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6高频功率放大器教程
高频电子线路教学设计第六章高频功率放大器
6高频功率放大器
6.1概括
为了获取足够大的高频输出功率，也一定采纳高频功率放大器。
比如，绪论中所示发射机方框
图的高频部分，因为在发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，所以在它后边要经过一系列的放大——缓冲级、中间放大级、未级功率放大级，获取足够的高频功率后，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围。
因而可知，高频功率故大器是发送设施的重要构成部分。
高频功率放大器和低额功率放大器的共同特色都是输出功率大和效率高。
但因为两者的工作频
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别：
低频功率放大器的工作频次低，
但相对频带宽度却很宽。
比如，自20至20000Hz，高低频次之比达1000倍。
所以它们都是采纳无
调谐负载，如电阻、变压器等。
高额功率放大器的工作频次高（由几百kHz向来到几百、几千甚至几
万MIb），但相对频带很窄，频宽越小。
所以，高额功率放大器一般都采纳选频网络作为负载回路。
因为这后一特色，使得这两种放大器所采纳的工作状态不一样：
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（某些特别状况可工作于乙类）。
最近几年来，宽频带发射机的各中间级还宽泛采纳一种新式的宽带高频功率放大器，它不采纳选频网络作为负载回路，而是以频次响应很宽的传输线作负载。
这样．它能够在很宽的范围内变换工作频次，而不用从头调谐。
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
们的不一样之点则是两者的工作屡次与相对频宽不一样，因此负载网络与工作状态也不一样。
功率放大器按工作状态分类：
A（甲）类：
导通角为
o
90
o
180；AB（甲乙）类：
导通角为
B（乙）类：
导通角为
90o；C（丙）类：
导通角为
90o
最近几年来双出现了D类、E类及S类等开关功率放大器
乙类和丙类都合用于大功率工作。
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，
因此不可以用于低频功率放大，
只好用于采纳调谐回路作为负载的谐振功率放大。
因为调谐回路拥有滤波能力，回路电流与电压仍旧极近于正弦波形，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，最近几年来，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
频次遇到开关变换瞬时所产生的器件功耗（集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。
假如在电路上加
以改良，使电子器件在通断变换瞬时的功耗尽量减小，则工作频次能够提升。
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。
特别是戊类放大器，是1975年才出现的新式
放大器，值得重视。
因为高额功率放大器往常工作于丙类，属于非线性电路，所以不可以用线性等效电路来剖析。
对它们的剖析方法能够分为两大类广类是图解法．即利用电子器件的特征曲线来对它的工作状态进行计算；另一类是分析近似分折法，马上电子器件的特征曲线用某些近似分析式来表示，而后对放大器的工作状态进行分折计算。
员常用的分析近似分折法是用折线段来表示电子器件的特征曲线，称为折线法。
总的说来，图解法是从客观实质出发，计算结果比较正确，但对工作状态的分折不方便，手续较烦冗；折线近似法物理观点清楚，剖析工作状态方便，但计算正确度较低。
关于晶体管高频功率放大器工作状态的剖析，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，特别是在高频大信号工作时，更是这样。
所以，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纳与电子管类比的方法来议论的。
往常只进行定性剖析与估量，再依赖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。
除此以外，输出中的谐波重量还应当尽量
有星号标明★的为要点内容，希望掌握
高频电子线路教学设计第六章高频功率放大器
小，免得对其他频道产生于扰。
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，这是研究这类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。
能够这样说，在给定电子器件以后，为了获取高的输出功率与效率，应采纳丙类工作状态。
而同意采纳丙类工作的先决条件，则是工作额率高、频带窄、同意采纳调谐回路做负载。
6.2谐振功率放大器的工作原理
晶体管的工作状况与频次有极亲密的关系．往常能够把它的工作额率范围区分红以下三个地区：
低额区：
f
0.5f；
中频区：
0.5f
f0.2fT；
高额区：
0.2fTffT
f与fT的关系是：
fT
f
晶体管在低频区工作时，能够不考虑它的等效电路中的电抗重量与渡越时间的影响，此时能用
剖析电子高频功率放大器相近似的方法来剖析计算晶体管电路，内容比较成熟。
中频区的剖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。
所以，中频区和高频区的严格剖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色，进行定性的说明。
获取高效率所需要的条件
从“低频电子线路”课程我们已经知道，不管是晶体管放大器仍是电子管放大器，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）的直流电源所供应的直流功率，使
之转变为沟通信号功率输出去。
这类变换自然不行能是百分之百的，因为直流电源所供应的功率除
了转变为沟通输出功率的那一部格外，
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，下边只议论晶体管电路，但所得结论相同合用于电子管电路。
设
P＝直流电源供应的直流功率，
Po＝沟通输出信号功率，
Pc＝集电极耗散功率。
那么，依据能量守恒定律应有：
P＝Po+Pc，为了说明晶体管放大器的变换能力，采纳集电极
效率vc，其定义为：
cPo/Po
Pc。
由上式能够得出以下两点结论；
（1）尽量降低集电极耗散功率
Pc，集电极效率自然会提升。
在
给定P时，晶体管的沟通输出功率就会提升。
由上边的式子可得：
Po
c
Pc
1
c
假如c＝20%（甲类放大），则由上式得（Po）l＝l／4Pc；假如
c＝75%（丙类放大），则获取（Po）2
＝3Pc”明显，（Po）2＝（Po）l。
因而可知，关于给定的晶体管，在相同的集电极耗散
Pc的条件下，当c
由20％提升到75％时，输出功率提升12倍。
可见，提升效率对输出功率有极大的影响。
这一观点
是十分重要的。
自然，这时输人直流功率也要相应地提升，才能在Pc不变的状况下，增添输出功率。
怎样减小集电极耗散呢?
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）上的耗散功率等于经过该元件的电流与该元件两头电压的乘积。
所以，晶体管的集电极耗
散功率在任何瞬时老是等于刹时集电极电压vc与刹时集电极电流ic的乘积。
假如使ic只有在vc最
低的时候才能经过，那么，集电极耗散功率自然会大为减小。
因而可知，要想获取高的集电极效率，
。
放大器的集电极电流应当是脉冲状。
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VBB使基极处于反向偏置状态。
关于以下图的
NPN型管来说，只有在激励信号
vb为正当的
一段时间（
c至
c）内才有集电极电流产生。
1.基本电路构造
除电源和偏置电路外，主要由三个部分构成：
大功率晶体管，能蒙受高电压，大电流，一般
工作时发射极反偏（C类）；输入激励电路：
供应所需要电压；输入谐振回路：
（1）滤波选频，
（2）阻
有星号标明★的为要点内容，希望掌握
高频电子线路教学设计第六章高频功率放大器
抗般配。
i
i
?
g
-UB
?
?
CC
C
-UB
uB
C
uBE
Ub
图6.2.1高额功率放大器的基本电路图晶体管的转移特征曲线能够看出
2工作原理剖析：
图2中，将晶体管的转移持性理想化为一条直线交横轴于
VBZ，VBZ称为裁止电压或开端电压。
硅管的VBZ＝0.4—0.6V，锗管的VBZ＝0.2—0.3V。
由因可知，
2c是在一周期内的集电极电流流通
角，所以，
c可称为半流通角或截止角（意即wt＝c时，电流被截止）。
为方便起见，此后将
c简称
为通角。
由图
2能够看出（VBB取绝对值）：
VbmcoscVBZVBB
则：
coscVBZVBB/Vbm
一定重申指出，集电极电流
ic固然是脉冲状，包括好多谐波，失真很大，但因为在集电极电路
内采纳的是并联谐振回路（或其他形式的选频网络），如使这并联回路谐振于基频，那么它对基频体现
很大的纯电阻性阻抗，而对谐波的阻抗则很小，能够看作短路，所以，并联谐振电路因为经过
ic所
产生的电位降
vc也几乎只含有基频。
这样，
ic的失真固然很大，但因为谐振回路的这类滤波作用，
仍旧能获取正弦波形的输出。
2.功率关系
vB
VBBVbmcosc，vC
VCC
Vcmcosc
且集电极电流脉冲能够分解为：
i
I
I
t
I
t
I
nt
c
co
cm1cos
cm1cos
2
cmncos
直流电源VCC供应的直流功率为：
P＝Vcc*Ico
＝
因为回路对基额谐振，
呈纯电阻Rp对其他谐波的阻抗很小，
且呈容性．所以，只有基频电流与
基频电压才能产生输出功率。
此时，回路可汲取的基频功率为：
Po＝0.5*Icm1*Vcm＝0.5Vcm
2/Rp＝0.5*Icm1
2*Rp
所以，所需要的回路阻抗
Rp＝Vcm/Icm1＝（Vcc-vcmin）/Icm1＝Vcm
2/2Po
则，Pc＝P-Po，所以可得集电极效率为：
Po
0.5VcmIcm1
0.5g1
c
c
＝
P
VCCIco
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