第2章 高频功率放大器

学习目标

（1）正确理解谐振功率放大器的基本原理及性能分析

（2）熟悉丙类倍频器的基本组成

（3）一般了解丁类高频功率放大器基本工作原理

（4）了解宽带高频功率放大器的基本组成及基本工作原理

高频功率放大器是用于放大高频信号并获得足够大输出功率的一种放大器。本章将从高频功率放大器的分类和特点开始，首先介绍高频功率放大器中的一类——丙类谐振功率放大器，分析它的工作原理，讨论它的特性以及直流馈电电路和匹配网络，并简单介绍丙类谐振倍频器和丁类高频功率放大器的工作原理；然后介绍传输线变压器以及由它构成的另一类高频功率放大器——宽带功率放大器，并且对常用的功率合成电路做简单介绍。

2.1 概述

在无线电信号发射时，要使发射的高频信号覆盖足够的范围，待发射的高频信号必须经过一系列的放大，以获得足够的功率，然后馈送到天线上辐射出去。因此，高频功率放大电路是所有无线电信号发射装置必不可少的重要组成部分。

2.1.1 高频功率放大器的分类

按工作频带宽窄不同, 高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。

窄带型常采用具有选频作用的谐振网络作为负载，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在丙类状态或乙类状态。在放大等幅信号（如载波、调频信号等）时，放大器一般工作在丙类状态，而放大高频调幅信号时一般工在乙类状态。这是因为前者的效率高，且具有选频作用的谐振网络能滤除谐波，从严重失真的电流波形中得到不失真的电压输出，因而又称为丙类谐振功率放大器；后者为了减小失真，只能工作在乙类状态，工作在乙类的这类功放又称为线性功率放大器（Linear Power Amplifier）。为了进一步提高工作效率，又出现了丁类（Class D）谐振功放，在这种功放中的电子器件常工作在开关状态。

宽带型常采用工作频带很宽的传输线变压器（Transmission-Line Transformers）作为负载，由于不采用谐振网络，因此它可以工作在很宽的频带范围内。对于那些频率变化范围较大的通信设备，由于难以迅速变换窄带功率放大器负载回路的频率，因此，常采用宽频带高频功率放大电路。

2.1.2 丙类谐振功率放大器的特点

丙类谐振功率放大器与低频功率放大器相比较，其共同点都是用来对输入信号进行功率放大。它们的不同点表现在：首先两者工作频率和相对频带不同，低频功放的工作频率较低，一般在20Hz～20kHz之间，相对频带较宽；而丙类谐振功放是用来放大高频信号的，工作频率一般在几百千赫到几百兆赫，甚至更高，且由于具有选频作用，相对频带很窄，只有0.1%左右。其次是负载性质不同，低频功放采用电阻、变压器等非谐振负载，而丙类谐振功放采用的是具有选频作用的谐振网络作为负载。再次是工作状态不同，低频功放为了兼顾效率和不失真地放大，一般工作在乙类或甲乙类状态，而丙类谐振功放因为具有选频网络，常工作在效率较高的丙类状态。

与小信号谐振放大器相比，它们具有的共同点是都是用来放大高频信号，且负载均为谐振网络。但小信号谐振放大器属于小信号放大器，主要用来不失真地放大微弱的高频信号，同时抑制干扰信号，因而主要考虑的是电压放大倍数、选择性及通频带，而对输出功率及效率一般不予考虑，所以一般工作在甲类状态，其谐振网络也主要用于抑制各种干扰信号。丙类谐振功放是用来放大幅度较大的信号，它主要考虑的是功率和效率，因而工作在丙类状态，其谐振网络主要是用来从失真的电流脉冲中选出基波、滤除谐波，从而得到不失真的输出信号。

2.1.3 丙类谐振功率放大器的主要性能指标

丙类谐振功率放大器的主要技术指标是输出功率Po、效率η和功率增益AP。若直流电源提供的功率为PDC，则效率η为：

功率管的集电极耗散功率PC为：

若基极输入功率为Pi，则功率增益为：

由于丙类谐振功率放大器的晶体管工作在非线性状态，故其属于非线性电子线路，因而不能用线性等效电路来分析，通常采用准静态分析法进行分析和估算。此外，丙类功率放大器是依靠减小管子导通时间来提高效率的，输出功率也会因此而减小，这是一对矛盾。解决这个矛盾的方法之一就是采用丁类放大器。