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1、高频电子线路王军wangjun@stu.edu.cn汕头大学电子工程系3.2高频功率放大器的原理和特性功率放大器主要种类特点。▲低频功率放大器：●甲类（A）类——电流通角为360度，最大效率50%。●乙类（B）类——电流通角180度，最大效率78.5%。●甲乙（AB）类——电流通角180o~360o.●乙类推挽▲高频功率放大器●丙（C）类——电流通角小于180度，效率比较高●丁（D）类——开关形式，效率接近100%●戊（E）类——开关形式，效率接近100%？▲低频功放和高频功放的特点●功率放大器主要追求的是
2、输出功率和效率●低频功放工作频率低（20Hz~20KHz），但相对频宽比较宽。因此常用无调谐负载，如电阻、变压器等。●高频功放工作频率高（几百kHz~几十GHz），但相对频宽比较小，例如一电台信号频率为900kHz，带宽为9kHz。所以高频功放常用选频网络做负载，这种谐振放大器是一种窄带放大器。而对于宽带高频功放，通常采用传输变压器或其他宽带匹配网络做负载。●高频功放通常工作在大信号和非线性状态，一般采用近似方法来进行分析，如图解法、折线法等。3.2.1丙类功放的工作原理图3-12是一个采用晶体管的高频功率
3、放大器的原理线路,除电源和偏置电路外,它是由晶体管、谐振回路和输入回路三部分组成的。图3-12晶体管高频功率放大器的原理线路实际的电源方向与参考方向相反一个大电容并一个小电容(为什么接？)1．电流、电压波形设输入信号为：图3-13集电极电流波形则可以采用折线分析法，画出集电极电流波形如图3-13所示。在该图中，基极偏置电压Eb<0,Eb′是发射结导通电压(或阈值电压)。可以看出，集电极电流通角小于180度，集电极电流ic是非正弦的余弦脉冲。输入输出转移特性曲线ube集电极电流峰值（假设不会进入饱和区）为：
4、由此求出集电极电流的表达式为：由图3-12得基极回路电压为：（3-32）（3-33）注:导通时,应满足转移特性折线化方程(内在方程),同时,注意不同的VCE条件下曲线的斜率不同(这对理解过压情况为什么集电极电流会内陷会有帮助)转移特性折线化方程的斜率根据基极回路的KVL可得在晶体管开始导通时,有更数学的表述：集电极电流脉冲可以用Fourier级数分解成直流、基波(信号频率分量)和各次谐波分量,即：（3-34）（3-35）（3-36）（3-37）α0(θ)、α1(θ)、αn(θ)分别称为余弦脉冲的直流、基波
5、、n次谐波的分解系数,数值见P-98附录(给定导通角可以计算得到)。如果集电极谐振回路的对输入信号频率谐振，并具有一个谐振阻抗RL，而对其他频率分量失谐。则输出电压为：（3-38）（3-39）图-14是丙类功放的电压和电流波形，可以看出，当回路调谐时，激励电压ubemax、集电极电流的最大值icmax和集电极电压最小值ucmin同时出现.因此晶体管功耗很小，效率很高，而且θ越小，效率越高。只要谐振电路的通频带相对与中心频率足够小就可以注意:这两个式子在整周期范围内均成立,而不是只在管子导通时成立.图3-14
6、丙类功放的电压和电流波形2．丙类高频功放的能量关系在集电极电路中,谐振回路得到的高频功率(高频一周的平均功率)，即输出功率P1为直流输入功率与集电极输出高频功率之差就是集电极损耗功率Pc,即集电极电源供给的直流输入功率P0为（3-41）（3-42）（3-40）由于谐振回路的滤波作用,只有一次谐波输出功率非谐振频率分量（严格来说是非通频带内）的信号均损耗于集电极损耗中，回顾一下模拟滤波器的原理就很清楚了。Pc变为耗散在晶体管集电结中的热能（所以功率管一定要注意散热问题）。（3-43）由式(3-42)、(3-4
7、3)可以得到输出功率P1和集电极损耗功率Pc之间的关系为（3-44）定义集电极效率η为输出功率与直流功率之比：从式（3-43）看出，可以通过提高输出电压幅度（电压利用系数ξ），即提高谐振电阻RL，或改变导通角（波形系数γ）来提高效率。图3-15所示曲线说明了这种关系。为了兼顾输出功率和效率，一般选择θ在65°~70°的范围。在120度时输出功率最大,而此时为甲乙类放大->能量转换效率比较低导通角为零度时效率最高图3-15设其基波电流振幅为Ib1,且与ub同相(忽略实际存在的容性电流),则激励功率为：（3-4
8、5）高频功放的功率放大倍数为（3-46）用dB表示为（3-47）ib和ic一样,也是一个周期脉冲波->Fourier级数表示直流分量和其他谐波跟ub整周期积分为零3.2.2高频谐振功率放大器的工作状态1．高频功放的动态特性动态特性是指当加上激励信号及接上负载阻抗时,晶体管集电极电流ic与电极电压(ube或uce)的关系曲线,它在ic～uce或ic～ube坐标系统中是一条曲线。它应该满足晶体管的内部特性和电路的外
