第一章 功率放大器
§ 1-1 功率放大器概述
§ 1-2 非谐振功率放大器
§ 1-3 谐振功率放大器一、功放的任务与功率管安全工作条件
§ 1-1 功率放大器概述第一章 功率放大器二、功率放大器的分类三、功率放大器能量关系一、功放的任务与功率管安全工作条件
§ 1-1 功率放大器概述
PCmax≤PCM vCEmax≤V (BR)CEO
iCmax≤ICM
第一章 功率放大器任务：功率管在安全工作的条件下，非线性失真在允许的范围内，高效率地输出大的功率。
功率管安全工作的条件
1.
2.
二、功率放大器的分类
1.按负载性质划分
① 非谐振功放（ 纯电阻性负载 ） ② 谐振功放（ 电抗性负载 ）
2.按流通角划分
甲类功放
● 电源供给功率
● 集电极输出功率
● 集电极平均管耗
● 集电极效率
● 变压器传输效率
● 放大器效率三、功率放大器能量关系丙类高效率功放管子工作在开关状态
●
●乙类功放甲乙类功放
●
●
一,变压器耦合甲类单管功率放大器
§ 1-2 非谐振功率放大器二、乙类推挽功率放大器三、桥式推挽功率放大器 (BTL)
四、集成功放及应用实例五、宽带高频功放和功率合成技术一,变压器耦合甲类单管功率放大器
§ 1-2 非谐振功率放大器各元件的作用交流负载 RL’
▲ 若 RT1=RT2=0,
▲ 若 RT1 ≠ 0,RT2≠0
与交流放大器的区别原理电路●
●
●
●
则 RL’=n2RL,
ηT=100%
（ 或 其中有一不为零）,
RL’= RT1+n2 （ RT2+RL）
2.图解分析
i) 确定工作点 Q
B B 1 B 2?R R R∥
i) 匹配,工作点 Q处在交流负载线的中心充分激励 （不匹配）：工作点确定 → 为获得最大输出功 P ‘omax (不失真 ) → 对应最大激励信号时的状态
iii) 匹配并充分激励,最大输出功率 Pomax> P ‘
① 匹配、充分激励的概念
ii)
a) 求
② 分析其中,
omax
（或 ）
b) 直流负载线
● 设 RT1=0,RE≈0即 ROL≈0
● VCEQ=VCC-ICQ(RT1+RE) ≈VCC（ 直线 AB）
● 设 Q处在交流负载线中点（即匹配）
ii) 交流负载线
vCE=VCEQ-IcmRL’ sinωt
iii) 画出波形
iv) 写出 ic,vCE 表达式其中,Vcm=IcmRL'
电压利用系数 （匹配充分激励时,ξ=1）
(直线 CD)
c C Q C m si ni I I t
C E C C c mVV s invt
●
●
电源供给功率集电极输出功率集电极平均管耗集电极效率
3,能量估算
■
■
■
■
① 一旦电路确定，甲类单管功放 PD为恒值。
4,结论
② 匹配情况下，匹配负载值是唯一的；在匹配并充分激励的情况下，
若 vi=0,则 Pcmax=PD
③ PO大小与交流负载 RL’ 及 工作点 Q有关
④ 欲想提高 Pomax主要受到 PCM限制
Pcmax=PD=2Pomax≤PCM→ Pomax= Pcmax≤ PCM
问题：功率小、损耗大、效率低
▲ 为保证输出电路波形不失真，应采用推挽电路形式
5.甲类单管功放存在问题及解决途径原因：工作点设置太高解决思想方法：
■
■
■
1.变压器耦合乙类推挽电路二、乙类推挽功率放大器
① 原理电路及元件作用电路结构特点
Tr2变压器上下感应原理
●
●
▲ 工作点 乙类工作状态
② 工作原理在正弦信号激励下，基极、集电极的电流均是半个令 VBE(on)=0,若 v>VBE(on),T导通,若 v<VBE(on),T截止正弦波,而集电极电压与负载电流均是完整的正弦波。
Tr1完成两管交替导通,Tr2完成上下波形的合成，
形成完整的正弦波。
●
●
③ 图解分析提高 P0max主要受到 VBR(CEO)
和 ICM的限制
⑤ 安全工作条件放大器总效率
④ 能量估算
●
●
●
⑦ 存在问题及解决途径问题：
解决途径去掉 Tr2 → OTL电路现象原因,设 VBE(on)=0,实际 VBE(on)≠0
措施,对 Tr1,Tr2发射结适当加入正偏压
⑥ 非线性失真 —交叉失真 （或交越失真）
●
●
●
●
●
① OTL电路
i) 类型,同型管，异型管
● 共同点,① 有公共负载 RL
② 有两个电源 VCC
● 不同点,同型管构成的需两个激励源异型管构成的只需一个激励源
2.无输出变压器的互补推挽功放
ii)互补对称的 OTL电路及工作原理
互补对称的 OTL电路原理,图解分析● ●
iii) OTL电路存在的问题直接耦合导致工作点漂移措施,a)在末级两管射极加入反馈电阻存在交叉失真采用形式,a) R与 D1,D2串联，使 VB2B3≥VBE2(on)+VBE3(on)
难选择到互补对称管措施,采用复合管替代末级互补对称管
b)采用两级电压并联负反馈加一电阻 R,R两端并联一只大容量的交流旁路电容，以保证 R两端无交流压降，只有直流压降
c) 恒压偏置电路
b)
措施,可在两管 B2～ B3之间加适当正偏压
●
●
●
不能充分利用末级互补对称管原因,推动级 T1工作在甲类,ROL=R3>RΩ=R3//Ri3
措施,引入自举电路，使 RΩ>ROL
iv) 实际 OTL电路举例 （准互补对称的 OTL电路）
电路,优点
a)克服工作点漂移加负反馈电阻 R10,R11改善热稳定
▲ 采取两级电压并联负反馈
T6,R4,Rw构成恒压偏置，
克服交叉失真用复合管替代互补对称管，
克服选管困难引入自举电路,克服不能充分利用末级互补对称管
▲
b)
c)
d)
●
●
●
V)能量估算注意,RL为交流负载,
Vi)调整静态 VA= （ 调 R1,R3 ）
波形出现交叉失真（调 RP）
2
CC
D
L
2
π
VP
R
2
CC
0
L
2
π
VP
R
●
●
●
●
●
●
2
CC
0 m a x
L2
VP
R
其 中
CC
2
V
ii) 原理 （与 OTL电路相同）
iii)与 OTL不同：
a)负载支路中去掉了一个大电容 CL改成双电源正负 供电
b)调整：静态时,使 VA= 0V,IL=0
② OCL电路
i)电路
CCV
c)能量估算时，电源 用 替代即可
CCV? CCV
1,电路
2,原理三、桥式推挽功率放大器 (BTL)
3,优缺点优点
a)提高电源利用率
b)适合低电源工作缺点
a)电路难以对称
b)转换效率低
c)输入输出均勿接地点
●
●
静态时 v0＝ 0
当输入 vi时，在负载上输出 v0＝ 2vi
4.结论在电路参数相同情况下，它比 OTL（或 OCL）电路输出电压幅值增大两倍，输出功率增大四倍
1.集成电路要求与特点要求,①大电容，大电阻，电感外接构成：
四、集成功放及应用实例
③晶体管数目不限
②二极管用晶体管连接替代
2.举例：集成功率芯片例一 5G37集成芯片
● 内部电路框图工作原理
T1,T2复合射随器
T3,T4为复合管，作为推动级
T5～ T7提供输出级静态工作偏置
T8～ T12为末级准互补推挽 OTL功放
●
●
＊ 例二 DG4100集成芯片内部电路●
DG4100电路框图工作原理
T1,T2差分输入级
T3,R4,R5,T5组成分压电路
T4,T7两级电流串联负反馈放大器
T5,T6有源负载
T8～ T14互补对称 OTL功放
●
●
3.应用实例
①用 5G37实现电视伴音功率放大器
②用 5G37组成 BTL电路
③用 LM380实现 5W高频功放
④用 TDA2020实现 20W高频功放五、宽带高频功放和功率合成技术
1.传输线变压器结构性能
①结构与性能
●
●
②工作原理,(1:1倒相器为例 )
前提条件,传输线理想无损耗，终端匹配（工程上 ）
传输线变压器满足：
端口电压相等 （即 v1=v2=v）
流过传输线电流大小相等，方向相反 (i1=－ i2)
例,1,1倒相器
Ri,RL=1:1
vi=v,vo=－ v
③常用的传输线变压器
i 1,1倒相器
ii 1,1平衡与不平衡变换器
a)1,1平衡变不平衡变换器
b) 1,1不平衡变平衡变换器
iii m,1传输线变压器
n,n个 1,1个 理想传输线变压器 (n=0,1,2,…)
“1”,一根导线一般构成原则,n个 1,1理想传输线变压器与一根短路线 始端相串，终端相并 构成 m,1传输线变压器
iv 1,m传输线变压器 m=(1+n)2
一般构成原则,n个 1,1理想传输线变压器与一根短路线 始端相并，终端相串 构成 1,m的传输线变压器
m=(1+n)
2 其中
④存在问题：
阻抗比 不能实现 任意比值频带宽，谐波分量多,导致非线性失真 可用平衡推挽电路抵消偶次谐波分量
2,宽带功率合成技术
② 特点：
若有几个功放，每个功放对负载提供功率为 P,则 n
个功放对负载提供功率为 nP
n个功放之间彼此相互隔离，若其中一个损坏，不影响其他功放正常工作
① 宽带功率合成的涵义用传输线变压器构成混合网络（即用 4,1或 1,1
传输线变压器构成混合的网络称为 魔 T型网络 ）作为功率放大器的级间耦合网络或多级这样放大器级连 实现功率合成或分配的技术 。
●
●
●
●
③ 魔 T型网络
i 用 4,1或 1,4传输线变压器 构成的 魔 T型网络
a) 结构
b) 理想魔 T网络条件设 1,4或 4,1特性阻抗为 R,则理想 魔 T网络满足
AB
C
D
2
2
R R R
R
R
RR
有四个端口 A,B,C、
D，各端负载电阻为
RA,RB,RC和平衡电阻 RD
C端称和端（ ∑）
D端称差端（ Δ）又称平衡端
●
●
魔 T网络等效为：
ii 用两个 1,1传输线变压器构成的 魔 T网络
a) 结构
b) 理想魔 T网络条件设 1,1传输线变压器的特性阻抗为 R,则 理想魔 T网络满足
iii) 理想魔 T网络性能示意图：
a)功率合成同相功率合成反相功率合成
b) 功率分配同相功率分配反相功率分配根据分配原理还可实现三分配、六分配等，也可实现四分配、八分配等
AB
CD 2
R R R
RRR
●
●
●
●
iv) 举例：有一个内阻为 Rg的信号源 vg,试设计一个三
● 用三个魔 T络构成。
● Tr2,Tr3魔 T网络,A,B端负载是不同，流过电流也不同。
设计一,
▲ 设计考虑
● 因是同相分配器，
功率分配器。
所以应将信号源加到魔 T网络的 C端则：
设计二：
试用 1,1传输线变压器构成的魔 T网络设计一个功率三分配器。（请同学课后设计）
2 3 L
1L
SL
3
3
1
3
R R R
4
RR
RR
▲ 确定各电阻值
2 2 3 3A B A B LR R R R
上图中
§ 1-3 谐振功率放大器一,概述二、丙类谐振功率放大器三,丙类谐振功放工作状态的分析四、谐振功率放大器线路五、晶体管倍频器
*六、高效率功率放大器
§ 1-3 谐振功率放大器
1.引入谐振功放的必要性
2.谐振功率放大器的分类：
● 线性 谐振功放 ( 或 或 )
放大已调幅波
● 丙类 谐振功放 ( )
放大高频等幅波 —— 载波、调频 波、调相波等
● 高效率功放（,功率管工作在开关状态）
一,概述二、丙类谐振功率放大器
1,原理电路及各元件作用
● 原理电路
Lr,Cr,输出并谐回路谐振电阻
C1,C2,高频旁路电容与隔直作用
● Lr,Cr并谐回路的作用,选频；完成阻抗匹配
● 实际电路输入回路中 有输入谐振回路 L1C1，并联 谐振电阻为 Re1
Re
s sm co svt V
2.工作原理：
① 在 vs产生激励电流为 is=Ismcosωt作用下,看各极电压电流波形,
● ic的波形为一串余弦脉冲
c 0 c m a x 0 ()Ii
……
c n m c m a x n ()Ii
0 1 n,… …
称为电流分解分数
● ib的波形为一串余弦脉冲
● 工作原理描述：在 is为余弦信号的激励下，丙类谐振
● vce的波形为余弦波因负载是具有选频作用的 Lr,Cr并谐回路；
所以 vce =Vcm cosωt （其中 Vcm= Ic1mRe）
其中功放的 ib,ic均是余弦脉冲，而 vb,vc是完整的余弦波。
（因为输入输出均为 LC选频网络）
● 管外特性方程,
b m s m b lm e l
C m C lm e
()V I I R
V I R
C E C C c m c o svtVV
● vb的波形为余弦波
vBE=VBB+vb=VBB+(Ism-Ib1m)Re1cosωt =VBB+Vbmcosωt
b s m b lm e l( ) c o sv I I R ts s m c o si I t
② 结论,
3,能量关系
●
●
●
●
● 若,则90?=
10
119 0 9 0
2（ ） =,（ ） =
1?（ ）g
称波形系数，
1 90 2
（ ） =g
C D 0P P P
0c 0 1 1
D
11( ) / ( ) ( )
22
P g
P
三,丙类谐振功放工作状态的分析
1.工作状态的 划分方法
2.如何求 动态线
① 依据,管外特性方程
② 方法,近似静态特性分析方法
③ 动态线与 波形,
● 定义：若 不变，放大器随 变化 的特性
④ 结论,
● 动态线 由一根曲线（因负载是电抗性质）与一根线段构成,动态线与横轴交在小于 VCC地方（因 ）
● 集电极电流 是一 串 余弦脉冲（或一串凹陷脉冲）
● 过压状态 电流出现凹陷原因 是集电极负载是谐振回路所致
3.工作状态分析讨论 对工作状态的影响
① 负载特性
90
C C B B b m e c m、,,（ 或 ）V V V R V
称为负载特性。
C C B B b m、,V V V eR
● 负载特性分析
● 画出负载特性曲线：
● 结论：实际负载应取在弱过压状态。 （因 趋近可见 Ic1m,IC0在欠压区下降慢，在过压区明显下降； Vcm变化趋势却相反最小值，功率管最安全,仍提高,P0
也较大）
② 调制特性
i 集电极的调制特性
● 定义,若 不变，放大器随 的变化特性。
● 集电极调制特性 分析
● 画出调制特性曲线
● 结论,
欲想改变 VCC能有效控制 VCm实现集电极调制,则放大器应 工作在过压状态 ；
集电极调制特性 是实现集电极调幅的原理依据 。
（集电极调幅参阅高电平调制电路）
ii 基极的调制特性
● 定义,若 不变，放大器随 的变化特性。
● 基极调制特性 分析
● 画出调制特性曲线改变 欲想有效控制 实现基极调制，则放大器应工作在欠压状态；
基极调制特性是 实现基极调幅的原理依据 。（因基极调幅非线性失真大；需激励信号功率大；所以一般不采用）
● 结论,
iii 集电极调幅与基极调幅
a) 集电极调幅电路,；丙类谐振功放的集电极调制特性是实现集电极调幅的原理依据。
BBV bmV
C C C C +t v t?（ ） ＝ （ ）VV
▲ 电压电流波形
▲ 电路工作原理
▲ 平均功率
b) 基极调幅电路
▲ 电路与工作原理其中 (PD)0,(PO)0,(PC)0是载波状态功率;丙类谐振功放的基极调制是基极调幅的原理依据
③ 放大特性定义：若 VCC,VBB,Re不变，放大器随 Vbm变化特性。
▲ 平均功率式中 (PD)0,(P0)0,(PC)0是载波状态平均功率
●
● 放大特性分析
● 画出放大特性曲线
● 结论欲想改变 Vbm有效控制 Vcm实现放大,则放大器 应工作在欠压状态 ；它可以放大高频等幅波（载波、调频波、调相波）
欲想改变 Vbm，使 Vcm基本不变 实现限幅,则放大器应 工作在过压状态 。
四、谐振功率放大器线路
1,直流馈电馈电原则：
● 对直流呈短路
● 对基波分量呈现最大阻抗
① 集电极馈电 （串馈、并馈）
若功率管 C-E结、,LC回路三者是串联 (或并联 )，
则称为集电极串馈（或并馈）电路
● 集电极 串、并馈
● 对其他谐波分量基本呈现短路
● 按电流流通路径划分馈电电路形式集电极馈电电路基电极馈电电路电路形式
● 串并馈电电路的异同点
ii 不同点：
并馈,LC回路两端均是直流低电位端，且有一端接地；
串馈,LC回路两端均是直流高电位端，且没有一端接地；
馈电附加元件（ LC,）
并馈,LC,加在 LC回路高电位端，造成分布参数并到 LC回路上，影响频率稳定。
串馈,LC,加在 LC回路低电位端，不影响频率稳定。
▲
▲
CC
CC
CC
▲
▲
i 共同点：
供电效果相同；
均是接在高频电位的地电位端。
● 常用基极馈电电路
② 基极馈电若功率管的发射结,vi,VBB三者是串联（或并联），
则称为基极串馈（或并馈）电路。
● 基极 馈电形式,有串馈与并馈两种形式
③ 自给反偏压电路的作用
● 放大器中引入自给反偏压是稳定工作点。
● 丙类谐振功放引入基极自给反偏压是稳定工作状态，克服非线性失真
● 振荡器中自给偏压的作用是稳定输出电压的振幅。
● 切不可在乙类变压器耦合推挽功率放大电路或线性谐振 功
2,匹配网络
① 对输出匹配网络的要求
● 将外接 RL 转化成功率管集电极要求的匹配负载 Re。
● 选出基波分量，滤除谐波分量。用,描述滤波性能。
率放大电路中加自给反偏压电路，否则可能导致非线性失真
n? K
② 设计 LC匹配网络的基本依据 ——串并支路阻抗变换公式
③ 常用匹配网络设计
i L形匹配网络
● 定义：用两个异型电抗连接成 L形
● 结构：
p
sp2
e
p
sp
2
e
s
e
s
()
()
R
R = R
1 + Q
X
X = X
1
1+
Q
X
Q=
R
2
p s e s
p s s2
e
p
e
p
()
()
R = R 1 + Q R
1
X = X 1 + X
Q
R
Q=
X
ii） π形匹配网络设计
● 定义：用两个同性抗和一个异性抗连接成 π形网络。
● 结构：
● 设计举例：（如图所示 L形网络，已知,且求 xs,xp） LeR > RLe
及RR
● 设计实现的条件
π型变成二个 L形第二个 L形 把 RL变换为假想电阻 Rs
第一个 L形 把 RS变换为匹配电阻 Re
（ a） 变换原则
（ b） 设计方法已知,RL,Re,求实现条件,；
已知,确定，但,不是唯一的选择，可以合理组合使,达到最佳状态的匹配网络，所以 π型网络得到广泛应用。
● 结论：
n k
s p 1 p 2、,X X X
iii T形匹配网络设计
● 定义：用两个同性质的电抗与一个异 形电 抗连接成 T形 网络
● 结构形式：
● 设计与实现条件：
a） 设计原则第二个 L形 假想电阻第一个 L形 匹配电阻
T形 两个 L
形若串臂为两个同性电抗，则并臂分成两个同性电抗若半臂为异性电抗，则并臂分成两个异性电抗
● 结论：
b） 设计方法,已知,,求实现条件,；
已知,确定，但,不是唯一的选择，可以合理组合，使达到最佳状态、所以滤波性能好，得到了广泛应用。
* iv） 互感耦合双调谐回路
（ r‘是 RL反映到一次回路等效电阻）
● 互感耦合双调谐回路如下图所示
2e e2
L
11R QR
nK、
● 设计思想方法求,L1,C1,L2,C2
已知,RL,Re,ω,耦合系数 k,为了兼顾回路效率
k n e 1
12
,1 0 1 5, MQk
LL
与 可 选
2
1 e e 1
1 1 2 2
1
L R R R Q
R M L C L C
先 把,串 联 并 联 （ + ）,从 中 确 定
e 1 k n,QM因 为,选 择 到 合 适 的 组 合,可 获 得 为 最 佳 状态,故 得 到 广 泛 应 用
3,谐振功放应用实例例一 50MHz,25W谐振功放例二 160MHz,10W谐振功放例三 175MHz,10W VMOS管谐振功放例四 470MHz,4～ 14W 谐振功放
4,功率放大器调谐和调整
① 调谐调谐是把负载回路调到谐振状态为保护晶体管,把电源电压降到 ～,使放大器在过压状态下进行调谐,并适当减小输入激励信号幅度,待调好后再一一恢复到额定值 。
cc13V cc12V
●
●
调谐电路举例●
电路方法
▲
▲
五、晶体管倍频器
1,倍频器类型
● 晶体管倍频器（几十 MHz以下）
● 参量倍频（ 100兆周以上）
2,晶体管倍频原理电路、工作状态及其特点
● 与丙类谐振功放相似
● 不同点在于 LrCr谐振在
② 工作状态,
a）需很大的激励功率，使功率管增益明显下降
b）晶体管进入饱和区输出阻抗明显降低，致使
● 应工作在欠压或临界状态
● 一般不工作在过压状态的 原因,
① 电路,
rr
1n LC
下降，严重影响滤波能力
③ 特点,
● 谐振在 nωs上,n 不宜过大，否则电流太小
● LC选频网络选出 nωs分量，滤除大于或小于 nωs的分量，
若若
● 高的倍频可以用 n个二倍频或三倍频电路级连
● 采用推挽电路：
a） 若输出电流差分，可实现奇数倍频
b） 若输出电流之和，可实现偶数倍频
④ 电路,
LC回路难以选择，所以 n一般为 2或 3。
要求滤波条件苛刻。 n一般采取 2或 3，不宜过大，
否则会导致：
*六、高效率功率放大器
1.丁类功率放大器
① 电压开关型电路
● 电路 ● 工作原理：主要波形如下
● 功率与效率
2
C C C E ( s a t )
0 L m L m 2
CC
D C C C C C E ( s a t )2
C E ( s a t )0
C C C C E ( s a t )
D C C C C
2 ( )1
2
( 2 )
21
( 2 ) 1
L
L
V - 2 V
P = V I
R
2V
P V I V V
R
VP
η VV
P V V
② 电流开关型电路
● 电路
● 工作原理：
主要波形 ● 功率与效率 2 2cm
0D
D C C D
C C C E ( sa t )0
C
D C C
8
2
L
L
'
'?
V
P = I R
R
P V I
VVP
η
PV
2.戊类功率放大器
● 电路 ● 工作原理：
各类波形
§ 1-1 功率放大器概述
§ 1-2 非谐振功率放大器
§ 1-3 谐振功率放大器一、功放的任务与功率管安全工作条件
§ 1-1 功率放大器概述第一章 功率放大器二、功率放大器的分类三、功率放大器能量关系一、功放的任务与功率管安全工作条件
§ 1-1 功率放大器概述
PCmax≤PCM vCEmax≤V (BR)CEO
iCmax≤ICM
第一章 功率放大器任务：功率管在安全工作的条件下，非线性失真在允许的范围内，高效率地输出大的功率。
功率管安全工作的条件
1.
2.
二、功率放大器的分类
1.按负载性质划分
① 非谐振功放（ 纯电阻性负载 ） ② 谐振功放（ 电抗性负载 ）
2.按流通角划分
甲类功放
● 电源供给功率
● 集电极输出功率
● 集电极平均管耗
● 集电极效率
● 变压器传输效率
● 放大器效率三、功率放大器能量关系丙类高效率功放管子工作在开关状态
●
●乙类功放甲乙类功放
●
●
一,变压器耦合甲类单管功率放大器
§ 1-2 非谐振功率放大器二、乙类推挽功率放大器三、桥式推挽功率放大器 (BTL)
四、集成功放及应用实例五、宽带高频功放和功率合成技术一,变压器耦合甲类单管功率放大器
§ 1-2 非谐振功率放大器各元件的作用交流负载 RL’
▲ 若 RT1=RT2=0,
▲ 若 RT1 ≠ 0,RT2≠0
与交流放大器的区别原理电路●
●
●
●
则 RL’=n2RL,
ηT=100%
（ 或 其中有一不为零）,
RL’= RT1+n2 （ RT2+RL）
2.图解分析
i) 确定工作点 Q
B B 1 B 2?R R R∥
i) 匹配,工作点 Q处在交流负载线的中心充分激励 （不匹配）：工作点确定 → 为获得最大输出功 P ‘omax (不失真 ) → 对应最大激励信号时的状态
iii) 匹配并充分激励,最大输出功率 Pomax> P ‘
① 匹配、充分激励的概念
ii)
a) 求
② 分析其中,
omax
（或 ）
b) 直流负载线
● 设 RT1=0,RE≈0即 ROL≈0
● VCEQ=VCC-ICQ(RT1+RE) ≈VCC（ 直线 AB）
● 设 Q处在交流负载线中点（即匹配）
ii) 交流负载线
vCE=VCEQ-IcmRL’ sinωt
iii) 画出波形
iv) 写出 ic,vCE 表达式其中,Vcm=IcmRL'
电压利用系数 （匹配充分激励时,ξ=1）
(直线 CD)
c C Q C m si ni I I t
C E C C c mVV s invt
●
●
电源供给功率集电极输出功率集电极平均管耗集电极效率
3,能量估算
■
■
■
■
① 一旦电路确定，甲类单管功放 PD为恒值。
4,结论
② 匹配情况下，匹配负载值是唯一的；在匹配并充分激励的情况下，
若 vi=0,则 Pcmax=PD
③ PO大小与交流负载 RL’ 及 工作点 Q有关
④ 欲想提高 Pomax主要受到 PCM限制
Pcmax=PD=2Pomax≤PCM→ Pomax= Pcmax≤ PCM
问题：功率小、损耗大、效率低
▲ 为保证输出电路波形不失真，应采用推挽电路形式
5.甲类单管功放存在问题及解决途径原因：工作点设置太高解决思想方法：
■
■
■
1.变压器耦合乙类推挽电路二、乙类推挽功率放大器
① 原理电路及元件作用电路结构特点
Tr2变压器上下感应原理
●
●
▲ 工作点 乙类工作状态
② 工作原理在正弦信号激励下，基极、集电极的电流均是半个令 VBE(on)=0,若 v>VBE(on),T导通,若 v<VBE(on),T截止正弦波,而集电极电压与负载电流均是完整的正弦波。
Tr1完成两管交替导通,Tr2完成上下波形的合成，
形成完整的正弦波。
●
●
③ 图解分析提高 P0max主要受到 VBR(CEO)
和 ICM的限制
⑤ 安全工作条件放大器总效率
④ 能量估算
●
●
●
⑦ 存在问题及解决途径问题：
解决途径去掉 Tr2 → OTL电路现象原因,设 VBE(on)=0,实际 VBE(on)≠0
措施,对 Tr1,Tr2发射结适当加入正偏压
⑥ 非线性失真 —交叉失真 （或交越失真）
●
●
●
●
●
① OTL电路
i) 类型,同型管，异型管
● 共同点,① 有公共负载 RL
② 有两个电源 VCC
● 不同点,同型管构成的需两个激励源异型管构成的只需一个激励源
2.无输出变压器的互补推挽功放
ii)互补对称的 OTL电路及工作原理
互补对称的 OTL电路原理,图解分析● ●
iii) OTL电路存在的问题直接耦合导致工作点漂移措施,a)在末级两管射极加入反馈电阻存在交叉失真采用形式,a) R与 D1,D2串联，使 VB2B3≥VBE2(on)+VBE3(on)
难选择到互补对称管措施,采用复合管替代末级互补对称管
b)采用两级电压并联负反馈加一电阻 R,R两端并联一只大容量的交流旁路电容，以保证 R两端无交流压降，只有直流压降
c) 恒压偏置电路
b)
措施,可在两管 B2～ B3之间加适当正偏压
●
●
●
不能充分利用末级互补对称管原因,推动级 T1工作在甲类,ROL=R3>RΩ=R3//Ri3
措施,引入自举电路，使 RΩ>ROL
iv) 实际 OTL电路举例 （准互补对称的 OTL电路）
电路,优点
a)克服工作点漂移加负反馈电阻 R10,R11改善热稳定
▲ 采取两级电压并联负反馈
T6,R4,Rw构成恒压偏置，
克服交叉失真用复合管替代互补对称管，
克服选管困难引入自举电路,克服不能充分利用末级互补对称管
▲
b)
c)
d)
●
●
●
V)能量估算注意,RL为交流负载,
Vi)调整静态 VA= （ 调 R1,R3 ）
波形出现交叉失真（调 RP）
2
CC
D
L
2
π
VP
R
2
CC
0
L
2
π
VP
R
●
●
●
●
●
●
2
CC
0 m a x
L2
VP
R
其 中
CC
2
V
ii) 原理 （与 OTL电路相同）
iii)与 OTL不同：
a)负载支路中去掉了一个大电容 CL改成双电源正负 供电
b)调整：静态时,使 VA= 0V,IL=0
② OCL电路
i)电路
CCV
c)能量估算时，电源 用 替代即可
CCV? CCV
1,电路
2,原理三、桥式推挽功率放大器 (BTL)
3,优缺点优点
a)提高电源利用率
b)适合低电源工作缺点
a)电路难以对称
b)转换效率低
c)输入输出均勿接地点
●
●
静态时 v0＝ 0
当输入 vi时，在负载上输出 v0＝ 2vi
4.结论在电路参数相同情况下，它比 OTL（或 OCL）电路输出电压幅值增大两倍，输出功率增大四倍
1.集成电路要求与特点要求,①大电容，大电阻，电感外接构成：
四、集成功放及应用实例
③晶体管数目不限
②二极管用晶体管连接替代
2.举例：集成功率芯片例一 5G37集成芯片
● 内部电路框图工作原理
T1,T2复合射随器
T3,T4为复合管，作为推动级
T5～ T7提供输出级静态工作偏置
T8～ T12为末级准互补推挽 OTL功放
●
●
＊ 例二 DG4100集成芯片内部电路●
DG4100电路框图工作原理
T1,T2差分输入级
T3,R4,R5,T5组成分压电路
T4,T7两级电流串联负反馈放大器
T5,T6有源负载
T8～ T14互补对称 OTL功放
●
●
3.应用实例
①用 5G37实现电视伴音功率放大器
②用 5G37组成 BTL电路
③用 LM380实现 5W高频功放
④用 TDA2020实现 20W高频功放五、宽带高频功放和功率合成技术
1.传输线变压器结构性能
①结构与性能
●
●
②工作原理,(1:1倒相器为例 )
前提条件,传输线理想无损耗，终端匹配（工程上 ）
传输线变压器满足：
端口电压相等 （即 v1=v2=v）
流过传输线电流大小相等，方向相反 (i1=－ i2)
例,1,1倒相器
Ri,RL=1:1
vi=v,vo=－ v
③常用的传输线变压器
i 1,1倒相器
ii 1,1平衡与不平衡变换器
a)1,1平衡变不平衡变换器
b) 1,1不平衡变平衡变换器
iii m,1传输线变压器
n,n个 1,1个 理想传输线变压器 (n=0,1,2,…)
“1”,一根导线一般构成原则,n个 1,1理想传输线变压器与一根短路线 始端相串，终端相并 构成 m,1传输线变压器
iv 1,m传输线变压器 m=(1+n)2
一般构成原则,n个 1,1理想传输线变压器与一根短路线 始端相并，终端相串 构成 1,m的传输线变压器
m=(1+n)
2 其中
④存在问题：
阻抗比 不能实现 任意比值频带宽，谐波分量多,导致非线性失真 可用平衡推挽电路抵消偶次谐波分量
2,宽带功率合成技术
② 特点：
若有几个功放，每个功放对负载提供功率为 P,则 n
个功放对负载提供功率为 nP
n个功放之间彼此相互隔离，若其中一个损坏，不影响其他功放正常工作
① 宽带功率合成的涵义用传输线变压器构成混合网络（即用 4,1或 1,1
传输线变压器构成混合的网络称为 魔 T型网络 ）作为功率放大器的级间耦合网络或多级这样放大器级连 实现功率合成或分配的技术 。
●
●
●
●
③ 魔 T型网络
i 用 4,1或 1,4传输线变压器 构成的 魔 T型网络
a) 结构
b) 理想魔 T网络条件设 1,4或 4,1特性阻抗为 R,则理想 魔 T网络满足
AB
C
D
2
2
R R R
R
R
RR
有四个端口 A,B,C、
D，各端负载电阻为
RA,RB,RC和平衡电阻 RD
C端称和端（ ∑）
D端称差端（ Δ）又称平衡端
●
●
魔 T网络等效为：
ii 用两个 1,1传输线变压器构成的 魔 T网络
a) 结构
b) 理想魔 T网络条件设 1,1传输线变压器的特性阻抗为 R,则 理想魔 T网络满足
iii) 理想魔 T网络性能示意图：
a)功率合成同相功率合成反相功率合成
b) 功率分配同相功率分配反相功率分配根据分配原理还可实现三分配、六分配等，也可实现四分配、八分配等
AB
CD 2
R R R
RRR
●
●
●
●
iv) 举例：有一个内阻为 Rg的信号源 vg,试设计一个三
● 用三个魔 T络构成。
● Tr2,Tr3魔 T网络,A,B端负载是不同，流过电流也不同。
设计一,
▲ 设计考虑
● 因是同相分配器，
功率分配器。
所以应将信号源加到魔 T网络的 C端则：
设计二：
试用 1,1传输线变压器构成的魔 T网络设计一个功率三分配器。（请同学课后设计）
2 3 L
1L
SL
3
3
1
3
R R R
4
RR
RR
▲ 确定各电阻值
2 2 3 3A B A B LR R R R
上图中
§ 1-3 谐振功率放大器一,概述二、丙类谐振功率放大器三,丙类谐振功放工作状态的分析四、谐振功率放大器线路五、晶体管倍频器
*六、高效率功率放大器
§ 1-3 谐振功率放大器
1.引入谐振功放的必要性
2.谐振功率放大器的分类：
● 线性 谐振功放 ( 或 或 )
放大已调幅波
● 丙类 谐振功放 ( )
放大高频等幅波 —— 载波、调频 波、调相波等
● 高效率功放（,功率管工作在开关状态）
一,概述二、丙类谐振功率放大器
1,原理电路及各元件作用
● 原理电路
Lr,Cr,输出并谐回路谐振电阻
C1,C2,高频旁路电容与隔直作用
● Lr,Cr并谐回路的作用,选频；完成阻抗匹配
● 实际电路输入回路中 有输入谐振回路 L1C1，并联 谐振电阻为 Re1
Re
s sm co svt V
2.工作原理：
① 在 vs产生激励电流为 is=Ismcosωt作用下,看各极电压电流波形,
● ic的波形为一串余弦脉冲
c 0 c m a x 0 ()Ii
……
c n m c m a x n ()Ii
0 1 n,… …
称为电流分解分数
● ib的波形为一串余弦脉冲
● 工作原理描述：在 is为余弦信号的激励下，丙类谐振
● vce的波形为余弦波因负载是具有选频作用的 Lr,Cr并谐回路；
所以 vce =Vcm cosωt （其中 Vcm= Ic1mRe）
其中功放的 ib,ic均是余弦脉冲，而 vb,vc是完整的余弦波。
（因为输入输出均为 LC选频网络）
● 管外特性方程,
b m s m b lm e l
C m C lm e
()V I I R
V I R
C E C C c m c o svtVV
● vb的波形为余弦波
vBE=VBB+vb=VBB+(Ism-Ib1m)Re1cosωt =VBB+Vbmcosωt
b s m b lm e l( ) c o sv I I R ts s m c o si I t
② 结论,
3,能量关系
●
●
●
●
● 若,则90?=
10
119 0 9 0
2（ ） =,（ ） =
1?（ ）g
称波形系数，
1 90 2
（ ） =g
C D 0P P P
0c 0 1 1
D
11( ) / ( ) ( )
22
P g
P
三,丙类谐振功放工作状态的分析
1.工作状态的 划分方法
2.如何求 动态线
① 依据,管外特性方程
② 方法,近似静态特性分析方法
③ 动态线与 波形,
● 定义：若 不变，放大器随 变化 的特性
④ 结论,
● 动态线 由一根曲线（因负载是电抗性质）与一根线段构成,动态线与横轴交在小于 VCC地方（因 ）
● 集电极电流 是一 串 余弦脉冲（或一串凹陷脉冲）
● 过压状态 电流出现凹陷原因 是集电极负载是谐振回路所致
3.工作状态分析讨论 对工作状态的影响
① 负载特性
90
C C B B b m e c m、,,（ 或 ）V V V R V
称为负载特性。
C C B B b m、,V V V eR
● 负载特性分析
● 画出负载特性曲线：
● 结论：实际负载应取在弱过压状态。 （因 趋近可见 Ic1m,IC0在欠压区下降慢，在过压区明显下降； Vcm变化趋势却相反最小值，功率管最安全,仍提高,P0
也较大）
② 调制特性
i 集电极的调制特性
● 定义,若 不变，放大器随 的变化特性。
● 集电极调制特性 分析
● 画出调制特性曲线
● 结论,
欲想改变 VCC能有效控制 VCm实现集电极调制,则放大器应 工作在过压状态 ；
集电极调制特性 是实现集电极调幅的原理依据 。
（集电极调幅参阅高电平调制电路）
ii 基极的调制特性
● 定义,若 不变，放大器随 的变化特性。
● 基极调制特性 分析
● 画出调制特性曲线改变 欲想有效控制 实现基极调制，则放大器应工作在欠压状态；
基极调制特性是 实现基极调幅的原理依据 。（因基极调幅非线性失真大；需激励信号功率大；所以一般不采用）
● 结论,
iii 集电极调幅与基极调幅
a) 集电极调幅电路,；丙类谐振功放的集电极调制特性是实现集电极调幅的原理依据。
BBV bmV
C C C C +t v t?（ ） ＝ （ ）VV
▲ 电压电流波形
▲ 电路工作原理
▲ 平均功率
b) 基极调幅电路
▲ 电路与工作原理其中 (PD)0,(PO)0,(PC)0是载波状态功率;丙类谐振功放的基极调制是基极调幅的原理依据
③ 放大特性定义：若 VCC,VBB,Re不变，放大器随 Vbm变化特性。
▲ 平均功率式中 (PD)0,(P0)0,(PC)0是载波状态平均功率
●
● 放大特性分析
● 画出放大特性曲线
● 结论欲想改变 Vbm有效控制 Vcm实现放大,则放大器 应工作在欠压状态 ；它可以放大高频等幅波（载波、调频波、调相波）
欲想改变 Vbm，使 Vcm基本不变 实现限幅,则放大器应 工作在过压状态 。
四、谐振功率放大器线路
1,直流馈电馈电原则：
● 对直流呈短路
● 对基波分量呈现最大阻抗
① 集电极馈电 （串馈、并馈）
若功率管 C-E结、,LC回路三者是串联 (或并联 )，
则称为集电极串馈（或并馈）电路
● 集电极 串、并馈
● 对其他谐波分量基本呈现短路
● 按电流流通路径划分馈电电路形式集电极馈电电路基电极馈电电路电路形式
● 串并馈电电路的异同点
ii 不同点：
并馈,LC回路两端均是直流低电位端，且有一端接地；
串馈,LC回路两端均是直流高电位端，且没有一端接地；
馈电附加元件（ LC,）
并馈,LC,加在 LC回路高电位端，造成分布参数并到 LC回路上，影响频率稳定。
串馈,LC,加在 LC回路低电位端，不影响频率稳定。
▲
▲
CC
CC
CC
▲
▲
i 共同点：
供电效果相同；
均是接在高频电位的地电位端。
● 常用基极馈电电路
② 基极馈电若功率管的发射结,vi,VBB三者是串联（或并联），
则称为基极串馈（或并馈）电路。
● 基极 馈电形式,有串馈与并馈两种形式
③ 自给反偏压电路的作用
● 放大器中引入自给反偏压是稳定工作点。
● 丙类谐振功放引入基极自给反偏压是稳定工作状态，克服非线性失真
● 振荡器中自给偏压的作用是稳定输出电压的振幅。
● 切不可在乙类变压器耦合推挽功率放大电路或线性谐振 功
2,匹配网络
① 对输出匹配网络的要求
● 将外接 RL 转化成功率管集电极要求的匹配负载 Re。
● 选出基波分量，滤除谐波分量。用,描述滤波性能。
率放大电路中加自给反偏压电路，否则可能导致非线性失真
n? K
② 设计 LC匹配网络的基本依据 ——串并支路阻抗变换公式
③ 常用匹配网络设计
i L形匹配网络
● 定义：用两个异型电抗连接成 L形
● 结构：
p
sp2
e
p
sp
2
e
s
e
s
()
()
R
R = R
1 + Q
X
X = X
1
1+
Q
X
Q=
R
2
p s e s
p s s2
e
p
e
p
()
()
R = R 1 + Q R
1
X = X 1 + X
Q
R
Q=
X
ii） π形匹配网络设计
● 定义：用两个同性抗和一个异性抗连接成 π形网络。
● 结构：
● 设计举例：（如图所示 L形网络，已知,且求 xs,xp） LeR > RLe
及RR
● 设计实现的条件
π型变成二个 L形第二个 L形 把 RL变换为假想电阻 Rs
第一个 L形 把 RS变换为匹配电阻 Re
（ a） 变换原则
（ b） 设计方法已知,RL,Re,求实现条件,；
已知,确定，但,不是唯一的选择，可以合理组合使,达到最佳状态的匹配网络，所以 π型网络得到广泛应用。
● 结论：
n k
s p 1 p 2、,X X X
iii T形匹配网络设计
● 定义：用两个同性质的电抗与一个异 形电 抗连接成 T形 网络
● 结构形式：
● 设计与实现条件：
a） 设计原则第二个 L形 假想电阻第一个 L形 匹配电阻
T形 两个 L
形若串臂为两个同性电抗，则并臂分成两个同性电抗若半臂为异性电抗，则并臂分成两个异性电抗
● 结论：
b） 设计方法,已知,,求实现条件,；
已知,确定，但,不是唯一的选择，可以合理组合，使达到最佳状态、所以滤波性能好，得到了广泛应用。
* iv） 互感耦合双调谐回路
（ r‘是 RL反映到一次回路等效电阻）
● 互感耦合双调谐回路如下图所示
2e e2
L
11R QR
nK、
● 设计思想方法求,L1,C1,L2,C2
已知,RL,Re,ω,耦合系数 k,为了兼顾回路效率
k n e 1
12
,1 0 1 5, MQk
LL
与 可 选
2
1 e e 1
1 1 2 2
1
L R R R Q
R M L C L C
先 把,串 联 并 联 （ + ）,从 中 确 定
e 1 k n,QM因 为,选 择 到 合 适 的 组 合,可 获 得 为 最 佳 状态,故 得 到 广 泛 应 用
3,谐振功放应用实例例一 50MHz,25W谐振功放例二 160MHz,10W谐振功放例三 175MHz,10W VMOS管谐振功放例四 470MHz,4～ 14W 谐振功放
4,功率放大器调谐和调整
① 调谐调谐是把负载回路调到谐振状态为保护晶体管,把电源电压降到 ～,使放大器在过压状态下进行调谐,并适当减小输入激励信号幅度,待调好后再一一恢复到额定值 。
cc13V cc12V
●
●
调谐电路举例●
电路方法
▲
▲
五、晶体管倍频器
1,倍频器类型
● 晶体管倍频器（几十 MHz以下）
● 参量倍频（ 100兆周以上）
2,晶体管倍频原理电路、工作状态及其特点
● 与丙类谐振功放相似
● 不同点在于 LrCr谐振在
② 工作状态,
a）需很大的激励功率，使功率管增益明显下降
b）晶体管进入饱和区输出阻抗明显降低，致使
● 应工作在欠压或临界状态
● 一般不工作在过压状态的 原因,
① 电路,
rr
1n LC
下降，严重影响滤波能力
③ 特点,
● 谐振在 nωs上,n 不宜过大，否则电流太小
● LC选频网络选出 nωs分量，滤除大于或小于 nωs的分量，
若若
● 高的倍频可以用 n个二倍频或三倍频电路级连
● 采用推挽电路：
a） 若输出电流差分，可实现奇数倍频
b） 若输出电流之和，可实现偶数倍频
④ 电路,
LC回路难以选择，所以 n一般为 2或 3。
要求滤波条件苛刻。 n一般采取 2或 3，不宜过大，
否则会导致：
*六、高效率功率放大器
1.丁类功率放大器
① 电压开关型电路
● 电路 ● 工作原理：主要波形如下
● 功率与效率
2
C C C E ( s a t )
0 L m L m 2
CC
D C C C C C E ( s a t )2
C E ( s a t )0
C C C C E ( s a t )
D C C C C
2 ( )1
2
( 2 )
21
( 2 ) 1
L
L
V - 2 V
P = V I
R
2V
P V I V V
R
VP
η VV
P V V
② 电流开关型电路
● 电路
● 工作原理：
主要波形 ● 功率与效率 2 2cm
0D
D C C D
C C C E ( sa t )0
C
D C C
8
2
L
L
'
'?
V
P = I R
R
P V I
VVP
η
PV
2.戊类功率放大器
● 电路 ● 工作原理：
各类波形
