3-1丙類諧振功放的工作原理及特性分析課件

第3章高頻功率放大器1第3章高頻功率放大器13.1丙類（C類）諧振功率放的工作原理3.2諧振功放的性能分析3.3諧振功率放大器電路3.4丁（D）類和戊（E）類諧振功率放大器3.5集成高頻功率放大器及其應用簡介3.6寬帶高頻功率放大器電路23.1丙類（C類）諧振功率放的工作原理2學習目的：1、高頻功率放大器的電路組成2、諧振功率放大器的工作原理3、高頻功率放大器的外部特性3學習目的：1、高頻功率放大器的電路組成3

高頻（諧振）功率放大器在發(fā)射機中的位置從圖中可見，高頻功放是無線發(fā)射機的重要組成部分概述4高頻（諧振）功率放大器在發(fā)射機中的位置從圖中可見，高

在無線電廣播和通信發(fā)射機中，為了獲得大功率的高頻信號，必須采用高頻功率放大器。

窄帶高頻功率放大器：寬帶高頻功率放大器：通常以LC并聯(lián)諧振回路作負載，又稱為諧振功率放大器。以傳輸線變壓器為負載，因此又稱為非諧振功率放大器。高頻功率放大器按工作頻帶的寬窄可分：5在無線電廣播和通信發(fā)射機中，為了獲得大功率的高頻1、使用高頻功率放大器的目的放大高頻大信號使發(fā)射機末級獲得足夠大的發(fā)射功率。2、放大的實質(zhì)：

實質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)換。將電源提供的直流功率轉(zhuǎn)變成交流信號功率輸出。3、高頻功率信號放大器使用中需要解決的兩個問題①高效率輸出②高功率輸出61、使用高頻功率放大器的目的放大高頻大信號使發(fā)射機末級獲得足4.工作狀態(tài)1、甲類：工作點設(shè)置在放大區(qū)；輸入信號ui在整個周期都有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。ICUCEOQiCtO優(yōu)點：無失真，波形好,；缺點：靜態(tài)IC較大，管耗大，效率低。轉(zhuǎn)換效率約為50%。74.工作狀態(tài)1、甲類：工作點設(shè)置在放大區(qū)；I

2、乙類：工作點設(shè)置在截止點上；晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導通，有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。優(yōu)點：靜態(tài)IC=0，管耗小效率高。效率約為78.5%。缺點：輸出脈沖電流，波形嚴重失真。ICUCEOQiCtO82、乙類：工作點設(shè)置在截止點上；優(yōu)點：靜態(tài)ICUCEOQiCtO

3、甲乙類：工作點設(shè)置在放大區(qū)靠近截止點的位置；晶體管導通的時間大于半個周期，在輸入信號的大半個周期內(nèi)導通，有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。優(yōu)點：靜態(tài)IC0，管耗小，效率高。效率約為50%<η<78.5%。缺點：嚴重失真。9ICUCEOQiCtO3、甲乙類：工作點設(shè)置

4、丙類：工作點設(shè)置在截止區(qū)以內(nèi)；晶體管導通的時間小于半個周期，在輸入信號的小半個周期內(nèi)導通，有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。<優(yōu)點：靜態(tài)IC=0，管耗小，效率高。效率η>78.5%。缺點：輸出電流波形嚴重失真。104、丙類：工作點設(shè)置在截止區(qū)以內(nèi)；<優(yōu)點：靜功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。諧振功率放大器通常工作于丙類狀態(tài)，屬于非線性電路11功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式3.1

丙類（C類）諧振功放的工作原理123.1丙類（C類）諧振功放的工作原理12

一、基本電路原理1、電路組成晶體管諧振回路輸入回路偏置電路

VCC、VBB為集電極和基極的直流電源電壓。為使晶體管工作在丙類狀態(tài)，VBB應小于晶體管的導通電壓uBE（on），在沒有輸入信號時，晶體管處于截止狀態(tài)，ic=0。iC+ui–RL+uCE–+

uBE

VCCVBBiB+uc–+––+LC圖3.1.3丙類諧振功放原理電路13一、基本電路原理1、電路組成晶體管VCC由于RL比較大，所以，諧振回路的品質(zhì)因數(shù)比較??；但不影響諧振回路對諧波成分的抑制作用。L、C為濾波匹配網(wǎng)絡，與RL構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，作為晶體管集電極負載。＊選頻濾波＊阻抗匹配完成以下功能：仿真1仿真214由于RL比較大，所以，諧振回路的品質(zhì)因數(shù)比較高頻功率放大器中各分電壓與電流的關(guān)系15高頻功率放大器中各分電壓與電流的關(guān)系152、電流、電壓波形設(shè)輸入一高頻余弦信號為則當uBE的瞬時值大于基射間導通電壓UBE(on)時，晶體管導通，產(chǎn)生基極脈沖電流iB，相應產(chǎn)生集電極脈沖電流ic，如圖所示。基極電流和集電極電流為周期性非正弦函數(shù)。162、電流、電壓波形設(shè)輸入一高頻余弦信號為則當u用傅里葉級數(shù)展開得式中：Ico為直流電流分量iC1為基波分量；iC1=Icm1COSωct

iC2為二次諧波分量；iC2=Icm2COS2ωct

iCn為n次諧波分量；iCn=IcmnCOSnωct

…………17用傅里葉級數(shù)展開得式中：Ico為直流電流分量iC1為基波分量當集電極回路調(diào)諧在輸入信號頻率ω上時（即與高頻輸入信號的基波諧振時）：諧振回路對基波電流而言等效為一純電阻Re；對其他各次諧波，回路因失諧呈現(xiàn)很小的電抗，可看成短路；直流分量只能通過回路電感線圈，直流電阻較小，可看成短路。這樣，脈沖電流ic流經(jīng)諧振回路時只有基波電流才產(chǎn)生壓降。18當集電極回路調(diào)諧在輸入信號頻率ω上時（即與高頻輸入信號的基波可見，利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集電極脈沖電流變換為不失真的余弦電壓輸出。晶體管集射間的電壓為:其中，Ucm為基波電壓振幅。若回路諧振電阻為Re，則19可見，利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集諧振功放工作原理小結(jié)：設(shè)置VBB<UBE(on)，使晶體管工作于丙類。當輸入信號較大時，可得集電極余弦電流脈沖。將LC回路調(diào)諧在信號頻率上，就可將余弦電流脈沖變換為不失真的余弦電壓輸出。iC+ui–RL+uCE–+uBE

VCCVBBiB+uc–+––+LC諧振功放原理電路20諧振功放工作原理小結(jié)：設(shè)置VBB<UBE(二、

輸出功率與效率1.放大器的輸出功率PO2.集電極直流電源供給功率PD3.集電極耗散功率PC4.放大器效率ηc其中集電極電流利用系數(shù)，又稱波形系數(shù)。為集電極電壓利用系數(shù)。21二、輸出功率與效率1.放大器的輸出功率PO2.集電極直流

三、余弦電流脈沖的分解略去uCE對iC的影響，將轉(zhuǎn)移特性折線化三、余弦電流脈沖的分解略去uCE對iC的影響，當t

=0時，iC=iCmaxiC表示為利用傅里葉級數(shù)，將脈沖序列iC展開:當t

=時，iC=0當t=0時，iC=iCmaxiC表示為利用…00.10.20.30.40.50.6

20406080100120140160180°n()3()2()0()1()g1()波形系數(shù)…00.10.20.30.40.50.62040θ值越小，g1(θ)值越大，效率越高。效率：若ξ=1時，00.10.20.30.40.50.6

20406080100120140160180°n()g1()3()2()0()1()g1()2.01.0甲類工作狀態(tài)：乙類工作狀態(tài)：丙類工作狀態(tài)：設(shè)25θ值越小，g1(θ)值越大，效率越高。效率：若ξ=1時，0000.10.20.30.40.50.6

2040

6080100120140160180°n()3()2()0()1()g1()可見，丙類工作狀態(tài)的效率最高，當θ=60o時，效率可達90％，隨著θ的減小，效率還會進一步提高。但當θ<40o后,波形系數(shù)的增加很緩慢，也就是說θ過小后，放大器效率的提高就不顯著了，此時的下降迅速，為了達到一定的輸出功率，所要求的輸入激勵信號電壓的幅值將會過大，從而對前級提出過高的要求。

00.10.20.30.40.50.6204000.10.20.30.40.50.6

204060

80

100120

140160180°n()3()2()0()1()g1()諧振功率放大器一般取θ為70o左右。00.10.20.30.40.50.6204060

例圖3.1.1所示電路中，VCC=24V，Po=5W，=70o，=0.9,求該功放的C、

PD、PC、iCmax

和回路諧振阻抗Re。解：例圖3.1.1所示電路中，VCC=24V，P3.2諧振功率放大器的特性分析293.2諧振功率放大器的特性分析29放大器工作狀態(tài)的分類：丙類諧振功放按晶體管是否進入飽和區(qū)分：欠壓（不進入飽和區(qū)）過壓（進入飽和區(qū)）臨界（達到臨界飽和）30放大器工作狀態(tài)的分類：丙類諧振功放按晶體管是否進入飽和區(qū)分：

一、高頻功率放大器的工作狀態(tài)iC+ui–RL+uCE–+

uBE

VCCVBBiB+uc–+

––

+LC

1.高頻功放的動態(tài)特性

即當加上激勵信號及接上負載阻抗時，晶體管集電極電流iC與uBE、uCE的關(guān)系曲線。31一、高頻功率放大器的工作狀態(tài)iC+RL++VCCVBBiuceic?AOVCC?QUcmuceminubemaxui=032uceic?AOVCC?QUcmuceminubemaxuiA1點處于放大區(qū)稱為欠壓（Undervoltage）狀態(tài)

A2點處于臨界區(qū)稱為臨界（Critical）狀態(tài)

A3點處于飽和區(qū)稱為過壓（Overvoltage）狀態(tài)功率放大器三種工作狀態(tài)和狀態(tài)波形33A1點處于放大區(qū)稱為欠壓（Undervoltage）狀態(tài)A2.欠壓、臨界和過壓工作狀態(tài)（1）欠壓：uCEmin

對應的動態(tài)點處于放大區(qū),晶體管處于放大狀態(tài)。ic為尖頂余弦脈沖。342.欠壓、臨界和過壓工作狀態(tài)（1）欠壓：uCEmi（2）臨界:uCEmin

對應的動態(tài)點處于放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點，晶體管處在放大區(qū)與飽和區(qū)的臨界點上。ic仍為余弦脈沖，但幅度有所減小，頂端變化平緩。放大器工作在臨界線狀態(tài)時，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。35（2）臨界:uCEmin對應的動態(tài)點處于放大區(qū)和（3）過壓，uCEmin

對應的動態(tài)點處于飽和區(qū)，ic為中間凹陷的脈沖波，隨著Ucm增大，uCE的減小脈沖波的凹陷加深，高度減小。36（3）過壓，uCEmin對應的動態(tài)點處于飽和區(qū)，ic思考題：在過壓區(qū)為什么會出現(xiàn)凹陷？iC凹陷的原因：諧振回路作負載。飽和時，uBE對iC的影響很小，隨著飽和深度的加深，uCE繼續(xù)減小，使iC迅速減小，從而出現(xiàn)凹陷。Ucm越大，uCEmin越小，凹陷越深，脈沖高度越小。37思考題：在過壓區(qū)為什么會出現(xiàn)凹陷？iC凹陷的原因：37二、影響放大器工作狀態(tài)的因素高頻放大器的工作狀態(tài)是由負載阻抗Re、激勵電壓Uim、供電電壓VCC、VBB等4個參量決定的。1、負載特性

（1）含義：諧振功放的負載特性是指VBB、Uim

和VCC

一定，放大器性能隨Re的變化特性。（2）特性38二、影響放大器工作狀態(tài)的因素高頻放大器的工作狀態(tài)是由負Re的增加（1）將引起

Ucm

↑()，UCEmin↓,iC高度略有下降。

（2）

Re↑→Ucm↑→UCEmin↓→放大器欠壓→過壓→iC

由余弦電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g有凹陷的脈沖波。iC

電流39Re的增加（2）Re↑→Ucm↑→UCEmin↓據(jù)此可以畫出

Ic0和Ic1m隨Re變化的特性。

Ucm=ReIc1m

Po=UcmIc1m/2

PD=VCCIC0

PC=PD－Po

C=Po/PD由

IC0

和Ic1m的變化就可以畫出Ucm、Po、PD、PC、C

隨Re

變化的曲線。40據(jù)此可以畫出Ic0和Ic1m隨Re變化的特性。3.討論

(1)欠壓區(qū)：圖(a)，Re↑

，iC

脈沖高度略有減小，IC0、Ic1m

也略有減小，

圖(b)，Ucm＝ReIc1m

近似線性增大；

Po=I2c1mRe

近似線性增大；PD=VCCIC0

略有減小;ηC

=P0/PD增大;PC

=PD-Po減小。

欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。413.討論(1)欠壓區(qū)：圖(a)，Re↑

(2)臨界狀態(tài)：

臨界狀態(tài)的特點是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說是最佳工作狀態(tài)。

發(fā)射機的末級常設(shè)計成這種狀態(tài)。42(2)臨界狀態(tài)：臨界狀態(tài)的特

(3)過壓區(qū)：

隨Re

增大，電流脈沖高度減小，凹陷加深，相應的IC0、Ic1m

減小；結(jié)果使Ucm

略有增加；Po、PD

減小，且Po比PD減小的慢；從而C

略有增加；PC

略有減小。

過壓狀態(tài)的優(yōu)點：當負載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大；在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率有所下降。

發(fā)射機的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。43(3)過壓區(qū)：過壓狀態(tài)的優(yōu)點：當負

(4)匹配負載：如果Re

的取值使管子工作在臨界狀態(tài)，則Po

最大，且C

較大，PC

較小，放大器性能接近最佳性能。將此時的Re

稱為諧振功放的匹配負載，用Reopt

表示。44(4)匹配負載：如果Re的取值使管子工作包括集電極調(diào)制和基極調(diào)制兩種特性。

(1)集電極調(diào)制特性

含義：VBB、Uim

和Re一定，放大器性能隨VCC變化的特性。

特性：2、調(diào)制特性45包括集電極調(diào)制和基極調(diào)制兩種特性。(1)集電極調(diào)制特性VCC的增加（1）VBB、Uim一定，UBEmax一定,iC脈寬一定，高度略有增加。

（2）

VCC↑→Ucemin↑→放大器過壓→欠壓→iC

由中間有凹陷的脈沖波轉(zhuǎn)變?yōu)橛嘞译娏髅}沖。iC電流46VCC的增加（2）VCC↑→Ucemin↑→放大器

※欠壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖高度略有減小，因而IC0和Ic1m

也將略有減小，Ucm(=ReIc1m)也略有減小。

討論：47※欠壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖高

※過壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖的高度降低，凹深加深，因而IC0、Ic1m、Vcm將迅速減小。

48※過壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖的高度集電極調(diào)幅原理電路

圖中：

——

輸入高頻載波電壓ωc——載波頻率——調(diào)制信號電壓，

為調(diào)制頻率為諧振回路上的輸出電壓。放大器工作在過壓狀態(tài)。49集電極調(diào)幅原理電路圖中：——輸入高頻載波電壓ωc—(2)基極調(diào)制特性

含義：Uim、VCC、Re

一定，放大器性能隨VBB

變化的特性。特性：50(2)基極調(diào)制特性含義：Uim、VCCVBB的增加（1）VCC、Uim一定，VBB↑則UBEmax↑，iC脈寬和高度均↑。

（2）

VBB↑→Ucemin↓→放大器欠壓→過壓→iC

由余弦電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g有凹陷的脈沖波。iC電流51VBB的增加（2）VBB↑→Ucemin↓→放大器

※過壓狀態(tài)：隨VBB

增大，集電極電流的寬度和高度均增加，凹陷加深，IC0和Ic1m、Vcm

緩慢增大，近似不變。

※欠壓狀態(tài)：隨VBB

增加，集電極電流的寬度和高度均增加，IC0和Ic1m

，Ucm(=ReIc1m)近似線性增加。

討論：52※過壓狀態(tài)：隨VBB增大，集電極電流的寬度和基極調(diào)幅原理電路——基極偏置電壓

放大器工作在欠壓狀態(tài)。53基極調(diào)幅原理電路——基極偏置電壓放大器工作在欠壓狀態(tài)

（1）含義：當VBB、VCC和Re

一定，放大器性能隨Uim

變化的特性。

（2）特性：固定VBB，增大Uim

與上述固定Uim增大VBB

（基極調(diào)制特性）的情況類似，它們都使iC

的寬度和高度增大，放大器由欠壓進入過壓，圖(a)。3、放大特性(振幅特性)54（1）含義：當VBB、VCC和Re一定，放Uim的增加VCC、VBB一定，Uim↑則UBEmax↑，iC脈寬和高度均↑。

Uim↑→Ucemin↓→放大器欠壓→過壓→iC

由余弦電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g有凹陷的脈沖波。iC電流Uim55Uim的增加Uim↑→Ucemin↓→放大器諧振功放作為線性功放時

為了使輸出信號振幅Vcm

反映輸入信號Vim

的變化，放大器必須在Vim

變化范圍內(nèi)工作在欠壓狀態(tài)，圖(b)。(3)

應用56諧振功放作為線性功放時為了使輸出信號振幅

諧振功放作為振幅限幅器(AmplitudeLimiter)

作用：將Vim在較大范圍內(nèi)的變化轉(zhuǎn)換為振幅恒定的輸出信號。

特點：根據(jù)放大特性，放大器必須在Vim的變化范圍內(nèi)工作在過壓狀態(tài)，或Vim

的最小值應大于臨界狀態(tài)對應的

Vim限幅門限電壓。

57諧振功放作為振幅限幅器(AmplitudeL四、四個特性在調(diào)試中的應用

在調(diào)試諧振功放時，上述四個特性十分有用。

例如，一丙類諧振功放，設(shè)計在臨界狀態(tài)，若制作出后，Po和C

均不能達到要求，則應如何進行調(diào)整。

Po

達不到要求，表明放大器沒在臨界。若增大Re

能使Po

增大，則根據(jù)負載特性，斷定放大器工作在欠壓狀態(tài)，此時分別增大Re、Vim

和VB

或同時或兩兩增大均可使放大器由欠壓進入臨界。58四、四個特性在調(diào)試中的應用在調(diào)試諧振功放時，上

若增大Re，Po減小，放大器實際工作在過壓狀態(tài)，可增大VCC（同時，適當增大

Re或Vim

或VB），需注意管子安全。

實際上放大器的工作狀態(tài)除了改變

Re

外還可以根據(jù)實際情況通過改變VCC、Vim、VB

來判斷，不過改變Re

較普遍，但不論改變哪個量都必須保證回路諧振在工作頻率上。59若增大Re，Po減小，放大器實際工作在過壓狀態(tài)，可增高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高。不同點：工作頻率和帶寬、負載、工作狀態(tài)聯(lián)想對比：60高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率※諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號均為高頻信號，而且放大器的負載均為諧振回路。不同之處：為激勵信號幅度大小不同；放大器工作點不同；晶體管動態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號諧振放大器波形圖61※諧振功率放大器與小信號諧振放大器的異同之處相同之處：它們放※諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同共同之處:都要求輸出功率大和效率高。功率放大器實質(zhì)上是一個能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量，能量轉(zhuǎn)換的能力即為功率放大器的效率。諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更小)，其工作狀態(tài)通常選為丙類工作狀態(tài)(c＜90)，為了不失真的放大信號，它的負載必須是諧振回路。非諧振放大器可分為低頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。低頻功率放大器的負載為無調(diào)諧負載，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)；寬帶高頻功率放大器以寬帶傳輸線為負載。62※諧振功率放大器與非諧振功率放大器的異同共同之處:都要求輸出小結(jié)1.基本工作原理＊電路組成VBB<uBE（on），晶體管工作在丙類小結(jié)1.基本工作原理VBB<uBE（on），晶體管工作可見，利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集電極脈沖電流變換為不失真的余弦電壓輸出。＊電流、電壓波形可見，利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集2、輸出功率與效率00.10.20.30.40.50.6

204060

80

100120140160180

°n()3()2()0()1()g1()丙類工作狀態(tài)的效率最高，隨著θ的減小，效率會進一步提高。但當θ<40o后,波形系數(shù)的增加很緩慢，也就是說θ過小后，放大器效率的提高就不顯著了。

諧振功率放大器一般取θ為70o左右。θ值越小，g1（θ）值越大，效率越高。2、輸出功率與效率00.10.20.30.40.50.623、諧振功率放大器的特性分析（1）高頻功放的工作狀態(tài)：欠壓、臨界和過壓狀態(tài)。（2）影響放大器工作狀態(tài)的因素負載特性

集電極調(diào)制特性3、諧振功率放大器的特性分析（1）高頻功放的工作狀態(tài)：欠壓、基極調(diào)制特性振幅特性Uim基極調(diào)制特性振幅特性Uim作業(yè)1.討論題3.1.2、3.1.3P63

2.3.2.1、3.2.2P68作業(yè)1.討論題3.1.2、3.1.3P63第3章高頻功率放大器69第3章高頻功率放大器13.1丙類（C類）諧振功率放的工作原理3.2諧振功放的性能分析3.3諧振功率放大器電路3.4丁（D）類和戊（E）類諧振功率放大器3.5集成高頻功率放大器及其應用簡介3.6寬帶高頻功率放大器電路703.1丙類（C類）諧振功率放的工作原理2學習目的：1、高頻功率放大器的電路組成2、諧振功率放大器的工作原理3、高頻功率放大器的外部特性71學習目的：1、高頻功率放大器的電路組成3

高頻（諧振）功率放大器在發(fā)射機中的位置從圖中可見，高頻功放是無線發(fā)射機的重要組成部分概述72高頻（諧振）功率放大器在發(fā)射機中的位置從圖中可見，高

在無線電廣播和通信發(fā)射機中，為了獲得大功率的高頻信號，必須采用高頻功率放大器。

窄帶高頻功率放大器：寬帶高頻功率放大器：通常以LC并聯(lián)諧振回路作負載，又稱為諧振功率放大器。以傳輸線變壓器為負載，因此又稱為非諧振功率放大器。高頻功率放大器按工作頻帶的寬窄可分：73在無線電廣播和通信發(fā)射機中，為了獲得大功率的高頻1、使用高頻功率放大器的目的放大高頻大信號使發(fā)射機末級獲得足夠大的發(fā)射功率。2、放大的實質(zhì)：

實質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)換。將電源提供的直流功率轉(zhuǎn)變成交流信號功率輸出。3、高頻功率信號放大器使用中需要解決的兩個問題①高效率輸出②高功率輸出741、使用高頻功率放大器的目的放大高頻大信號使發(fā)射機末級獲得足4.工作狀態(tài)1、甲類：工作點設(shè)置在放大區(qū)；輸入信號ui在整個周期都有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。ICUCEOQiCtO優(yōu)點：無失真，波形好,；缺點：靜態(tài)IC較大，管耗大，效率低。轉(zhuǎn)換效率約為50%。754.工作狀態(tài)1、甲類：工作點設(shè)置在放大區(qū)；I

2、乙類：工作點設(shè)置在截止點上；晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導通，有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。優(yōu)點：靜態(tài)IC=0，管耗小效率高。效率約為78.5%。缺點：輸出脈沖電流，波形嚴重失真。ICUCEOQiCtO762、乙類：工作點設(shè)置在截止點上；優(yōu)點：靜態(tài)ICUCEOQiCtO

3、甲乙類：工作點設(shè)置在放大區(qū)靠近截止點的位置；晶體管導通的時間大于半個周期，在輸入信號的大半個周期內(nèi)導通，有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。優(yōu)點：靜態(tài)IC0，管耗小，效率高。效率約為50%<η<78.5%。缺點：嚴重失真。77ICUCEOQiCtO3、甲乙類：工作點設(shè)置

4、丙類：工作點設(shè)置在截止區(qū)以內(nèi)；晶體管導通的時間小于半個周期，在輸入信號的小半個周期內(nèi)導通，有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。<優(yōu)點：靜態(tài)IC=0，管耗小，效率高。效率η>78.5%。缺點：輸出電流波形嚴重失真。784、丙類：工作點設(shè)置在截止區(qū)以內(nèi)；<優(yōu)點：靜功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式，為了進一步提高工作效率還提出了丁類與戊類放大器。諧振功率放大器通常工作于丙類狀態(tài)，屬于非線性電路79功率放大器一般分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等工作方式3.1

丙類（C類）諧振功放的工作原理803.1丙類（C類）諧振功放的工作原理12

一、基本電路原理1、電路組成晶體管諧振回路輸入回路偏置電路

VCC、VBB為集電極和基極的直流電源電壓。為使晶體管工作在丙類狀態(tài)，VBB應小于晶體管的導通電壓uBE（on），在沒有輸入信號時，晶體管處于截止狀態(tài)，ic=0。iC+ui–RL+uCE–+

uBE

VCCVBBiB+uc–+––+LC圖3.1.3丙類諧振功放原理電路81一、基本電路原理1、電路組成晶體管VCC由于RL比較大，所以，諧振回路的品質(zhì)因數(shù)比較?。坏挥绊懼C振回路對諧波成分的抑制作用。L、C為濾波匹配網(wǎng)絡，與RL構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，作為晶體管集電極負載。＊選頻濾波＊阻抗匹配完成以下功能：仿真1仿真282由于RL比較大，所以，諧振回路的品質(zhì)因數(shù)比較高頻功率放大器中各分電壓與電流的關(guān)系83高頻功率放大器中各分電壓與電流的關(guān)系152、電流、電壓波形設(shè)輸入一高頻余弦信號為則當uBE的瞬時值大于基射間導通電壓UBE(on)時，晶體管導通，產(chǎn)生基極脈沖電流iB，相應產(chǎn)生集電極脈沖電流ic，如圖所示。基極電流和集電極電流為周期性非正弦函數(shù)。842、電流、電壓波形設(shè)輸入一高頻余弦信號為則當u用傅里葉級數(shù)展開得式中：Ico為直流電流分量iC1為基波分量；iC1=Icm1COSωct

iC2為二次諧波分量；iC2=Icm2COS2ωct

iCn為n次諧波分量；iCn=IcmnCOSnωct

…………85用傅里葉級數(shù)展開得式中：Ico為直流電流分量iC1為基波分量當集電極回路調(diào)諧在輸入信號頻率ω上時（即與高頻輸入信號的基波諧振時）：諧振回路對基波電流而言等效為一純電阻Re；對其他各次諧波，回路因失諧呈現(xiàn)很小的電抗，可看成短路；直流分量只能通過回路電感線圈，直流電阻較小，可看成短路。這樣，脈沖電流ic流經(jīng)諧振回路時只有基波電流才產(chǎn)生壓降。86當集電極回路調(diào)諧在輸入信號頻率ω上時（即與高頻輸入信號的基波可見，利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集電極脈沖電流變換為不失真的余弦電壓輸出。晶體管集射間的電壓為:其中，Ucm為基波電壓振幅。若回路諧振電阻為Re，則87可見，利用諧振回路的選頻作用，可以將失真的集諧振功放工作原理小結(jié)：設(shè)置VBB<UBE(on)，使晶體管工作于丙類。當輸入信號較大時，可得集電極余弦電流脈沖。將LC回路調(diào)諧在信號頻率上，就可將余弦電流脈沖變換為不失真的余弦電壓輸出。iC+ui–RL+uCE–+uBE

VCCVBBiB+uc–+––+LC諧振功放原理電路88諧振功放工作原理小結(jié)：設(shè)置VBB<UBE(二、

輸出功率與效率1.放大器的輸出功率PO2.集電極直流電源供給功率PD3.集電極耗散功率PC4.放大器效率ηc其中集電極電流利用系數(shù)，又稱波形系數(shù)。為集電極電壓利用系數(shù)。89二、輸出功率與效率1.放大器的輸出功率PO2.集電極直流

三、余弦電流脈沖的分解略去uCE對iC的影響，將轉(zhuǎn)移特性折線化三、余弦電流脈沖的分解略去uCE對iC的影響，當t

=0時，iC=iCmaxiC表示為利用傅里葉級數(shù)，將脈沖序列iC展開:當t

=時，iC=0當t=0時，iC=iCmaxiC表示為利用…00.10.20.30.40.50.6

20406080100120140160180°n()3()2()0()1()g1()波形系數(shù)…00.10.20.30.40.50.62040θ值越小，g1(θ)值越大，效率越高。效率：若ξ=1時，00.10.20.30.40.50.6

20406080100120140160180°n()g1()3()2()0()1()g1()2.01.0甲類工作狀態(tài)：乙類工作狀態(tài)：丙類工作狀態(tài)：設(shè)93θ值越小，g1(θ)值越大，效率越高。效率：若ξ=1時，0000.10.20.30.40.50.6

2040

6080100120140160180°n()3()2()0()1()g1()可見，丙類工作狀態(tài)的效率最高，當θ=60o時，效率可達90％，隨著θ的減小，效率還會進一步提高。但當θ<40o后,波形系數(shù)的增加很緩慢，也就是說θ過小后，放大器效率的提高就不顯著了，此時的下降迅速，為了達到一定的輸出功率，所要求的輸入激勵信號電壓的幅值將會過大，從而對前級提出過高的要求。

00.10.20.30.40.50.6204000.10.20.30.40.50.6

204060

80

100120

140160180°n()3()2()0()1()g1()諧振功率放大器一般取θ為70o左右。00.10.20.30.40.50.6204060

例圖3.1.1所示電路中，VCC=24V，Po=5W，=70o，=0.9,求該功放的C、

PD、PC、iCmax

和回路諧振阻抗Re。解：例圖3.1.1所示電路中，VCC=24V，P3.2諧振功率放大器的特性分析973.2諧振功率放大器的特性分析29放大器工作狀態(tài)的分類：丙類諧振功放按晶體管是否進入飽和區(qū)分：欠壓（不進入飽和區(qū)）過壓（進入飽和區(qū)）臨界（達到臨界飽和）98放大器工作狀態(tài)的分類：丙類諧振功放按晶體管是否進入飽和區(qū)分：

一、高頻功率放大器的工作狀態(tài)iC+ui–RL+uCE–+

uBE

VCCVBBiB+uc–+

––

+LC

1.高頻功放的動態(tài)特性

即當加上激勵信號及接上負載阻抗時，晶體管集電極電流iC與uBE、uCE的關(guān)系曲線。99一、高頻功率放大器的工作狀態(tài)iC+RL++VCCVBBiuceic?AOVCC?QUcmuceminubemaxui=0100uceic?AOVCC?QUcmuceminubemaxuiA1點處于放大區(qū)稱為欠壓（Undervoltage）狀態(tài)

A2點處于臨界區(qū)稱為臨界（Critical）狀態(tài)

A3點處于飽和區(qū)稱為過壓（Overvoltage）狀態(tài)功率放大器三種工作狀態(tài)和狀態(tài)波形101A1點處于放大區(qū)稱為欠壓（Undervoltage）狀態(tài)A2.欠壓、臨界和過壓工作狀態(tài)（1）欠壓：uCEmin

對應的動態(tài)點處于放大區(qū),晶體管處于放大狀態(tài)。ic為尖頂余弦脈沖。1022.欠壓、臨界和過壓工作狀態(tài)（1）欠壓：uCEmi（2）臨界:uCEmin

對應的動態(tài)點處于放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點，晶體管處在放大區(qū)與飽和區(qū)的臨界點上。ic仍為余弦脈沖，但幅度有所減小，頂端變化平緩。放大器工作在臨界線狀態(tài)時，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。103（2）臨界:uCEmin對應的動態(tài)點處于放大區(qū)和（3）過壓，uCEmin

對應的動態(tài)點處于飽和區(qū)，ic為中間凹陷的脈沖波，隨著Ucm增大，uCE的減小脈沖波的凹陷加深，高度減小。104（3）過壓，uCEmin對應的動態(tài)點處于飽和區(qū)，ic思考題：在過壓區(qū)為什么會出現(xiàn)凹陷？iC凹陷的原因：諧振回路作負載。飽和時，uBE對iC的影響很小，隨著飽和深度的加深，uCE繼續(xù)減小，使iC迅速減小，從而出現(xiàn)凹陷。Ucm越大，uCEmin越小，凹陷越深，脈沖高度越小。105思考題：在過壓區(qū)為什么會出現(xiàn)凹陷？iC凹陷的原因：37二、影響放大器工作狀態(tài)的因素高頻放大器的工作狀態(tài)是由負載阻抗Re、激勵電壓Uim、供電電壓VCC、VBB等4個參量決定的。1、負載特性

（1）含義：諧振功放的負載特性是指VBB、Uim

和VCC

一定，放大器性能隨Re的變化特性。（2）特性106二、影響放大器工作狀態(tài)的因素高頻放大器的工作狀態(tài)是由負Re的增加（1）將引起

Ucm

↑()，UCEmin↓,iC高度略有下降。

（2）

Re↑→Ucm↑→UCEmin↓→放大器欠壓→過壓→iC

由余弦電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g有凹陷的脈沖波。iC

電流107Re的增加（2）Re↑→Ucm↑→UCEmin↓據(jù)此可以畫出

Ic0和Ic1m隨Re變化的特性。

Ucm=ReIc1m

Po=UcmIc1m/2

PD=VCCIC0

PC=PD－Po

C=Po/PD由

IC0

和Ic1m的變化就可以畫出Ucm、Po、PD、PC、C

隨Re

變化的曲線。108據(jù)此可以畫出Ic0和Ic1m隨Re變化的特性。3.討論

(1)欠壓區(qū)：圖(a)，Re↑

，iC

脈沖高度略有減小，IC0、Ic1m

也略有減小，

圖(b)，Ucm＝ReIc1m

近似線性增大；

Po=I2c1mRe

近似線性增大；PD=VCCIC0

略有減小;ηC

=P0/PD增大;PC

=PD-Po減小。

欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。1093.討論(1)欠壓區(qū)：圖(a)，Re↑

(2)臨界狀態(tài)：

臨界狀態(tài)的特點是輸出功率最大，效率也較高，比最大效率差不了許多，可以說是最佳工作狀態(tài)。

發(fā)射機的末級常設(shè)計成這種狀態(tài)。110(2)臨界狀態(tài)：臨界狀態(tài)的特

(3)過壓區(qū)：

隨Re

增大，電流脈沖高度減小，凹陷加深，相應的IC0、Ic1m

減小；結(jié)果使Ucm

略有增加；Po、PD

減小，且Po比PD減小的慢；從而C

略有增加；PC

略有減小。

過壓狀態(tài)的優(yōu)點：當負載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大；在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率有所下降。

發(fā)射機的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。111(3)過壓區(qū)：過壓狀態(tài)的優(yōu)點：當負

(4)匹配負載：如果Re

的取值使管子工作在臨界狀態(tài)，則Po

最大，且C

較大，PC

較小，放大器性能接近最佳性能。將此時的Re

稱為諧振功放的匹配負載，用Reopt

表示。112(4)匹配負載：如果Re的取值使管子工作包括集電極調(diào)制和基極調(diào)制兩種特性。

(1)集電極調(diào)制特性

含義：VBB、Uim

和Re一定，放大器性能隨VCC變化的特性。

特性：2、調(diào)制特性113包括集電極調(diào)制和基極調(diào)制兩種特性。(1)集電極調(diào)制特性VCC的增加（1）VBB、Uim一定，UBEmax一定,iC脈寬一定，高度略有增加。

（2）

VCC↑→Ucemin↑→放大器過壓→欠壓→iC

由中間有凹陷的脈沖波轉(zhuǎn)變?yōu)橛嘞译娏髅}沖。iC電流114VCC的增加（2）VCC↑→Ucemin↑→放大器

※欠壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖高度略有減小，因而IC0和Ic1m

也將略有減小，Ucm(=ReIc1m)也略有減小。

討論：115※欠壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖高

※過壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖的高度降低，凹深加深，因而IC0、Ic1m、Vcm將迅速減小。

116※過壓狀態(tài)：隨VCC減小，集電極電流脈沖的高度集電極調(diào)幅原理電路

圖中：

——

輸入高頻載波電壓ωc——載波頻率——調(diào)制信號電壓，

為調(diào)制頻率為諧振回路上的輸出電壓。放大器工作在過壓狀態(tài)。117集電極調(diào)幅原理電路圖中：——輸入高頻載波電壓ωc—(2)基極調(diào)制特性

含義：Uim、VCC、Re

一定，放大器性能隨VBB

變化的特性。特性：118(2)基極調(diào)制特性含義：Uim、VCCVBB的增加（1）VCC、Uim一定，VBB↑則UBEmax↑，iC脈寬和高度均↑。

（2）

VBB↑→Ucemin↓→放大器欠壓→過壓→iC

由余弦電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g有凹陷的脈沖波。iC電流119VBB的增加（2）VBB↑→Ucemin↓→放大器

※過壓狀態(tài)：隨VBB

增大，集電極電流的寬度和高度均增加，凹陷加深，IC0和Ic1m、Vcm

緩慢增大，近似不變。

※欠壓狀態(tài)：隨VBB

增加，集電極電流的寬度和高度均增加，IC0和Ic1m

，Ucm(=ReIc1m)近似線性增加。

討論：120※過壓狀態(tài)：隨VBB增大，集電極電流的寬度和基極調(diào)幅原理電路——基極偏置電壓

放大器工作在欠壓狀態(tài)。121基極調(diào)幅原理電路——基極偏置電壓放大器工作在欠壓狀態(tài)

（1）含義：當VBB、VCC和Re

一定，放大器性能隨Uim

變化的特性。

（2）特性：固定VBB，增大Uim

與上述固定Uim增大VBB

（基極調(diào)制特性）的情況類似，它們都使iC

的寬度和高度增大，放大器由欠壓進入過壓，圖(a)。3、放大特性(振幅特性)122（1）含義：當VBB、VCC和Re一定，放Uim的增加VCC、VBB一定，Uim↑則UBEmax↑，iC脈寬和高度均↑。

Uim↑→Ucemin↓→放大器欠壓→過壓→iC

由余弦電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g有凹陷的脈沖波。iC電流