路可吸取的基频功率为：Po ＝0.5*I cm1*V cm ＝0.5V cm 2/Rp ＝0.5*I cm12*Rp
因此，所需要的回路阻抗Rp ＝V cm /I cm1＝（Vcc-v cmin ）/I cm1＝V cm 2/2Po
则，Pc ＝P ＝-Po ，因此可得集电极效率为：()c co
CC cm cm c g I V I V P Po θξη115.05.0==== CC
cm V V =ξ称为集电极电压利用率； ()Ico I g cm c 11=
θ称为波形系数，是通角c θ的函数，c θ越小，()c g θ1越大。 上式说明ξ越大，c θ越小，则c η效率越高。
6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法
6.3.1 晶体管特性曲线以及其解析式
所谓折线近似分析法．首先是要将电子器件的特性曲线理想化，每一条特性曲线用一条或几条直线(组成拆线)来代替。这样，就可以用简单的数学解析式宋代表电子器件的特性曲线。因而实际上只要知道解析式中的电子器件参数，就能进行计算，并不得要整套的特性曲线。这种计算比较简单，而且易于进行概括性的理论分析。它的缺点是准确度较低。但对于晶体管电路来说，目前还只能进行定性估算，因此只讨论折线近似法就行了。
在对晶体管特性曲线进行折线化之前．必须说明，由于晶体管特性与温度的关系很密切，因此，以下的讨论都是假定在温度恒定的情况。此外，因为实际上员常用共发射极电路，所以以后的讨论 只限于共发射极组态。
晶体管的静态特性曲线在折线法中主要用到的有两组：输出特性曲线与转移特性曲线。输出特性曲线是指基极电流(电压)恒定时，集电极电流与集电极电压的关系曲线。转移特性曲线是指集电极电压恒定时，集电极电流与基极电压的关系曲线。
直线1将晶体管的工作区分为饱和区与放大区：在它的左方为饱和区，右方为放大区(当然，在靠近横轴处，ic 为0，为截止区)。这一点在《低频电子线路)中已经讲过了。在高频功率放大器中，又常根据集电极电流是否进入饱和区，将它的工作状态分为三种；当放大器的集电极最大点电流在直线1的右方时，交流输出电压也较低，称为欠压工作状态：当集电极最大点电流进入直线1的左方饱和区时，交流输出电压较高，称为过压工作状态；当集电极最大点电流正好沼在直线l 上时，称为临界工作状态。因此，直线1称为临界线。对于今后的分析来说，最重要的是表征这条临界线的方程。它是一条通过原点，斜率为g cr 的直线。因此，临界线方程可写为 ic ＝g cr
*vc
图6.3.1晶体管输出特性及其理想化 图6.3.2 晶体管静态转移特性及其理想化
由晶体管的转移特性曲线可以看出：
当当BZ B V V <，0=c i ，BZ B V V >，()BZ B c c V V g i -=。常数
=??=ce u BE c
c V i g ，是折线斜率。 6.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解
当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集
电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界
状态。如为过压状态，则电流波形为凹顶脉冲(理由见
6．3—3节)。不论是哪种情况，这些电流都是周期性
脉冲序列，可以用傅里叶级数求系数的方法，来求出
它的直流、基波与各次谐波的数值。一个尖项余弦脉
冲的主要参量是脉冲高度i Cmax 与通角这两个值，脉冲
的形状便可完全确定。
由于()BZ B c c V V g i -=，
t V V V u V bm BB BB b B ωcos +-=-=，t V V V cm CC C ωcos +-=，
()BZ bm BB c c V t V V g i -+-=ωcos ，
由于wt ＝c θ时，电流ic 为0， ()()bm BZ BB c V V V /cos 1+=-θ [][][]c bm c c bm bm c BZ BB bm c c t V g V t V g V V t V g i θωθωωcos cos cos cos )(cos -=-=+-=∴ 又 当0t =ω时，()c bm c gV I θcos 1max -=，c
c bm c I U g θcos 1max -=∴， 尖顶余弦脉冲的数学表达式：c
c cmax c cos 1cos cos θθω--=t I i 若对ic 分解为付里叶级数为： +++++=nt I t I t I I i c ωωωcos 2cos cos cmn cm1cm1co
其中各系数分别为：
()c co I I t d i I θαθθθθπωππ
π0cmax c c c c cmax c )cos 1cos sin )(21=--?==?- ()c c c c c c cm I I t td i I c c θαθθθθπωωπ
θθ1cmax cmax 1)cos 1cos sin 1()(cos 21=--?==?- ()
()()c n c c c c c c c c cmn I n n n n i t td n i I c c θαθθθθθθπωωπθθcmax 2max )cos 11sin cos cos sin 2)(cos 21=??????---?==?- 式中：(1) ()c θα0，()c θα1，…，()c n θα称为尖顶余弦脉冲的分解系数。一般可以根据c θ的数值查表求出各分解系数的值。(2) co I ，cm1I ，cm2I ，…，cmn I 为直流及基波和各次谐波振幅。
图4
6.3.3 高频功率放大器的动态特性和负载特性
高频功率故大器的工作状态取决于负载阻抗
Rp 和电压V CC 、V BB 、V bm 四个参数，如果电压维持
不便，那么工作状态只取决于Rp ，此时各种电流、
输出电压、功率与效率等随Rp 变化而变化的曲线，
就叫负载特性(曲线)。所谓动态特性是和静态特性相
对应而言的。我们知道，晶体管的静态特性是在集
电极电路内没有负载阻抗的条件下获得的。
图6.3.4 尖脉冲分解系数
在考虑了负载的反作用后，所获得的v B 、v C 与ic 的关系曲线就叫做动态特性(曲线)。最常用的
t
是当v B 、v C 同时变化时，表示ic —vc 关系的动态特性曲线(有时也叫负载线或工作路)。由于晶体管特性曲线实际上不是直线，因此，实际的动态特性曲线或工作路也不是直线。以下将证明，当晶体管静态特性曲线理想化为折线．而且放大器工作于负载回路谐振状态(即负载为纯电院性)时，动态特性曲线也是一条直线。
输入端：t V V V bm BB B ωcos +-=，输出端：t V V V cm CC C ωcos -=
消去coswt ，可得; cm C C bm
BB B V v V V V V -+-=,另外，()BZ B c C V v g i -= 可得：ic －vc 坐标平面上的动态特性曲线(负载线或工作路)方程：
()O C d bm BZ BB cm C C cm bm c BZ cm C C bm BB c C V v g V V V V V v V V g V V v V V V g i -=???
? ??++-???? ??-=???? ??--+-=)( O V 动态特性曲线在C v 轴上的截距，且c Cm CC bm
BZ BB cm CC O V V V V V V V V θcos )(-=+-=， 式中：()bm BZ BB c V V V /cos +=θ;
图中示出动态特性曲线的斜率为负值，它的物理意义是：从负载方面看来，放大器相当于一个负电阻，办即它相当于交流电能发生器，可以输出电能至负载。
图6.3.5 ic-vc 坐标平面上的动态特性曲线的作法与相应的ic 波形
动态特性直线的作法是：在vc 轴上取B 点，使OB ＝Vo 。从B 作斜率为gd 的直线BA 。则BA 为欠压状态的动态特性。作出动态线后，由它和静态特性曲线的相应交点，即可求出对应各种不同wt 值的ic 值，给出相应的ic 脉冲波形。
现在继续讨论ic —vc 平面上的动态特性曲线问题。这里所说的动态特性曲线实际上也就是低颖放大器中的负载线。有些书中也叫它为工作路。它的斜率与负载阻抗有关。负载阻抗越大，亦即在它上面产生的交流输出电压V cm 越大,负载线的斜率。因此，放大器的工作状态随着负载的不同而变
化。图7示出对应于各种不同负载阻抗值Rp的动态特性以及相应的集电极电流脉冲的波形。
图6.3.6 不同负载阻抗值Rp的动态特性以及相应的集电极电力脉冲波形
（1）动态特性曲线l代表Rp较小因而V cm也较小的情形，称为欠压工作状态。它与v B＝v Bmax 静态性曲线的交点A1决定了集电极电流脉冲的高度。显然这时电流波形为尖顶余弦脉冲，如图所示。（2）随着Rp的增加，动态线斜率逐渐减小，输出电压V cm也逐渐增加。直到它与临界线OP、静态特性曲线v B＝v Bmax相交于A2点时，放大器工作于临界状态。此时电流波形仍为尖顶余弦脉冲。（3）负载阻抗Rp继续增加，输出电压进一步增大，即进入过压工作状态。动态线3就是这种情形。动态特性曲线穿过临界点后，电流将沿临界线下降，因此集电极电流脉冲成为凹顶状。动态线3与临界线的交点A4决定脉冲的高度。由动态特性曲线与静态特性曲线v B＝v Bmax延长线的交点A3作垂线，交临界线于A5。A5的纵坐标即为电流脉冲下凹处的高度。
由此可见，当V CC、V BB和V bm等维持不变时，变动Rp会引起电流脉冲的变化，同时也就引起V cm、Po与η等的变化。各个电流、电压、功率与效率等随Rp而变化的曲线就是负载特性曲线。负载特性曲线是高额功率放大器的重要特性之一。我们可以借助于动态特性与由此而产生的集电极电流脉冲波形的变化，来定性说明负载特性。
图6.3. 7 负载特性曲线
三种工作状态的忧缺点综合如下：
η也较高，可以说是最佳作状态。该状态主要用于发射机末级。
临界状态优点是输出功率最大，
c
过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较乎稳；在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降。它常用于需要维持输出电压比较平稳的场合。例如发射机的中间放大级。
欠压状态的输出功率与效率都比较低，且集电极耗散功率大．输出电压又不够稳定，因此一般较少采用。在某些场合，如基极调幅，就是利用改变V BB使电路工作于欠压状态，这将在下面讨论。
6.3.5 工作状态的计算举例
例6.3.1 有一个用硅NPN 外延平面型高频功率管3DAl 做成的谐振功率放大器，设己知V CC ＝24v ，Po ＝2w ，工作频率＝1MHz 。试求它的能量关系。由晶体管手册已知其有关参效为：f T ≥70MHz ，Ap ≥13dB ，Icmax=750mA ，V CE （sat ）≥1.5V ，PCM=1W 。
解 1)由前面的讨论已知，工作状态最好选用临界状态。作为工程近似估算，可以认为此时集电极最小瞬时电压v cmin ＝V CE （sat ）＝1.5V 。于是Vcm ＝Vcc 一v cmin ＝24—1.5＝22.5V
2)由式(6.2—l0)得：Rp=Vcm 2/2Po=22.5*22.5/2/2=126.5Ω
I cm1=Vcm/Rp=22.5/126.5=0.178A
3）选取c θ=70度，这a 0（70）=0.253，a 1（70）=0.436
4）i Cmax =I cm1/ a 1（70）=0.178/0.436=0.408A<0.75A ，没有超过安全电流范围。
5）Ico= i Cmax *a 0（70）=0.408*0.253=0.103A
6）P ==V CC *Ico=24*0.103=2.472W
7）Pc= P =-Po=2.472-2=0.472W<1W （P CM ）
8）c η=Po/ P ==2/2.742=0.81
9）由功率增益：Ap=10lg （Po/Pi ）=13dB ，可得：Pi=Po/lg -1（1.3）=2/20W=0.1W
以上估算的结果可作为调试依据。
在结束本节时，必须再一次着重指出，折线近似计算法对于电子管高频放大器来说，是一个比较成熟的工程计算方法。这种方法比较简便，具有相当可靠的准确度。但对于晶体管来说，折线法只适用于工作频率低的场合。频率进入中频与高额区，便会由于晶体管的内部物理过程，使实际数值与计算数值有很大的不同。实际输出电流要小得多，而且有额外相移。因此，在晶体管电路中使用折线法时，必须注意这一点。下面我们就来讨论晶体管在高频运用时的一些特点。
6.4 高频功率放大器的高频特性
晶体管在高频大信号工作时，它的内部物理过程相当复杂。当频率升高时，晶体管的输出电流实际值减小，而且有额外的相移。产生上述现象的原因主要是少数载流子在基极扩散的渡越时间和结的势垒电容的影肩。通常在βf f 5.0> (即进入中频区后)时，就要考虑上述因素的影响。
图6.4.1 在低频和高频工作时的发射圾电流脉冲波形
左边是低频大信号丙类工作时的发射极电流脉冲波形，它的通角为c θ，脉冲为尖顶余弦状(欠压或临界时)。随着工作频率升高到一定程度后．发射极电流出现了负脉冲，如右图所示，这负脉冲的高度θI 。与宽度θ2都随频率的升高而增加。这脉冲波形可用示波器来观察。严格计算这正、负脉冲各分量是困难的。但在工程计算允许的10％一15％误差范围内，正、负脉冲都可以认为是余弦脉冲。
为什么发射极电流会出现负脉冲呢?这是由于少数载流子在基区渡越时间所引起的，或者说是由于在基区内的空间电荷储存效应所引起的。当发射极电压对于基极变成反向偏置(截止)时，在基区内
储存的非平街少数载流子来不及扩散到集电极，又被这反向偏置所形成的电场重新推斥回发射极，形成了负脉冲。同时，主脉冲的高度也有些降低。此外，频率升高后，增加了通过发射结电容的电流，使基极电阻上电压降增大，因而结电压下降。结果减少了由发射极注入基区的载流子，也使主电流脉冲高度降低。
通过大量的实验(从示波器上观察波形)证明，如果频率不超过手册上所给定的该型号晶体管的最高工作领率．并且工作于欠压或临界状态．则集电极电流波形实际上仍为尖顶余弦脉冲。只有在颇率的高端，脉冲顶部对于垂直轴才有点不对称，且振幅赂有下降。图6.4.2表示集电极电流ic脉冲与发射极电流i E脉冲的关系，以及由这二者之差所获得的基极电流i B的波形。集电极电流脉冲峰点落后于发射权电流脉冲峰点的角度 ＝wt，这是由于非平衡少数载流子从发射极到集电极的平均渡越时间所引起的。集电极电流与发射扳电流几乎是同时产生的，直到基区储存的非平衡少载流子全部消失时，发射极反向电流下降到零，集电报电流才等于零。因而频率增高后，使集电极电流脉冲的通角加大，脉冲峰值幅度下降，峰点落后于发射极电流峰点。频率越高，上述现象就越严重。此外，频率越高，集电结电容的分流作用也越强。这些都导致有用负载电流的下降，因而使输出功率随之减小。
总起来说，晶体管在高频工作时的一些特点如下：
1)发射极电流出现负脉冲，而且主脉冲高度有所下降。
2)发射结的有效激励电压小于外加激励电压，集电极电流成小，因而在实际调试时应适当加大外加激励电压与激励功率。
3)集电极电流基波分量落后于激励电压，因此使输入与输出电压的相位不再符合图6.2.2所示的关系，而是有了附加相移。这一特点也要在调试放大器时加以考虑。
4)基极电流直流分量减小，甚至可能出现反向直流电流。
5)各极电流不能从晶体管的静态特性曲线求出，特别是基极电流更是如此，否则会产生很大的误差。因此在已句输出功率后，激励功率一般应从Pi＝Po/Ap的关系式求出。
6.5 高频功率放大器的电路组成
要想使高按功率放大器正常工作，晶体管各电极必须有相应的馈电电源。无论是集电极电路还是基极电路，它们的馈电方式都可以分为串联馈电与并联馈电两种基本形式。但无论是哪一种馈电方式，都应遵循下列几条基本组成原则：
1)直流电流Ico是产生能量的源泉，它由V CC经管外电路输至集电极，应该是除了晶体管的内阻外，没有其它电阻消耗能量。因此要求管外电路对直流来说的等效电路如图6.5.1(a)所示。
2)高频基波分量I cm1应通过负载回路，以产生所带要的高频输出功率。因此，I cm1只应在负载回路上产生电压降，其余的部分对于I cm1来说，都应该是短路的。所以，对于I cm1的等效电路应如
图6.5.1(b)所示。
图6.5.1 集电极电路对不同频率电流的等效电路
3)高频谐波分量I cmn是“副产品”，不应消耗功率(倍频器除外)。因此管外电路对I cmn来说，应该尽可能接近于短路，如图6.5.l(c)所示。
可以采用如图6.5.2所示的串联馈电与并联馈电两种电路，简称串馈与并馈。
所谓串馈，就是说，电子器件、负载回路和直流电源三部分是串联起来的。所谓并馈，就是将
这三部分并联起来。因6.5.2清楚示出这两种馈电方法。图中：LC是负载回路；L’是高频扼流圈，它对直流是短路的，但对高频则呈现很大的阻抗，可以认为是开路的，以阻止高频电流通过公用电源内阻产生高频能量损耗，特别是避免在各级之间由此而产生的寄生耦合；C’是高频旁路电容，C’’是电容，它们对高频应呈现很小的阻抗，相当于短路。加入这些附属元件L’、C’、C’’等的目的，就是为了使电路能满足上述组成电路的三条原则。隔阻元件L’、C’、C’’等都是为了使电路正常工作所必不可少的辅助元件。它们的数值祖工作频率范围而定，原则上应使L’的阻抗远大于回路阻抗Rp，C’与C’’的阻抗则应远小于Rp。
(a)串联(b)并联
图6.5.2 集电极电路的两种馈电形式
V CC为什么不能和LC或是L’换一下位置，从工作原理来说，这样互换位置好像是可以的。但是从实际上来说，这样互换位置是绝对不许可的。这是由于电源V CC与“地”之间有一定的杂散电容，而且比较大。如果位置互换了，这些杂散电容将与负载回路并联，成为回路电容的一部分，它不但限制了电路所能工作的最高频率，而且由于杂散电容的不稳定，会引起电路的不稳定。因此，直流电源的一端必须接地，这可以说是电子线路馈电的一条基本原则。
应该指出，所谓串馈或并馈，仅仅是指电路的结构形式而言。对于电压来说，无论是串馈或并馈，直流电压与交流电压总是串联的。
对于基极电路来说，同样也有串馈与并馈两种形式。图6.5.3(a)是串馈电路，图(b)是并馈电路。图中，C’为高频旁路电容，C’’为隔直电容，L’为高频扼流圈。在实际电路中，工作频率较低或工作额带较宽的功率放大器往往采用互感耦合，可采用图(6.5.3)的形式。对于甚高频段的功率放大器，由于采用电容耦合比较方便，所以几乎都是用图(b)的馈电形式。
（a）串馈（b）并馈
图6．.5.3 基极馈电的两种形式
在以上的电路中，偏置电压V BB都用电池的形式来表示。实际上，V BB单独用电池供给是不方便的，因而常采用以下的方法来产生V BB，如图6.5.4。图中(a)、(6)是并馈，(c)是串馈。
图6.5.4 几种常用的产生基极偏压的方法
高频电子线路复习题一答案
高频电子电路第一章 (一)填空题 1、语音信号的频率范围为，图象信号的频率范围为，音频信号的频率范围为。 （答案：300~3400Hz；0~6MHz；20Hz~20kHz） 2、无线电发送设备中常用的高频电路有、、 、。 （答案：振荡器、调制电路、高频放大器、高频功率放大器） 3、无线电接收设备中常用的高频电路有、、 、。 （答案：高频放大器、解调器、混频器；振荡器） 4、通信系统的组成：、、、、。 （答案：信号源、发送设备、传输信道、接收设备、终端） 5、在接收设备中，检波器的作用是。 （答案：还原调制信号） 6、有线通信的传输信道是，无线通信的传输信道是。 （答案：电缆；自由空间） 7、调制是用音频信号控制载波的、、。 （答案：振幅；频率；相位） 8、无线电波传播速度固定不变，频率越高，波长；频率；波长越长。（答案：越短；越低） （二）选择题 1、下列表达式正确的是。 A）低频信号可直接从天线有效地辐射。 B）低频信号必须转载到高频信号上才能从天线有效地辐射。 C）高频信号及低频信号都不能从天线上有效地辐射。 D）高频信号及低频信号都能从天线上有效地辐射。 （答案：B） 2、为了有效地发射电磁波，天线尺寸必须与相比拟。 A）辐射信号的波长。B）辐射信号的频率。 C）辐射信号的振幅。D）辐射信号的相位。 （答案：A） 3、电视、调频广播和移动通信均属通信。 A）超短波B）短波C）中波D）微波 （答案：A） （三）问答题 1、画出通信系统的一般模型框图。 2、画出用正弦波进行调幅时已调波的波形。 3、画出用方波进行调幅时已调波的波形。
第二章《高频小信号放大器》 （一）填空题 1、LC选频网络的作用是。 （答案：从输入信号中选出有用频率的信号抑制干扰的频率的信号） 2、LC选频网络的电路形式是。 （答案：串联回路和并联回路） 3、在接收机的输入回路中，靠改变进行选台。 （答案：可变电容器电容量） 4、单位谐振曲线指。 （答案：任意频率下的回路电流I与谐振时回路电流I0之比） 5、LC串联谐振电路Q值下降，单位谐振曲线，回路选择性。 （答案：平坦；差） 6、通频带BW0.7是指。 （答案：单位谐振曲线≥所对应的频率范围） 7、LC串联谐振回路Q值下降，频带，选择性。 （答案：增宽；变差） 8、距形系数K r 0.1定义为单位谐振曲线f值下降到时的频带范围与通频带之比。 （答案：0.1） 9、理想谐振回路K r 0.1，实际回路中K r 0.1，其值越越好。 （答案：等于1；大于1；小） 10、LC并联谐振回路谐振时，阻抗为。 （答案：最大且为纯电阻） 11、LC并联谐振回路，当f=f0即谐振时回路阻抗最且为，失谐时阻抗变，当f
第六章高频功率放大器习题
习题6.4 某一晶体管谐振功率放大器，设已知24Vcc V =，0250C I mA =，5o P W =，电压利用系数1ξ=。试求P =，c η，P R ，1Cm I ，电流导通角c θ。 解： ()00.25246C P I Vcc W ===?= 583.3%6 o c P P η==== 211122cm o cm cm P V P V I R ==，()24cm V Vcc V ξ== ()22 112457.6225 cm P o V R P ==?=Ω ()12250.416724 o Cm cm P I A V ?=== 根据波形系数 1100.417() 1.670.250 Cm c C I g I θ===，查表得78c θ=? 习题6.9 高频大功率晶体管3DA4参数为100MHz T f =，20β=，集电极最大允许耗散功率20CM P W =，饱和临界线跨导0.8/cr g A V =，用它做成2MHz 的谐振功率放大器，选定24Vcc V =，70c θ=?，max 2.2C i A =，并工作于临界状态。试计算P R ，O P ，C P ，c η，P =。 解：
()0max 00() 2.2(70) 2.20.2530.5566C c c I i A αθα==??=?= ()1max 11() 2.2(70) 2.20.4360.9592Cm c c I i A αθα==??=?= max min 0.8/C cr C i g A V v ==，min max 2.2110.88540.824cc C C cc cr CC V v i V g V ξ-==-=-=? ()240.885421.25CM cc V V V ξ==?= ()1110.959221.2510.191522 O Cm Cm P I V W ==??= 0240.556613.3584CC C P V I ===?= 10.191576.29%13.3584 O c P P η==== ()13.358410.1915 3.1669C O P P P W ==-=-= ()121.2522.15390.9592 cm P Cm V R I ===Ω 复习提纲 1. 超外差接收机的结构框图 2. 并联谐振回路部分接入方式的有载Q 值、电容、电感计算（书上的公式） 3. 信号源和负载在并联谐振部分接入的目的和作用 4. 小信号谐振放大器的主要特点：什么是负载、具有哪两个作用。 5. 丙类谐振功放的集电极电流是什么形状的脉冲，功率放大器的电压输出波形是什么形状 6. 衡量小信号放大器的主要技术指标有哪些 7. 双边带DSB 调幅波的公式和带宽计算 8. 谐振功放在EC 、Eb 、Ub 不变时，增加谐振电阻RP ，则将进入何种状态，动态特性曲线的斜率将如何变化。 9. 三端式振荡器的构成法则 10. 根据调幅波的波形计算调幅度，参考课后习题 11. 已知包络检波器的负载电阻，电压传输系数，计算检波器输入电阻 12. 已知载波功率和调幅度，计算上边频功率和总功率 13. 振荡器的稳定条件：幅度稳定条件，相位稳定条件 14. 高频小信号谐振放大器产生不稳定的根本原因是什么，克服不稳定的措施是哪两种。 15. 为了保证调幅不失真，调幅系数的取值范围 16. 高电平基极调幅的工作状态为欠压还是过压？ 17. 大信号包络检波过程上利用检波二极管的什么特性和检波负RL 、CL 的什么特性来实现的。 18. 串联和并联谐振回路在考虑信号源内阻和负载后，选择性的变化 19. 包络检波适合哪种调幅 20. 丙类功放中集电极电流随工作状态的变化有何种变化
高频功率放大器的制作与调试
1 引言 Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层[1]。通信电子电路是通信工程的专业课程。在无线电广播和通信的发射机中，为了获得大功率的高频信号，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器按工作频带的宽窄，可分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。窄带高频功率放大器以LC并联谐振回路作负载，因此又把它称为谐振功率放大器。宽带高频功率放大器以传输线变压器为负载，因此又把它称为非谐振功率放大器[2]。实习的目的是掌握通信电子电路的实际开发所需的技术，培养动手能力，观察能力，分析和解决实际问题的能力，巩固、加深理论课知识，增加感性认识，进一步加深对通信电子电路应用的理解，提高对电路制造调试能力和系统设计能力。提高对常见电路故障的分析和判断能；培养学生严肃认真、实事求是的科学态度，理论联系实际的工作作风和辩证思维能力。 1.1 实习目的和要求 （1）掌握高频功率放大器的发射系统电路和接收系统电路的基本组成，理解各个单元模块的工作原理，和调试方法。 （2）学习PROTEL软件的使用方法，掌握电路印刷板的设计与开发方法。用Protel99SE 绘制高频功率放大器的电路原理图，印刷电路板PCB。 （3）掌握实际电路的制作技术与焊接工艺。学习电子焊接的基本工艺、操作和元件的基本识别方法。 （4）实践操作，制作电路模块，将电路原理图转换为现实中的电路板并焊接定性。并调试电路板，查找排线路故障。 （5）通过实习掌握通信电子电路的实际开发，并培养自己的动手能力，观察能力，分析和解决实际问题的能力，巩固、加深理论课知识，增加感性认识，进一步加深对通信电子电路应用的理解，提高对电路制造调试能力和系统设计能力。提高对常见电路故障的分析和判断能；培养学生严肃认真、实事求是的科学态度，理论联系实际的工作作
第五章高频功率放大器习题答案(精品文档)
第五章 高频功率放大器 一、简答题 1．什么叫做高频功率放大器？它的功用是什么？应对它提出哪些主要要求？为什么高频功放一般在B 类、C 类状态下工作？为什么通常采用谐振回路作负载？ 答：高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路，其主要功能是放大放大高频信号功率，具有比较高的输出功率和效率。对它的基本要求是有选频作用、输出功率大、自身损耗小、效率高、所以为了提高效率，一般选择在B 或C 类下工作，但此时的集电极电流是一个余弦脉冲，因此必须用谐振电路做负载，才能得到所需频率的正弦高频信号。 2．已知高频功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，可以改变哪些外界因素来实现，变化方向如何？在此过程中集电极输出功率如何变化？ 解：可以通过采取以下措施 1）减小激励Ub ，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。 2）增大基极的负向偏置电压，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。 3）减小负载电阻RL ，集电极电流Ic1增大，IC0也增大，但电压振幅UC 减小不大，因此输出功率上升。 4）增大集电极电源电压，Ic1、IC0和UC 增大，输出功率也随之增大，效率基本不变。 3．丙类功率放大器为什么要用谐振回路作为负载？ 解：利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。同时，谐振回路还可以将含有电抗分量的外接负载转换为谐振电阻 P R ，而且调节A L 和A C 还能保持回路谐振时使P R 等于放大管所需要的集电极负 载值，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路起到了选频和匹配的双重作用。
高频功率放大器实验
实验报告 课程名称：高频电子线路实验指导老师：韩杰、龚淑君成绩：__________________ 实验名称：高频功率放大器实验类型：验证型实验同组学生姓名：_ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1、了解高频功率放大器的主要技术指标——输出功率、中心频率、末级集电极效率、稳定增益或输入功率、线性动态范围等基本概念，掌握实现这些指标的功率放大器基本设计方法，包括输入、输出阻抗匹配电路设计，回路及滤波器参数设计，功率管的安全保护，偏置方式及放大器防自激考虑等。 2、掌握高频功率放大器选频回路、滤波器的调谐，工作状态（通角）的调整，输入、输出阻抗匹配调整，功率、效率、增益及线性动态范围等主要技术指标的测试方法和技能。二、实验原理 高频功率放大器实验电路原理图如下图图1所示。电路中电阻、电容元件基本上都采用贴片封装形式。放大电路分为三级，均为共射工作，中心频率约为10MHz。 图1 高频功率放大器 第一极（前置级）管子T1采用9018或9013，工作于甲类，集电极回路调谐于中心频率。第二级（驱动级）管子T2采用3DG130C，其工作状态为丙类工作，通角可调。通角在45°~60°时效率最高。调整R W1时，用示波器在测试点P2可看到集电极电流脉冲波形宽度的变化，并可估测通角的大小。第二级集电极回路也调谐于中心频率。第三级（输出级）管子T3也
采用3DG130C，工作于丙类，通角调在60°~70°左右。输出端接有T形带通滤波器和π型阻抗变换器，具有较好的基波选择性、高次谐波抑制和阻抗匹配性能。改变短路器开关K1~K4可观看滤波器的失谐状态，为保证T3管子安全，调整时应适当降低电源电压或减小激励幅度。改变K5、K6可影响T3与51Ω负载的匹配状态。匹配时，51Ω负载上得到最大不失真功率为200mW左右，二次谐波抑制优于20dB，三级总增益不小于20dB，末级集电极到负载上的净效率可达30%左右，考虑滤波匹配网络的插入损耗，集电极效率可达40%以上。开关K8只有在接通后才能使功放达到预定效率，但实验时，为了使R16对末级管子T3起到限流保护作用，K8不要接通，而R16上的电压降也不必扣除，这只使功放总效率略有降低。电源开关K7用于防止稳压电源开机或关机时电压上冲导致末级功放管损坏。 三、主要仪器设备 10MHz高频功率放大器实验板、BT3C（或NW1252）扫频仪、高频信号发生器（QF1056B 或EE1461）、示波器、超高频毫伏表（DA22）、直流稳压电源（电压5~15V连续可调，电流1A）、500型万用表（或数字万用表 四、实验内容和步骤 主要测试指标：功率、效率、线性动态范围 实验准备与仪器设置 1、实验板： ●开关K7用于防止稳压电源开机或关机时电压上冲导致末级功放管损坏，所以稳压电源开 机或关机前，开关K7必须置于关闭（向下）； ●短路开关置于K1、K3、K6、K9、K10，否则滤波器失谐，影响T3与51Ω负载的匹配状 态，从而影响实验结果。 2、电源： ●为保证T3管子安全，电源电压最高不超过+15V，实验时设置为+14.5V~+15V。 实验内容与步骤 4）用信号源及示波器测功放输出功率及功率增益 （1）适当改变信号幅度（200~300mV左右），使51Ω负载上得到额定功率200mW。（2）在测试点P2观察电流脉冲，宽度应为周期的1/3左右。 （3）从输入输出信号幅度求得功放的（转换）功率增益。 （4）比较滤波器输入输出幅度，估计滤波器插入衰减。 5）用双踪示波器观察电流电压波形 （1）比较功放末级发射极电流脉冲波形和负载上基波电压波形的相位。 （2）比较功放第二级发射极电流脉冲波形与集电极电压基波波形的相位，并分别画出波形。6）高频功放效率（主要是末级）的调试与测量 （1）用示波器观看第二级发射极电阻电流脉冲宽度。 （2）用示波器在第三级功放发射极电阻上观看其电流脉冲波形。 8）功放线性观察 (1) 调幅波通过功率放大器 将中心频率为10MHz、调制度为60%的调幅信号电压加到功放输入端，适当调整输入信号幅度（200mV），使51Ω负载上输出调幅波峰值功率不超过功放额定功率200mW，用双踪
高频电子线路第三章习题答案
习题 高频功率放大器的主要作用是什么应对它提出哪些主要要求 答：高频功率放大器的主要作用是放大高频信号或高频已调波信号，将直流电能转换成交流输出功率。要求具有高效率和高功率输出。 为什么丙类谐振功率放大器要采用谐振回路作负载若回路失谐将产生什么结果若采用纯电阻负载又将产生什么结果 答：因为丙类谐振功率放大器的集电极电流i c为电流脉冲，负载必须具有滤波功能，否则不能获得正弦波输出。若回路失谐集电极管耗增大，功率管有损坏的危险。若采用纯电阻负载则没有连续的正弦波输出。 高频功放的欠压、临界和过压状态是如何区分的各有什么特点 答：根据集电极是否进入饱和区来区分，当集电极最大点电流在临界线右方时高频功放工作于欠压状态，在临界线上时高频功放工作临界状态，在临界线左方时高频功放工作于过压状态。 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，较少使用，但基极调幅时要使用欠压状态。 临界状态输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也较高。 过压状态下，负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用过压状态。 分析下列各种功放的工作状态应如何选择 (1) 利用功放进行振幅调制时，当调制的音频信号加到基极或集电极时，如何选择功放的工作状态 (2) 利用功放放大振幅调制信号时，应如何选择功放的工作状态 (3) 利用功放放大等幅度信号时，应如何选择功放的工作状态 答：(1) 当调制的音频信号加到基极时，选择欠压状态；加到集电极时，选择过压状态。 (2) 放大振幅调制信号时，选择欠压状态。、 (3) 放大等幅度信号时，选择临界状态。 两个参数完全相同的谐振功放，输出功率P o分别为1W和，为了增大输出功率，将V CC提高。结果发现前者输出功率无明显加大，后者输出功率明显增大，试分析原因。若要增大前者的输出功率，应采取什么措施 答：前者工作于欠压状态，故输出功率基本不随V CC变化；而后者工作于过压状态，输出功率随V CC明显变化。在欠压状态，要增大功放的输出功率，可以适当增大负载或增大输入信号。 一谐振功放，原工作于临界状态，后来发现P o明显下降，C反而增加，但V CC、U cm和u BEmax 均未改变（改为：V CC和u BEmax均未改变，而U cm基本不变（因为即使Ucm变化很小，工作状态也可能改变，如果Ucm不变，则Uce不变，故工作状态不应改变）），问此时功放工作于什么状态导通角增大还是减小并分析性能变化的原因。 答：工作于过压状态（由于Ucm基本不变，故功率减小时，只可能负载增大，此时导通角不变）；导通角不变 某谐振功率放大器，工作频率f =520MHz，输出功率P o=60W，V CC=。(1) 当C=60%时，试计算管耗P C和平均分量 I的值；(2) 若保持P o不变，将C提高到80%，试问管耗P C减小多 c0 少 解：(1) 当C=60%时，
高频小信号放大器实验报告
基于Multisim的通信电路仿真实验 实验一高频小信号放大器 1.1 实验目的 1、掌握高频小信号谐振电压放大器的电路组成与基本工作原理。 2、熟悉谐振回路的调谐方法及测试方法。 3、掌握高频谐振放大器处于谐振时各项主要技术指标意义及测试技能。 1.2 实验内容 1.2.1 单调谐高频小信号放大器仿真 图1.1 单调谐高频小信号放大器 1、根据电路中选频网络参数值，计算该电路的谐振频率ωp。 ωp=1/(L1*C3)^2=2936KHz fp=ωp/(2*pi)=467KHz 2、通过仿真，观察示波器中的输入输出波形，计算电压增益Av0。
下图中绿色为输入波形，蓝色为输出波形 Avo=Vo/Vi=1.06/0.252=4.206 3、利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。 通频带BW=2Δf0.7=7.121MHz-28.631KHz=7.092MHz 矩形系数Kr0.1=(2Δf0.1)/( 2Δf0.7)= （14.278GHz-9.359KHz）/7.092MHz=2013.254 4、改变信号源的频率（信号源幅值不变），通过示波器或着万用表测量输出
电压的有效值，计算出输出电压的振幅值，完成下列表，并汇出f~Av 相应的图，根据图粗略计算出通频带。 Fo(KHz ) 65 75 165 265 365 465 1065 1665 2265 2865 3465 4065 Uo(mV ) 0.66 9 0.76 5 1 1.05 1.06 1.06 0.97 7 0.81 6 0.74 9 0.65 3 0.574 0.511 Av 2.65 5 3.03 6 3.96 8 4.16 7 4.20 6 4.20 6 3.87 7 3.23 8 2.97 2 2.59 1 2.278 2.028 5、在电路的输入端加入谐振频率的2、4、6次谐波，通过示波器观察图形，体会该电路的选频作用。 2次谐波 4次谐波
高频功率放大器
1.原理说明 利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。它是无线电发射机中的重要组成部件。根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。电流导通角θ愈小放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ=180o ，效率η最高也只能达50%，而丙类功放的θ<90o ,效率η可达到80%。甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。 高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。 1.1高频功放的主要技术指标 1.1.1 功率关系： 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给的直流功率O P ，使之一部分转变为交流信号功率1P 输出去,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C P 。 根据能量守衡定理：1o C P P P =+ 直流功率： 输出交流功率：221111 1222 c c c c L L U P U I I R R = ?== C U -----回路两端的基频电压 c1I ----- 基频电流 L R ----回路的负载阻抗。 1.1.2 放大器的集电极效率 1 101 122 c c o CC c U I P P U I ηξγ?===? 其中集电极电压利用系数：1c c L CC CC U I R U U ξ= = 0o c CC P I U =?
第2章 高频功率放大器答案
第2章 高频功率放大器 2.1为什么低频功率放大器不能工作于丙类，而高频功率放大器则可工作于丙类？ 答：两种放大器最根本的不同点是：低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽，因而只能采用无调谐负载，工作状态只能限于甲类、甲乙类至乙类（限于推挽电路），以免信号严重失真；而高频功率放大器的工作频率高，但相对频带宽度窄，因而可以采用选频网络作为负载，可以在丙类工作状态，由选频网络滤波，避免了输出信号的失真。 2.2丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？ 答：选用调谐回路作为集电极负载的原因是为了消除输出信号的失真。只有在谐振时，调谐回路才能有效地滤除不需要的频率，只让有用信号频率输出。此时，集电极电流脉冲只在集电极瞬时电压最低区间流通，因而电流脉冲最小，平均电流co I 也最小。若回路失谐，则集电极电流脉冲移至集电极瞬时电压较高的区间流通，因而电流脉冲变大，co I 上升，同时，输出功率下降，集电极耗散功率将急剧增加，以致烧损放大管。因此，回路失谐必须绝对避免。 2.3提高高频放大器的效率与功率，应从哪几方面入手？ 答：（1）使放大器工作于丙类，并用选频网络作为负载； （2）适当选取电流导通角c θ。 2.9晶体管放大器工作于临界状态，200p R =Ω，90mA co I =，30V C E =，90c θ=?。试求o P 与η。 解：查课本后附录得：11()(90) 1.57c g g θ=?= m11()90 1.57141.3(mA)c co c I I g θ==?= ∴232111 (141.310)200 1.997(W)=2W 22 o cm p P I R -==???≈ 3 309010 2.7(W ) D C c o P E I -==??= ∴2 100%74.1%2.7 o D P P η== ?≈ 2.10已知谐振功率放大器的导通角c θ分别为180?、90?和60?时，都工作在临界状态，且三种情况下的C E 、max c I 也都相同。试计算三种情况下效率η的比值和输出功率o P 的比值。 解：（1）22221max 1max 1max 00()()22()2() cm p c c p c p o c D C co C c c C c I R I R I R P P E I E I E αθαθηαθαθ====? ∵C E 、max c I 、p R 相同，因此有 222 2 22111123000 (180)(90)(60)0.50.50.391::::::1:1.567:1.4031:1.57:1.40 (180)(90)(60)0.50.3190.218 αααηηηααα???= ==≈??? （2）22 21max 111()22 o cm p c p c P I R I R αθ== ∴222222 123111::(180):(90):(60)0.5:0.5:0.3911:1:0.61o o o P P P ααα=???=≈
实验七 丙类功率放大器实验
实验七丙类功率放大器实验 一、实验目的： 1. 了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程； 2. 了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。 二、预习要求： 1. 复习谐振功率放大器的原理及特点； 2. 分析图7-7所示的实验电路，说明各元件的作用。 三、实验电路说明： 本实验电路如图7-7所示。 图7-7 本电路由两级组成：Q1等构成前级推动放大，Q2为负偏压丙类功率放大器，R4、R5提供基极偏压（自给偏压电路），L1为输入耦合电路，主要作用是使谐振功放的晶体三极管的输入阻抗与前级电路的输出阻抗相匹配。L2为输出耦合回路，使晶体三极管集电极的最佳负载电阻与实际负载电阻相匹配。R14为负载电阻。 四、实验仪器： 1. 双踪示波器 2. 万用表 3. 实验箱及丙类功率放大模块 4．高频信号发生器
五、实验内容及步骤； 1. 将开关拨到接通R14的位置，万用表选直流毫安的适当档位，红表笔接P2，黑表笔 接P3； 2. 检查无误后打开电源开关,调整W使电流表的指示最小（时刻注意监控电流不要过 大，否则损坏晶体三极管）； 3. 将示波器接在TP1和地之间，在输入端P1接入8MHz幅度约为500mV的高频正弦信 号，缓慢增大高频信号的幅度，直到示波器出现波形。这时调节L1、L2，同时通过示波器及万用表的指针来判断集电极回路是否谐振，即示波器的波形为最大值，电流表的指示I0为最小值时集电极回路处于谐振状态。用示波器监测此时波形应不失真。 4. 根据实际情况选两个合适的输入信号幅值，分别测量各工作电压和峰值电压及电流，并根据测得的数据分别计算： 1）电源给出的总功率； 2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率； 4）放大器的效率。 六、实验报告要求： 1. 根据实验测量的数值，写出下列各项的计算结果: 1）电源给出的总功率； 2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率； 4）放大器的效率。 2. 说明电源电压、输出电压、输出功率的关系。
高频电子线路习题及答案
高频电子线路习题
一、填空题
1. 在单级单调谐振放大器中，谐振时的电压增益 Kvo=
有载 QL=
，
通频带 BW0.7=
，矩形系数 K0.1 为
。
2. n 级同步单调谐振放大器级联时，n 越大，则总增益越 ，通频带越 ，选择性
越。
3. 工作在临界耦合状态的双调谐放大器和工作在临界偏调的双参差放大器的通频带
和矩形系数是相同的，和单级单调谐放大器相比，其通频带是其
倍，矩形系数则从 减小到 。
4. 为 了 提 高 谐 振 放 大 器 的 稳 定 性 ， 一 是 从 晶 体 管 本 身 想 办 法 ， 即 选
Cb’c
的晶体管；二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，具体采
用
法和
法。
5. 单 级 单 调 谐 放 大 器 的 谐 振 电 压 增 益 Kvo=
QL=
，通频带 BW0.7=
。
，有载
6. 晶 体 管 在 高 频 线 性 运 用 时 ， 常 采 用 两 种 等 效 电 路 分 析 ， 一 种 是
，另一种是
。前者的优缺点是
。
7. 晶体管低频小信号放大器和高频小信号放大器都是线性放大器，它们的区别是
。
8. 为 了 提 高 谐振 放 大 器的稳 定 性 ， 在电 路 中 可以采 用
法和
法，消除或削弱晶体管的内部反馈作用。
9. 晶 体 管 的 Y 参 数 等 效 电 路 中 ， Yre 的 定 义 是
，称为
，它的意义是表示
的
控制作用。
10. 晶体管的 Y 参数等效电路，共有 4 个参数，Y 参数的优点是便于测量。其中 Yfe 的
意
义
是
表
示
。
11. 晶体管高频小信号放大器与低频小信号放大器都是
放大器，结构上
的区别是前者包含有后者没有的，具有带通特性的
。
12. 对小信号调谐放大器的要求是
高、
好。
13. 丙类高频功率放大器又称为____________功率放大器，常在广播发射系统中用作
____________级。
14. 按照通角θC 来分类，θC=180 的高频功率放大器称为_____类功放； C <90 的
高频功率放大器称为_____类功放。
高频小信号放大器与高频功率放大器的仿真分析
1 课程名称： 高频电路原理 实验名称：高频小信号放大器与高频功率放大器的仿真 一、实验目的： 1.进一步掌握高频小信号调谐放大器和高频功率放大器的工作原理和基本电路结构。 2.掌握高频小信号调谐放大器和高频功率放大器的调试方法。 3.掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数）的测试方法。 4.熟练掌握multisim 软件的使用方法，并能够通过仿真而了解到电路的一些特性以及各电路原件的作用 二、实验原理 （一）单调谐放大器 小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1（a ）所示。该电路由晶体管Q 1、选频回路T 1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率f S ＝12MHz 。基极偏置电阻W 3、R 22、R 4和射极电阻R 5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W 3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。 表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f 0，谐振电压放大倍数A v0，放大器的通频带BW 及选择性（通常用矩形系数K r0.1来表示）等。 放大器各项性能指标及测量方法如下： 1.谐振频率 放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f 0称为放大器的谐振频率，对于图1-1（a ）所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f 0的表达式为 ∑ = LC f π210 式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量；
∑C 为调谐回路的总电容，∑C 的表达式为 ie oe C P C P C C 2 221++=∑ 式中， C oe 为晶体管的输出电容；C ie 为晶体管的输入电容；P 1为初级线圈抽头系数；P 2为次级线圈抽头系数。 谐振频率f 0的测量方法是： 用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T 的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f 0。 2.电压放大倍数 放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数A V0称为调谐放大器的电压放大倍数。A V0的表达式为 G g p g p y p p g y p p v v A ie oe fe fe i V ++-=-=-=∑2 22 1212100 式中，∑g 为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是y fe 本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V 0与输入电 压V i 相位差不是180o 而是为180o+Φfe 。 A V0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1（a ）中输出信号V 0及输入信号V i 的大小，则电压放大倍数A V0由下式计算： A V0 = V 0 / V i 或 A V0 = 20 lg (V 0 /V i ) d B 3.通频带 由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数A V 下降到谐振电压放大倍数A V0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW ，其表达式为 BW = 2△f 0.7 = f 0/Q L 式中，Q L 为谐振回路的有载品质因数。 分析表明，放大器的谐振电压放大倍数A V0与通频带BW 的关系为 ∑ = ?C y BW A fe V π20 上式说明，当晶体管选定即y fe 确定，且回路总电容∑C 为定值时，谐振电压放大倍数A V0与通频带BW 的乘积为一常数。这与低频放 大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。 通频带BW 的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f 0及电压放大倍数A V0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压V S 不变），并测出对应的电压放大倍数A V0。由于回路失谐后电压放大倍 数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。
宽带高频功率放大器要点
5.4 宽带高频功率放大器 以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，因其相对通频带只有百分之几甚至千分之几，因此又称为窄带高频功率放大器。这种放大器比较适用于固定频率或频率变换范围较小的高频设备，如专用的通讯机、微波激励源等。除了LC谐振回路以外，常用于高频功放电路负载还有普通变压器和传输线变压器两类。这种以非谐振网络构成的放大器能够在很宽的波段内工作且不需调谐，称之为宽带高频功率放大器。 以高频变压器作为负载的功率放大器最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下将，这不符合高频电路的要求，因此很少使用。以传输线变压器作为负载的功率放大器，上限频率可以达到几百兆赫乃至上千兆赫，它特别适合要求频率相对变化范围较大和要求迅速更换频率的发射机，而且改变工作频率时不需要对功放电路重新调谐。本节重点分析传输线变压器的工作原理，并介绍其主要应用。 5.4.1 传输线变压器 1. 传输线变压器的结构及工作原理 传输线变压器是将传输线（双绞线、带状线、或同轴线）绕在高导磁率铁氧体的磁环上构成的。如图5-24（a）所示为1:1传输线变压器的结构示意图。 传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件，它是以传输线方式和变压器方式同时进行能量传输。对于输入信号的高频频率分量是以传输线方式为主进行能量传输的；对于输入信号的低频频率分量是以变压器方式为主，频率愈低，变压器方式愈突出。 如图5-24(b)为传输线方式的工作原理图，图中，信号电压从1、3端输入，经传输线 R上。如果信号的波长与传输线的长度相比拟，变压器的传输，在2、4端将能量传到负载 L 两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路，如图5-24(d)所示。若认为分布参数为理想参数，信号源的功率全部被负载所吸收，而且信号的上限频率将不受漏感、分布电容及高导磁率磁芯的限制，可以达到很高。 图5-24 1:1传输线变压器的结构示意图及等效电路
高频谐振功率放大器实验实验报告
丙类高频谐振功率放大器与基极调幅实验报告 一． 实验目的 1．了解和掌握丙类高频谐振功率放大器的构成及工作原理。 2．了解丙类谐振功率放大器的三种工作状态及负载特性、调制特性、放大特性和调谐特性。 3. 掌握丙类谐振功率放大器的输出功率o P 、直流功率D P 、集电极效率C 测量方法。 4. 掌握用频谱仪观测信号频谱、频率及调制度的方法。 二．实验仪器及设备 1．调幅与调频接收模块。 2．直流稳压电压GPD-3303D 3．F20A 型数字合成函数发生器/计数器 4．DSO-X 2014A 数字存储示波器 5．SA1010频谱分析仪 三．实验原理 1.工作原理 高频谐振功率放大器是通信系统重要的组成电路，用于发射机的末级。主要任务是高效率的输出最大高频功率，馈送到天线辐射出去。为了提高效率，晶体管发射结采用负偏置， 使放大器工作于丙类状态（导通角θ＜90O ）。高频谐振功率 放大器基本构成如图1.4.1所示， 丙类谐振功率放大器属于大信号非线性放大器，工程上常采用折线分析法，各级电压、电流波形如图1.4.2所示。 （a ）原理电路 （b ）等效电路 图1.4.1 高频功率放大器
图1.4.1中，晶体管放大区的转移（内部静态）特性折线方程为： ()C C BE BZ i g v U =- 1.4.1 放大器的外电路关系为： cos BE B b m u E U t ω=+ 1.4.2 cos CE C cm u E U t ω=- 1.4.3 当输入信号B B Z b u E U <+时，晶体管截止，集电极电流0C i =；当输入信号 B BZ b u E U >+时，发射结导通，由式1.4.1、1.4.2和1.4.3得集电极电流 C i 为： m a x c o s c o s 1c o s C C t i i ωθθ-=- 1.4.4 式中，BZ U 为晶体管开启电压，C g 为转移特性的斜率。 以上分析可知，晶体管的集电极输出电流c i 为尖顶余弦脉冲，可用傅里叶级数展开为： ++++=t I t I t I I t i m C m C m C C c ωωω3cos 2cos cos )(3210 1.4.5 其中，0C I 为C i 的直流分量，m C I 1、2C m I 、…分别为c i 的基波分量、二次谐波分量、…。集电极余弦脉冲电流C i 及各次谐波的波形如图1.4.3所示，其频谱如图1.4.4所示。 （a ） （b ） 图1.4.2 各级电压、电流波形
第2章 高频功率放大器答案 2014
第2章 高频功率放大器 2.2丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？ 答：选用调谐回路作为集电极负载的原因是为了消除输出信号的失真。只有在谐振时，调谐回路才能有效地滤除不需要的频率，只让有用信号频率输出。此时，集电极电流脉冲只在集电极瞬时电压最低区间流通，因而电流脉冲最小，平均电流co I 也最小。若回路失谐，则集电极电流脉冲移至集电极瞬时电压较高的区间流通，因而电流脉冲变大，co I 上升，同时，输出功率下降，集电极耗散功率将急剧增加，以致烧损放大管。因此，回路失谐必须绝对避免。 2.5 解：高频功率放大器的欠压、临界、过压工作状态是根据动态特性的A 点的位置来区分。若A 点在 max be u 和饱和临界线的交点上，这就是临界状态。若A 点在max be u 的延长线上（实际不存在） ， 动态特性为三段折线组成，则为过压状态。若A 点在max be u 线上，但是在放大区，输出幅度cm U 较 小，则为欠压状态。 欠压区的特点是电流脉冲为尖顶，输出电压幅度相对较小，其输出功率较小，效率也低，除在基极调幅电路中应用外，其它应用较少。临界状态，输出电压较大，电流为尖顶脉冲，输出功率最大，效率较高，较多的应用于发射机中的输出级。过压状态，电流为凹顶脉冲，输出电压幅度大，过压区内输出电压振幅随P R 变化小，常作为发射机的高频功率放大器的中间级应用。 改变 C E 时，C E 由小变大，工作状态由过压到临界然后到欠压。改变bm U 时，由小变大，工作状态 由欠压到临界然后到过压。改变BB U 时，由负向正变，工作状态由欠压到临界到过压。改变P R 时， 由小到大变，工作状态由欠压到临界然后到过压。 2.8解：（1）用功放进行振幅调制，调制信号加在集电极时，功放应工作在过压区内。在过压区中输出电压随C E 改变而变化；调制信号加在基极时功放应工作在欠压区中，在欠压区中，输出电压 随BB U 、 bm U 改变而变化 2）放大振幅调制信号时，工作在欠压区，线性比较差，采用甲或乙类工作状态时，线性较好 （3）放大等幅信号应工作在临界状态。在临界状态输出功率最大，效率也较高，是最佳工作状态。 2.9晶体管放大器工作于临界状态，200p R =Ω，90mA co I =，30V C E =，90c θ=?。试求o P 与η。 解：查课本后附录得：11()(90) 1.57c g g θ=?= m 11()90 1.57141.3(m A ) c c o c I I g θ==?= ∴232111 (141.310)200 1.997(W)=2W 22 o cm p P I R -==???≈ 3 309010 2.7(W )D C c o P E I -==??= ∴2 100%74.1%2.7 o D P P η= =?≈ 2.10已知谐振功率放大器的导通角c θ分别为180?、90?和60?时，都工作在临界状态，且三种情况下的C E 、max c I 也都相同。试计算三种情况下效率η的比值和输出功率o P 的比值。 解：（1）22221max 1max 1max 00()()22()2() cm p c c p c p o c D C co C c c C c I R I R I R P P E I E I E αθαθηαθαθ====? ∵C E 、max c I 、p R 相同，因此有 222 2 22111123000 (180)(90)(60)0.50.50.391::::::1:1.567:1.4031:1.57:1.40 (180)(90)(60)0.50.3190.218 αααηηηααα???= ==≈???
高频电子线路 杨霓清 答案 第二章-高频小信号放大器
第二章 思考题与习题 2.1 试用矩形系数说明选择性与通频带的关系。 2.2 证明式(2.2.21)。 2.3 在工作点合理的情况下，图(2.2.6)（b ）中的三极管能否用不含结电容的小信号等效电 路等效？为什么？ 2.4 说明图(2.2.6)（b ）中，接入系数1n 、2n 对小信号谐振放大器的性能指标有何影响？ 2.5 如若放大器的选频特性是理想的矩形，能否认为放大器能够滤除全部噪声，为什么？ 2.6 高频谐振放大器中，造成工作不稳定的主要因素是什么？它有哪些不良影响？为使放 大器稳定工作应采取哪些措施？ 2. 7 单级小信号调谐放大器的交流电路如图2. T.1所示。要求谐振频率0f =10.7 MHz ， 0.7BW =500kHz ，0||A υ=100。晶体管参数为 ie y =（2+j0.5）ms ； re y =0； fe y =（20－j5）ms ； oe y =（20+j40）ms 如果回路空载品质因数0Q =100，试计算谐振回路的L 、C 、R 。 图2. T.1 题2.8图 解：根据电路图可画出放大器的高频等效电路如下图所示。 其中20oe g s μ=，6 6 4010 0.59210.710 oe C pF π-?= =??，22 20520.6fe y m s = += 根据题设要求 0100fe y A g υ∑ ==
则 3 20.610 0.206100 fe o y g m s A υ-∑?= = = 因为 00.7e f BW Q = 所以 00.7 10.721.40.5 e f Q BW = == 因为 01 e Q Lg ω∑ = 所以 6 3 01 1 210.7100.20610 21.4 e L g Q ωπ-∑= = ????? =63.3710 3.37s s μ-?= 由等效电路可知 2 6 2 6 011 65.65pF (2)(210.710) 3.3710 C f L ππ∑-= = =???? 6 6 00 11 44.142210.710 3.3710 100 eo g s f LQ μππ-= = =????? 则 65.650.5965.06oe C C C pF ∑=-=-= 6 6 6 11 7.0520610 2010 44.1410 oe eo R k g g g ---∑= = =Ω--?-?-? 2.8 在图2. T.2中，晶体管3DG39的直流工作点是C E Q V ＝＋8V ，E Q I ＝2 mA ；工作频率 0f ＝10.7MHz ；调谐回路采用中频变压器，3~1L ＝4μH ，0Q ＝100，其抽头为=23N 5匝， =13N 20匝， =45N 5匝。试计算放大器的下列各值：电压增益、功率增益、通频带（设放 大器和前级匹配s g ＝ie g ）。晶体管3DG39在C E Q V ＝8V ，E Q I ＝2mA 时参数如下： ie g ＝2860 μS ；ie C ＝18 pF oe g ＝200μS ； oe C ＝7pF
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