第 4章 高频谐振功率放大器
4.1 概述
4.2 高频谐振功率放大器的工作原理
4.3 高频谐振功率放大器的实际电路
4.1 概述
高频谐振功率放大器用于各种无线电发送设备中，
对高频载波或高频已调波进行功率放大。
工作状态：
A,B,AB,C； （甲、乙、甲乙、丙）
D,E,S； （ 开关型）
F,G,H ； （特殊技术 型）
目的：能够使电信号能够有效地进行远距离传输
特点：高频、大信号、非线性工作
要求：输出功率大（ PE=PO+PC）、转换效率高
窄带高频功率放大器：以谐振回路为负载，所以又称
谐振功率放大器
宽带高频功率放大器：采用非选频性负载，如传输线
变压器或其他宽带匹配电路
分析方法：折线法近似分析
4.2 高频谐振功率放大器的工作原理
特点：
1,NPN高频大功率晶体管，
高 fT；改变 UBB可以改变放
大器的工作类型；
2,大信号激励,1— 2V；
3、发射结在一个周期内只
有部分时间导通,iB,iC均
为一系列高频脉冲；
4、谐振回路作负载可以滤
除高频脉冲电流 iC中的谐波
分量，同时实现阻抗匹配。
组成,BJT,LC谐振回路、馈电电源
UCCUBB
iB
iC
uCEuBE
L
C RL
ui
VT
4.2.1 基本电路构成
4.2.2 工作原理及性能指标
忽略高频效应 ----按照低频特性分析；
忽略基区宽变效应 ----输出特性水平、
平行、等间隔；
忽略管子结电容、载流子基区渡跃时间；
忽略穿透电流 ----截止区 ICEO=0；
分析与计算大大简化，但误差也大；
理论分析与计算只是为电路参数的选择
与调整提供依据与指导，实际电路工作时需
要调整。
uCE0
ic
输出特性
uBE0
ib
UD
输
入
特
性
静
特
性
曲
线
的
折
线
近
似
转
移
特
性
uBE0
ic
UD
gm
一、特性曲线的折线化：
二、各极电流、电压波形：
tUUu
tUu
imBBBE
imi
?
?
c o s
,c o s
??
?
发射结电压为,u
BE
ib
?t
Uim
UBB
UD-?
? uBE
ib
?t
-? ?
ic
uBE
ic
?t
-? ?
图解可见,iB和 iC的都是余弦脉冲,
定义 θ 为导通角，三极管 只在（－ θ, θ）
内导通,当 θ<90o时，功率放大器工作于
丙类状态 。
越小越负越小或且
，决定和、
?
?
?
?
BBim
DBBim
im
BBD
imBBD
UU
UUU
U
UU
UUU
?
??
??
c o s
c o s
iC
?t
-? ?0
ic1
Ic1m ?t
0
uc
Uc1m ?t
0
?t
uC
E1U
CC
0
Uc1m
......2coscos 210 ???? tItIIi
i
cccc
c
??
余弦脉冲展开为傅立叶 级数：将
当 iC流过 LC谐振回路时，在回路两端
产生电压 uC。由于谐振回路的选频特性，
uC中只有基波分量幅度最大,其它频率的
信号电压幅度较小可以忽略。
设 Re—— 并联回路谐振时的等效负载
电阻,包括 BJT的输出电导和等效的 RL。
tUUuUu
RtItUu
mcCCcCCce
emcmcc
?
??
c o s
c o sc o s
1
11
????
???
集电极输出电压为：
从图中可以看出，丙类高频谐振功放
由于选频作用，即使 iC是不连续的脉冲电
流，在 谐振回路两端也会得到余弦电压 。
还可以利用选频特性得到倍频器。
如果振荡回路的 ?0=n?，则在回路两端可得
到频率为 n?的电压,u0=Umcosn?t;相当于实现了
对输入信号的 n倍频
ic余弦脉冲的分解 ic
icmax
-?/2 ?-? ?/2 ?t
IM
IMcos?
)0(
c o s1
c o sc o s
c o s
c o sc o s
m a x
m a x
?
?
?
?
??
??
ccc
MMc
MMc
i
t
ii
IIi
ItIi
?
??
?
??
? ?
)(c o s
2
1
)(c o s
2
1
)(
2
1
:
......2c o sc o s
max
1max1
0max0
210
????
?
????
?
???
?
??
??
?
?
?
?
?
?
nCCc n m
CCmc
CCc
cccc
c
ittdniI
ittdiI
itdiI
tItIIi
i
??
??
??
????
?
?
?
－
－
－
），－（区间幅为其中各次谐波分量的振
级数：余弦脉冲展开为傅立叶将
?
其中 ?0(θ),?1(θ), …, ?n (θ)为谐波分解系数； 另
定义 ??1=Ic1m/Ic0= ?1(θ) / ?0(θ)为波形系数,随 ?减小
而增大。
?/ ?
?1 /?0 = ?1
?0
?1
?2?3
?0,?1,?2,?3
2.0
1.0
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.05 10 30 50 70 90 110 130 150 170
三、高频功放中的能量关系与效率：
2）集电极电源提供功率：
CCcE UIP 0?
1）集电极输出功率：
e
mc
emcmcmcO R
URIUIp 2 12
111 2
1
2
1
2
1 ???
3）集电极损耗功率：
OEc PPP ??
4）集电极效率：
。为集电极电压利用系数＝式中
CC
mc
C
C
CC
mc
c
mc
E
O
C
U
U
U
U
I
I
P
P
1
1
1
0
1
2
1
2
1
?
??? ???
5） ?对效率的影响
电压利用系数 ?c=Uc1m/UCC<1,?c≤1,?1随 ?而变化；
乙类功放,?= ?/2, ?1 = ?/2, ?max=?/4=78.5%；
丙类功放, ?< ?/2,减小 ?,?1 提高,?c提高；但
是 ?很小时,?1提高不多，输出功率却降低很多。故
?通常选在 60o~90o之间。
immbi UIP ?? 12
16） 放大器的激励功率：
7） 功率放大倍数：
i
O
P P
PA ?
tUUu
tUUu
mcCCCE
imBBBE
?
?
c o s
c o s
1??
??
三点法作图：
?t=0,uBE=UBB+Uim； uCE=UCC-Uc1m 得到 C点
?t=?/2,uBE=UBB； uCE=UCC 得到 B点
?t= ?,uBE=UBB-Uim <0---iC=0； uCE=UCC+Uc1m 得到 D点
直线 BC与 横轴 交于 A点
C
B
D
一、动态特性分析：
iC,uBE和 uCE的关系曲线，称 动特性曲线
—— 即交流负载线
UBE=UBB+Uim
UBE=UBB
UCC
4.2.3 工作状态分析
uCE
0
ic
Uc1m
A
折线 CAD即为谐振功率放大器的动态特性曲线
动态负载 RC：动态特性曲线斜率的倒数
M
mc
C I
UR 1?
共同决定。
（导通角）（等效负载电阻）和
电阻由表明：丙类功放的动态
代入上式，得，将
?
???
?
?
e
e
C
emc
c
emcmc
C
M
R
R
i
RI
R
RIU
i
I
)c o s1()(
)c o s1(
c o s1
1
m a x
1
11
m a x
????
??
?
??
?
?
二、高频谐振功率放大器的工作状态
工作状态根据 uBE=uBEmax,uCE=uCEmin 时，动特性上
瞬时工作点 C的位置确定 。
C点在输出特性 放大区 ----欠压状态
C点在输出特性 放大区和饱和区的临界点 ----临界状态
C点在输出特性 饱和区 ----过压状态
uce0
iciC
uBEmax
欠压和临界状态,iC是相
同的余弦脉冲；但临界状
态 UC1m大；
过压状态,iC中间凹陷； UC1m较临界略有增大。
?t
uce
UC1
0
RL=RLcr
RL增大
RL减小
?t
比较三种工作状态：
（ 1）临界状态,P1最大； ?较高；最佳工作状态
(对应最佳负载 RLcr)；主要用于发射机末级。
（ 2）过压状态,?较高（弱过压状态 ?最高 )；
负载阻抗变化时,UC1基本不变；用于发射机中
间级
（ 3）欠压状态,P1较小； ?较低； PC大；输
出电压不够稳定；很少采用，基极调幅电路工
作于此状态。
C
B
D
UBE=UBB+Uim
UBE=UBB
UCC uCE
0
ic
A
临界饱和线斜
率记为,SC如图，对应于临界状态的
动特性曲线 CAD，则有
)( 1m i nm a x mcCCcCEcC UUSuSi ???
根据转移特性，又有
)c o s1(
c o s
)()(
m a x
m a xm a x
?
?
???
?
?
?
?
?
?
?
?????
immC
im
BBD
DimBBmDBEmC
Ugi
U
UU
UUUgUugi
这样，利用三极管的特性参数 SC和 gm就可以
求解功率放大器的相应指标。
4.2.4 谐振功率放大器的外部特性
当激励源（ Uim)、负载 (RL)或直流电源 (UBB、
UCC)发生变化时，都会影响到功放的工作状态，改
变输出功率与效率；另一方面可以通过调整这些外
部参量来改变功率放大器的性能。 将外部参量变化
时对功率放大器工作状态及性能指标的影响称为 外
部特性,包括 负载特性 ----RL的影响
放大特性 ---- Uim的影响
调制特性 ---- UBB,UCC的影响
一、负载特性
UBB, UBB 及 Uim 固定时,ic(IC0 IC1)都确定；
RL直接影响输出电压振幅,RL增大,UC1增大。
欠压 临界 过压状态
RLRecr
IC1m UC1m
IC0
欠压 过压 RLRecr欠压 过压
P1
P0
PC
?
二、调制特性
（ 1）集电极调制特性,UCC的影响
uce0
ic
UCC
减小 UCC：
欠压 临界 过压状态
UBB Uim 不变：则 ubemax, ?不变
RL 不变：则动特性斜率 不变
UCC改变：引起动特性平移
UC1m
uce0
UC1m
Ic1m
Ic0
过压 临界 欠压 过压 临界 欠压UCC UCC
?
P1
P0
在 过压区,输出电压振幅 UC1与 UCC近似呈线性关系：
用一输入信号（调制信号）代替 UCC,可完成振幅调
制 ----集电极调幅。
（ 2）基极调制特性,UBB的影响
uce0
ic
增大 UBB：
放大器的工作状态变化,
欠压 临界 过压
UBB增大
如左图所示
uC1m
IC1m
IC0
欠压 0 临界 过压
UBB
?
P0
P1
欠压 0 临界 过压
UBB
在 欠压区,输出电压振幅 UC1m与 UBB近似呈
线性关系：用一输入信号（调制信号）代替
UBB,可完成振幅调制 ----基极调幅。
三、放大特性
uce0
ic
ube
以 ?????为例
放大器的工作 状态 变化,
欠压 临界 过压
Uim增大：
uC1M
IC1M
IC0
?
P0
P1
欠压 临界 过压 欠压 临界 过压
Uim Uim
在 欠压区,输出电压振幅 UC1m与输入电压振幅 Uim近似
呈线性关系：可以实现对振幅变化信号的线性放大。
在 过压区,输出电压振幅 UC1m近似呈现恒压特性，可
以实现对振幅变化信号的限幅。
四、外部特性在电路调试过程中的应用
例,一丙类谐振功放，设计工作在临界状态，若发现实际
电路的 P0和 ?C均未达到要求，应如何进行调整？
分析,P0未达要求，说明工作于欠压或过压状态；
若增大 Re能使 P0增大，由负载特性知 ----欠压状态；
注意,减小 UCC,Uc1m也减小，输出功率减小。
增大 Re调整：
增大 UBB
增大 Uim
另,判断工作状态也可以通过改变
UCC UBB Uim来完成。
4.3高频功率放大器的实际电路
馈电电源的 连接方式,
集电极馈电：串连馈电 （三极管、负载
回路和直流电源串连）
并联馈电 （三部分并联）
基极馈电：串连馈电
并联馈电
基本原则,使交、直流信号有各自正常的通路，相互间的影响
尽可能的小，且要减小不必要的功率损耗。
组成,高频功放的实际馈电线路和各种不通用途的高频功放的
输入、输出端的匹配电路。
4.3.1 直流馈电电路
一、集电极馈电 uCE=UCC-Uc1mcosωt
(a) 串联馈电电路
UCC Lc
Cc
LC
VT
(b) 并联馈电电路
UCC
Lc
Cc1
Cc2 LCVT
直流通路
UCC Lc
LVT
直流通路
UCC
LcVT
分布电容影
响小；但
LC处于直
流高电位上，
网络元件安
装不方便。
LC处于直流地
电位上，网络元
件安装方便；但
分布参数直接影
响网络的调协。
交流通路
LcCc
LC
VT
×
×
×
×
交流通路
Lc
Cc1
LCVT
二、基极馈电 uBE=UBB+Uimcosωt
(a) 串联馈电电路
UBB
Cc
VT
(b) 并联馈电电路
UBB
Cc1
Cc2
VT
Lc
Cc2
Cc1
Lc
Rb
VT
自给偏压电路
丙类功放的基极偏置电压 UBB为负偏压，
实际电路中常采用自给偏压的方法来产生
UBB从而省去一个直流源。
优点：能自动维持放大器的稳定性。 有利
于稳定输出电压，但对于要求具有线性放
大特性的放大器来说则不利。
4.3.2 输出匹配网络
一、匹配网络概述
输
入
回
路
Rs
RL
Ri Re
Is
输
出
回
路
匹配网络的作用,（ 1） 在输入端,实现信号源输出阻抗与
放大器输入阻抗的匹配，以获得最大的激励功率； （ 2）在
输出端,将外界的负载电阻 RL变换为放大器所需的最佳负
载电阻 Re，以保证输出功率最大；还应具有较好的滤波能
力； （ 3） 传输效率尽可能高，损耗尽可能小。
实现方法,LC变换网络实现调谐和阻抗匹配
连接方式,Г 型,Π 型和 Т 型三种
二、串、并联阻抗变换
Rs
Xs
Xp Rp
111 ?
???
?
???
? ???
PP
SS jXRjXR
? ?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
22
22
2
22
1
1
1
Q
X
X
XR
X
QR
R
XR
R
S
S
SS
P
S
S
SS
P
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
PP
PP
P
S
P
P
PP
P
S
X
Q
X
XR
R
X
Q
R
R
XR
X
R
2
22
2
222
2
1
1
1
1
1????
P
P
S
S
X
R
R
X
Q
转换前后电抗值 Xs和 Xp相差很
小，但转换前后并联电阻 Rp>
串联电阻 Rs。
? ?21 QRR Le ??
1??
L
e
R
RQ
Ls
e
p RQXQ
RX ???,
? ?21 QRR Le ??
1??
e
L
R
RQ
Q
RXRQX L
Pes ???,
图（ a）中
求得,（只适于 R
e>RL的情况）
图（ b）中
求得, （只适于 Re<R
L的情况）
三、三种不同形式的匹配网络
RL ReC
L (Xs)
Re
C
L'(Xp)
(a)
RL
Re
C (Xp)
L
Re
C'(Xs)L
(b)
1,L型网络
(a) ∏型网络
Xs Xs1 Xs2R
L RL
Xp Xp1 Xp2
(b) T型网络
2,Π 型和 Т 型网络
C1
C2
45pF
Cc
C3
C4
10pF
Lb
280?H
L1
L2
VT
50?
50?
17pF 16?H
0.01?F
97?H 16pF
UCC (28V)
Lc
280?H
4.3.3 高频功率放大器的实际电路
4.4 丁类高频功率放大器简介
在丙类高频功放中，提高集电极效率是靠减小集
电极电流的导通角实现的，但这样同时会减小输出
功率。丁类功率放大器的晶体管工作于开关状态，
管子导通时进入饱和区，器件内阻接近于 0，截止时
电流为 0，这样可以使集电极功耗大为减小，效率大
大提高。丁类功放分为电流开关型和电压开关型两
种电路。
下面以电压开关型电路为例，简要说明丁类功
率放大器的工作原理
UCC
VT1
VT2
A L0 C0
RL uL
iC1
iL
(a)
uA
iC2
Cc ?t
iC1
uA
uL
iC2
(b)
?t
?t
?t
两个同型的三极管 VT1, VT2相串联，输入变压器为 VT1, VT2
提供相位相反的驱动电压，使两管交替饱和导通,A点处的电压为方
波，振幅为
cesCCLm UUU 2??
相应的电流电压波形如图（ b）所示。负载电阻 RL与 L0,C0构成
高 Q串联谐振回路，当它调谐于输入信号频率时，在负载上得到电压
uA的基波分量，实现高频放大的目的。
RL上基波电压振幅：
)2(2 c e sCCLm UUU ?? ?
基波电流振幅：
L
Lm
Lm R
UI ?
输出功率：
L
Lm
R
UP 2
0 2
1?
通过电源的平均电流分量：
??
LmLmc III ?? )90(00 ?
电源供给功率,coCCE IUP ?
效率：
CC
c e sCC
E
c U
UU
P
P 20 ????
理想情况下，两管集电极损耗均为零，效率可达 100%。若考虑饱和
压降不为 0，例如，，时，求得。实际工作中，三极管在饱和、截止之间
的转换需要一定的时间,uA不是理想方波，而是存在着上升沿和下降沿，
转换期间存在一定的电压和电流，使管耗增加，效率降低，所以应选择
开关时间短的高频开关三极管或无电荷存储效应的 VMOS场效应管，并
减小电路中的分布电容。
4.5 宽带功率放大器
概述
在多通道通信系统及频段通信系统中，需要采用宽带高
频功率放大器，它以非调谐的宽带网络作输出匹配网络，
要求在很宽的波段范围内对信号进行尽可能一致的线性放
大，
由于宽带放大器没有选频作用，一般只工作于非线性失
真较小的甲类或甲乙类，所以宽带放大器的效率一般不高
（ 20%左右）。
对宽带放大器的主要要求是：通频带要宽，失真要小，
放大倍数要大。
常用的宽带匹配网络是传输线变压器。
4.5.1 传输线变压器
一、传输线变压器简介
传输线主要是指用来传输高频信号的双导线、同轴线，将传输线绕制在高
磁导率、低损耗的磁环上就构成传输线变压器。因此它兼有传输线和高频变压
器两者的特点，相应的有两种工作方式，传输线方式和变压器方式。
1 2
3 4
U2
Us
I1 I2
I4I3
U1
Rs
传输线方式
Us
1 3
2
U1
Rs
RL
4
U2
变压器方式
传输线等效电路如下图，低频工作时，传输线就是两根普通连接线。高
频工作时，由于分布电感和线间分布电容的影响，能量是通过分布电容中的
电场能量和分布电感中的磁场能量不断相互转换而传送到负载的。以 L0,C0
表示单位长度传输线的电感和电容，传输线的特性阻抗是一个与频率无关的
电阻
0
0 CLZ c ?
1 2
3 4
l
Zi
ZCI1
I1
I2
I2
普通连接线 示意图
Us
U1
Rs
RLU2
1 2
3 4
U1
I1
I1
I2
I2
传输线等效图
RLU2
Us
Rs
1 2
3 4
U1
高频倒相器
Us
Rs RL
U2 U
L
二、传输线变压器的应用
1、高频倒相器
端点 2,3相连并接地,1,3端
加高频电压 U1，负载上得到的电压
UL与 U1反相。
2、不平衡、平衡变换器
1 2
3 4
Us
Rs RL/2
RL/2
平衡, 不平衡变换器
U1
U2/2
U2/2
U2信号源一端接地，称为“不平
衡”，转换后的负载上两电压大小
相等、方向相反，称为平衡输出。
1 2
3 4
(a)
I
RL/4
RL
U2U1
Us
Rs
UL
2I
(b)
1 2
3 4
2I
RL
U2U1
Us
Rs
UL
4RL
I
3、阻抗变换器
图（ a）构成的是 1,4阻抗变换器，
1,4端相联，线圈两端电压相等 U2=U1，
则负载电压 UL=2U1，负载电流为 I，，
则输入端阻抗
L
L
i RI
U
I
UR
4
1
2
2
1
2
1 ???
若将 2,3端相联,4端接地，则可
构成 4,1的阻抗变换，如图（ b）所
示
利用上述原理还可构成 1,9,1,16,………1,（ n+1） 2的传输
线变压器。若将上述电路的输入端、输出端互换（即信号源与负载
互换），相应变为 4,1,9,1…… 的传输线变压器，工作原理是相
同的。
+28V
Lb
T3T2T1
27?
470?
47?
27?
2.7k?
0.01?
0.01? 0.01?
0.01?
1800? 1200?
27?
180?
12?
0.01?
5? 0.01?
1000p
0.01? 5?330?
Lb
0.01?
输入
输出
VT1 VT2
三、宽带功率放大电路实例
宽频带变压器耦合放大电路，工作频率在 150kHz~30MHz。图中 T1、
T2,T3都是宽带传输线变压器,T1与 T2串接是为了实现阻抗变换，将 VT1
的低输入阻抗变换为 VT2所需要的高负载阻抗。为改善放大器性能，每级
都加了电压负反馈支路；为避免寄生耦合，每级的集电极电源都加有电容
滤波。未采用调谐回路，放大器应工作于甲类状态。
1W 4W 11W
5W 11W
10W
5W 11W
5W
5W 11W
11W
11W5W
19W
40W 35W
19W10W 10W
10W 10W
5W 11W
4.5.2 宽带功率合成技术
一、功率合成器的组成
在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子器件所
能输出的功率时，可以将多个电子器件的输出功率叠加起来，这就
是功率合成技术。
下图是一个输出功率为 35W的功率合成器的组成框图，三角形
代表功率放大器，菱形代表功率分配或合成网络。
A D
C
B
RA
RB
RC RD
(a)
A D
C
B
RA
RB
RD
RC
(b)
利用 1,4传输线变压器组成的魔 T混合网络，可以实现功率合成
与分配的功能，其基本电路如图（ a）所示。混合网络有 A,B,C、
D四个端点，为了满足网络匹配的条件，取 RA = RB = ZC = R,RC =
ZC / 2 =R / 2,RD = 2ZC = 2R，其中 ZC是传输线变压器的特性阻抗。
在此基础上，利用 A,B,C,D四个端点适当连接，可以实现功率
合成与功率分配，图（ b）为变压器形式的等效电路。
二、功率合成与分配单元
如下图所示，将 A,B两端点分别接入两个功率放大器的输出端，
若两个输出电压为：
SSS UUU ??? 21
两电压大小相等、极性相反。在 A点，有：
21 III ??
在 B点，有,III ??
12故
01 ?I II ?2
所以 C端无输出，而 D点的输出功率为：
ABAD PPPUIP 22 ?????
实现了功率合成，称为反相合成。
RA
RB
RC RD
A D
C
B
I I2
I2
I1
I1
I
2I1
US1
US2
2U
U
U
若两个输出电压为
SSS UUU ?? 21
经过类似分析可以得到：
ABAC PPPUIP 22 ????? 称为同相合成。
RA
RB
RC
Ia Id
Ib Id
Ic
A D
DB
C
Ud/2
I
I
Id
(a)
Ud/2 Ud
Ia IdA D
I
I
Ic
RA
RB
B D
C
Ib Id
RD
(b)
将功率合成器输入输出位置交换，即可得到功率
分配器。如下图所示：
D A
B
CT2
T3
T4
T5 T6T1
25?
12.5?
12.5?
6?
10?
10?
L
L
1?H
1?H
6?
1500pF
1500pF
D
B
A
C
12.5?
12.5?
1000pF
8?F
+24V
输出
25?
VT
1
VT2
三、功率合成电路实例
左图是一个
反相功率合成器
的典型电路，它
是一个输出功率
为 75W、带宽为
30~75MHz的放
大电路的一部分。
图中,T2为反相
功率分配网络，
T5反相功率合成
网络,T1 与 T6
是 1,1传输线变
压器，实现平
衡 — 不平衡转换；
T3与 T4是 4,1阻
抗变换器。
100?
T2
T3
T4
T5
T6T1
C
DA
B
D A
B
C
50?
1.1?
1.1?
22?
22?
200?
200?
0.033
?
0.033
?
100?
100?
25?
25?
400? 200?
UCC
VT1
VT2
下图是一个典型的同相功率合成器电路。图中,T1为同相功率分
配网络,T6为同相功率合成网络,T2,T3与 T4,T5 分别是 4,1与 1,4
阻抗变换器，各处的特性阻抗均已在图中注明。晶体管发射极接入
的电阻以产生负反馈，提高输入阻抗。各基极串联的电阻，可提高
输入电阻，并防止寄生振荡。 D端所接的、电阻是 T1 与 T6的假负载电
阻。
反相功率合成器的优点是：输出没有偶次谐波，输入电阻比单边
时高，因而引线电感的影响减小。在同相功率合成器中，由于偶次
谐波在输出端是相加的，因此输出中有偶次谐波存在。
本章小结
高频功率放大器的主要作用是放大高频信号，以高效率输出
大功率。为了提高效率，高频谐振功放多工作在丙类状态，而且
一般采用选频网络作负载，完成阻抗匹配和滤波的功能，不同于
纯电阻负载的情况。
丙类高频谐振功率放大器中功放管的导通角小于 90?，所以输
出电流为脉冲电流，但是利用了选频网络的滤波作用，可以得到
正弦电压输出。
本章要点：
1、丙类谐振功放的三种工作状态：
（ 1）欠压状态，动特性线在截止区和放大区，输出电压幅
度小，输出功率和效率低，集电极功耗大。
（ 2）过压状态，动特性线进入饱和区，集电极电流脉冲出
现凹陷，输出电压幅度大，且呈现恒压特性，输出功率低，效
率高。
（ 3）临界状态，动特性线达到临界饱和线，输出电压幅度大，输
出功率和效率高，集电极功耗小，是谐振功率放大器理想的工作
状态。
2、丙类谐振功放的外部特性：指外部参数对谐振功率放大器的工
作状态和性能所造成的影响：
（ 1）负载特性：仅负载 Re变化对功放工作状态和性能的影响,Re
增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。
（ 2）放大特性：仅激励电压幅度 Uim变化对功放工作状态和性能的
影响,Uim增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在欠压
区，对输入信号可实现线性放大。
（ 3）基极调制特性：仅基极偏置电压 UBB变化对功放工作状态和性
能的影响,UBB增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在
欠压区，可实现基极调幅。
（ 4）集电极调制特性：仅集电极偏置电压 UCC变化对功放工作状态
和性能的影响,UCC减小，工作状态由欠压经临界向过压变化。
工作在过压区，可实现集电极调幅。
3、主要参数关系的公式：
（ 1）电流导通角：
（ 2）集电极脉冲电流：
（ 3）输出功率：
（ 4）直流电源提供功率：
（ 5）集电极功耗：
（ 6）集电极效率：
im
BBD U UU ???c o s
)( 1m i nm a x mcCCcCEcC UUSuSi ???
)co s1(m a x ??? immC Ugi
e
mcemcmcmc
R
URIUIP 2 12
1110 2
1
2
1
2
1 ?????
CCcE UIP ?? 0
0PPP Ec ??
c
CC
mc
c
mc
E
c U
U
I
I
P
P ???
1
1
0
10
2
1
2
1 ????
4、馈电线路为功率放大器提供直流偏置，具体分为基极馈电和集
电极馈电，又各有串馈和并馈形式。
5、输出匹配网络主要实现阻抗变换与滤波，还可实现功率合成与
分配。
84.0E)(S P24121 2
C1C
1
cr ???? ???
3-11解, COS?=Eb?/Ub ?=80.4?,icmax=2.5A,此电路工作在临界状态。
IC1=?1（ ?） icmax =1.18A,
IC0=?0（ ?） icmax =0.715A
p1= IC1UC1/2=12.39W, p0= IC0EC=17.56W
?= p1 / p0=72.2?,RL=UC1/IC1=17.8?
3-12解,(1)
UC1=?CreEC=20.16V
IC1=2P1/UC1=2.91A?RL=UC1/IC1=20.16/2.91=7.3
?= p1 / p0=?cr?（ ?） /2=70.6?
(2)减小 Eb，并提高 Ub，
(3) 功放工作在欠压状态，输出功率约为零（是原来的 2L )Q5.1(1 1? 倍）
0
0
3 6V 12 24
Eb?
ic
uce
ube=3V
2.5V
1.5V
?t
2.5A
ic
-? ?
uce-?
?
EB?=0.5V
4.1 概述
4.2 高频谐振功率放大器的工作原理
4.3 高频谐振功率放大器的实际电路
4.1 概述
高频谐振功率放大器用于各种无线电发送设备中，
对高频载波或高频已调波进行功率放大。
工作状态：
A,B,AB,C； （甲、乙、甲乙、丙）
D,E,S； （ 开关型）
F,G,H ； （特殊技术 型）
目的：能够使电信号能够有效地进行远距离传输
特点：高频、大信号、非线性工作
要求：输出功率大（ PE=PO+PC）、转换效率高
窄带高频功率放大器：以谐振回路为负载，所以又称
谐振功率放大器
宽带高频功率放大器：采用非选频性负载，如传输线
变压器或其他宽带匹配电路
分析方法：折线法近似分析
4.2 高频谐振功率放大器的工作原理
特点：
1,NPN高频大功率晶体管，
高 fT；改变 UBB可以改变放
大器的工作类型；
2,大信号激励,1— 2V；
3、发射结在一个周期内只
有部分时间导通,iB,iC均
为一系列高频脉冲；
4、谐振回路作负载可以滤
除高频脉冲电流 iC中的谐波
分量，同时实现阻抗匹配。
组成,BJT,LC谐振回路、馈电电源
UCCUBB
iB
iC
uCEuBE
L
C RL
ui
VT
4.2.1 基本电路构成
4.2.2 工作原理及性能指标
忽略高频效应 ----按照低频特性分析；
忽略基区宽变效应 ----输出特性水平、
平行、等间隔；
忽略管子结电容、载流子基区渡跃时间；
忽略穿透电流 ----截止区 ICEO=0；
分析与计算大大简化，但误差也大；
理论分析与计算只是为电路参数的选择
与调整提供依据与指导，实际电路工作时需
要调整。
uCE0
ic
输出特性
uBE0
ib
UD
输
入
特
性
静
特
性
曲
线
的
折
线
近
似
转
移
特
性
uBE0
ic
UD
gm
一、特性曲线的折线化：
二、各极电流、电压波形：
tUUu
tUu
imBBBE
imi
?
?
c o s
,c o s
??
?
发射结电压为,u
BE
ib
?t
Uim
UBB
UD-?
? uBE
ib
?t
-? ?
ic
uBE
ic
?t
-? ?
图解可见,iB和 iC的都是余弦脉冲,
定义 θ 为导通角，三极管 只在（－ θ, θ）
内导通,当 θ<90o时，功率放大器工作于
丙类状态 。
越小越负越小或且
，决定和、
?
?
?
?
BBim
DBBim
im
BBD
imBBD
UU
UUU
U
UU
UUU
?
??
??
c o s
c o s
iC
?t
-? ?0
ic1
Ic1m ?t
0
uc
Uc1m ?t
0
?t
uC
E1U
CC
0
Uc1m
......2coscos 210 ???? tItIIi
i
cccc
c
??
余弦脉冲展开为傅立叶 级数：将
当 iC流过 LC谐振回路时，在回路两端
产生电压 uC。由于谐振回路的选频特性，
uC中只有基波分量幅度最大,其它频率的
信号电压幅度较小可以忽略。
设 Re—— 并联回路谐振时的等效负载
电阻,包括 BJT的输出电导和等效的 RL。
tUUuUu
RtItUu
mcCCcCCce
emcmcc
?
??
c o s
c o sc o s
1
11
????
???
集电极输出电压为：
从图中可以看出，丙类高频谐振功放
由于选频作用，即使 iC是不连续的脉冲电
流，在 谐振回路两端也会得到余弦电压 。
还可以利用选频特性得到倍频器。
如果振荡回路的 ?0=n?，则在回路两端可得
到频率为 n?的电压,u0=Umcosn?t;相当于实现了
对输入信号的 n倍频
ic余弦脉冲的分解 ic
icmax
-?/2 ?-? ?/2 ?t
IM
IMcos?
)0(
c o s1
c o sc o s
c o s
c o sc o s
m a x
m a x
?
?
?
?
??
??
ccc
MMc
MMc
i
t
ii
IIi
ItIi
?
??
?
??
? ?
)(c o s
2
1
)(c o s
2
1
)(
2
1
:
......2c o sc o s
max
1max1
0max0
210
????
?
????
?
???
?
??
??
?
?
?
?
?
?
nCCc n m
CCmc
CCc
cccc
c
ittdniI
ittdiI
itdiI
tItIIi
i
??
??
??
????
?
?
?
－
－
－
），－（区间幅为其中各次谐波分量的振
级数：余弦脉冲展开为傅立叶将
?
其中 ?0(θ),?1(θ), …, ?n (θ)为谐波分解系数； 另
定义 ??1=Ic1m/Ic0= ?1(θ) / ?0(θ)为波形系数,随 ?减小
而增大。
?/ ?
?1 /?0 = ?1
?0
?1
?2?3
?0,?1,?2,?3
2.0
1.0
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.05 10 30 50 70 90 110 130 150 170
三、高频功放中的能量关系与效率：
2）集电极电源提供功率：
CCcE UIP 0?
1）集电极输出功率：
e
mc
emcmcmcO R
URIUIp 2 12
111 2
1
2
1
2
1 ???
3）集电极损耗功率：
OEc PPP ??
4）集电极效率：
。为集电极电压利用系数＝式中
CC
mc
C
C
CC
mc
c
mc
E
O
C
U
U
U
U
I
I
P
P
1
1
1
0
1
2
1
2
1
?
??? ???
5） ?对效率的影响
电压利用系数 ?c=Uc1m/UCC<1,?c≤1,?1随 ?而变化；
乙类功放,?= ?/2, ?1 = ?/2, ?max=?/4=78.5%；
丙类功放, ?< ?/2,减小 ?,?1 提高,?c提高；但
是 ?很小时,?1提高不多，输出功率却降低很多。故
?通常选在 60o~90o之间。
immbi UIP ?? 12
16） 放大器的激励功率：
7） 功率放大倍数：
i
O
P P
PA ?
tUUu
tUUu
mcCCCE
imBBBE
?
?
c o s
c o s
1??
??
三点法作图：
?t=0,uBE=UBB+Uim； uCE=UCC-Uc1m 得到 C点
?t=?/2,uBE=UBB； uCE=UCC 得到 B点
?t= ?,uBE=UBB-Uim <0---iC=0； uCE=UCC+Uc1m 得到 D点
直线 BC与 横轴 交于 A点
C
B
D
一、动态特性分析：
iC,uBE和 uCE的关系曲线，称 动特性曲线
—— 即交流负载线
UBE=UBB+Uim
UBE=UBB
UCC
4.2.3 工作状态分析
uCE
0
ic
Uc1m
A
折线 CAD即为谐振功率放大器的动态特性曲线
动态负载 RC：动态特性曲线斜率的倒数
M
mc
C I
UR 1?
共同决定。
（导通角）（等效负载电阻）和
电阻由表明：丙类功放的动态
代入上式，得，将
?
???
?
?
e
e
C
emc
c
emcmc
C
M
R
R
i
RI
R
RIU
i
I
)c o s1()(
)c o s1(
c o s1
1
m a x
1
11
m a x
????
??
?
??
?
?
二、高频谐振功率放大器的工作状态
工作状态根据 uBE=uBEmax,uCE=uCEmin 时，动特性上
瞬时工作点 C的位置确定 。
C点在输出特性 放大区 ----欠压状态
C点在输出特性 放大区和饱和区的临界点 ----临界状态
C点在输出特性 饱和区 ----过压状态
uce0
iciC
uBEmax
欠压和临界状态,iC是相
同的余弦脉冲；但临界状
态 UC1m大；
过压状态,iC中间凹陷； UC1m较临界略有增大。
?t
uce
UC1
0
RL=RLcr
RL增大
RL减小
?t
比较三种工作状态：
（ 1）临界状态,P1最大； ?较高；最佳工作状态
(对应最佳负载 RLcr)；主要用于发射机末级。
（ 2）过压状态,?较高（弱过压状态 ?最高 )；
负载阻抗变化时,UC1基本不变；用于发射机中
间级
（ 3）欠压状态,P1较小； ?较低； PC大；输
出电压不够稳定；很少采用，基极调幅电路工
作于此状态。
C
B
D
UBE=UBB+Uim
UBE=UBB
UCC uCE
0
ic
A
临界饱和线斜
率记为,SC如图，对应于临界状态的
动特性曲线 CAD，则有
)( 1m i nm a x mcCCcCEcC UUSuSi ???
根据转移特性，又有
)c o s1(
c o s
)()(
m a x
m a xm a x
?
?
???
?
?
?
?
?
?
?
?????
immC
im
BBD
DimBBmDBEmC
Ugi
U
UU
UUUgUugi
这样，利用三极管的特性参数 SC和 gm就可以
求解功率放大器的相应指标。
4.2.4 谐振功率放大器的外部特性
当激励源（ Uim)、负载 (RL)或直流电源 (UBB、
UCC)发生变化时，都会影响到功放的工作状态，改
变输出功率与效率；另一方面可以通过调整这些外
部参量来改变功率放大器的性能。 将外部参量变化
时对功率放大器工作状态及性能指标的影响称为 外
部特性,包括 负载特性 ----RL的影响
放大特性 ---- Uim的影响
调制特性 ---- UBB,UCC的影响
一、负载特性
UBB, UBB 及 Uim 固定时,ic(IC0 IC1)都确定；
RL直接影响输出电压振幅,RL增大,UC1增大。
欠压 临界 过压状态
RLRecr
IC1m UC1m
IC0
欠压 过压 RLRecr欠压 过压
P1
P0
PC
?
二、调制特性
（ 1）集电极调制特性,UCC的影响
uce0
ic
UCC
减小 UCC：
欠压 临界 过压状态
UBB Uim 不变：则 ubemax, ?不变
RL 不变：则动特性斜率 不变
UCC改变：引起动特性平移
UC1m
uce0
UC1m
Ic1m
Ic0
过压 临界 欠压 过压 临界 欠压UCC UCC
?
P1
P0
在 过压区,输出电压振幅 UC1与 UCC近似呈线性关系：
用一输入信号（调制信号）代替 UCC,可完成振幅调
制 ----集电极调幅。
（ 2）基极调制特性,UBB的影响
uce0
ic
增大 UBB：
放大器的工作状态变化,
欠压 临界 过压
UBB增大
如左图所示
uC1m
IC1m
IC0
欠压 0 临界 过压
UBB
?
P0
P1
欠压 0 临界 过压
UBB
在 欠压区,输出电压振幅 UC1m与 UBB近似呈
线性关系：用一输入信号（调制信号）代替
UBB,可完成振幅调制 ----基极调幅。
三、放大特性
uce0
ic
ube
以 ?????为例
放大器的工作 状态 变化,
欠压 临界 过压
Uim增大：
uC1M
IC1M
IC0
?
P0
P1
欠压 临界 过压 欠压 临界 过压
Uim Uim
在 欠压区,输出电压振幅 UC1m与输入电压振幅 Uim近似
呈线性关系：可以实现对振幅变化信号的线性放大。
在 过压区,输出电压振幅 UC1m近似呈现恒压特性，可
以实现对振幅变化信号的限幅。
四、外部特性在电路调试过程中的应用
例,一丙类谐振功放，设计工作在临界状态，若发现实际
电路的 P0和 ?C均未达到要求，应如何进行调整？
分析,P0未达要求，说明工作于欠压或过压状态；
若增大 Re能使 P0增大，由负载特性知 ----欠压状态；
注意,减小 UCC,Uc1m也减小，输出功率减小。
增大 Re调整：
增大 UBB
增大 Uim
另,判断工作状态也可以通过改变
UCC UBB Uim来完成。
4.3高频功率放大器的实际电路
馈电电源的 连接方式,
集电极馈电：串连馈电 （三极管、负载
回路和直流电源串连）
并联馈电 （三部分并联）
基极馈电：串连馈电
并联馈电
基本原则,使交、直流信号有各自正常的通路，相互间的影响
尽可能的小，且要减小不必要的功率损耗。
组成,高频功放的实际馈电线路和各种不通用途的高频功放的
输入、输出端的匹配电路。
4.3.1 直流馈电电路
一、集电极馈电 uCE=UCC-Uc1mcosωt
(a) 串联馈电电路
UCC Lc
Cc
LC
VT
(b) 并联馈电电路
UCC
Lc
Cc1
Cc2 LCVT
直流通路
UCC Lc
LVT
直流通路
UCC
LcVT
分布电容影
响小；但
LC处于直
流高电位上，
网络元件安
装不方便。
LC处于直流地
电位上，网络元
件安装方便；但
分布参数直接影
响网络的调协。
交流通路
LcCc
LC
VT
×
×
×
×
交流通路
Lc
Cc1
LCVT
二、基极馈电 uBE=UBB+Uimcosωt
(a) 串联馈电电路
UBB
Cc
VT
(b) 并联馈电电路
UBB
Cc1
Cc2
VT
Lc
Cc2
Cc1
Lc
Rb
VT
自给偏压电路
丙类功放的基极偏置电压 UBB为负偏压，
实际电路中常采用自给偏压的方法来产生
UBB从而省去一个直流源。
优点：能自动维持放大器的稳定性。 有利
于稳定输出电压，但对于要求具有线性放
大特性的放大器来说则不利。
4.3.2 输出匹配网络
一、匹配网络概述
输
入
回
路
Rs
RL
Ri Re
Is
输
出
回
路
匹配网络的作用,（ 1） 在输入端,实现信号源输出阻抗与
放大器输入阻抗的匹配，以获得最大的激励功率； （ 2）在
输出端,将外界的负载电阻 RL变换为放大器所需的最佳负
载电阻 Re，以保证输出功率最大；还应具有较好的滤波能
力； （ 3） 传输效率尽可能高，损耗尽可能小。
实现方法,LC变换网络实现调谐和阻抗匹配
连接方式,Г 型,Π 型和 Т 型三种
二、串、并联阻抗变换
Rs
Xs
Xp Rp
111 ?
???
?
???
? ???
PP
SS jXRjXR
? ?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
22
22
2
22
1
1
1
Q
X
X
XR
X
QR
R
XR
R
S
S
SS
P
S
S
SS
P
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
PP
PP
P
S
P
P
PP
P
S
X
Q
X
XR
R
X
Q
R
R
XR
X
R
2
22
2
222
2
1
1
1
1
1????
P
P
S
S
X
R
R
X
Q
转换前后电抗值 Xs和 Xp相差很
小，但转换前后并联电阻 Rp>
串联电阻 Rs。
? ?21 QRR Le ??
1??
L
e
R
RQ
Ls
e
p RQXQ
RX ???,
? ?21 QRR Le ??
1??
e
L
R
RQ
Q
RXRQX L
Pes ???,
图（ a）中
求得,（只适于 R
e>RL的情况）
图（ b）中
求得, （只适于 Re<R
L的情况）
三、三种不同形式的匹配网络
RL ReC
L (Xs)
Re
C
L'(Xp)
(a)
RL
Re
C (Xp)
L
Re
C'(Xs)L
(b)
1,L型网络
(a) ∏型网络
Xs Xs1 Xs2R
L RL
Xp Xp1 Xp2
(b) T型网络
2,Π 型和 Т 型网络
C1
C2
45pF
Cc
C3
C4
10pF
Lb
280?H
L1
L2
VT
50?
50?
17pF 16?H
0.01?F
97?H 16pF
UCC (28V)
Lc
280?H
4.3.3 高频功率放大器的实际电路
4.4 丁类高频功率放大器简介
在丙类高频功放中，提高集电极效率是靠减小集
电极电流的导通角实现的，但这样同时会减小输出
功率。丁类功率放大器的晶体管工作于开关状态，
管子导通时进入饱和区，器件内阻接近于 0，截止时
电流为 0，这样可以使集电极功耗大为减小，效率大
大提高。丁类功放分为电流开关型和电压开关型两
种电路。
下面以电压开关型电路为例，简要说明丁类功
率放大器的工作原理
UCC
VT1
VT2
A L0 C0
RL uL
iC1
iL
(a)
uA
iC2
Cc ?t
iC1
uA
uL
iC2
(b)
?t
?t
?t
两个同型的三极管 VT1, VT2相串联，输入变压器为 VT1, VT2
提供相位相反的驱动电压，使两管交替饱和导通,A点处的电压为方
波，振幅为
cesCCLm UUU 2??
相应的电流电压波形如图（ b）所示。负载电阻 RL与 L0,C0构成
高 Q串联谐振回路，当它调谐于输入信号频率时，在负载上得到电压
uA的基波分量，实现高频放大的目的。
RL上基波电压振幅：
)2(2 c e sCCLm UUU ?? ?
基波电流振幅：
L
Lm
Lm R
UI ?
输出功率：
L
Lm
R
UP 2
0 2
1?
通过电源的平均电流分量：
??
LmLmc III ?? )90(00 ?
电源供给功率,coCCE IUP ?
效率：
CC
c e sCC
E
c U
UU
P
P 20 ????
理想情况下，两管集电极损耗均为零，效率可达 100%。若考虑饱和
压降不为 0，例如，，时，求得。实际工作中，三极管在饱和、截止之间
的转换需要一定的时间,uA不是理想方波，而是存在着上升沿和下降沿，
转换期间存在一定的电压和电流，使管耗增加，效率降低，所以应选择
开关时间短的高频开关三极管或无电荷存储效应的 VMOS场效应管，并
减小电路中的分布电容。
4.5 宽带功率放大器
概述
在多通道通信系统及频段通信系统中，需要采用宽带高
频功率放大器，它以非调谐的宽带网络作输出匹配网络，
要求在很宽的波段范围内对信号进行尽可能一致的线性放
大，
由于宽带放大器没有选频作用，一般只工作于非线性失
真较小的甲类或甲乙类，所以宽带放大器的效率一般不高
（ 20%左右）。
对宽带放大器的主要要求是：通频带要宽，失真要小，
放大倍数要大。
常用的宽带匹配网络是传输线变压器。
4.5.1 传输线变压器
一、传输线变压器简介
传输线主要是指用来传输高频信号的双导线、同轴线，将传输线绕制在高
磁导率、低损耗的磁环上就构成传输线变压器。因此它兼有传输线和高频变压
器两者的特点，相应的有两种工作方式，传输线方式和变压器方式。
1 2
3 4
U2
Us
I1 I2
I4I3
U1
Rs
传输线方式
Us
1 3
2
U1
Rs
RL
4
U2
变压器方式
传输线等效电路如下图，低频工作时，传输线就是两根普通连接线。高
频工作时，由于分布电感和线间分布电容的影响，能量是通过分布电容中的
电场能量和分布电感中的磁场能量不断相互转换而传送到负载的。以 L0,C0
表示单位长度传输线的电感和电容，传输线的特性阻抗是一个与频率无关的
电阻
0
0 CLZ c ?
1 2
3 4
l
Zi
ZCI1
I1
I2
I2
普通连接线 示意图
Us
U1
Rs
RLU2
1 2
3 4
U1
I1
I1
I2
I2
传输线等效图
RLU2
Us
Rs
1 2
3 4
U1
高频倒相器
Us
Rs RL
U2 U
L
二、传输线变压器的应用
1、高频倒相器
端点 2,3相连并接地,1,3端
加高频电压 U1，负载上得到的电压
UL与 U1反相。
2、不平衡、平衡变换器
1 2
3 4
Us
Rs RL/2
RL/2
平衡, 不平衡变换器
U1
U2/2
U2/2
U2信号源一端接地，称为“不平
衡”，转换后的负载上两电压大小
相等、方向相反，称为平衡输出。
1 2
3 4
(a)
I
RL/4
RL
U2U1
Us
Rs
UL
2I
(b)
1 2
3 4
2I
RL
U2U1
Us
Rs
UL
4RL
I
3、阻抗变换器
图（ a）构成的是 1,4阻抗变换器，
1,4端相联，线圈两端电压相等 U2=U1，
则负载电压 UL=2U1，负载电流为 I，，
则输入端阻抗
L
L
i RI
U
I
UR
4
1
2
2
1
2
1 ???
若将 2,3端相联,4端接地，则可
构成 4,1的阻抗变换，如图（ b）所
示
利用上述原理还可构成 1,9,1,16,………1,（ n+1） 2的传输
线变压器。若将上述电路的输入端、输出端互换（即信号源与负载
互换），相应变为 4,1,9,1…… 的传输线变压器，工作原理是相
同的。
+28V
Lb
T3T2T1
27?
470?
47?
27?
2.7k?
0.01?
0.01? 0.01?
0.01?
1800? 1200?
27?
180?
12?
0.01?
5? 0.01?
1000p
0.01? 5?330?
Lb
0.01?
输入
输出
VT1 VT2
三、宽带功率放大电路实例
宽频带变压器耦合放大电路，工作频率在 150kHz~30MHz。图中 T1、
T2,T3都是宽带传输线变压器,T1与 T2串接是为了实现阻抗变换，将 VT1
的低输入阻抗变换为 VT2所需要的高负载阻抗。为改善放大器性能，每级
都加了电压负反馈支路；为避免寄生耦合，每级的集电极电源都加有电容
滤波。未采用调谐回路，放大器应工作于甲类状态。
1W 4W 11W
5W 11W
10W
5W 11W
5W
5W 11W
11W
11W5W
19W
40W 35W
19W10W 10W
10W 10W
5W 11W
4.5.2 宽带功率合成技术
一、功率合成器的组成
在高频功率放大器中，当需要的输出功率超过单个电子器件所
能输出的功率时，可以将多个电子器件的输出功率叠加起来，这就
是功率合成技术。
下图是一个输出功率为 35W的功率合成器的组成框图，三角形
代表功率放大器，菱形代表功率分配或合成网络。
A D
C
B
RA
RB
RC RD
(a)
A D
C
B
RA
RB
RD
RC
(b)
利用 1,4传输线变压器组成的魔 T混合网络，可以实现功率合成
与分配的功能，其基本电路如图（ a）所示。混合网络有 A,B,C、
D四个端点，为了满足网络匹配的条件，取 RA = RB = ZC = R,RC =
ZC / 2 =R / 2,RD = 2ZC = 2R，其中 ZC是传输线变压器的特性阻抗。
在此基础上，利用 A,B,C,D四个端点适当连接，可以实现功率
合成与功率分配，图（ b）为变压器形式的等效电路。
二、功率合成与分配单元
如下图所示，将 A,B两端点分别接入两个功率放大器的输出端，
若两个输出电压为：
SSS UUU ??? 21
两电压大小相等、极性相反。在 A点，有：
21 III ??
在 B点，有,III ??
12故
01 ?I II ?2
所以 C端无输出，而 D点的输出功率为：
ABAD PPPUIP 22 ?????
实现了功率合成，称为反相合成。
RA
RB
RC RD
A D
C
B
I I2
I2
I1
I1
I
2I1
US1
US2
2U
U
U
若两个输出电压为
SSS UUU ?? 21
经过类似分析可以得到：
ABAC PPPUIP 22 ????? 称为同相合成。
RA
RB
RC
Ia Id
Ib Id
Ic
A D
DB
C
Ud/2
I
I
Id
(a)
Ud/2 Ud
Ia IdA D
I
I
Ic
RA
RB
B D
C
Ib Id
RD
(b)
将功率合成器输入输出位置交换，即可得到功率
分配器。如下图所示：
D A
B
CT2
T3
T4
T5 T6T1
25?
12.5?
12.5?
6?
10?
10?
L
L
1?H
1?H
6?
1500pF
1500pF
D
B
A
C
12.5?
12.5?
1000pF
8?F
+24V
输出
25?
VT
1
VT2
三、功率合成电路实例
左图是一个
反相功率合成器
的典型电路，它
是一个输出功率
为 75W、带宽为
30~75MHz的放
大电路的一部分。
图中,T2为反相
功率分配网络，
T5反相功率合成
网络,T1 与 T6
是 1,1传输线变
压器，实现平
衡 — 不平衡转换；
T3与 T4是 4,1阻
抗变换器。
100?
T2
T3
T4
T5
T6T1
C
DA
B
D A
B
C
50?
1.1?
1.1?
22?
22?
200?
200?
0.033
?
0.033
?
100?
100?
25?
25?
400? 200?
UCC
VT1
VT2
下图是一个典型的同相功率合成器电路。图中,T1为同相功率分
配网络,T6为同相功率合成网络,T2,T3与 T4,T5 分别是 4,1与 1,4
阻抗变换器，各处的特性阻抗均已在图中注明。晶体管发射极接入
的电阻以产生负反馈，提高输入阻抗。各基极串联的电阻，可提高
输入电阻，并防止寄生振荡。 D端所接的、电阻是 T1 与 T6的假负载电
阻。
反相功率合成器的优点是：输出没有偶次谐波，输入电阻比单边
时高，因而引线电感的影响减小。在同相功率合成器中，由于偶次
谐波在输出端是相加的，因此输出中有偶次谐波存在。
本章小结
高频功率放大器的主要作用是放大高频信号，以高效率输出
大功率。为了提高效率，高频谐振功放多工作在丙类状态，而且
一般采用选频网络作负载，完成阻抗匹配和滤波的功能，不同于
纯电阻负载的情况。
丙类高频谐振功率放大器中功放管的导通角小于 90?，所以输
出电流为脉冲电流，但是利用了选频网络的滤波作用，可以得到
正弦电压输出。
本章要点：
1、丙类谐振功放的三种工作状态：
（ 1）欠压状态，动特性线在截止区和放大区，输出电压幅
度小，输出功率和效率低，集电极功耗大。
（ 2）过压状态，动特性线进入饱和区，集电极电流脉冲出
现凹陷，输出电压幅度大，且呈现恒压特性，输出功率低，效
率高。
（ 3）临界状态，动特性线达到临界饱和线，输出电压幅度大，输
出功率和效率高，集电极功耗小，是谐振功率放大器理想的工作
状态。
2、丙类谐振功放的外部特性：指外部参数对谐振功率放大器的工
作状态和性能所造成的影响：
（ 1）负载特性：仅负载 Re变化对功放工作状态和性能的影响,Re
增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。
（ 2）放大特性：仅激励电压幅度 Uim变化对功放工作状态和性能的
影响,Uim增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在欠压
区，对输入信号可实现线性放大。
（ 3）基极调制特性：仅基极偏置电压 UBB变化对功放工作状态和性
能的影响,UBB增大，工作状态由欠压经临界向过压变化。工作在
欠压区，可实现基极调幅。
（ 4）集电极调制特性：仅集电极偏置电压 UCC变化对功放工作状态
和性能的影响,UCC减小，工作状态由欠压经临界向过压变化。
工作在过压区，可实现集电极调幅。
3、主要参数关系的公式：
（ 1）电流导通角：
（ 2）集电极脉冲电流：
（ 3）输出功率：
（ 4）直流电源提供功率：
（ 5）集电极功耗：
（ 6）集电极效率：
im
BBD U UU ???c o s
)( 1m i nm a x mcCCcCEcC UUSuSi ???
)co s1(m a x ??? immC Ugi
e
mcemcmcmc
R
URIUIP 2 12
1110 2
1
2
1
2
1 ?????
CCcE UIP ?? 0
0PPP Ec ??
c
CC
mc
c
mc
E
c U
U
I
I
P
P ???
1
1
0
10
2
1
2
1 ????
4、馈电线路为功率放大器提供直流偏置，具体分为基极馈电和集
电极馈电，又各有串馈和并馈形式。
5、输出匹配网络主要实现阻抗变换与滤波，还可实现功率合成与
分配。
84.0E)(S P24121 2
C1C
1
cr ???? ???
3-11解, COS?=Eb?/Ub ?=80.4?,icmax=2.5A,此电路工作在临界状态。
IC1=?1（ ?） icmax =1.18A,
IC0=?0（ ?） icmax =0.715A
p1= IC1UC1/2=12.39W, p0= IC0EC=17.56W
?= p1 / p0=72.2?,RL=UC1/IC1=17.8?
3-12解,(1)
UC1=?CreEC=20.16V
IC1=2P1/UC1=2.91A?RL=UC1/IC1=20.16/2.91=7.3
?= p1 / p0=?cr?（ ?） /2=70.6?
(2)减小 Eb，并提高 Ub，
(3) 功放工作在欠压状态，输出功率约为零（是原来的 2L )Q5.1(1 1? 倍）
0
0
3 6V 12 24
Eb?
ic
uce
ube=3V
2.5V
1.5V
?t
2.5A
ic
-? ?
uce-?
?
EB?=0.5V
