第6讲_高频_丙类功率放大器原理和工作状态.
高频电子技术6.ppt
高频功放：将高频信号进行功率放大的电路，实质是在输入 高频信号的控制下，将电源的直流功率转变成高频功率。
主要功用: 放大高频信号, 以高效率输出大功率，并且尽量保 证非线性失真小。
分类：低频功放：甲类（3600导通，效率50%） 乙类（1800导通，效率78.5%） 甲乙类（大于 1800导通，效率75%）
欠压状态。电压利用率低但可变， 临界状态。 A点在临界饱和线上；
临界状态时的负载电阻 记为：ROPT。
过压状态 A点在饱和区；
Rp 斜率gd 谐振放大器的工作状态由欠压 过压 逐步过渡。
临界
U,I Ic1m Ic0
o 欠压
U cm
P,
临界 过压 Rp
o
ROPT
欠压
Pd P0
Pc 临界 过压 Rp ROPT
6.1 高频功率放大概述
因为工作频率很高，相对频带却很窄，因此一般 都采用选频网络作为负载回路，工作状态选用丙 类、丁类。对于需要在很宽的范围内变换工作频 率的情况，还可采用宽带高频功率放大电路，它 不采用选频网络作负载，而是以频率响应很宽的 传输线变压器作负载。由于受功放管的限制，单 个功率放大电路输出功率是有限的，在大功率无 线电信号发射装置中，采用功率合成技术来增大 输出功率。
结论： 随着负载的增大，电路的工作状态经历了从欠压状
态到临界状态又到过压状态的变化 ； 临界状态：效率与输出功率最佳，是谐振放大器的
最佳工作状态； 欠压状态：效率低，恒流源； 过压状态：效率高，损耗小，恒压源。
图6-12 谐振功率放大电路的测试电路
例6.1 某高频谐振功率放大电路工作于临界状态，输出 功率为15W，且UCC=24V，导通角θ=70°，ξ=0.91。试 问：
第6讲高频 丙类功率放大器原理和工作状态要点
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态 9/21/2018 8:52 PM 3
管子的运用状态不同，相应的最大集电极效率 也就不同。假定管子集电极电流为iC，电压为vCE
则
1 P iC vCE dt C 2 1 iC vCE dt 2
射频功率放大器 (Power Amplifier)
高频功率放大器的特点
丙类谐振功率放大器
丁类谐振功率放大器
谐振功率放大器的电路组成
宽带高频功率放大器
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态
9/21/2018 8:52 PM
1
功放是能量转换器：
在输入信号的作用下，直流电源提供的直流功 率PD中，一部分被转换为输出信号功率P0 ，其余部 分消耗在功率管中，成为功率管的耗散功率Pc ，即 管耗。 放大器的集电极效率
c
(Collection efficiency)
就是来评价这种转换能力的性能指标：
Po Po c PD Po Pc
作为放大器，功率增益是重要的性能指标， 但却是第二位的。
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态 9/21/2018 8:52 PM 2
二.
功率管的运用特性
在功放中，往往 选择不同的静态工作 点，使功放运用在特 性不同的区段上，来 实现甲，乙，丙，丁 等不同运用状态。在 输入余弦波激励下,集 电极输出电流iC 的波形 不同：
cos t cos c 1 cos c
若对ic 分解为付里叶级数为：
ic
ic1
ic2
ic3
Ico ωt
其中各系数分别为：
I co 1 2
I cmax sin c c cos c ) I cmax 0 c 1 cos c 1 1 c sin c cos c I cm 1 i cos td ( t ) I ( ) I cmax 1 c c cmax 2 1 cos c 2 sinn c cos c c cos n c sin c 1 c I cmn ic cos ntd(t ) ic max ) I cmax n c 2 c 2 n n 1 1 cos c ic d (t )
丙类高频功率放大器的最佳工作状态
丙类高频功率放大器的最佳工作状态一、概述高频功率放大器是一种常用的电子器件，用于放大高频电信号的功率。
丙类高频功率放大器是其中一种常见类型，其在通讯、雷达、无线电频率对信号的放大中扮演着重要角色。
在实际应用中，如何保证丙类高频功率放大器的最佳工作状态是一个重要的问题。
二、丙类高频功率放大器的工作状态1. 丙类高频功率放大器的特点丙类高频功率放大器是一种采用晶体管或真空管等器件工作的放大器。
它的特点是具有较高的工作效率和较大的功率输出，适合用于高频信号的放大。
然而，丙类高频功率放大器的工作状态对其性能有着直接的影响。
2. 最佳工作状态的定义最佳的工作状态是指在一定的工作条件下，丙类高频功率放大器能够达到最佳的性能表现。
在实际应用中，最佳工作状态的定义包括但不限于：最大功率输出、最高的工作效率、最小的失真程度、最小的热量产生等。
三、影响丙类高频功率放大器工作状态的因素1. 电源电压丙类高频功率放大器在不同的电源电压下工作状态会有所不同。
合适的电源电压可以保证其正常的放大功能，并且对功率输出和工作效率有直接影响。
2. 输入信号幅度输入信号的幅度也是影响丙类高频功率放大器工作状态的重要因素。
合适的输入信号幅度可以保证放大器的正常工作，并且影响着放大器的失真程度。
3. 温度丙类高频功率放大器在不同温度下的工作状态也会有差异。
过高或过低的温度都会对其性能产生负面影响。
保持合适的工作温度对丙类高频功率放大器而言是十分重要的。
4. 负载匹配负载匹配是指输出端负载与放大器输出端的阻抗匹配。
合适的负载匹配可以最大限度地提高功率输出和工作效率，并减小失真程度。
四、实现丙类高频功率放大器最佳工作状态的方法1. 精确控制电源电压在实际应用中，可以通过精密的电源控制电路来保持恒定的电源电压，确保丙类高频功率放大器在最佳的电源电压下工作。
2. 输入信号控制可以通过信号处理电路来控制输入信号的幅度，以保证丙类高频功率放大器在适当的输入信号幅度下工作。
高频丙类功率放大器基础知识详解
高频丙类功率放大器基础知识详解高频功率放大器是各种无线电发射机的主要组成部分，它与低频功率放大器一样要求输出功率大、效率高。
但不同的是，高频功放的工作频率高(几万千赫兹到几万兆赫兹数量级)，但相对频带很窄。
高频功放一般工作在丙类状态，其放大电路一般采用选频网络作为负载回路。
由于高频功放通常工作于丙类，属于非线性电路，因此不能用线性等效电路来分析。
对它们的分析方法有图解法和解析近似分析法，这里我们采用最常的解析近似分析法中的一种折线法来简要叙述高频功放的基本工作原理和工作状态。
高频丙类谐振功放的电路主要由放大部分和频带选通部分组成，其结构框图简单示意如图6.17所示。
输出信号其中，频带选通部分由选频滤波电路实现，其主要任务是滤除输入到放大电路的无用频率分量，滤除放大器件产生的无用谐波分量，以减小非线性失真。
高频丙类谐振功放的具体原理电路，如图6.18所示。
这是一个以晶体管为核心的非线性放大器，其转移特性曲线，如图6.19(a)所示。
尽管集电极电流是周期性非正弦波、是不连续的，但输出电压却是连续的。
如果从能量交换的角度来解释当ic=0时为什么还会有输出电压。
这是由于选频网络是由LC并联电路构成，当ic=0时，L与C支路电流并不为零，只是大小相等而方向相反而已。
说明此时回路正在进行着电场能量与磁场能量的交换，所以输出是不断的，连续的。
当然如果输出回路是一电阻网络，自然不会出现这种现象。
需要说明的是工作于功率放大器中的选频网络，为了适应输出较大功率的要求，通常回路的品质因数都较低，一般在10左右。
由于输出回路调谐在基波频率上，输出电路中的高次谐波处于失谐状态，相应的输出电压很小，因此，在放大电路的输出功率Po等于集电极电流基波分量在负载R上的平均功率，即谐振功放中只需研究直流及基波功率2.电源供给功率（PE）电源电压UCC与流过UCC的集电极电流ic的直流分量IC0的乘积，用PE表示，即Pe=Ucc*Ico(6.25)3.集电极管耗（PC）电源供给功率PE与输出基波交流功率Po之差，用PC表示，即Pc=Pe-Po (6.26)丙类放大器的工作状态人们根据是否进入器件的截止区，以及进入截止区的深入程度，把放大电路分为甲类、乙类、甲乙类和丙类四种工作状态。
第6讲_高频 丙类功率放大器原理和工作状态
11
开放实验：高频功率放大器
本次实验主要研究以甲类谐振功率放大器为推动级， 以丙类谐振功率放大器为末级的混合功率放大器。
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态
4/2/2024 6:52 PM
12
例题
晶体管高频功率放大器，电源 V 24 V, CC
Ic0 300mA, 电压利用系数 0.95 , VD 0.5 V 输出功率 Po 6 W 。求电源提供的功率 Pdc ，
A
ubemax
•
令 t 0 o
A
:
uubcee
uc min ub ma x
EC UCm U BB U
bm
O
EC uce •Q
（2）作静态工作点 Q：
ucmin
令 t 90 o 由外部方程可得：输出端： uce EC Ucm cost
Q
:
uce
ic
I
EC , Q
uBE U BB gc (U BB U
R较 得P 为 快 多， ，L故即C倍集回 频电器路 极的效谐集率振 电 c极 在较耗2低散ω，功时 且率倍的 PC频比并次正联 数常谐 n工值振 作较于电高基阻 ，波损。状耗态较时大大，
效率较低，故丙类倍频器一般只限于二倍频和三倍频的应用。
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态
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1 1 2 0
1 2 1.75 0
查表得知： 66
cos 0.407
1( ) 0.419 0 ( ) 0.239
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14
Icm
Ico
0 ( )
300 0.239
丙类放大器工作状态
丙类放大器工作状态
丙类放大器是一种常见的放大器类型，主要用于放大电信号。
在工作状态下，丙类放大器的特点包括：
1. 工作原理，丙类放大器是一种非线性放大器，其工作原理是在输入信号的正半周或负半周才进行放大，另一半周的信号则被截断或者不放大，这样可以实现高效率的放大。
2. 偏置，丙类放大器通常需要一个适当的偏置电压来确保在信号输入时能够迅速响应并进行放大。
3. 失真，由于丙类放大器的非线性特性，会导致输出信号存在一定程度的失真，尤其是在信号过载时。
4. 效率，丙类放大器的效率相对较高，因为它只在信号的一个半周进行放大，节省了功率的消耗。
5. 适用范围，丙类放大器常用于音频放大、射频放大等领域，但需要注意的是它的失真特性可能使其不适合一些对信号质量要求较高的应用场景。
总的来说，丙类放大器在工作状态下能够高效地放大信号，但需要注意其失真特性和适用范围。
希望这些信息能够帮助您更全面地了解丙类放大器的工作状态。
丙类功率放大器电路组成和工作原理分析
在工业控制系统中，丙类功率放大器用于驱动执行机 构，如电机、阀门等。
优化方案与改进建议
效率优化
通过改进电路设计或采用新材料，提高丙类功 率放大器的效率，降低能耗。
线性度改善
通过调整输入信号或采用前馈技术，改善丙类 功率放大器的线性度，减少失真。
散热设计优化
改进散热设计，提高散热效率，降低设备温度，提高设备可靠性。
功放输出级电路通常采用丙类工作状 态，利用晶体管的开关特性实现信号 的线性放大和高效能量转换。
偏置电路
偏置电路的主要作用是为各级放大器提供合适的静态工作点，以保证放大器的正常工作和稳定性。
偏置电路通常由电阻、电容、二极管等元件组成，通过合理设置各元件参数，可以调整各级放大器的 偏置电压和电流。
Part
03
丙类功率放大器工作原理
信号放大原理
信号放大
丙类功率放大器通过输入信号控 制晶体管的工作状态，将输入信 号进行放大，输出幅度更大的信 号。
电压放大
丙类功率放大器主要通过晶体管 的电压放大作用，将输入信号的 电压幅度进行放大。
电流放大
同时，晶体管也会对输入信号的 电流进行放大，使得输出信号的 电流幅度也得到相应的增大。
丙类功率放大器电路 组成和工作原理分析
• 引言 • 丙类功率放大器电路组成 • 丙类功率放大器工作原理 • 丙类功率放大器的性能指标 • 丙类功率放大器的实际应用与优化
目录
Part
01
引言
目的和背景
01
研究丙类功率放大器的电路组成 和工作原理，为实际应用提供理 论支持。
02
分析丙类功率放大器的性能特点 ，为优化设计提供依据。
丙类功率放大器的应用
第6讲_高频丙类功率放大器原理和工作状态
第6讲_高频丙类功率放大器原理和工作状态高频丙类功率放大器是一种常见的放大器类型，广泛应用于通信、无线电等领域。
本文将介绍高频丙类功率放大器的原理和工作状态，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
一、高频丙类功率放大器的原理高频丙类功率放大器是一种用于放大高频信号的电路。
它的原理基于功率放大器的工作方式。
功率放大器是一种特殊的放大器，其输出端可以输出较大幅度的电功率，通常用于将弱信号放大到足够驱动负载的水平。
高频丙类功率放大器的原理和一般功率放大器相似，但其特点是在工作过程中采用了丙类放大的方式。
丙类放大是一种非线性放大方式，其输出信号在正半周和负半周分别被不同的放大器阶段放大。
具体而言，高频丙类功率放大器由一个或多个功率放大器级联组成。
每个放大器阶段都工作在丙类工作状态下，即在正半周和负半周分别进行放大。
这样可以有效提高功率放大器的效率，并实现对高频信号的放大。
二、高频丙类功率放大器的工作状态1. 正半周放大状态在高频丙类功率放大器的正半周工作状态中，输入信号的正半周期被放大器阶段进行放大。
此时，输出信号为输入信号的正半周期的放大结果。
由于丙类放大器在正半周时工作，因此其输出端的负电压是由负反馈电路提供的，保持放大器处于良好的工作状态。
2. 负半周放大状态在高频丙类功率放大器的负半周工作状态中，输入信号的负半周期被不同的放大器阶段进行放大。
此时，输出信号为输入信号的负半周期的放大结果。
同样，由于丙类放大器在负半周时工作，负反馈电路提供正电压来保持放大器的工作状态稳定。
3. 合并输出高频丙类功率放大器通过将正半周和负半周的放大结果合并起来，得到了每一个周期内的完整的输出信号。
这种合并输出的方式可以保证高频丙类功率放大器输出信号的连续性和稳定性。
三、高频丙类功率放大器的应用高频丙类功率放大器在通信和无线电领域有着广泛的应用。
由于其工作效率高，输出功率大，适用于处理高频信号，并且可通过合并多个放大器级联来获得更高的增益。
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cos t cos c 1 cos c
若对ic 分解为付里叶级数为：
ic
ic1
ic2
ic3
Ico ωt
其中各系数分别为：
I co 1 2
I cmax sin c c cos c ) I cmax 0 c 1 cos c 1 1 c sin c cos c I cm 1 i cos td ( t ) I ( ) I cmax 1 c c cmax 2 1 cos c 2 sinn c cos c c cos n c sin c 1 c I cmn ic cos ntd(t ) ic max ) I cmax n c 2 c 2 n n 1 1 cos c ic d (t )
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态 9/12/2018 12:35 AM 6
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态
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第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态
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2 工作原理分析
(1) 集电极电流 i c
ic gc U BB U bm cost U BZ
g c U bm I c max 1 cos c
ic
•
ic
Icmax
又 当 t 0 时， Icmax gcUbm1cosc
gC
代入ic 有：
-UBB
C
•
-UBZ
•
ic I cmax
cost cos c 1 cos c
vBE C C vb
ic
有
ic 折线的斜率 gc uBE
当 uBE UBZ ， ic gc uBE UBZ 式中 gc 为：
uc e 常 数
•
ic
gC
-UBB
C
•
UBZ
•
uBE C ub
C
i c g c U BB U bm cos t U BZ
C
Ubm
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10
UBZ UBB
为晶体管集电极电流导通角，iC导通时间越小，
演示：功率放大器A、B、C类示意图
PC就越低。 丙类效率最高。
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1
+ uS -
高频功率放大器的工作原理 基本电路结构
+ ub C L
ic
+ ub -UBB
+ uCE C -
Rp
Demo:高频放大器工作状态的划分
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管子的运用状态不同，相应的最大集电极效率 也就不同。假定管子集电极电流为iC，电压为vCE
则
1 P iC vCE dt C 2 1 iC vCE dt 2
ub U bm cost
+ ub + uBE + uCE C _
ic
Rp
+ L u c1 -
则加到晶体管基极,发射级的 有效电压为: uBE ub U BB U BB U bm cost
-UBB
EC
由晶体管的转移特性曲线可以看出： 当 uBE U BZ ， i c 0
C
尖顶余弦脉冲的数学表达式
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Vbm
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(1) 集电极电流
i c i c max
i c I co I cm1 cost I cm1 cos 2t I cmn cosnt
Icmax θc θc
c
(Collection efficiency)
就是来评价这种转换能力的性能指标：
Po Po c PD Po Pc
作为放大器，功率增益是重要的性能指标， 但却是第二位的。
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态 9/12/2018 12:35 AM 2
二.
功率管的运用特性
在功放中，往往 选择不同的静态工作 点，使功放运用在特 性不同的区段上，来 实现甲，乙，丙，丁 等不同运用状态。在 输入余弦波激励下,集 电极输出电流iC 的波形 不同：
1
由于当 t c 时， i c 0
U BB U BZ cos c U bm
U BB U BZ c cos U bm
+ ub -
+ uBE
_
+ uCE C -
ic
Rp
+ L u c1 -
-UBB
EC
ic gc U bm cost (U BB U BZ ) gc U bm cost U bm cos c gcU bm cost cos c
射频功率放大器 (Power Amplifier)
高频功率放大器的特点
丙类谐振功率放大器
丁类谐振功率放大器
谐振功率放大器的电路组成
宽带高频功率放大器
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态
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1
功放是能量转换器：
在输入信号的作用下，直流电源提供的直流功 率PD中，一部分被转换为输出信号功率P0 ，其余部 分消耗在功率管中，成为功率管的耗散功率Pc ，即 管耗。 放大器的集电极效率
+ L u c1 -
-UBB EC (a) 原理电路
EC
(b) 等效电路
主要由五个部分组成： 1）集电极直流电源 2）基极偏置电路 3）大功率晶体管 4）输入激励电路 5）输出谐振回路
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态 9/12/2018 12:35 AM 5
2 工作原理分析
ic (1) 集电极电流 设输入信号电压:
c c
式中：(1) 0 c ，1 c ，…，n c 称为尖顶余弦脉cm2 ，…， Icmn 为直流及基波和各次谐波的振幅。 (2) Ico ， I cm1 ，
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态