丙类高频功率放大器解读
丙类功放 效率
丙类功放效率1. 引言丙类功放（Class D amplifier）是一种高效率的功率放大器，被广泛应用于音频和无线通信领域。
相比传统的A类、B类和AB类功放，丙类功放具有更高的效率和更小的体积，成为现代电子设备中的重要组成部分。
本文将详细介绍丙类功放的原理、特点、应用以及效率的相关内容。
2. 丙类功放原理丙类功放采用了数字脉冲宽度调制（PWM）的技术，通过将输入信号转换为高频脉冲信号来实现放大。
其基本原理是根据输入信号的幅值控制开关管的导通时间，从而实现信号的放大。
丙类功放由两个关键部分组成：脉冲调制器和功率放大器。
脉冲调制器负责将输入信号转换为高频脉冲信号，而功率放大器则负责放大脉冲信号以产生输出信号。
脉冲调制器通常采用比较器和参考信号发生器来实现，而功率放大器则由开关管和输出滤波器组成。
3. 丙类功放特点3.1 高效率丙类功放的最大特点就是高效率。
传统的A类、B类和AB类功放在输出信号小的情况下，功耗仍然较高，效率较低。
而丙类功放通过将开关管迅速切换，减少了功率损耗，因此能够实现更高的效率。
一般情况下，丙类功放的效率可达到90%以上，远高于传统功放。
3.2 小体积丙类功放由于采用了数字脉冲宽度调制技术，使得整个功放电路变得简洁而紧凑。
相比传统功放，丙类功放的体积更小，更适合应用于体积有限的场合，如便携式音频设备、手机和汽车音响等。
3.3 低失真丙类功放在放大过程中，由于开关管的导通和截断，产生了一定的失真。
然而，通过合理设计和优化，丙类功放的失真可以控制在很低的水平上。
尤其在高频范围内，丙类功放的失真表现更加优越，能够满足高品质音频的需求。
4. 丙类功放应用4.1 音频领域丙类功放在音频领域有着广泛的应用。
由于其高效率和低失真的特点，丙类功放成为音响设备、家庭影院系统、舞台音响等的重要组成部分。
在高保真音频的放大过程中，丙类功放能够提供清晰、动态的音质表现。
4.2 无线通信领域丙类功放在无线通信领域也有着重要的应用。
丙类高频功率放大器实验
D。放大特性的观察 保持Vcc,Vbb和RL不变,改变输入电压的幅值，观察当信号 幅度从小到大变化时，脉冲电流的变化。
A、负载特性的观察 1、调整到最理想状态，记录欠压，临界与过压三个状态下 的脉冲电流波形，并相应记下其对应输出放大波形其幅值。
P5
GND
1
1
石英晶体振荡 器—提供载波 信号
推动级—提 供足够的激 励电压
丙类功率放大器
• 理论分析表明,当放大器工作在谐振状态的时候，负载 为纯电阻状态，集电极直流电流最小，回路电压最大。 但由于实际电路中内部电容的反馈作用，导致这两种 现象不会同时发生。因此，在实验中，不仅要监视集 电极直流电流，同时要监视集电极的脉冲电流来调谐 电路。
COSq Vbz Vbb
U bm
或电压 电流
iC i vCE min
c max
0 qc
V BZ
vCE VCC Vcm coswt
V cm vCE
V CC
V BB
iC v bEmax
+ vb -
VBB
wt
V bm vBE
1
Pc T
T
0 iC vCEdt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
v BE
理想效率
负载
应用
θc=1800 θc=900 900<θc<1800 θc<900
50％ 78.5％
电阻 推挽，回路
低频 低频、高频
50％<η<78.5%
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 )
高频丙类功率放大器
实验一：高频丙类功率放大器前言在高频范围内为获得足够大的高频输出功率，必须采用高频放大器，高频功率放大器主要用于发射机的未级和中间级，它将振荡产生的信号加以放大，获得足够高频功率后，再送到天线上辐射出去。
另外，它也用于电子仪器作未级功率放大器。
高频功率放大器要求功率高，输出功率大。
丙类放大器它是紧紧围绕如何提高它的效率而进行的。
高频功率放大器的工作频率范围一般为几百KHZ—几十MHZ。
一般都采用LC 谐振网络作负载，且一般都是工作于丙类状态，如果要进一步提高效率，也可工作于丁类或戊类状态。
一．实验目的及要求（一）实验目的1．进一步了解高频丙类功率放大器的工作原理和调试技术。
2．熟悉负载变化对放大器工作状态的影响及各指标的测试方法。
3．掌握输入激励电压，集电极电压，基极偏置电压变化对放大器工作状态的影响。
（二）实验要求1．认真阅读本实验教材及有关教材内容2．熟悉本实验步骤，并画出所测数据表格。
3．熟悉本次实验所需仪器使用方法。
（三）实验报告要求1．写出本次实验原理及原理框图2．认真整理记录测试数据及绘出相应曲线图。
3．对测试结果与理论值进行比较分析，找出产生误差的原因，提出减少实验误差的方法。
4．详细记录在调谐和测试过程中发生的故障和问题，并进行故障分析，说明排除过程和方法。
5．本次实验收获，体会以及改进意见。
二．实验仪器及实验板1．双踪示波器（CA8020）一台2．高频信号发生器（XFG-7）一台3．晶体管直流稳压电源一块4．数字万用表一块5．超高频毫伏表（DA22）一台6．直流毫安表一块7．高频丙类功率放大器实验板一块三．实验原理及公式推导高频谐振放大器的主要作用是使电路输出功率大，效率高；主要特点是用谐振回路来实现阻抗变换，并且为了提高效率常工作在丙类状态。
高频功率放大器一般有两种：1.窄带高频功率放大器；2. 宽带高频功率放大器。
前者由于频带比较窄，故常用选频网络作为负载回路，所以又称为谐振功率放大器。
实验三高频功率放大器(丙类)
实验操作过程
调整丙类功率放大器的输入和输 出阻抗，使其与信号源和负载匹 配。
逐步增加输入信号的幅度，观察 放大器的输出波形和参数变化。
使用示波器记录放大器的输入和 输出波形，分析波形的失真情况。
打开高频信号发生器，设置合适 的信号频率和幅度。
使用电压表和电流表测量放大器 的各项参数，如输入电压、输出 电压、输入电流、输出电流等。
02
它主要由输入匹配网络、功放管 、输出匹配网络和偏置电路等部 分组成。
高频功率放大器的分类
根据功放管的类型，高频功率 放大器可分为电子管式高频功 率放大器和晶体管式高频功率
放大器。
根据工作频率，高频功率放 大器可分为超短波高频功率 放大器和微波高频功率放大
器。
根据放大器的级数，高频功率 放大器可分为单级高频功率放 大器和多级高频功率放大器。
对未来实验的展望与建议
01
深入研究不同类型的 高频功率放大器
在未来的实验中，可以进一步探索甲 类、乙类等不同类型的高频功率放大 器的设计与制作，比较它们之间的性 能差异和应用特点。
02
结合实际应用场景进 行优化设计
针对实际应用需求，可以对高频功率 放大器进行优化设计，如提高输出功 率、降低失真度、拓宽带宽等，以满 足不同场景下的使用要求。
通过分析实验数据，我们发现放大器在不同频率下的响应特性有所不同。在低频段，放大 器的放大效果较好；而在高频段，放大效果逐渐减弱。这可能与放大器的设计参数和元器 件特性有关。
线性度与失真
在实验过程中，我们观察到输出信号存在一定的失真现象。失真可能源于放大器的非线性 特性，如饱和、截止等。为了量化失真程度，我们采用了失真度指标进行分析。
丙类功率放大器三种工作状态的特点
丙类功率放大器三种工作状态的特点下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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丙类功放 效率
丙类功放效率丙类功放作为音频放大器的一种，在我国的应用范围广泛。
它具有定义明确、结构简单、效率较高等特点，成为许多场合的首选设备。
本文将分析丙类功放的特点、应用场景、效率以及如何提高其效率，并对我国丙类功放的发展前景进行展望。
一、丙类功放的定义与特点丙类功放，又称为Class C amplifier，是一种音频功率放大器。
它的工作原理是利用晶体管的截止区进行放大，具有以下特点：1.高效率：丙类功放的效率较高，通常在20% 到60% 之间，远高于甲类和乙类功放。
2.结构简单：丙类功放的结构相对简单，减少了故障率和维护成本。
3.热稳定性好：丙类功放的工作状态稳定，热量散发较快，有利于延长设备使用寿命。
4.电源电压范围宽：丙类功放对电源电压的适应性强，能够在较宽的电压范围内正常工作。
二、丙类功放的应用场景丙类功放因其高效率和简单结构，在我国的应用场景非常广泛，如：1.音响设备：丙类功放广泛应用于家庭音响、汽车音响等领域，提供高效的音频放大。
2.通信设备：丙类功放在通信设备中起到关键作用，如手机、平板等设备。
3.广播设备：丙类功放在广播系统中起到信号放大作用，提高信号传输质量。
4.乐器放大：在吉他、电子琴等乐器中，丙类功放提供高效的音频放大，满足各种演出需求。
三、丙类功放的效率分析丙类功放的效率是其重要性能指标之一。
要提高丙类功放的效率，需要关注以下几个方面：1.选用高效率的晶体管：选用合适的晶体管，可以提高丙类功放的整机效率。
2.优化电路设计：优化电路布局和元件选择，降低损耗，提高整体效率。
3.采用恰当的散热设计：良好的散热设计有助于提高丙类功放的连续输出功率和效率。
四、提高丙类功放效率的方法1.采用Class D 拓扑结构：Class D 拓扑结构的丙类功放具有更高的效率，可达80% 以上。
2.优化电源设计：采用高效的电源转换器，降低电源损耗，提高整机效率。
3.采用先进的调制技术：如SBC（Sub-Band Coding）等技术，提高音频信号的传输效率。
高频电子线路课件：丙类功率放大器性能分析
(3) 丙类谐振功放在进行功率放大的同时, 也可进行振幅 调制。若调制信号加在基极偏压上, 功放应工作在欠压状态； 若调制信号加在集电极电压上, 功放应工作在过压状态。
(4) 回路等效总电阻RΣ直接影响功放在欠压区内的动态线 斜率, 对功放的各项性能指标关系很大, 在分析和设计功放时 应重视负载特性。
为了衡量输出匹配网络上的功率损耗，可以定义回路效率为
n
PL Po
（3.2.15）
其中，PL、Po分别是负载上得到的功率和功放的输出功 率
例3.4 分析图例3.4所示工作频率为175 MHz的两级谐振功 率放大电路的组成及元器件参数。
Pi=1W, Po=12W, Rs=50Ω, RL=50Ω。Po1=4W, UCC=13.5 V。
（3） 增大UBB，则动态线平行上移， RΣ 不变，Q点上移， 动态线及其延长线为CQ3。根据图3.2.9基极调制特性， Ucm增 大， Po将增大，所以Po3＞Po0。
（4） 增大Ubm，则动态线从A延长到D， RΣ不变，Q点不变， 根据图3.2.8放大特性，Ucm和Po均增大，所以Po4＞Po0。
例3.2 某高频功放工作在临界状态, 已知UCC=18V, gcr=0.6 A／V, θ=60°, RΣ=100Ω, 求输出功率Po、直流功率PD和集电极 效率ηc。
解： 由式(3.2.14)可求得:
Rd=α1(60°)(1-cos 60°)×100=19 Ω
由图3.2.6可以写出以下关系式:
故
gd
2 .匹配网络
为了使谐振功放的输入端能够从信号源或前级功放得到有 效的功率, 输出端能够向负载输出不失真的最大功率或满足后级 功放的要求,在谐振功放的输入和输出端必须加上匹配网络。
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用傅里叶级数展开得
ic I c0 ic1 ic 2 ic3 icn
式中： Ico为直流电流分量
iC1为基波分量；
iC1=Icm1COSωct
iC2为二次谐波分量；iC2=Icm2COS2ωct iCn为n次谐波分量； iCn=IcmnCOSnωct
15
… …
… …
当集电极回路调谐在输入信号频率ω上时（即与高频输入信号 的基波谐振时）：
从图中可见，高频功放是无线发射机的重要组成部分
4
在无线电广播和通信发射机中，为了获得大功率的高 频信号，必须采用高频功率放大器。 高频功率放大器按工作频带的宽窄可分：
窄带高频功率放大器： 通常以LC并联谐振回路作负载，又称为
谐振功率放大器。
宽带高频功率放大器： 以传输线变压器为负载，因此又称为
非谐振功率放大器。
表 2-1 工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类 半导通角 c=180 c=90 90＜c＜180 c＜90 开关状态 不同工作状态时放大器的特点 理想效率 50% 78.5% 50%＜＜78.5% ＞78.5% 90%~100% 负 载 应 用
电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路
17
谐振功放工作原理小结： 设置VBB< UBE(on) ，使晶体管工作于丙类。当输入信号 较大时，可得集电极余弦电流脉冲。将LC回路调谐在信号频
率上，就可将余弦电流脉冲变换为不失真的余弦电压输出。
iC iB
+ Biblioteka i –+ uBE – C + – – + VBB VCC
谐振功放原理电路
+ uCE
8
4、丙类：工作点设置在截止区以内； 晶体管导通的时间小于半个周期，在输入信号的小半个 周期内导通，有集电极电流ic产生，如图。
<
优点：静态IC=0，管耗小，效率高。效率η>78.5%。 缺点：输出电流波形严重失真。
9
功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方 式，为了进一步提高工作效率还提出了丁类与戊类放大器。
+
L
RL
uc
–
18
二、 输出功率与效率 1.放大器的输出功率PO 2.集电极直流电源供给功率PD 3.集电极耗散功率PC 4.放大器效率ηc 其中 为集电极电压利用系数。
I C1m g1 ( ) I C 0m
集电极电流利用系数，又称波形系数。
19
Po 1 I c1m U cm 1 1 ( ) U cm 1 效率： C PD 2 I C0 VCC 2 0 ( ) VCC 2 g1 ( )
谐振回路对基波电流而言等效为一纯电阻Re ；
对其他各次谐波，回路因失谐呈现很小的电抗，可看成短路； 所以我们可以通过选频网络来将我们所需的基波信号选出来，
只要将谐振频率设置为基波信号的频率就可
直流分量只能通过回路电感线圈，直流电阻较小，可看成短路。
这样，脉冲电流ic流经谐振回路
时只有基波电流才产生压降。
低频 低频，高频 低频 高频 高频
谐振功率放大器通常工作于丙类状态，属于非线性电路
10
我们选择的是让功放工作在丙类，后面我 们会介绍为什么要选择丙类的功放状态。
11
一、基本电路原理
iB
iC
1、电路组成
晶体管 谐振回路 输入回路 偏置电路
+ ui – +
VBB
+
uBE
uCE
–
+
L C
+ uc
RL –
°
甲类工作状态： 180 乙类工作状态： 90 丙类工作状态：设 60
高频功率放大器
1
• 小组成员 • 罗仪凡与陈衍文，完成的是对电路参数的 确认以及分析 • 陈斯铭完成的是对电路的焊接与元件的选 择以及后续的调节和分析 • 黄路瑶完成的是对电路的仿真
2
学习目的：
1、高频功率放大器的电路组成
2、谐振功率放大器的工作原理
3、高频功率放大器的外部特性
3
高频（谐振）功率放大器在发射机中的位置
5
1、使用高频功率放大器的目的 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 2、放大的实质： 实质是一种能量转换。将电源提供的直流功率转变成
交流信号功率输出。
3、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题
①高效率输出
②高功率输出
6
4.工作状态 1、甲类：工作点设置在放大区；
输入信号ui在整个周期都有集电极电流ic产生，如图。 IC
n() 1 若ξ=1时， c 2 g1 ( ) 0.6
0.5 0.4
g1()
2.0
g1 ()
1 () 0 () 2( ) 3()
θ值越小，g1(θ)值越大，效 率越高。
0.3 1.0 0.2 0.1
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180
16
ic I c0 I c1m cos(wt ) I c 2m cos(2wt ) I cnm cos(nwt)
若回路谐振电阻为Re，则
其中，Ucm为基波电压振幅。 晶体管集射间的电压为:
可见，利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集 电极脉冲电流变换为不失真的余弦电压输出。
–
–
VCC
+
图3.1.3丙类谐振功放原理 电路
VCC、VBB为集电极和基极的直流电源电压。为使晶体 管工作在丙类状态，VBB应小于晶体管的导通电压uBE（on）， 在没有输入信号时，晶体管处于截止状态，ic=0。
12
L、C为滤波匹配网络，与RL 构成并联谐振回路，作为晶体 管集电极负载。 完成以下功能：
Q O UCE O t
iC
优点：无失真，波形好,； 缺点：静态IC较大，管耗大，效率低。转换效率约为50%。
7
2、乙类：工作点设置在截止点上；
晶体管只在输入信号的半个周期内导通，有集电极电流 ic产生，如图。 IC iC
Q UCE O
O
t
优点： 静态IC=0，管耗小效率高。效率约为78.5%。 缺点：输出脉冲电流，波形严重失真。
＊选频滤波
＊阻抗匹配 由于RL比较大，所以，谐振回路的品质因数比较小； 但不影响谐振回路对谐波成分的抑制作用。
13
2、电流、电压波形 设输入一高频余弦信号为
则 当uBE的瞬时值大于基射间导通 电压UBE(on) 时，晶体管导通，产生 基极脉冲电流iB，相应产生集电极 脉冲电流ic，如图所示。基极电流和 集电极电流为周期性非正弦函数。