第十章高频功率放大器4-2(C类)
高频功率放大器
ic
Rp
+ L u c1 -
u BE u b U BB U BB U bm cos t
-UBB
EC
由晶体管的转移特性曲线可以看出：
当 u BE U BZ ， i c 0
ic
•
gC
ic
当 u BE U BZ ， i c g c u BE U BZ 式 中 gc 为 ：
2
动态特征曲线的画法：
画法一：
ic
•
A ubemax
在 静 态 特 征 曲 线 的 uce 轴 上 取 B 点 ， 使 OB U o ， 由 B 点 作 斜 率 为 g d 线 BA， 即 得 动 态 特 征 曲 线 。 的直
gd
EC
画法二：
O Uo ucmin Ucm
由外部方程可得：
B
•
uce
对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同：
特点：
输出功率大 效率高
(1 )工 作 频 率 高 ， 相 对 频 带 窄 (2 )采 用 选 频 网 络 作 为 负 载 回 路
(3)放大器一般工作在 C（丙）类工作状态，属于非线性电路
(4 )不 能 用 线 性 模 型 电 路 分 析 ， 一 般 采 用 图 解 法 分 析 和 折 线 法
连接 Q、 A 两点 即得动态特性曲线 。
i i 高 频 功 放 的 工 作 状 态c： cmax •
ic
动态曲线：
2 高频功率放大器的负载特性 ic
gC
U bm gd gc U c1 U uBE o E C U c 1 cos c ub 而 U c 1 I c 1 R P
第10章功率合成与分配
伴音信号由3 dB定向耦合器II送入， 经进行功率分配，两路电压相差900，沿着 等臂长向两个带阻(对伴音而言)滤波器传 去，形成全反射后又返回耦合器II，也在 天线端进行功率合成。
带阻滤波器并非理想，漏过的伴音信 号送入耦合器I，在吸收电阻R0上合成而消 耗掉，而不会送到图像发射机。等臂3 dB 桥带阻式双工器既实现了在天线上的功率 合成，又使图像发射机和伴音发射机相互 隔离。
分别将两个3dB耦合器和滤波器对臂 连接成桥式，构成桥式双工器。滤波器可 分为带阻式（陷波式）和带通式两种。
1、等臂3 dB 桥带阻式双工器
等臂3 dB桥带阻式双工器构成
图像信号由3 dB定向耦合器I送入，经 耦合器I进行功率分配（两路电压相差 900），两个带阻（对伴音而言）滤波器对
图像信号来说无影响，可以畅通无阻地通 过，两路相差900的图像电压，通过耦合器 II，在天线端实现功率合成。
IARA- 2U +IBRB = 0
(UAC =UCB) （1-19）
将式（1-16）— （1-19）联立，解得四个电流 分别为
IA =2U(RD+2RB)/( RARD+ RBRD +4 RARB ) (1-20)
IB = 2U(RD+2RA)/( RARD+ RBRD +4 RARB ) (1-21)
在匹配的状态下（RC = R /2），每一 信号源送出的功率为I2R（I为有效值）， 负载RC得到的功率为
PC =（2 I1）2 RC=（2 I）2 R/2=2 I2 R， 为A、B两点注入功率之和。
C点对地电压 ：UC =2IR/2= IR ∵u I=2 I2R，u =2 IR ∴UA=UB = u- IR=2 IR- IR= IR= UC ，说 明A、B、C三点同电位。
高频功率放大器
返回
上午9时 19分 12 退出
4.2 谐振功率放大器分析
4.2.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式 4.2.2 集电极余弦电流脉冲的分解 4.2.3 高频功率放大器的工作状态分析
返回
上午9时 19分 13 退出
4.2.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式
在工程上，对于工作频率不是很高的谐振功率放大器 的分析、计算，通常采用准线性的折线分析法。 准线性放大是指仅考察集电级输出电流中的基波分量 在负载两端产生输出电压的放大作用。 折线近似分析法(简称折线法)，这是一种图解法与数 学解析分析相折中的办法，指用几条直线来代替晶体 管的实际特征曲线，然后用简单的数学解析式写出它 们的表示式。缺点是准确度低，但计算比较简单，易 于进行概括性的理论分析。
上午9时 19分
这就是集电极余弦脉冲电流随时间变化的解析式。它取 决于脉冲高度iCmax和半导通角c 。 返回 18 退出
iC I c0 I c1m cosωt I c 2m cos2ωt I cnm cosnt .2.11) (4
直流分量、 基波及各次 谐波的幅值
high
上午9时 19分
丙类(C类)放大器的效率最高，但是波形失真也最 严重。 8 退出
3. 高频功率放大器与小信号谐振放大器
高频小信号谐振放大器与谐振功率放大器的区别： ① 工作状态分别为：小信号-甲类，大信号-丙类。也 就是说，除了输入信号幅度不同外，晶体管的工作点 和晶体管动态范围都不相同。 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态，因
在功率放大器中，往往选择静态工作点，使功率管 运用在特性的不同区段上，实现甲类、乙类、甲乙类、 丙类等不同运行状态。 根据正弦波激励下整个周期内的导通情况，可分为 四个工作状态：
高频功率放大器
1.原理说明利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。
它是无线电发射机中的重要组成部件。
根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。
电流导通角θ愈小放大器的效率η愈高。
如甲类功放的θ=180o ，效率η最高也只能达50%，而丙类功放的θ<90o ,效率η可达到80%。
甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。
丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。
高频功放的主要技术指标1.1.1 功率关系：功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率O P ，使之一部分转变为交流信号功率1P 输出去,一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率C P 。
根据能量守衡定理：1o C P P P =+直流功率： 输出交流功率：2211111222c c c c L L U P U I I R R =⋅== C U -----回路两端的基频电压 c1I ----- 基频电流 L R ----回路的负载阻抗。
1.1.2 放大器的集电极效率1101122c c o CC c U I P P U I ηξγ⋅===⋅ 其中集电极电压利用系数：1c c L CC CCU I RU U ξ== 0o c CCP I U =⋅波形系数：1100()()c c I I αθγαθ==为通角 的函数； 越小γ越大。
1.1.3 谐振功率放大器临界状态的计算临界状态下，若已知电源电压Ucc ，BB U 三极管的参数C g ，'U BB ，设电压利用系数为 ξ，集电极的导通角为θ。
高频功率放大器
第2章高频功率放大器第2章高频功率放大器2.1 谐振功率放大器基本工作原理2.2 丙类谐振功率放大器的工作状态分析2.3 谐振功率放大器的高频特性2.4 谐振功率放大器电路2.5 高效率高频功率放大器及功率合成技术第2章高频功率放大器一、工作状态分类A 类(甲类)、B 类(乙类)、C 类(丙类)等。
i i BEC tCu QA 类(甲类)：工作点Q 较高(I CQ 大)，信号360°内，管子均导通。
通角：θ＝180 °U CCR LR L′N 1∶N 2RBVCBu i第2章高频功率放大器甲类功放电路及交、直流负载线i Ct 0I C Q I C QI C Qu CE i Cu CEt00U CE QU CU CCQ直流负载线交流负载线i B1R L′－I CR B 为偏置电阻，决定Q 点的I CQ 及I BQ 。
变压器是理想的，则直流工作点电压U CEQ =U CC ，直流负载线为一垂直线，而交流负载线通过Q 点，其斜率为(-1/R ′L )第2章高频功率放大器CQCC C CQ CC TE I U dt t I I U TP ⋅=+=∫)sin (10ω1.电源功率P E2. 交流输出功率P LLC C C C C TL R U I U tdt I t U TP ′=⋅=⋅=∫22121sin sin 1ωωCC Cm U U =CQCm I I =CQCC CC E L I U I U P P 21==ηA 类放大器无信号时，效率为零，信号最强时最大效率只有50%。
这是A 类放大器的致命弱点，也是晶体管功率放大器极少采用A 类放大器的原因。
%50max =η一般: 20%~30%第2章高频功率放大器i C t 0i Cu BEQπ2π0u iV 1V 2V 0VD1VD 2I COi C1i C2U CCu o－U EER Li C1i C2B 类(乙类)：工作点Q 选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止。
高频功率放大器实验
实验报告课程名称：高频电子线路实验指导老师：韩杰、龚淑君成绩：__________________ 实验名称：高频功率放大器实验类型：验证型实验同组学生姓名：_一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1、了解高频功率放大器的主要技术指标——输出功率、中心频率、末级集电极效率、稳定增益或输入功率、线性动态范围等基本概念，掌握实现这些指标的功率放大器基本设计方法，包括输入、输出阻抗匹配电路设计，回路及滤波器参数设计，功率管的安全保护，偏置方式及放大器防自激考虑等。
2、掌握高频功率放大器选频回路、滤波器的调谐，工作状态（通角）的调整，输入、输出阻抗匹配调整，功率、效率、增益及线性动态范围等主要技术指标的测试方法和技能。
二、实验原理高频功率放大器实验电路原理图如下图图1所示。
电路中电阻、电容元件基本上都采用贴片封装形式。
放大电路分为三级，均为共射工作，中心频率约为10MHz。
图1 高频功率放大器第一极（前置级）管子T1采用9018或9013，工作于甲类，集电极回路调谐于中心频率。
第二级（驱动级）管子T2采用3DG130C，其工作状态为丙类工作，通角可调。
通角在45°~60°时效率最高。
调整R W1时，用示波器在测试点P2可看到集电极电流脉冲波形宽度的变化，并可估测通角的大小。
第二级集电极回路也调谐于中心频率。
第三级（输出级）管子T3也采用3DG130C，工作于丙类，通角调在60°~70°左右。
输出端接有T形带通滤波器和π型阻抗变换器，具有较好的基波选择性、高次谐波抑制和阻抗匹配性能。
改变短路器开关K1~K4可观看滤波器的失谐状态，为保证T3管子安全，调整时应适当降低电源电压或减小激励幅度。
改变K5、K6可影响T3与51Ω负载的匹配状态。
(完整版)高频课后习题答案(部分)
\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\第一章1.1 何谓通信系统？通信系统由哪几部分组成？答：用电信号（或光信号）传输信息的系统称为通信系统。
它由输入变换器、发送设备、传输信道、接收设备、输出变换器等组成。
1.2 无线电通信为什么要采用调制技术？常用的模拟调制方式有哪些？答：采用调制技术可使低频基带信号装载在高频载波上，从而缩短天线尺寸，易于天线辐射，而且不同的发射台其载波频率不同，在接收端便于选择接收。
此外，采用调制可进行频分多路通信，实现信道的复用，提高信道利用率；还可以提高系统性能指标，提高抗干扰能力。
常用的模拟调制方式有振幅调制（AM ）、频率调制（FM ）和相位调制（PM ）。
1.3 已知频率为3kHz 、1000kHz 、100MHz 的电磁波，试分别求出其波长并指出所在波段名称。
解：根据λ=c /f （其中c =3×108m/s ）分别得出100km （为超长波）、300m （为中波）和3m （为超短波）。
1.4 画出无线广播调幅发射机组成框图，并用波形说明其发射过程。
答：参见图1.3.1。
第二章二、选择题1．LC 串联回路谐振时阻抗最 ，且为纯电阻，失谐时阻抗变 ，当f <o f 回路呈 ，当f >o f 回路呈 。
A ．容性B ．感性C ．大D ．小2．LC 组成的并联谐振回路谐振时，阻抗为 ，谐振时电压为 ；电纳为 ，回路总导纳为 。
A ．最大值B ．最小值C ．零D ．不能确定3．把谐振频率为o f 的LC 并联谐振回路串联在电路中，它 的信号通过。
A ．允许频率为o fB ．阻止频率为o fC ．使频率低于o fD ．使频率高于o f4．在自测题1图所示电路中，1ω和2ω分别为其串联谐振频率和并联谐振频率。
它们之间的大小关系为 。
A ．1ω等于2ωB ．1ω大于2ωC ．1ω小于2ωD ．无法判断 5．强耦合时，耦合回路η越大，谐振曲线在谐振频率处的凹陷程度 。
高频功率放大器(C类)要点课件
将放大器输出阻抗匹配至负载，提高 信号传输效率，降低功率损耗。
偏置电路设计
确定合适的偏置电压和电流
根据放大器的工作状态和性能要求，选择合适的直流偏置电压和电流，以保证 放大器正常工作。
偏置电路稳定性
确保偏置电路的稳定性，防止因温度、时间等因素引起的偏置电压或电流漂移 。
稳定性与反馈技术
效率与功率特性
效率
C类放大器的效率较高，通常可以达到 70%以上，这是由于其工作方式可以减 少能量损失。
VS
功率特性
C类放大器通常用于高功率应用，能够提 供较大的输出功率，满足各种需求。
频率响应与稳定性
频率响应
C类放大器的频率响应较窄，因此适用于特定频率的应用。
稳定性
C类放大器的稳定性较好，不易受温度、电源电压等外部因素的影响。
雷达系统
C类放大器在雷达系统中 用于产生高功率的射频信 号，用于探测和跟踪目标 。
电子战系统
C类放大器在电子战系统 中用于干扰敌方通信和雷 达信号，保护己方安全。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
C类放大器的电路设计
输入与输出匹配网络
输入匹配网络
将信号源阻抗匹配至放大器输入端， 降低信号源内阻对放大器性能的影响 。
广播电视系统中的应用
广播电视系统需要将信号传输到各个 角落，因此需要大功率的信号源。C 类放大器的高效率和输出功率特性使 得它在广播电视系统中得到广泛应用 。
C类放大器在广播电视系统中的应用， 可以提高信号的覆盖范围和传输质量 ，同时减少能源的消耗和散热问题。
其他应用案例分析
C类放大器因其高效率、大输出功率的特性，还被广泛应用于其他领域，如科学研究、工业生产、医 疗设备等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
② 谐波分量随着谐波次数 n 的增大而迅速减小 ——高次倍频时，输出功率小，效率很低
③ 合理设计选频回路Q值，滤除基波和低次谐波
2. 调幅（普通调幅 AM ）
AM 信息包含在其包络的变化中 不能用高效率的非线性放大器放大 直接在高效率放大器中完成调制并放大
C类放大器调幅原理是什么 ？
决定放大器输出的 4 个参数： ④ 负载
10.4 C类功率放大器
特点：导通角<90度、非线性放大器、效率高 10.4.1 电路组成与特点 分析内容： 输入电路 输出电路 电流、电压波形 功率、效率 1. 基极偏置 基极偏置 V BB使晶体管静态时截止 静态电流 I CQ I BQ 0 输入必须是大信号
设输入电压为： vi (t ) Vim cos t 输入回路方程：
晶体管处于零偏置
VRe 0
CE
加入大信号——晶体管导通角<90度 发射极电流为脉冲
高频分量被大电容 C E 短路 直流分量 I e 0 流经 R
e
上正下负的直流电压 VRe I eo Re 形成负偏压——自偏置
VBB
基极自偏置
无信号时——零偏置 加大信号时，ib 是脉冲 交流分量流经信号源
动态负载线
画动态负载线的依据 ① 晶体管输入输出特性曲线 ② 放大器外电路方程
vBE VBB Vim cos t vCE VCC ic1RP VCC Vcm cos t
线性放大器的负载线
vCE VCC ic R
（将外电路方程画在 晶体管输出特性曲线上） 画C类放大器负载线的难点： 外电路输出方程描述的是 集电极电压与基波电流的关系
BB im BE max
点
CC
cm
CE min
BB
im
BB
im
be max
A B C D C B A
从动态负载线看出以下几点: ① 动态负载线是条折线 在输入信号变化一周中，管子 经历了导通截止导通过程 ② 输出电压波形如图 ③ 集电极最大电压值为：
VCE max VCC Vcm 2VCC
放大区
饱和区
结论：用调制信号控制偏置 V BB ，并确保C类放大器工作在 欠压状态（放大区），可实现基极调幅
10.4.5 C类放大器的馈电电路 1. 集电极馈电 C类放大器馈电特点— 通过扼流圈或线圈对晶体管的集电极馈电 馈电方式——串联馈电、并联馈电 （1）并联馈电 直流通路 交流通路
LC 扼流圈——通直流、阻交流
g 增加， 1 ( ) 减小，效率降低
g ③ 当 180 时， 1 ( ) 1 ， C 50%
结论： 功率放大器从A类到B类再到C类，通过减少导通角获得高效率。
为兼顾大的输出功率和高的效率，C类放大器取 60 ~ 70左右
导通角减小 集电极效率：
效率提高的真正原因？
ib
ib
直流分量流经
L RB 、 B CB 进一步滤除 RB 上交流
ie
Ib0
偏置电压为： VBB Ib 0 RB ——自给负偏置
（3）信号偏置
无信号时，晶体管处于零偏置 大信号输入时 输入偏置电路类似并联检波电路 信号使晶体管导通时， 对串联电容C充电 ——充电时间常数小 当信号不能使晶体管导通时， 电容通过电阻R放电——放电时间常数大
VC
CB RB
电容CB上形成电荷积累
电压 VC 即为放大器的负偏置
vBE VC vin
控制时间常数RC，可以改变放大器的导通角
小结： 1．A、B、C类放大器对应的导通角分别是180、90和小于90 度， 通过减小导通角来提高放大器的效率 2. 从A BC类，放大器的功率增益降低 3.C类放大器的高效率（ 0 ）和大的输出功率（ 120o ） 不可能同时取得
CC1 隔直流电容——隔直流、交流短路 CC 2 高频旁路电容——交流短路
并联馈电特点——交、直流通路分开，互不影响 输出电路方程 vCE VCC vc (t )
（2）串联馈电
交流通路
LC 扼流圈－通直流、阻交流
CC 高频旁路电容—交流短路
串联馈电特点—— 交、直流均流过回路线圈
输出电路方程
选管子要求 VCEO 2VCC ④ C类放大器是非线性放大器 不适合放大非恒定包络的已调信号
放大 AM调幅波 输入信号幅度 Vim不同 导通角 不同
输出电流 i c 的基波分量的 幅度为： c1m ic max 1 ( ) I
输出电压幅度
Vcm I c1m R p
问题：输出电压幅度与输入调幅波幅度是否成正比？ 由于 1 ( ) ~ 、 Vim ~ 的非线性关系 输出电压的 包络失真
负载线斜率不变 导通角不变
A
VCC
VCC
当电源电压 VCC 从大变小时， 动态负载线向左移动
负载线的顶点 A 沿着曲线
Vbe max 从放大区移动到饱和区 VCC 大——放大区—— i C max 变化不大 VCC 小——饱和区—— iC max 变化大
集电极电流脉冲
i C 随 VCC 变化的波形
二次谐波： iC 2 IC 2m cos 2t iC max2 ( )cos t
与脉冲幅度 导通角有关
180 ， 0 最大
1 在 120 最大
60 ， 2 最大
结论：控制导通角 可控制各分量大小
3. 输出电路
特点——接有LC回路 中心频率 0与输入信号频率相同 谐振功放 ① 选频 回路 带宽——与输入信号带宽相同 窄带功放 作用 ② 阻抗变换 ——将天线阻抗 rA 变换为放大器最佳负载 R P 输出电压——正弦波（回路从电流众多频率分量中 只选出了基波） v c t iC1 RP I C1m RP cost Vcm cost 输出电路方程 vCE VCC vc t VCC Vcm cos t
(2)基极调幅——放大器输出电压幅度随基极偏压 V BB 变化
VCC 、 p 、 im 不变 R V
负载线不变
Vbe max VBB Vim 增大
当 V BB 从负向朝正向增加时 集电极电流脉冲
i C 随 V BB 而变化
导通角增大 负载线的顶点在提高
I C 0 、 C 1m和 VCm 随 V BB 而变化 I
为输出最大功率，
V 应有： cm V CC V sat
C类放大器的功率增益
注意：是基波
输入功率 Pi I b1m Vim
Po Po 或 G p (dB) 10log Gp Pi Pi
C类与A类放大器的功率增益比较 —— A类增益大
10.4.4 倍频与调制特性 1.倍频 C类功率放大器——非线性 ——集电极电流含有丰富的谐波 输出回路谐振于基波——放大器 输出回路谐振于某次谐波——倍频器 倍频器应用时注意点 ① 注意控制导通角－ ICm,n iC maxn ( )
iC I C 0 iC1 iC 2 iC 3
I C 0 直流分量 基波分量 iC1 I C1m cost 二次谐波分量 iC 2 I C 2 m cos 2t
问题： 各分量与余弦脉冲 参数的关系？
直流： 基波 ：
IC 0 iC max0 ( )
iC1 IC1m cos t iC max1 ( )cos t
RP
用调制信号控制某些 参数可实现调幅
③电源 ①偏置 V BB ②输入信号幅度
VCC
Vim
共同决定
VBE max
C类功率放大器调幅类型 集电极调幅 基极调幅 （1）集电极调幅 用调制信号控制电源电压使输出电压幅度变化——调幅 V BB 、 p 、 im 不变 R V A
Vbe max VBB Vim 不变
vce VCC vc (t )
直流通路
两种馈电方式输出电路方程相同
2. 基极馈电
晶体管C类放大器的基极偏置大约有三种方式： 外偏置、自偏置、信号偏置 （1）外偏置 电阻
Rb1 、 b 2 分压式偏置 R
LB 扼流圈－通直流、阻交流
CB 高频旁路电容—交流短路
（2）自偏置
当不加信号时 发射极无电流
？
晶体管的输出特性曲线是 集电极 vCE ~ iC 的关系
逐点描C类放大器的动态负载线 vCE t iC vc vBE V V V I c1m R p Vcm iC max 0 V V V Vcc Vcm cos VBB Vim cos 0 I c1m R p cos 1 Vcc V BB 0 0 2 VBB Vim 0 I c1m Rp cos Vcm Vcc Vcm Vcemax 3 V BB Vcc 0 0 2 Vcc Vcm cos I c1m R p cos 0 2 V V cos 2 V V V iC max Vcc Vcm Vce min Vcm
结论： 减小 i C 与 v ce 的乘积是提高 效率的根本途径
2．最佳负载和功率增益 C类功率放大器
工作状态——导通、截止 输出阻抗——变化
如何匹配？什么是最佳负载？ 最佳负载 RP ——保证输出最大功率
1 (VCC Vsat )2 则 Rp 2 Po
当天线阻抗不等于最佳负载时，阻抗变换
Po 1 I C1mVcm 1 I C1m 集电极效率 c为 C Pdc 2 I C 0VCC 2 IC0
Vcm 为集电极电压利用系数，由后面的分析可知 1 VCC
1 I C1m 集电极效率 C 2 I C0
主要取决于： 称 g 1 ( )为波形系数
I C1m iC max1 ( ) 1 ( ) g1 ( ) I C 0 iC max 0 ( ) 0 ( )