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?。―）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(yīng)用簡(jiǎn)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(jī)中的位置從圖中可見，高頻功放是無線發(fā)射機(jī)的重要組成部分概述4高頻（諧振）功率放大器在發(fā)射機(jī)中的位置從圖中可見，高

在無線電廣播和通信發(fā)射機(jī)中，為了獲得大功率的高頻信號(hào)，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(fù)載，又稱為諧振功率放大器。以傳輸線變壓器為負(fù)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(jī)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(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。2、放大的實(shí)質(zhì)：

實(shí)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(hào)功率輸出。3、高頻功率信號(hào)放大器使用中需要解決的兩個(gè)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(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足4.工作狀態(tài)1、甲類：工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)；輸入信號(hào)ui在整個(gè)周期都有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。ICUCEOQiCtO優(yōu)點(diǎn)：無失真，波形好,；缺點(diǎn)：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(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)；I

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

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

4、丙類：工作點(diǎn)設(shè)置在截止區(qū)以內(nèi)；晶體管導(dǎo)通的時(shí)間小于半個(gè)周期，在輸入信號(hào)的小半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。<優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)IC=0，管耗小，效率高。效率η>78.5%。缺點(diǎn)：輸出電流波形嚴(yán)重失真。104、丙類：工作點(diǎn)設(shè)置在截止區(qū)以內(nèi)；<優(yōu)點(diǎn)：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(jìn)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(yīng)小于晶體管的導(dǎo)通電壓uBE（on），在沒有輸入信號(hào)時(shí)，晶體管處于截止?fàn)顟B(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(duì)諧波成分的抑制作用。L、C為濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，與RL構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，作為晶體管集電極負(fù)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(hào)為則當(dāng)uBE的瞬時(shí)值大于基射間導(dǎo)通電壓UBE(on)時(shí)，晶體管導(dǎo)通，產(chǎn)生基極脈沖電流iB，相應(yīng)產(chǎn)生集電極脈沖電流ic，如圖所示?；鶚O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(hào)為則當(dāng)u用傅里葉級(jí)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(jí)數(shù)展開得式中：Ico為直流電流分量iC1為基波分量當(dāng)集電極回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率ω上時(shí)（即與高頻輸入信號(hào)的基波諧振時(shí)）：諧振回路對(duì)基波電流而言等效為一純電阻Re；對(duì)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(shí)只有基波電流才產(chǎn)生壓降。18當(dāng)集電極回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率ω上時(shí)（即與高頻輸入信號(hào)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(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，可得集電極余弦電流脈沖。將LC回路調(diào)諧在信號(hào)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(duì)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(duì)iC的影響，當(dāng)t

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

=時(shí)，iC=0當(dāng)t=0時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(dāng)θ=60o時(shí)，效率可達(dá)90％，隨著θ的減小，效率還會(huì)進(jìn)一步提高。但當(dāng)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(shí)的下降迅速，為了達(dá)到一定的輸出功率，所要求的輸入激勵(lì)信號(hào)電壓的幅值將會(huì)過大，從而對(duì)前級(jí)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(jìn)入飽和區(qū)分：欠壓（不進(jìn)入飽和區(qū)）過壓（進(jìn)入飽和區(qū)）臨界（達(dá)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(jìn)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(dòng)態(tài)特性

即當(dāng)加上激勵(lì)信號(hào)及接上負(fù)載阻抗時(shí)，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(diǎn)處于放大區(qū)稱為欠壓（Undervoltage）狀態(tài)

A2點(diǎn)處于臨界區(qū)稱為臨界（Critical）狀態(tài)

A3點(diǎn)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(diǎn)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(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)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(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點(diǎn)，晶體管處在放大區(qū)與飽和區(qū)的臨界點(diǎn)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(shí)，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(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于放大區(qū)和（3）過壓，uCEmin

對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)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(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于飽和區(qū)，ic思考題：在過壓區(qū)為什么會(huì)出現(xiàn)凹陷？iC凹陷的原因：諧振回路作負(fù)載。飽和時(shí)，uBE對(duì)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(huì)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(fù)載阻抗Re、激勵(lì)電壓Uim、供電電壓VCC、VBB等4個(gè)參量決定的。1、負(fù)載特性

（1）含義：諧振功放的負(fù)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(fù)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(fù)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(diǎn)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(jī)的末級(jí)常設(shè)計(jì)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(yīng)的IC0、Ic1m

減??；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(diǎn)：當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大；在弱過壓時(shí)，效率可達(dá)最高，但輸出功率有所下降。

發(fā)射機(jī)的中間級(jí)、集電極調(diào)幅級(jí)常采用這種狀態(tài)。43(3)過壓區(qū)：過壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)負(fù)

(4)匹配負(fù)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(shí)的Re

稱為諧振功放的匹配負(fù)載，用Reopt

表示。44(4)匹配負(fù)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(hào)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(dāng)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(jìn)入過壓，圖(a)。3、放大特性(振幅特性)54（1）含義：當(dāng)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(shí)

為了使輸出信號(hào)振幅Vcm

反映輸入信號(hào)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(yīng)用56諧振功放作為線性功放時(shí)為了使輸出信號(hào)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(hào)。

特點(diǎn)：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(yīng)大于臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的

Vim限幅門限電壓。

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

在調(diào)試諧振功放時(shí)，上述四個(gè)特性十分有用。

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

均不能達(dá)到要求，則應(yīng)如何進(jìn)行調(diào)整。

Po

達(dá)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(fù)載特性，斷定放大器工作在欠壓狀態(tài)，此時(shí)分別增大Re、Vim

和VB

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

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

Re或Vim

或VB），需注意管子安全。

實(shí)際上放大器的工作狀態(tài)除了改變

Re

外還可以根據(jù)實(shí)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(gè)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(shí)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(diǎn)都是輸出功率大和效率高。不同點(diǎn)：工作頻率和帶寬、負(fù)載、工作狀態(tài)聯(lián)想對(duì)比：60高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和效率※諧振功率放大器與小信號(hào)諧振放大器的異同之處相同之處：它們放大的信號(hào)均為高頻信號(hào)，而且放大器的負(fù)載均為諧振回路。不同之處：為激勵(lì)信號(hào)幅度大小不同；放大器工作點(diǎn)不同；晶體管動(dòng)態(tài)范圍不同。諧振功率放大器波形圖小信號(hào)諧振放大器波形圖61※諧振功率放大器與小信號(hào)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(hào)(信號(hào)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(hào)，它的負(fù)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(fù)載為無調(diào)諧負(fù)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(fù)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(huì)進(jìn)一步提高。但當(dāng)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(fù)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?。―）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(yīng)用簡(jiǎn)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(jī)中的位置從圖中可見，高頻功放是無線發(fā)射機(jī)的重要組成部分概述72高頻（諧振）功率放大器在發(fā)射機(jī)中的位置從圖中可見，高

在無線電廣播和通信發(fā)射機(jī)中，為了獲得大功率的高頻信號(hào)，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(fù)載，又稱為諧振功率放大器。以傳輸線變壓器為負(fù)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(jī)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(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足夠大的發(fā)射功率。2、放大的實(shí)質(zhì)：

實(shí)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(hào)功率輸出。3、高頻功率信號(hào)放大器使用中需要解決的兩個(gè)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(hào)使發(fā)射機(jī)末級(jí)獲得足4.工作狀態(tài)1、甲類：工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)；輸入信號(hào)ui在整個(gè)周期都有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。ICUCEOQiCtO優(yōu)點(diǎn)：無失真，波形好,；缺點(diǎn)：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(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)；I

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

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

4、丙類：工作點(diǎn)設(shè)置在截止區(qū)以內(nèi)；晶體管導(dǎo)通的時(shí)間小于半個(gè)周期，在輸入信號(hào)的小半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，有集電極電流ic產(chǎn)生，如圖。<優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)IC=0，管耗小，效率高。效率η>78.5%。缺點(diǎn)：輸出電流波形嚴(yán)重失真。784、丙類：工作點(diǎn)設(shè)置在截止區(qū)以內(nèi)；<優(yōu)點(diǎn)：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(jìn)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(yīng)小于晶體管的導(dǎo)通電壓uBE（on），在沒有輸入信號(hào)時(shí)，晶體管處于截止?fàn)顟B(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(duì)諧波成分的抑制作用。L、C為濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，與RL構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，作為晶體管集電極負(fù)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(hào)為則當(dāng)uBE的瞬時(shí)值大于基射間導(dǎo)通電壓UBE(on)時(shí)，晶體管導(dǎo)通，產(chǎn)生基極脈沖電流iB，相應(yīng)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(hào)為則當(dāng)u用傅里葉級(jí)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(jí)數(shù)展開得式中：Ico為直流電流分量iC1為基波分量當(dāng)集電極回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率ω上時(shí)（即與高頻輸入信號(hào)的基波諧振時(shí)）：諧振回路對(duì)基波電流而言等效為一純電阻Re；對(duì)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(shí)只有基波電流才產(chǎn)生壓降。86當(dāng)集電極回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率ω上時(shí)（即與高頻輸入信號(hào)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(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，可得集電極余弦電流脈沖。將LC回路調(diào)諧在信號(hào)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(duì)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(duì)iC的影響，當(dāng)t

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

=時(shí)，iC=0當(dāng)t=0時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(dāng)θ=60o時(shí)，效率可達(dá)90％，隨著θ的減小，效率還會(huì)進(jìn)一步提高。但當(dāng)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(shí)的下降迅速，為了達(dá)到一定的輸出功率，所要求的輸入激勵(lì)信號(hào)電壓的幅值將會(huì)過大，從而對(duì)前級(jí)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(jìn)入飽和區(qū)分：欠壓（不進(jìn)入飽和區(qū)）過壓（進(jìn)入飽和區(qū)）臨界（達(dá)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(jìn)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(dòng)態(tài)特性

即當(dāng)加上激勵(lì)信號(hào)及接上負(fù)載阻抗時(shí)，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(diǎn)處于放大區(qū)稱為欠壓（Undervoltage）狀態(tài)

A2點(diǎn)處于臨界區(qū)稱為臨界（Critical）狀態(tài)

A3點(diǎn)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(diǎn)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(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)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(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點(diǎn)，晶體管處在放大區(qū)與飽和區(qū)的臨界點(diǎn)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(shí)，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(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于放大區(qū)和（3）過壓，uCEmin

對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)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(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于飽和區(qū)，ic思考題：在過壓區(qū)為什么會(huì)出現(xiàn)凹陷？iC凹陷的原因：諧振回路作負(fù)載。飽和時(shí)，uBE對(duì)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(huì)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(fù)載阻抗Re、激勵(lì)電壓Uim、供電電壓VCC、VBB等4個(gè)參量決定的。1、負(fù)載特性

（1）含義：諧振功放的負(fù)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(fù)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(fù)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(diǎn)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(jī)的末級(jí)常設(shè)計(jì)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(yīng)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(diǎn)：當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大；在弱過壓時(shí)，效率可達(dá)最高，但輸出功率有所下降。

發(fā)射機(jī)的中間級(jí)、集電極調(diào)幅級(jí)常采用這種狀態(tài)。111(3)過壓區(qū)：過壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)負(fù)

(4)匹配負(fù)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(shí)的Re

稱為諧振功放的匹配負(fù)載，用Reopt

表示。112(4)匹配負(fù)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(hào)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(dāng)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(jìn)入過壓，圖(a)。3、放大特性(振幅特性)122（1）含義：當(dāng)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