高频功率放大器(丙类)
丙类功率放大器
图1 谐振功率放大器原理电路 1 丙类功率放大器原理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。
如图１所示。
它是无线电发射机中的重要组成部分。
根据放大器电流导通角c 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c θ愈小，放大器的效率η愈高。
如甲类功放的︒=180c θ，效率η最高也可达到50%，而丙类功放的︒<90c θ，效率η也可达到80%。
甲类功率放大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率功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
本实验所使用的电路为丙类谐振功率放大器，实验所研究的是丙类功率放大器的工作原理及基本特性。
1.1丙类谐振功率放大器的功率与效率功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。
在同样的直流功率的条件下，转换的效率越高，输出的交流功率越大。
1.1.1集电极电源cc V 提供的直流功率cc cc I V P ==式中0c I 为余弦脉冲的直流分量。
)(00c cm c I I θα=式中，cm I 为余弦脉冲的最大值；)(0c θα为余弦脉冲的直流分解系数。
式中，bz U 为晶体管的导通电压；bb U 为晶体管的基极偏置；bm U 为功率放大器的激励电压振幅。
1.1.2集电极输出基波功率式中，cm U 为集电极输出电压振幅；m c I 1为余弦电流脉冲的基波分量；p R 为谐振电阻。
bmbbbz c U V U -=arccosθpcm P m c m c o R U R I I U P cm 2211212121===u CCU BB U)(11c cm m c I I θα= p m c cm R I U 1=1.1.3集电极效率c η式中, 为集电极电压利用系数；)(1c θα为余弦脉冲的基波分解系数。
功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。
丙类功率放大器的特点
2.3 丙类谐振功放的性能分析
5.放大特性
指VCC 、 VBB 、 RP固 定， Uim变化对放
大器性能的影响。
特点：随着Uim的增
大，先后经历： 欠压→临界→过压 且θ增大。 欠压时用于放大，过
压时用于限幅。
2.4 丙类谐振功放的电路
1.基极馈电电路
2.4 丙类谐振功放的电路
2.集电极馈电电路
源VBB应小于死区电压以保证晶体管工作于丙类状态， 一般VBB略小于0。集电极电压VCC是功率放大器的能
量来源。
2.2 丙类谐振功放的工作原理
2.工作原理
设输入ui为一余弦信号: u i Uimcost
则三极管的发射结电压：uBE VBBuiV BB U im cots
因为管子只在小半周期内导通，因而iB为脉冲电流。
2.1 丙类谐振功放的特点
1.与低频功放相比较
✓ 工作频率和相对频带不同 ✓ 负载性质不同 ✓ 工作状态不同
2.与小信号谐振放大器比较
✓ 对放大信号的要求不同 ✓ 谐振网络的作用不同 ✓ 工作状态不同
2.2 丙类谐振功放的工作原理
1.电路原理
三极管V在工作时应处于丙类工作状态，只有小部分 时间导通。LC谐振回路起到滤波和匹配作用。基极电
✓ 5.倍频器按其工作原理可分为丙类倍频器和参量倍频 器。
✓ 6.传输线变压器是以传输线原理和变压器原理相结合 的方式工作，因此具有良好的宽频带传输特性。
临界状态分析，如： 1
Po n2IcnU mcn m
Cnp PD o nC 1 2IIcC nU V 0m C cn Cm
• n越大，Pon和ηcn越小且＜n的谐波难滤除，所以
一般n取2~3级。
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 )
1.3 丙类谐振功率放大器
uBE EB ui EB Uim cost
晶体管特性曲线折线化分析：
iB • iB iC
-EB
•
UBE(on)
•
uBE
t
t
ui
Uim
输出电流ic失真，故负载采用LC回路进行选 频，使输出电压uc不失真。
ic 对ic进行傅里叶级数分解：
iC I C 0 iC1 iC 2 I C 0 I C1 cost I C 2 cos2t
-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ θ
Icm θ θ ic
ic1
ic2
ic3
Ico
ωt
0
1 LC
(Ic0，ic1，ic2…)
不同的电流分量在LC 0 两端产生的阻抗不同， 当LC回路谐振在信号 频率处（基波分量）时，ui U im cost 基波电压最大输出
RC ZP 2 1 jQ
uBE
UBE(on) -EB
1.3 谐振功率放大电路
1.3.1 概述
1、高频功率放大器在通信系统中的位置
高频 振荡器
调制器
功率放 大器
音频放 大器 无线电发射设备组成框图
2、高频功率放大器主要性能指标
2 1 1 U om 1 2 I om RL 1.交流输出功率Po： Po U om I om 2 2 RL 2
Po 2.电源转换效率η ： c PE
η<90%
用于无线电发送设备中天线大功率输出，进行远距离传输。
1.3.2 谐振功率放大器的工作原理及能量关系
1 、电路的构成及其电流、电压波形 （1）原理电路 1、偏置电压 VBB<UBE(on) ，晶体管工作在丙类，; 2、LC回路做负载，通过选频保证输出电压不失真；
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。
实验一 高频丙类功率放大器
实验一高频丙类功率放大器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效率高，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图。
2．认真整理记录的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 一台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：窄带高频功率放大器和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。
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
第六讲 丙类功率放大器原理和工作状态
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14
Icm
Ico
0 ( )
300 0.239
实验三丙类高频功率放大器实验
实验三 丙类高频功率放大器实验一． 实验目的1．通过实验，加深对于高频谐振功率放大器工作原理的理解。
2．研究丙类高频谐振功率放大器的负载特性，观察三种状态的脉冲电流波形。
3．了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于工作状态的影响。
4．掌握丙类高频谐振功率放大器的计算与设计方法。
二。
预习要求：1．复习高频谐振功率放大器的工作原理及特点。
2．熟悉并分析图3所示的实验电路，了解电路特点。
三．电路特点及实验原理简介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效率高，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。
1．电路特点本电路的核心是谐振功率放大器，在此电路基础上，将音频调制信号加入集电极回路中，利用谐振功率放大电路的集电极调制特性，完成集电极调幅实验。
当电路的输出负载为天线回路时，就可以完成无线电发射的任务。
为了使电路稳定，易于调整，本电路设置了独立的载波振荡源。
2．高频谐振功率放大器的工作原理参见图1。
谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器，它是在无线电发送中最为重cR L要、最为难调的单元电路之一。
根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。
丙类功率放大器导通角θ＜900，集电极效率可达80%，一般用作末级放大，以获得较大的功率和较高的效率。
图1中，Vbb 为基极偏压，Vcc为集电极直流电源电压。
为了得到丙类工作状态，Vbb应为负值，即基极处于反向偏置。
u b为基极激励电压。
图2示出了晶体管的转移特性曲线，以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。
高频实验三---高频丙类谐振功率放大器实验报告
实验三 高频丙类谐振功率放大器实验一、 实验目的1. 进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。
2. 掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。
3. 掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。
4. 掌握测量丙类功放输出功率，效率的方法。
二、实验使用仪器1. 丙类谐振功率放大器实验板2. 200MH 泰克双踪示波器3. FLUKE 万用表4. 高频信号源5. 扫频仪（安泰信） 三、实验基本原理与电路 1.高频谐振功率放大器原理电路高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。
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＝180，效率η最高为50％，而丙类功放的θ＜90°，效率η可达到80％。
谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。
iR L高频谐振功率放大器电压和电流关系在集电极电路中，LC 振荡回路得到的高频功率为ecme m c cm m c R U R I U I P 22110212121===集电极电源E C 供给的直流输入功率为0C C E I E P =集电极效率ηC 为输出高频功率P o 与直流输入功率P E 之比，即CC cmm c E C E I U I P P 01021==η静态工作点、输入激励信号幅度、负载电阻，集电极电源电压发生变化，谐振功率放大器的工作状态将发生变化。
如图3-3所示，当C 点落在输出特性(对应u BEmax 的那条)的放大区时，为欠压状态；当C 点正好落在临界点上时，为临界状态；当C 点落在饱和区时，为过压状态。
谐振功率放大器的工作状态必须由集电极电源电压E C 、基极的直流偏置电压E B 、输入激励信号的幅度U bm 、负载电阻R e 四个参量决定，缺一不可，其中任何一个量的变化都会改变C 点所处的位置，工作状态就会相应地发生变化。
丙类功率放大器
1 前言随着无线通信技术的高速发展，市场对射频电路的需求越来越大，同时对射频电路的性能要求也越来越高。
丙类谐振功率放大器是位于无线发射机末端的重要部件，它通常被用作末级功放，以使发射信号获得较大的输出功率和较高的效率。
本次课设用EWB软件对丙类放大器进行了研究，并掌握丙类谐振功率放大器的仿真设计方法。
高频功率放大器（简称高频功放）主要用于放大高频信号或高频已调波（即窄带）信号。
由于采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗匹配等问题，因而高频功率放大器通常又称为谐振功率放大器。
就放大过程而言，电路中的功率管是在截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明显的非线性特性。
但其效果:一方面可以对窄带信号实现不失真放大;另一方面又可以使电压增益随输入信号大小变化，即实现非线性放大。
根据功放电流导通角可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的放大器。
丙类谐振功率放大器是位于无线发射机末端的重要部件，其效率可达到90%，因此它通常被用作末级功放，以使发射信号获得较大的输出功率和较高的效率。
本设计对EWB软件进行了系统的研究，从而掌握了丙类谐振式功率放大器的仿真设计方法。
2 丙类功率放大器原理2.1 设计题目、内容及要求设计题目：丙类功率放大器的设计 内容及要求：1.高频丙类功率放大器的设计2.用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试3.测量高频功率放大器的主要技术指标4.观察高频丙类功率放大器的负载特性5.研究输入信号幅度的变化对功率放大器的输入功率、输出功率、总效率的影响6.研究直流电源电压对高频丙类功率放大器工作状态的影响2.2 设计原始资料模拟电路、高频电路理论基础、EWB 软件、计算机一台2.3 实验原理利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振放大器。
如:图 1 谐振高频功率放大器原理图所示。
它是无线发射机中的重要组成部件。
根据放大器电流导通角C 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。
高频电子线路实验报告2高频丙类功率放大器
实际观察到的波形如下图：
2
（2）集电极电源电压 Ec 对放大器工作状态的影响 保持激励电压U b （11TP01电压为200mv峰—峰值）、负载电阻 RL =10KΩ 不变（11W02顺时针调 到底），改变功放集电极电压 Ec （调整11W01电位器，使 Ec 为5—10V变化），观察11TP04电压波形。 调整电压 Ec 时，仍可观察到图7-7的波形，但此时欠压波形幅度比临界时稍大。
1 1P0 2
1 1C0 4
音频信号输入
图2 实际高频功率放大器电路图
3. 激励电压、电源电压及负载变化对丙类功放工作状态的影响
（1）激励电压U b 对放大器工作状态的影响 开关11K01置“on”，11K03置“右侧”，11K02往下拨。保持集电极电源电压 Ec =5V左右（用万 用表测11TP03直流电压， 11W01逆时针调到底），负载电阻 RL =10KΩ 左右（11K04置“off”，用万
实际观察到的波形如下图：
4．功放调谐特性测试 11K01 置“ON”,11KO2 往下拨，11K03 置“左侧”，拔掉 11K05 跳线器。高频信号源接入前置级输
入端（11P01），峰-峰值 800mV。以 6.3MHZ 的频率为中心点，以 200KHZ 为频率间隔，向左右两侧画 出 6 个频率测量点，画出一个表格。设计的表格如下：
用表测11TP06电阻， 11W02顺时针调到底，然后11K04置“on”）不变。 高频信号源频率 1.9MHZ 左右，幅度 200mv（峰—峰值），连接至功放模块输入端（11P01）。示波
器 CH1 接 11TP03，CH2 接 11TP04。调整高频信号源频率，使功放谐振即输出幅度（11TP03）最大。
1
3 U01
实验 丙类高频谐振功率放大器
实验 丙类高频谐振功率放大器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单元电路。
根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管集电极电流导通角θ的范围可分为甲类、甲乙类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。
电流导通角θ越小，放大器的效率η越高。
如甲类功放的θ=1800，效率η最高也只能达到50%，而丙类功放的θ<900，其效率η可达85%。
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。
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。
一、实验目的1、熟悉丙类高频功率放大器的工作原理，初步了解工程估算的方法。
2、学习丙类高频谐振功率放大器的电路调谐及测试技术。
3、研究丙类高频谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。
4、理解基极偏置电压、集电极电源电压、激励电压对放大器工作状态的影响。
5、了解丙类高频谐振功率放大器的设计方法。
二、实验仪器1、高频实验箱 1台2、高频信号发生器 1台3、双踪高频示波器 1台4、扫频仪 1台5、万用表 1块6、高频功率放大器实验板 1块 三、预习要求1、复习高频谐振功率的工作原理及四种特性。
2、分析实验电路，理解各元件的作用及各组成部分的工作原理。
四、实验内容1、电路调谐及调整(调谐技术)。
2、静态测试(测试静态工作点)。
3、动态测试(研究负载特性)。
五、实验原理实验电路如图2-1所示，它是由两级小信号谐振放大器组成的推动级和末级丙类谐振功率放大器构成，其中VT1和VT2组成甲类功率放大器，晶体管VT3组成丙类谐振功率放大器，这两类功率放大器的应用十分广泛，下面简要介绍它们的工作原理及基本计算方法。
(一)、甲类功率放大器 1、静态工作点如图2-1所示，晶体管VT1组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。
其中R 1和R 2为基极偏置电阻；R 5为直流负反馈电阻；它们共同组成分压式偏置电路以稳定放大器的静态工作点。
高频功率放大器(丙类)
实验报告课程名称高频电子线路实验名称高频功率放大器（丙类）实验类型验证（验证、综合、设计、创新）学院名称电子与信息工程学院专业电子信息工程年级班级2012级电信3 班开出学期2014-2015上期学生姓名学号指导教师蒋行达成绩2014 年11 月22 日实验二高频功率放大器（丙类）一、实验目的1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，三种工作状态，功率、效率计算。
2、掌握丙类功率放大器性能的测试方法。
3、观察集电极负载、输入信号幅度与集电极电压EC对功率放大器工作情况的影响。
二、实验仪器1、示波器2、高频信号发生器3、万用表4、实验板2三、预习要求1、复习功率放大器原理及特点。
2、分析图2-2所示的实验电路，说明各元器件作用。
四、实验内容1、用示波器观察功率放大器工作状态，尤其是过压状态时的集电极电流凹陷脉冲。
2、观察并测量集电极负载变化对功率放大器工作的影响。
3、观察并测量输入信号幅度变化对功率放大器工作的影响。
4、观察并测量集电极电源电压变化对功率放大器工作的影响。
五、基本原理及实验电路高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
它的作用是放大信号，使之达到足够功率输出，以满足天线发射或其他负载的要求。
它的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）。
1、基本原理功率放大器的效率是一个最突出的问题，其效率高低与放大器的工作状态有直接的关系。
放大器工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。
图2-1 表示了不同Ube时，谐振功率放大器不同工作状态的基极电压和集电极电流波形。
当工作点在Q 和Q/输入Ub1m、Ub2m时，工作点Q 和Q/在转移特性的线性段，调谐功率放大器工作在甲类。
甲类工作状态理想效率为50%。
此时晶体管需要正偏置。
当工作点在移至Q//输入Ub3m时，晶体管只在输入信号的正半周时导通，集电极电流是周期性电流脉冲，调谐功率放大器工作在乙类。
乙类工作状态理想效率为78.5%。
高频丙类功率放大器原理和工作状态要点课件
3
交叉学科融合
与其他学科领域的交叉融合将为高频丙类功率放 大器的发展带来新的机遇和突破口。
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减小非线性失真的方法包括提高放大器线性度、 采用预失真技术以及合理配置负载阻抗等。
动态范围
01
动态范围是指放大器在正常工作状态下，能够处理的信号强度 的最大值和最小值之间的范围。
02
动态范围的大小取决于放大器的噪声性能、线性工作范围和失
真性能等因素。
动态范围越大，放大器能够处理的信号强度变化范围越广，信
增益不稳定
由于电路参数的变化或外部干扰，功率放大器的增益可能不稳定。解决方案：采用自动增益控制（AGC）技术，实时 监测和调整放大器的增益水平，确保输出信号的稳定性。
非线性失真
在高功率输出时，放大器可能产生非线性失真，影响信号质量。解决方案：采用适当的负反馈或前馈技 术，改善放大器的线性度；同时合理选择工作点，避免进入非线性区域。
由于丙类放大器只在信号峰值时消耗功率 ，因此效率较高。
非线性失真
适用范围广
由于丙类放大器的非线性工作特性，会产 生非线性失真。
适用于各种不同的信号和通信系统。
工作原理
01
02
03
输入信号
输入信号通过输入变压器 耦合到功率管，并在功率 管中进行放大。
功率放大
功率管在电源电压的作用 下，将输入信号放大并输 出。
高频丙类功率放大器原 理和工作状态要点课件
目录
• 高频丙类功率放大器概述 • 丙类放大器的原理 • 工作状态要点 • 实际应用与优化 • 发展趋势与展望
01
高频丙类功率放大器概述
定义与特点
定义
效率高
高频丙类功率放大器是一种电子设备，用 于将较小的信号放大到足够大的功率，以 便在传输系统中传输。
丙类功率放大器的特点
u B E V B B U im co t s
u C EV C C U cm cots
可见，动态线和VCC， VBB，Uim，Ucm相关。
2.3 丙类谐振功放的性能分析
2.三种工作状态
改变UBE、UCE
将使动态点移 动，使谐振功 放工作于不同 的三种状态： 欠压状态：① 临界状态：② 过压状态：③
临界状态分析，如： 1
Po n2IcnU mcn m
Cnp PD o nC 1 2IIcC nU V 0m C cn Cm
• n越大，Pon和ηcn越小且＜n的谐波难滤除，所以
一般n取2~3级。
• 当n＞2时，一般设 陷波电路，从而有效 滤除低次谐波。如图：
2.6 丁类高频功率放大电路简 介
• 丁类放大电路中，三极管处于开关状态 ; • 在理想情况下，丁类高频功率放大电路的效率可达100%，
实际情况下也可达90%左右。 • 丁类功率放大电路如图所示:
• V1、V2各饱和导通半 周，尽管导通电流很大， 但相应的管压降很小， 这样每管的管耗就很小， 放大器的效率也很高。
2.7 宽带高频功率放大器简介
1.传输线变压器工作原理
传输线变压器的工作方式是传输线原理与变压器 原理的结合，其主要特点是工作频带极宽。 如图1:1传输线变压器：
放大后的iC也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得： iC I c I 0 c c 1 t m o I c c 2 2 s t m o I c s c n n t m o
考虑LC谐振回路对各次谐波的作用不同得：
u c Ic1R m PcotsUcmcost
因而：uCE VCCuc VCC U cm cots
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实验报告
课程名称高频电子线路
实验名称高频功率放大器（丙类）
实验类型验证（验证、综合、设计、创新）学院名称电子与信息工程学院专业电子信息工程年级班级 2012级电信3 班开出学期 2014-2015上期学生姓名学号
指导教师蒋行达成绩
2014 年 11 月 22 日实验二高频功率放大器（丙类）
一、实验目的
1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，三种工作状态，功率、效率计算。
2、掌握丙类功率放大器性能的测试方法。
3、观察集电极负载、输入信号幅度与集电极电压 EC对功率放大器工作情况的影响。
二、实验仪器
1、示波器
2、高频信号发生器
3、万用表
4、实验板 2
三、预习要求
1、复习功率放大器原理及特点。
2、分析图 2-2所示的实验电路，说明各元器件作用。
四、实验内容
1、用示波器观察功率放大器工作状态，尤其是过压状态时的集电极电流凹陷脉
冲。
2、观察并测量集电极负载变化对功率放大器工作的影响。
3、观察并测量输入信号幅度变化对功率放大器工作的影响。
4、观察并测量集电极电源电压变化对功率放大器工作的影响。
五、基本原理及实验电路
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
它的作用是放大信号，使之达到足够功率输出，以满足天线发射或其他负载的要求。
它的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）。
1、基本原理
功率放大器的效率是一个最突出的问题，其效率高低与放大器的工作状态有直接的关系。
放大器工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。
图 2-1 表示了不同Ube时，谐振功率放大器不同工作状态的基极电压和集电极电流波形。
当工作点在 Q 和Q/输入Ub1m、Ub2m时，工作点 Q 和 Q/在转移特性的线性段，调谐功率放大器工作在甲类。
甲类工作状态理想效率为50%。
此时晶体管需要正偏置。
当工作点在移至 Q//输入 Ub3m时，晶体管只在输入信号的正半周时导通，集电极电流是周期性电流脉冲，调谐功率放大器工作在乙类。
乙类工作状态理想效率为 %。
此时晶体管不需要偏置。
当工作点在移至 Q///（此时晶体管为负偏置）输入 Ub4m时，晶体管导通时间进一步缩短，调谐功率放大器工作在丙类。
丙类工作状态理想效率为 90%。
放大器工作在乙类、丙类效率固然提高了，但集电极电流波形为余弦脉冲，失真愈来愈严重，各次谐波输出对基波的干扰不可避免。
由于并联谐振回路有选频、滤波能力，因此输出的是基本不失真的余弦信号。
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。
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。
2、主要性能指标
①输出功率
高频功率放大器的输出功率是指放大器负载 RL上得到的最大不失真功率。
即（2-1）
式中，uL为负载上的有效电压，可通过高频毫伏表测量而得值，RL为为负载阻值。
②效率
高频功率放大器的总效率主要由晶体管集电极的效率（集电极效率)和输出网络的传输效率决定。
输出网络的传输效率通常由电感、电容等在高频工作时产生一定损耗而引起。
放大器的能量转换效率主要由集电极效率所决定。
所以常将集电极的效率视为高频功率放大器的效率，用η表示，即
（2-2）
3、实验电路
由于丙类工作状态的效率最高，因此本实验电路输出级工作在丙类工作状态，具体见图 2-2。
它由两级单调谐放大器组成的推动级和工作在丙类工作状态的末级输出级组成。
V1、V2组成两级前置放大器，CT1、CT2用以调谐，A、B点作为这两级的输出测试点。
V3为末级丙类功率放大器。
其中，R10为发射极直流负反馈电阻，与 C7、高频扼流圈 L4组成射极自给偏压环节，基极偏置电压Eb 利用发射极电流的直流分量 IE0在 R10上产生的压降来提供。
为了避免 R10上产生交流负反馈，需设置时间常数R10C7>(3~5)/f0。
射极自给偏压环节可以自动维持放大器稳定工作，当激励信号加大时，负偏压加大，IE0相对增加量减小,这实质上就是直流负反馈的作用，可以使放大器工作状态变化不大。
缺点是由于R10上建立了一定大小的直流偏压，减小了电源电压利用率。
因此 R10不宜取得过大，以免影响放大器的输出功率。
而且在高频工作时，发射极很难完全接地（如，R10=10W，C7=100pF，信号频率，则C7未对R10构成充分旁路），故在频率很高的丙类功放中使用较少。
C6、L3组成输入端串联谐振回路，对信号中心频率谐振，从而起到选频作用，C6同时还起隔直流作用。
L5是高频扼流圈，提供集电极回路的直流通路。
C8是隔直电容。
C9、L6组成输出端 L型匹配网络，使功率放大器的输出与负载匹配。
C12、C13、L8为电源退耦电路（集电极串馈电路）。
E 点可近似作为集电极电流iC波形的测试点。
图2-2 丙类高频功率放大器
六、实验步骤
1、准备工作——调谐
将实验板电源接成+12V，负载接75Ω，从实验板的输入端 IN 端输入 f=、Vip-p=120mV(通过示波器测量获得)的信号，将示波器接至输出端OUT处，调节可变电容 CT1，使示波器的输出为最大值。
再调节CT2，使示波器的输出为最大值。
需要时，亦可再反复调节 CT1、CT2，使输出幅度最大。
上述的调谐过程也可利用频率特性测试仪完成。
2、三种工作状态的观察三种工作状态是指欠压、临界和过压。
示波器 CH1接 OUT 端，CH2 接E 点即发射极电阻 R10两端（因发射极电压波形与集电极电流波形相同）。
改变信号幅度，观察放大器输出波形（OUT 端）和集电极电流波形（E 点），可发现，随着输入信号幅度的增大，在一定范围内，放大器的输出电压幅度和集电极电流脉冲幅度亦随之增大，说明放大器工作于欠压状态。
当输入信号幅度增大到一定程度时，放大器的输出电压幅度增长缓慢，而集电极电流脉冲则出现凹陷，说明放大器已进入到过压状态。
画下所观察到的欠压、临界和过压时的集电极电流脉冲波形。
3、不同特性的观察
(1)负载特性
Vip-p=120mV（峰峰值）。
RL分别取50Ω、75Ω和 120Ω，测各工作电压并填入表2-1相应位置。
(2)振幅特性
改变输入端电压Vi=80mV，重复“内容(1)”。
(3)集电极特性
断开C、D，将D 点直接与“+5V”连接，使末级功率放大器集电极电源改为+5V，重复“内容(1)、 (2)”
Ec=
5V
V R L=120Ω0
Vip-p
=80
mV
R L=50Ω0
R L=75Ω0
R L=120Ω01
其中：Vip-p：输入电压峰-峰值 Vop-p：输出电压峰-峰值
Ic0：输出级电源工作电流 PS：输出级电源供给总功（=EcIC0）
PL：输出功率（=Vo2/2RL），这里 Vo为输出电压有效值
η:集电极效率
七、数据分析要求及思考题
1、根据实验测量结果，计算各种情况下IC0、PS、PL、η。
2、对实验结果进行分析，说明集电极负载、输入信号幅度、集电极电源电压对功率放大器工作的影响（工作状态、输出电压、电流波形、功率、效率）。
答：由表格记录的数据可以看出在Ec和Vip-p不变时，输出功率和输出效
率的大小与集电极负载R
L 成反比；当R
L
一定时，输出功率和输出效率的大小与
输入信号幅度、集电极电源电压成反比，输出电压幅度随着信号的增大先增大到一定的幅度再缓慢增大，说明此时的工作状态由欠压区过渡到了过压区，而电流波形的幅度是先增大后出现凹陷。
八、实验说明
在调谐时可能出现信号的失真，可以适当降低输入信号的幅度。
九、实验总结
此次高频实验，主要是考察学生的动手能力以及对课本知识的掌握情况，实验过程中，发现在自身存在着很多的问题，比如说信号发生器示波器的使用不熟练，很大程度上放慢我实验的进程，通过这次实验，我巩固了丙类功率放大器的基本使用原理三种状态，功率、效率的计算，勒戒怎么去测其性能指标，取得了长足的进步。