第 10章 高频功率放大器
10.1 概述
10.2 谐振功率放大器的工作原理
10.3 谐振功率放大器电路
10.1 概述
高频功率放大器的作用是 使高频信号获得足够大的输出
功率，以满足天线辐射功率的要求，所以高频功率放大器
又常称为 射频功率放大器 。
10.1.1 高频功率放大器的分类
根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分
为 窄带型 和宽带型两大类。
窄带型高频功率放大器常采用具有选频作用的谐振网络
作为负载，所以又称为 谐振功率放大器 。为了提高效率，
谐振功率放大器常工作于乙类或丙类状态。
宽带型 高频功率放大器采用工作频带很宽的传输线变压
器作为负载，可以实现功率合成
10.1.2 谐振功率放大器的特点
1.高频功放工作频率高，但相对频带却很窄
2.高频功放一般都采用选频网络作为负载回路，
3.高频功放要求有大的输出功率和高的效率。
4.高频功放则工作在丙类状态
5.高频功放利用选频网络来选出信号的基波分量，滤除
谐波成分。
10.2 谐振功率放大器的工作原理
10.2.1 丙类谐振功率放大器的工作原理
丙类谐振功放的原理电路
谐振回路的作用有三个,一是传输功率,当回路工
作于调谐频率时，可把基波功率从输入端传送到晶体管，
再由晶体管放大后传送给负载，起选取基波分量的作用；
二是滤除各次谐波成分 ；
三是匹配作用,当输入匹配时，可从前级获取最大功率，
当输出匹配时，可保证放大器输出最大功率。
电源分两组，一组为基极电源 VBB，它的作用是保证晶
体管工作在丙类状态；另一组是集电极电源 VCC，它是
功率放大器的能源。
甲、乙、丙三种工作状态时的集电极电压、电流波形
下面我们讨论调谐功率放大器的工作过程。
设输入激励电压 ub＝ Ubmcos?ct，则加在晶体管发射结两端
的电压为
uBE=?VBB+ub=?VBB+Ubmcos?ct
只有当 uBE大于 Uth时，基极才出现电流 iB。显然,iB为余弦脉
冲波，根据傅里叶级数的理论，电流 iB可用式子表示如下。
iB＝ IB0＋ i1b＋ ib2＋ … ＝ IB0＋ Ibm1cos?ct+Ibm2cos2?ct+…
式中 IB0为直流分量,Ibm1,Ibm2分别为基波、二次谐波的振幅。
晶体管导通时有集电极电流 iC,iC与 iB对应，也为余弦脉冲
波，也可用傅里叶级数分解为
iC＝ IC0＋ ic1＋ ic2＋ … ＝ IC0＋ Icm1cos?ct+Icm2cos2?ct+…
丙类谐振功放的基级电压 Ub和基极电流 ib的波形
由于输出回路谐振于 ?c，
则回路对基波分量的电流呈
现很大的纯电阻性阻抗 R，
而回路对各高次谐波严重失
谐，呈现很小的阻抗，可视
为短路，回路对直流分量也
可视为短路，因此只有基波
分量 Icm1cos?ct在输出回路两
端产生压降，即
uc=RIcm1cos?ct=Ucmcos?ct
丙类谐振功放的电压和电流波形
10.2.2 丙类谐振功率放大器的性能分析
在基极输入余弦电压 ub的作用下，丙类功放中的放大管
将经历不同的工作区域，因此，放大器将工作在不同的
状态。
1.当基极输入电压的瞬时值 ub不太大时,uBE≤Uth，管子
将截止；
2.当 ub变大使 uBE>Uth时，管子将导通。若 ub的振幅 Ubm不
太大，则管子导通时将一直处于放大区，这时称丙类功
放处于欠压状态；如果 Ubm的大小恰好使管子导通时从
放大区进入临界饱和，则称丙类功放工作于临界状态。
3.如果 Ubm很大，则管子导通时将从放大区进入饱和区，
于是称丙类放大器工作在过压状态。
1,调制特性
调制特性有集电极调制特性和基极调制特性两种 。
（ 1）集电极调制特性：
是指在 Ubm,VBB和 R保
持不变时，谐振功放性
能随 VCC变化的特性，如
图所示。由图可见，当
VCC由小增大时，放大器
将历经过压、临界、欠
压三种工作状态。工作
在过压区的谐振功放 VCC
的变化可有效地控制集
电极回路电压振幅 Ucm
的变化，这就是集电极
调幅原理。 集电极调制特性
（ 2）基极调制特性：
基极调制特性是指在
Ubm,VCC和 R保持不变
时，丙类谐振功放的性
能随 VBB的变化特性，
如图所示。当 VBB由小
增大时，放大器将历经
欠压、临界、过压三种
工作状态。 VBB工作在
欠压状态的谐振功放的
变化可有效地控制集电
极回路电压振幅 Ucm的
变化，这就是基极调幅
原理。
基极调制特性
2,放大特性
丙类谐振功放的放大
特性是指在 VBB,VCC
和 R保持不变时，放
大器的性能随 Ubm变
化的特性。在 VCC和 R
为定值时，固定 VBB、
增大 Ubm与固定 Ubm、
增大 VBB的情况类似，
因此放大特性与基极
调制特性十分相似，
如图所示。
放大特性
3．负载特性
丙类谐振功放的负载特性是指在 VBB,Ubm和 VCC保持不变时，
放大器的性能随 R的变化特性，如图所示。
负载特性
10.3 谐振功率放大器电路
丙类谐振功放的管外电路包括输入端与输出端的直流馈
电电路和匹配网络（耦合电路等）。
10.3.1 直流馈电电路
直流馈电电路是指把直流电源馈送到晶体管各极的电路，
它包括 集电极馈电电路 和 基极馈电电路 两部分。无论是哪
一部分馈电电路都有 串联馈电 与 并联馈电 两种方式。
1,基极馈电电路
所谓串联馈电方式，就是直流馈电电路与输入信号
源串联连接。所谓并联馈电方式，就是其直流馈电
电路与输入信号源并联连接。
基极馈电电路
为了保证晶体管处于丙类工作状态，可在晶体管基极
加小于 Uth的正偏压或直接加负偏压 VBB
基极自给偏压电路
采用一个独立电源实现偏置，很不方便，因此在负偏置的丙类
谐振功放中，一般采用基极自给偏压电路，如图所示。
2,集电极馈电电路
集电极馈电电路
所谓串联馈电方式是指直流电源、匹配网络（谐振
回路）与功放管三者是串联连接的馈电方式，所谓并联
馈电，即上面三者是并联连接的馈电方式。
10.3.2 匹配网络
在谐振功率放大器中，为了满足输出功率和效率的要求，并
有较高的功率增益，除正确选择放大器的工作状态外，还必
须正确设计输入和输出匹配网络。
谐振功放的输入、输出匹配网络
无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，都具有传输有
用信号的作用，故又称为耦合电路。
对于输出匹配网络，要求它具有滤波和阻抗变换（匹配）
功能，即滤除各次谐波分量，使负载上只有基波电压；
将外接负载 RL（或 ZL）变换为谐振功放所要求的负载电
阻 R，以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络
也称为滤波匹配网络。
对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为
前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获
得尽可能大的激励功率。
10.3.3 谐振功放的实际电路
150MHz谐振功放
本章小结
（ 1）高频功率放大器有窄带型和宽带型两种，它们各自应用
于不同的场合。窄带型功率放大器一般采用具有选频功能的谐
振网络作为负载，又称为谐振功率放大器。
（ 2）为提高效率，谐振功放一般工作在丙类状态，其集电极
电流是失真严重的脉冲波形。而调谐在信号频率的集电极谐振
回路将滤除谐波，得到不失真的输出电压。
（ 3）丙类谐振功率放大器有欠压、临界、过压三种工作状态，
其性能可用负载特性、放大特性和调制特性来描述。
（ 4）为了使丙类谐振功放正常工作，必须正确设计直流馈电
电路和匹配网络。
10.1 概述
10.2 谐振功率放大器的工作原理
10.3 谐振功率放大器电路
10.1 概述
高频功率放大器的作用是 使高频信号获得足够大的输出
功率，以满足天线辐射功率的要求，所以高频功率放大器
又常称为 射频功率放大器 。
10.1.1 高频功率放大器的分类
根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分
为 窄带型 和宽带型两大类。
窄带型高频功率放大器常采用具有选频作用的谐振网络
作为负载，所以又称为 谐振功率放大器 。为了提高效率，
谐振功率放大器常工作于乙类或丙类状态。
宽带型 高频功率放大器采用工作频带很宽的传输线变压
器作为负载，可以实现功率合成
10.1.2 谐振功率放大器的特点
1.高频功放工作频率高，但相对频带却很窄
2.高频功放一般都采用选频网络作为负载回路，
3.高频功放要求有大的输出功率和高的效率。
4.高频功放则工作在丙类状态
5.高频功放利用选频网络来选出信号的基波分量，滤除
谐波成分。
10.2 谐振功率放大器的工作原理
10.2.1 丙类谐振功率放大器的工作原理
丙类谐振功放的原理电路
谐振回路的作用有三个,一是传输功率,当回路工
作于调谐频率时，可把基波功率从输入端传送到晶体管，
再由晶体管放大后传送给负载，起选取基波分量的作用；
二是滤除各次谐波成分 ；
三是匹配作用,当输入匹配时，可从前级获取最大功率，
当输出匹配时，可保证放大器输出最大功率。
电源分两组，一组为基极电源 VBB，它的作用是保证晶
体管工作在丙类状态；另一组是集电极电源 VCC，它是
功率放大器的能源。
甲、乙、丙三种工作状态时的集电极电压、电流波形
下面我们讨论调谐功率放大器的工作过程。
设输入激励电压 ub＝ Ubmcos?ct，则加在晶体管发射结两端
的电压为
uBE=?VBB+ub=?VBB+Ubmcos?ct
只有当 uBE大于 Uth时，基极才出现电流 iB。显然,iB为余弦脉
冲波，根据傅里叶级数的理论，电流 iB可用式子表示如下。
iB＝ IB0＋ i1b＋ ib2＋ … ＝ IB0＋ Ibm1cos?ct+Ibm2cos2?ct+…
式中 IB0为直流分量,Ibm1,Ibm2分别为基波、二次谐波的振幅。
晶体管导通时有集电极电流 iC,iC与 iB对应，也为余弦脉冲
波，也可用傅里叶级数分解为
iC＝ IC0＋ ic1＋ ic2＋ … ＝ IC0＋ Icm1cos?ct+Icm2cos2?ct+…
丙类谐振功放的基级电压 Ub和基极电流 ib的波形
由于输出回路谐振于 ?c，
则回路对基波分量的电流呈
现很大的纯电阻性阻抗 R，
而回路对各高次谐波严重失
谐，呈现很小的阻抗，可视
为短路，回路对直流分量也
可视为短路，因此只有基波
分量 Icm1cos?ct在输出回路两
端产生压降，即
uc=RIcm1cos?ct=Ucmcos?ct
丙类谐振功放的电压和电流波形
10.2.2 丙类谐振功率放大器的性能分析
在基极输入余弦电压 ub的作用下，丙类功放中的放大管
将经历不同的工作区域，因此，放大器将工作在不同的
状态。
1.当基极输入电压的瞬时值 ub不太大时,uBE≤Uth，管子
将截止；
2.当 ub变大使 uBE>Uth时，管子将导通。若 ub的振幅 Ubm不
太大，则管子导通时将一直处于放大区，这时称丙类功
放处于欠压状态；如果 Ubm的大小恰好使管子导通时从
放大区进入临界饱和，则称丙类功放工作于临界状态。
3.如果 Ubm很大，则管子导通时将从放大区进入饱和区，
于是称丙类放大器工作在过压状态。
1,调制特性
调制特性有集电极调制特性和基极调制特性两种 。
（ 1）集电极调制特性：
是指在 Ubm,VBB和 R保
持不变时，谐振功放性
能随 VCC变化的特性，如
图所示。由图可见，当
VCC由小增大时，放大器
将历经过压、临界、欠
压三种工作状态。工作
在过压区的谐振功放 VCC
的变化可有效地控制集
电极回路电压振幅 Ucm
的变化，这就是集电极
调幅原理。 集电极调制特性
（ 2）基极调制特性：
基极调制特性是指在
Ubm,VCC和 R保持不变
时，丙类谐振功放的性
能随 VBB的变化特性，
如图所示。当 VBB由小
增大时，放大器将历经
欠压、临界、过压三种
工作状态。 VBB工作在
欠压状态的谐振功放的
变化可有效地控制集电
极回路电压振幅 Ucm的
变化，这就是基极调幅
原理。
基极调制特性
2,放大特性
丙类谐振功放的放大
特性是指在 VBB,VCC
和 R保持不变时，放
大器的性能随 Ubm变
化的特性。在 VCC和 R
为定值时，固定 VBB、
增大 Ubm与固定 Ubm、
增大 VBB的情况类似，
因此放大特性与基极
调制特性十分相似，
如图所示。
放大特性
3．负载特性
丙类谐振功放的负载特性是指在 VBB,Ubm和 VCC保持不变时，
放大器的性能随 R的变化特性，如图所示。
负载特性
10.3 谐振功率放大器电路
丙类谐振功放的管外电路包括输入端与输出端的直流馈
电电路和匹配网络（耦合电路等）。
10.3.1 直流馈电电路
直流馈电电路是指把直流电源馈送到晶体管各极的电路，
它包括 集电极馈电电路 和 基极馈电电路 两部分。无论是哪
一部分馈电电路都有 串联馈电 与 并联馈电 两种方式。
1,基极馈电电路
所谓串联馈电方式，就是直流馈电电路与输入信号
源串联连接。所谓并联馈电方式，就是其直流馈电
电路与输入信号源并联连接。
基极馈电电路
为了保证晶体管处于丙类工作状态，可在晶体管基极
加小于 Uth的正偏压或直接加负偏压 VBB
基极自给偏压电路
采用一个独立电源实现偏置，很不方便，因此在负偏置的丙类
谐振功放中，一般采用基极自给偏压电路，如图所示。
2,集电极馈电电路
集电极馈电电路
所谓串联馈电方式是指直流电源、匹配网络（谐振
回路）与功放管三者是串联连接的馈电方式，所谓并联
馈电，即上面三者是并联连接的馈电方式。
10.3.2 匹配网络
在谐振功率放大器中，为了满足输出功率和效率的要求，并
有较高的功率增益，除正确选择放大器的工作状态外，还必
须正确设计输入和输出匹配网络。
谐振功放的输入、输出匹配网络
无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，都具有传输有
用信号的作用，故又称为耦合电路。
对于输出匹配网络，要求它具有滤波和阻抗变换（匹配）
功能，即滤除各次谐波分量，使负载上只有基波电压；
将外接负载 RL（或 ZL）变换为谐振功放所要求的负载电
阻 R，以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络
也称为滤波匹配网络。
对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为
前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获
得尽可能大的激励功率。
10.3.3 谐振功放的实际电路
150MHz谐振功放
本章小结
（ 1）高频功率放大器有窄带型和宽带型两种，它们各自应用
于不同的场合。窄带型功率放大器一般采用具有选频功能的谐
振网络作为负载，又称为谐振功率放大器。
（ 2）为提高效率，谐振功放一般工作在丙类状态，其集电极
电流是失真严重的脉冲波形。而调谐在信号频率的集电极谐振
回路将滤除谐波，得到不失真的输出电压。
（ 3）丙类谐振功率放大器有欠压、临界、过压三种工作状态，
其性能可用负载特性、放大特性和调制特性来描述。
（ 4）为了使丙类谐振功放正常工作，必须正确设计直流馈电
电路和匹配网络。
