丙类谐振功率放大电路分析(负载特性调制特性)
实验二丙类高频功率放大器实验要点
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 . 实验仪表设备1. 双踪示波器2. 数字万用表3. TPE-GP5通用实验平台4. G1N 实验模块5. G2N 实验模块四 . 电路特点及实验原理简介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, V bb 为基极偏压, V cc 为集电极直流电源电压。
为了得到丙类工作状态, V bb 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。
V bz 是晶体管发射结的起始电压(或称转折电压。
由图可知,只有在 u b 的正半周,并且大于V bb 和 V bz 绝对值之和时,才有集电极电流流通。
即在一个周期内,集电极电流 i c只在 -θ~+θ时间内导通。
由图可见, 集电极电流是尖顶余弦脉冲, 对其进行傅里叶级数分解可得到它的直流、基波和其它各次谐波分量的值,即:i c =IC0+ IC1m COS ωt + IC2M COS2ωt + … + ICnM COSn ωt + …bm bbbz U VV COS +=θ图 3 高频功放(调幅及发射电路原理图求解方法在此不再叙述。
高频电子线路课件：丙类功率放大器性能分析
iC=g(uBE-Uon)
uBE≥Uon
iC
0
uBE＜Uon
θ为导通角。 0°≤θ≤180°。
(3.2.6)
iC=g(UBB+Ubmcosωt-Uon)
式(3.2.1)、 (3.2.2)和(3.2.6)分别给出了谐振功放输入回 路、 输出回路和晶体管转移特性的表达式。由这些公式可以 看出, 当晶体管确定以后, Ucm的大小与VBB、VCC、RΣ和Ubm四 个参数有关。利用图3.2.5所示折线化转移特性和输出特性曲线, 借助以上三个表达式, 我们来分析以上两个问题。在分析之前, 让我们先确定动态线的情况。
注意, 在过压状态时, iC波形的顶部发生凹陷, 这是由于进入 过压区后转移特性为负斜率而产生的。
Iclm IC0
0 欠压
Ucm
0
临界
过 压 R∑
欠压
c
PD
Po
PC 临界
过 压 R∑
图 3.2.7 谐振功放的负载特性曲线
由图3.2.7可以看到, 随着RΣ的逐渐增大, 动态线的斜率 逐渐减小, 由欠压状态进入临界状态, 再进入过压状态。在临界 状态时, 输出功率Po最大, 集电极效率ηc接近最大, 所以是最佳 工作状态。
1
1
C1 2f0Q1R1 2 175106 1.625 50 11.2 pF
L1
Q2 R2
2f0
57
2 175106
0.032H
C2
Q2 Q1
2f 0 Re
2
5 1.625 175106 182
16.9 pF
第一级与第二级之间的级间匹配网络虽然也采用T型网络， 但由于要考虑第一级放大器输出电容的影响，故不能直接采用 例1.4所得结果。第二级输出匹配网络同样要考虑第二级放大器 输出电容的影响，所以也不能直接采用倒L型匹配网络的公式。
实验二 丙类功率放大器汇总
实验二非线性丙类功率放大器实验一、实验目的1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时的动态特性。
2、了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。
二、实验内容1、观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点2、测试丙类功放的调谐特性3、测试丙类功放的负载特性4、观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响三、实验仪器1、信号源模块1块2、频率计模块1块3、8 号板1块4、双踪示波器1台5、频率特性测试仪（可选）1台6、万用表1块四、实验基本原理放大器按照电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。
功率放大器电流导通角θ越小，放大器的效率η越高。
1、丙类功率放大器1）基本关系式丙类功率放大器的基极偏置电压V BE是利用发射极电流的直流分量I EO（≈I CO）在射极电v为正弦波时，集阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。
当放大器的输入信号'i电极的输出电流i C 为余弦脉冲波。
利用谐振回路LC 的选频作用可输出基波谐振电压v c1,电流i c1。
图2-1画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。
分析可得下列基本关系式：011R I V m c m c =式中，m c V 1为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；m c I 1为集电极基波电流振幅；0R 为集电极回路的谐振阻抗。
2102111212121R V R I I V P mc m c m c m c C === 式中，P C 为集电极输出功率 CO CC D I V P =式中，P D 为电源V CC 供给的直流功率；I CO 为集电极电流脉冲i C 的直流分量。
放大器的效率η为COmc CC m c I I V V 1121⋅⋅=η图2-1 丙类功放的基极/集电极电流和电压波形2）负载特性当放大器的电源电压＋V CC ，基极偏压v b ，输入电压(或称激励电压)v sm 确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻R q 。
丙类功率放大器仿真分析
丙类功率放大器仿真分析摘要：本文利用proteus软件，对高频丙类功率放大器进行仿真分析，通过仿真结果分析电路特性，使电路得到进一步完善。
加深理解高频丙类功率放大器工作原理。
关键词：proteus 丙类功率放大仿真1.引言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。
电流导通角越小，放大器的效率越高，丙类功率放大器的导通角θ < 9o0，其效率可达85% ，所以高频功率放大器一般选择丙类工作状态。
本文利用proteus软件对丙类功率放大器电路进行仿真，通过仿真结果与理论相对照方式加深对高频丙类功率放大器电路的理解。
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3.丙类功率放大器的基本理论图1是丙类谐振功率放大器的原理电路，l、c组成并联谐振回路，作为集电极负载回路，负载回路既可以实现选频滤波的功能，又实现阻抗匹配。
放大器的工作状态由偏置电压vbb的大小决定，当vbb<vbe（on）时为丙类状态。
3.1工作原理若激励电压us=umcosωt ，且vbb<vbe（on），则电路工作在丙类状态。
ube= vbb +us = vbb + umcosωt电路的工作波形如图 2所示。
晶体管的集电极电流ic为周期性的余弦脉冲。
实际上工作在丙类状态的晶体管各极电流ib、ic、ie 均为周期性余弦脉冲，均可以展开为傅立叶级数。
丙类谐振功率放大电路(精)
丙类谐振功率放大电路3.1 概述3.2 丙类谐振功率放大与低频功率放大电路一样, 输出功率,效率和非线性失真同样是高频功率放大电路的三个最主要的技术指标.不言而喻, 安全工作仍然是首先必须考虑的问题.在通信系统中, 高频功率放大电路作为发射机的重要组成部分, 用于对高频已调波信号进行功率放大, 然后经天线将其辐射到空间, 所以要求输出功率很大.输出功率大, 从节省能量的角度考虑, 效率更加显得重要.因此, 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态, 即晶体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态. 同时, 为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量, 采用LC谐振回路作为选频网络, 故称为丙类谐振功率放大电路.显然,谐振功放属于窄带功放电路.对于工作频带要求较宽, 或要求经常迅速更换选频网络中心频率的情况, 可采用宽带功率放大电路.宽带功放工作在甲类状态, 利用传输线变压器等作为匹配网络, 并且可以采用功率合成技术来增大输出功率.本章着重讨论丙类谐振功放的工作原理,动态特性和电路组成, 对于甲类和乙类谐振功放的性能指标也作了适当介绍, 接着再讨论高频宽带功率放大电路, 最后给出了集成高频功率放大电路的一些实例.3.2丙类谐振功率放大电路3.2.1 工作原理图3.2.1是谐振功率放大电路原理图.假定输入信号是单频正弦波, 输出回路调谐在输入信号的相同频率上. 根据基尔霍夫电压定律, 可得到以下表达式:uBE=VBB+ub=VBB+Ubmcosωt (3.2.1)uCE=VCC+uc=VCC-Ic1mR∑cosωt=VCC-Ucmcosωt (3.2.2)其中ub和uc分别是输入信号和输出信号,R∑是回路等效总 PD=VCCIC0 (3.2.3)Po= Ic1mUcm=η=PC=PD-Po从公式(3.2.1)～(3.2.5)可知, 如果要增大输出功率, 在回路等效总电阻不变的情况下, 需增大Ic1m, 当器件确定时, 就是要增大输入信号振幅Ubm;如果要提高效率, 需增大Ic1m或减小IC0(减小IC0即减小集电极功耗, 通过降低静态工作点可以实现).所以, 增大输入信号振幅和降低静态工作点是实现大功率高效率的两条重要途径.图3.2.2是三种不同静态工作点情况时晶体管转移特性分析.其中QA,QB和QC分别是甲类,乙类和丙类工作时的静态工作点.在甲类工作状态时, 为保证不失真, 必须满足Ic1m≤I C0, 又Ucm≤VCC(忽略晶体管饱和压降), 所以由公式(3.2.5)可知, 最高效率为50%.在乙类工作状态时, 集电极电流是在半个周期内导通的尖顶余弦脉冲, 可以用傅氏级数展开为:iC=IC0+Ic1mcos 2ω0t+Ic2mcos2ω0t+…=其中ICm是尖顶余弦脉冲的高度, 即集电极电流最大值.由此可求得在Ucm=VCC时的最高效率η=在图3.2.2中, 随着基极偏置电压VBB逐渐左移, 静态工作点逐渐降低, 晶体管的工作状态由甲类,乙类而进入丙类.由刚才的分析可知, 乙类的效率确实高于甲类.功率放大电路是大信号工作, 而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性, 这样将使分析比较复杂.为简化分析, 可以将晶体管特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折线来代替, 称为折线近似分析法.图3.2.3是将晶体管转移特性折线化, 由此来分析丙类工作状态的有关参数.图 3.2.3 丙类状态转移特性分析由图3.2.3可以得到集电极电流iC的分段表达式:iC=g(uBE-Uon) uBE≥Uon0 uBE如果将输入信号在一个周期内的导通情况用对应的导通角度2θ来表示, 则称θ为导通角.可见, 0°≤θ≤180°.在放大区, 将式(3.2.1)代入式(3.2.6), 可以得到:iC=g(VBB+Ubmcosωt-Uon)当ωt=θ时, iC=0, 由式(3.2.7)可求得:θ=arccos (3.2.8)当ωt=0时, iC=ICm, 由式(3.2.7)和(3.2.8)可求得:gUbm=ICm/(1-cosθ) (3.2.9)所以, 式(3.2.7)可写成:iC=gUbm从集电极电流iC的表达式可以看出, 这是一个周期性的尖顶余弦脉冲函数, 因此可以用傅里叶级数展开, 即iC=IC0+Ic1mcosωt+Ic2mcos 2ωt+…+Icnmcos nωt+….由于iC是ICm和θ的函数, 所以它的各次谐波的振幅也是ICm和θ的函数, 若ICm固定, 则只是θ的函数, 通常表示为:IC0=ICmα0(θ), Ic1m=ICmα1(θ), Ic2m=ICmα2(θ), … (3.2.11) 其中α0(θ), α1(θ), α2(θ), …被称为尖顶余弦脉冲的分解系数.图3.2.4给出了θ在0°～180°范围内的分解系数曲线和波形系数曲线.波形系数g1(θ)=若定义集电极电压利用系数ξ=UcmVCC, 可以得到集电极效率和输出功率的另一种表达式:由图3.2.4可以看出, α1(90°)=α1(180°)=0.5, 这两种情况分别对应于乙类和甲类工作状态, 均比丙类(θ分析式(3.2.12), (3.2.13)可知, 增大ξ和g1的值是提高效率的两个措施, 增大α1是增大输出功率的措施.然而图3.2.4告诉我们, 增大g1与增大α1是互相矛盾的.导通角θ越小, g1越大, 效率越高, 但α1却越小, 输出功率也就越小.所以要兼顾效率和输出功率两个方面, 选取合适的导通角θ.若取θ=70°, 此时的集电极效率可达到85.9%, 而θ=120°时的集电极效率仅为64%左右.因此, 一般以70°作为最佳导通角, 可以兼顾效率和输出功率两个重要指标.例3.1在图3.2.3中, 若Uon=0.6 V, g=10mA/V, ICm=20mA, 又VCC=12V, 求当θ分别为180°, 90°和60°时的输出功率和相应的基极偏压VBB, 以及θ为60°时的集电极效率.(忽略集电极饱和压降)解: 由图3.2.4可知:α0(60°)=0.22,α1(180°)=α1(90°)=0.5, α1(60°)=0.38因为 Ucm=VCC=12V所以, 当甲类工作时(θ=180°), 根据式(3.2.11), (3.2.4),Ic1m=0.5×20=10mA,Po= ×10×12=60 mWVBB=0.6+ =1.6 V当乙类工作时(θ=90°),Ic1m=0.5×20=10mA, Po= ×10×12=60mWVBB=0.6V当丙类工作时(θ=90°),Ic1m=0.38×20=7.6mA,Po= ×7.6×12=45.6mWIC0=0.22×20=4.4mA, η= ×由式(3.2.9)可知:Ubm=所以由式(3.2.8)可求得:VBB=Uon-Ubmcosθ=Uon-=0.6- =-1 4 V2.2性能分析若丙类谐振功放的输入是振幅为Ubm的单频余弦信号, 那么输出单频余弦信号的振幅Ucm与Ubm有什么关系 Ucm的大小受哪些参数影响式(3.2.1), (3.2.2)和(3.2.6)分别给出了谐振功放输入回路, 输出回路和晶体管转移特性的表达式.由这些公式可以看出, 当晶体管确定以后, Ucm的大小与VBB,VCC,R∑和Ubm四个参数有关.利用图3.2.5所示折线化转移特性和输出特性曲线, 借助以上三个表达式, 我们来分析以上两个问题.在分析之前, 让我们先确定动态线的情况.在输出特性图中, 表示输出电压uCE随集电极电流iC变化的轨迹线称为动态线, 又称为交流负载线.由于谐振功放的负载是选频网络, 故输出交流电压uc必然是一个完整的余弦信号.由图3.2.5可以看到, 截止区和饱和区内的动态线分别和输出特性中截止线和临界饱和线重合(其中临界饱和线斜率为gcr), 而放大区内的动态线是一条其延长线经过Q点的负斜率线段AB. 放大区内动态线AB的表达式可用以下步骤求出.由式(3.2.1)和(3.2.2)可写出:代入式(3.2.6), 经过整理可得到动态线表达式:iC=-gd(uCE-V0)其中由图(3.2.5)可以写出斜率值gd的另一种形式:gd=因为Ic1m=ICmα1(θ), R∑=所以Rd= (3.2.14)1 负载特性若VBB,VCC和Ubm三个参数固定, R∑发生变化, 动态线,Ucm以及Po,η等性能指标会有什么变化呢这就是谐振功放的负载特性.由图3.2.6可知, VBB和VCC固定意味着Q点固定, Ubm固定进一步意味着θ也固定.根据式(3.2.14), 放大区动态线斜率将仅随R∑而变化.图中给出了三种不同斜率情况下的动态线.动态线A1B1的斜率最大,即对应的负载R∑最小, 相应的输出电压振幅Ucm1也最小, 晶体管工作在放大区和截止区.图 3.2.6 三种不同斜率情况下的动态线及波形分析动态线A2B2的斜率较小,与特性曲线相交于饱和区和放大区的交点处(此点称为临界点), 相应的输出电压振幅Ucm2增大, 晶体管工作在临界点,放大区和截止区.动态线A3B3的斜率最小, 即对应的负载R∑最大, 相应的输出电压振幅Ucm3比Ucm2略为增大, 晶体管工作在饱和区, 放大区和截止区.根据输出电压振幅大小的不同, 这三种工作状态分别称为欠压状态,临界状态和过压状态, 而放大区和饱和区又可分别称为欠压区和过压区.注意, 在过压状态时, iC波形的顶部发生凹陷, 这是由于进入过压区后转移特性为负斜率而产生的.图3.2.7 给出了负载特性曲线.参照图3.2.6和式(3.2.3)～(3.2.5), 对于图3.2.7中各参数曲线随R∑变化的规律将很容易理解.由图3.2.7可以看到, 随着R∑的逐渐增大, 动态线的斜率逐渐减小, 由欠压状态进入临界状态, 再进入过压状态.在临界状态时, 输出功率Po最大, 集电极效率η接近最大, 所以是最佳工作状态.2 放大特性若VBB,VCC,R∑三个参数固定, 输入Ubm变化, 此时输出Ucm以及Po,η等性能指标随之变化的规律被称为放大特性.图3.2.8是利用折线化转移特性分析丙类工作时iC波形随Ubm变化的关系, 并给出了Ucm,Ic1m和Ic0与Ubm的关系曲线. 由于Ubm的变化将导致θ的变化, 从而使输出特性欠压区内动态线的斜率发生变化, 所以利用输出特性分析放大特性不方便. 由图3.2.8可以看到, 在欠压状态时, Ucm随Ubm增大而增大, 但不成线性关系, 因为θ也会随之增大, 使iC脉冲的宽度和高度都随之增大.仅当处于甲类或乙类工作状态时, θ固定为180°或90°, 不会随Ubm的变化而变化, 此时Ucm与Ubm才成正比关系.在过压状态, 随着Ubm增加, Ucm几乎保持不变.3调制特性(1) 基极调制特性.参照图3.2.6和式(3.2.3)～(3.2.5), 对于图3.2.7中各参数曲线随R∑变化的规律将很容易理解.由图3.2.7可以看到, 随着R∑的逐渐增大, 动态线的斜率逐渐减小, 由欠压状态进入临界状态, 再进入过压状态. 在临界状态时, 输出功率Po最大, 集电极效率η接近最大, 所以是最佳工作状态.2 放大特性若VBB,VCC,R∑三个参数固定, 输入Ubm变化, 此时输出Ucm以及Po,η等性能指标随之变化的规律被称为放大特性.若VCC,R∑和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随基极偏压VBB变化的规律被称为基极调制特性. 由于VBB和ub是以串联迭加方式处于功放的输入回路, 所以VBB的变化与ub的振幅Ubm的变化对输出电流iC和输出电压振幅Ucm的影响是类似的, 可以将图3.2.9和图3.2.8(b)进行对照分析.基极调制的目的是使Ucm随VBB的变化规律而变化, 所以功放应工作在欠压状态, 才能使VBB对Ucm有 (2) 集电极调制特性.若VBB,R∑和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随集电极电压VCC变化的规律被称为集电极调制特性.图3.2.8是利用折线化转移特性分析丙类工作时iC波形随bm变化的关系, 并给出了Ucm,Ic1m和Ic0与Ubm的关系曲线. 由于Ubm的变化将导致θ的变化, 从而使输出特性欠压区内动态线的斜率发生变化, 所以利用输出特性分析放大特性不方便.由图3.2.8可以看到, 在欠压状态时, Ucm随Ubm增大而增大, 但不成线性关系, 因为θ也会随之增大, 使iC脉冲的宽度和高度都随之增大. 仅当处于甲类或乙类工作状态时, θ固定为180°或90°, 不会随Ubm的变化而变化,此时Ucm与Ubm才成正比关系.在过压状态, 随着Ubm增加, Ucm几乎保持不变.3调制特性(1) 基极调制特性.若VCC,R∑和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随基极偏压VBB变化的规律被称为基极调制特性.由于VBB和ub是以串联迭加方式处于功放的输入回路, 所以VBB的变化与ub的振幅Ubm的变化对输出电流iC和输出电压振幅Ucm的影响是类似的, 可以将图3.2.9和图3.2.8(b)进行对照分析.基极调制的目的是使Ucm随VBB的变化规律而变化, 所以功放应工作在欠压状态, 才能使VBB对Ucm有控制作用.(2) 集电极调制特性.若VBB, R∑和Ubm固定, 输出电压振幅Ucm随集电极电压VCC变化的规律被称为集电极调制特性.由图3.2.10(a)可以看到, VCC的变化使得静态工作点左右平移, 从而使欠压区内的动态线左右平移, 动态线的斜率不变. 由图 3.2.10(b)可以看到, 在欠压状态时, 当VCC改变时, Ucm几乎不变. 在过压状态时, Ucm随VCC而单调变化.所以, 此时功放应工作在过压状态, 才能使VCC时对Ucm有控制作用, 即振幅调制作用.4 小结根据以上对丙类谐振功放的性能分析, 可得出以下几点结论:(1) 若对等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在临界状态, 此时输出功率最大, 效率也接近最大.比如对第7章将介绍的调频信号进行功率放大.(2) 若对非等幅信号进行功率放大, 应使功放工作在欠压状态, 但线性较差.若采用甲类或乙类工作, 则线性较好.比如对第6章将介绍的调幅信号进行功率放大.(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R∑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.例3.2某高频功放工作在临界状态, 已知VCC=18V, gcr=0.6 A/V, θ=60°, R∑=100Ω, 求输出功率Po,直流功率PD和集电极效率η.解: 由式(3.2.14)可求得:Rd=α1(60°)(1-cos 60°)×100=19 Ω所以 gd=由图3.2.6可以写出以下关系式:ICm=gcr(VCC-Ucm)=gdUcm(1-cos θ)故 Ucm=gc所以ICm=3.2.3直流馈电线路与匹配网络1. 直流馈电线路在高频功放的输入回路和输出回路应分别加上合适的直流偏压, 有关的直流馈电线路可分为串联馈电和并联馈电两种基本电路形式.前者是指晶体管,直流电源和回路三部分串联, 后者是指这三部分并联.但无论哪种电路形式, 直流偏压与交流电压总是串联迭加的, 假定交流电压是单频信号, 即满足uBE=VBB+Ubmcosωt, uCE=VCC-Ucmcosωt的关系式.(1) 集电极馈电线路.图3.2.11给出了集电极馈电线路的两种基本形式.由于集电极电流是脉冲形状, 包括直流,基频及各次谐波分量, 所以集电极馈电线路除了应有效地将直流电压加在晶体管的集电极与发射极之间外, 还应使基频分量流过负载回路产生输出功率, 同时有效地滤除高次谐波分量. 图中的高频扼流圈Lc和高频短路串联馈电方式的优点是Lc和Cc处于高频地电位, 它们对地的分布电容不会影响回路的谐振频率, 缺点是电容器C的动片不能直接接地, 安装调整不方便.而并联馈电方式的优缺点正好相反.由于Lc和Cc1不处于高频地电位, 它们对地的分布电容直接影响回路的谐振频率, 但回路处于直流地电位, L,C元件可接地, 故安装调整方便.(2) 基极馈电线路.基极馈电也有串馈与并馈两种形式, 但对于丙类谐振功放, 通常采用自给偏压方式.图3.2.12给出了几种基极馈电线路, 均为自给偏压形式. 在无输入信号时, 自给偏压电路的偏置为零. 随着输入信号的逐渐增大, 加在晶体管be结之间的偏置电压向负值方向增大.由此可见, 乙类功放不能采用自给偏压方式.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.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. 匹配网络的作用是在所要求的信号频带内进行有效的阻抗变换(根据实际需要使功放工作在临界点, 过压区或欠压区), 并充分滤除无用的杂散信号. 第1章已介绍了几种基本LC选频匹配网络, 具体应用时为了产生良好的选频匹配效果, 常采用多节匹配网络级联的方式.例3.3 分析图例3.3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.解: 两级功放的输入馈电方式均为自给负偏压, 输出馈电方式均为并馈.此电路输入功率Pi=1W, 输出功率Po=12W, 信号源阻抗Rs=50 Ω, 负载RL=50Ω.其中第一级输出功率Po1=4W, 电源电压VCC=135 V.两级功放管分别采用3DA21A和3DA22A, 均工作在临界状态, 饱和压降分别为1V和15V.各项指标满足安全工作条件. 可以计算出各级回路等效总阻抗分别应该为:由于3DA21A和3DA22A的输入阻抗分别为R2=7 Ω和R4=5Ω, 故Rs≠R2,R1≠R4, R2≠RL, 即不满足匹配条件, 所以在信号源与第一级放大器之间,第一级放大器与第二级放大器之间分别加入T型选频匹配网络(C1,C2,L1和C3,C4,L2), 在第二级放大器与负载之间加入倒L型选频匹配网络(C5,L3,C6). 三个选频匹配网络的输入阻抗分别是R1,R3和R5.匹配网络中各电感与电容的值可根据相应的公式计算得出. 由于晶体管参数的分散性和分布参数的影响, C1～C6均采用可变电容器, 其最大容量应为计算值的2～3倍.通过实验调整, 最后确定匹配网络元件的精确值.电路中四个高扼圈的电感量为0.1μH～0.2 μH, 其中两个作为基极直流偏置的组成元件, 另外两个在集电极并馈电路中对iC中的高次谐波分量起阻挡作用, 并为集电极直流电源提供通路.高频旁路电容C7和C9的值均为0.05μF, 穿心电容C8和C10为1500pF, 它们使高次谐波分量短路接地.一般来说, 在400MHz以下的甚高频(VHF)段, 匹配网络通常采用第1章介绍的集总参数LC元件组成, 而在400 MHz以上的超高频(UHF)段, 则需使用分布参数的微带线组成匹配网络, 或使用微带线和LC元件混合组成.一般来说, 在400MHz以下的甚高频(VHF)段, 匹配网络通常采用第1章介绍的集总参数LC元件组成, 而在400MHz以上的超高频(UHF)段, 则需使用分布参数的微带线组成匹配网络, 或使用微带线和LC元件混合组成.微带线又称微带传输线, 是用介质材料把单根带状导体与接地金属板隔离而构成, 图3.2.13给出了结构示意图.微带线的电性能, 如特性阻抗,带内波长,损耗和功率容量等, 与绝缘基板的介电系数,基板厚度H和带状导体宽度W有关.实际使用时, 微带线是采用双面敷铜板, 在上面作出各种图形, 构成电感,电容等各种微带元件, 从而组成谐振电路, 滤波器以及阻抗变换器等.3.3 宽带高频功率放大电路与功率合成电路宽带高频功率放大电路采用非调谐宽带网络作为匹配网络, 能在很宽的频带范围内获得线性放大.常用的宽带匹配网络是传输线变压器, 它可使功放的最高频率扩展到几百兆赫甚至上千兆赫, 并能同时覆盖几个倍频程的频带宽度. 由于无选频滤波性能, 故宽带高频功放只能工作在非线性失真较小的甲类或乙类状态, 效率较低.所以, 宽带高频功放是以牺牲效率来换取工作频带的加宽.3.3.1传输线变压器1宽频带特性普通变压器上,下限频率的扩展方法是相互制约的.为了扩展下限频率, 就需要增大初级线圈电感量, 使其在低频段也能取得较大的输入阻抗, 如采用高导磁率的高频磁芯和增加初级线圈的匝数, 但这样做将使变压器的漏感和分布电容增大, 降低了上限频率;为了扩展上限频率, 就需要减小漏感和分布电容, 减小高频功耗, 如采用低导磁率的高频磁芯和减少线圈的匝数, 但这样做又会使下限频率提高.传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件.它是将传输线(双绞线,带状线或同轴线等)绕在高导磁率的高频磁芯上构成的, 以传输线方式与变压器方式同时进行能量传输.利用图3.3.1所示一种简单的1:1传输线变压器, 可以说明这种特殊变压器能同时扩展上,下限频率的原理.在图3.3.1中, (a)图是结构示意图, (b)图和(c)图分别是传输线方式和变压器方式的工作原理图, (d)图是用分布电感和分布电容表示的传输线分布参数等效电路.在以传输线方式工作时, 信号从①, ③端输入, ②, ④端输出.如果信号的波长与传输线的长度可以相比拟, 两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路.若传输线是无损耗的, 则传输线的特性阻抗Z c=其中ΔL,ΔC分别是单位线长的分布电感和分布电容. 当Zc与负载电阻RL 相等, 则称为传输线终端匹配.在此无耗, 匹配情况下, 若传输线长度l与工作波长λ相比足够小(l在以变压器方式工作时, 信号从①,②端输入, ③,④端输出.由于输入,输出线圈长度相同, 从图(c)可见, 这是一个1:1的反相变压器.当工作在低频段时, 由于信号波长远大于传输线长度, 分布参数很小, 可以忽略, 故变压器方式起主要作用.由于磁芯的导磁率高, 所以虽传输线较短也能获得足够大的初级电感量, 保证了传输线变压器的低频特性较好.当工作在高频段时, 传输线方式起主要作用, 在无耗匹配的情况下, 上限频率将不受漏感, 分布电容, 高导磁率磁芯的限制. 而在实际情况下, 虽然要做到严格无耗和匹配是很困难的, 但上限频率仍可以达到很高.由以上分析可以看到, 传输线变压器具有良好的宽频带特性.2阻抗变换特性与普通变压器一样, 传输线变压器也可以实现阻抗变换, 但由于受结构的限制, 只能实现某些特定阻抗比的变换.图3.3.2给出了一种4:1传输线阻抗变换器的原理图.在无耗且传输线长度很短的情况下, 传输线变压器输入端与输出端电压相同, 均为 , 流过的电流均为 . 由此可得到特性阻抗Zc和输入端输入阻抗Zi分别为:Zc=Zi =所以,当负载RL为特性阻抗Zc的时, 此传输线变压器可以实现4:1的阻抗变换.故此时的终端匹配条件是RL= . 其中Zi是指①, ④端之间的等效阻抗.利用传输线变压器还可以实现其它一些特定阻抗比的阻抗变换. 注意不同阻抗比时的终端匹配条件不一样.图3.3.3给出了一个两级宽带高频功率放大电路, 其匹配网络采用了三个传输线变压器.由图可见, 两级功放都工作在甲类状态, 并采用本级直流负反馈方式展宽频带, 改善非线性失真. 三个传输线变压器均为4:1阻抗变换器. 前两个级联后作为第一级功放的输出匹配网络, 总阻抗比为16:1, 使第二级功放的低输入阻抗与第一级功放的高输出阻抗实现匹配.第三个使第二级功放的高输出阻抗与50Ω的负载电阻实现匹配.3.3.2功率合成利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大, 然后设法将各个功放的输出信号相加, 这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率,这就是功率合成技术.利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率.理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能, 还必须在其输入端使与其相接的前级各率放大器互相隔离, 即当其中某一个功率放大器损坏时, 相邻的其它功率放大器的工作状态不受影响, 仅仅是功率合成器输出总功率减小一些.图3.3.4给出了一个功率合成器原理方框图.由图可见, 采用7个功率增益为2, 最大输出功率为10 W的高频功放, 利用功率合成技术, 可以获得40W的功率输出. 其中采用了三个一分为二的功率分配器和三个二合一的功率合成器. 功率分配器的作用在于将前级功放的输出功率平分为若干份, 然后分别提供给后级若干个功放电路.利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器, 且具有频带宽, 结构简单,插入损耗小等优点, 然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路.3.4 集成高频功率放大电路及应用简在VHF和UHF频段, 已经出现了一些集成高频功率放大器件.这些功放器件体积小, 可靠性高, 外接元件少, 输出功率一般在几瓦至十几瓦之间.日本三菱公司的M57704系列,美国Motorola公司的MHW系列便是其中的代表产品.表3.4.1列出了Motorola公司集成高频功率放大器MHW系列中部分型号的电特性参数.图3.4.1给出了其中一种型号的外形图.MHW系列中有些型号是专为便携式三菱公司的M57704系列高频功放是一种厚膜混合集成电路, 同样也包括多个型号, 频率范围为335 MHz～512 MHz(其中M57704H为450 MHz～470 MHz), 可用于频率调制移动通信系统.它的电特性参数为:当VCC=12.5V, Pin=0.2 W, Zo=ZL=50Ω时, 输出功率Po=13 W, 功率增益Gp=18.1dB, 效率35%～40%.图3.4.2是M57704系列功放的等效图3.4.3是TW-42超短波 1. 高频谐振功率放大电路可以工作在甲类,乙类或丙类状态.相比之下, 丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类大, 但效率高, 节约 2. 丙类谐振功放效率高的原因在于导通角θ小, 也就是晶体管导通时间短, 集电极功耗减小.但导通角θ越小, 将导致输出功率越小. 所以选择合适的θ角, 是丙类谐振功放在兼顾效率和输出功率两个指标时的一个重要考虑.。
实验3丙类高频功率放大器
实验3 丙类高频功率放大器仿真高频功率放大电路通常在发射机末级功率放大器和末前级功率放大器中，主要对高频信号的功率进行放大，使其达到发射功率的要求。
在硬件实验中，我们已经对高频功率放大器的幅频特性、负载特性及电路效率进行了测试。
在仿真实验中，我们将对放大器的其它特性进行进一步的仿真研究。
一、实验电路：电路特点：晶体管基极加0.1V的负偏压，电路工作在丙类，负载为并联谐振回路，调谐在输入信号频率上，起滤波和阻抗变换作用。
二、测试内容（一）高频功率放大电路原理仿真1、集电极电流Ic与输入信号之间的非线性关系晶体管工作在丙类的目的是提高功率放大电路的效率，此时晶体管的导通时间小于输入信号的半个周期。
因此，集电极电流Ic将是周期的余弦脉冲序列。
（1）、当输入信号的振幅有效值为0.75V时，对晶体管集电极电流Ic进行瞬态分析。
设置：起始时间为0.03S，终止时间为0.03005S，输出变量为I(V3)仿真分析。
记录并分析实验结果。
（2）、当输入信号振幅为1V时，对晶体管集电极电流Ic进行瞬态分析，设置同上。
记录并分析实验结果，指出输出信号波形顶部凹陷失真的原因是什么？2、输入信号与输出信号之间的线性关系将电路中R1改取30K，重复上述过程，使用示波器测试电路输出电压波形。
记录并分析实验结果，指出输出信号波形与步骤1的实验结果有何区别？为什么？（二）高频功率放大电路外部特性仿真测试1、调谐特性调谐特性指在R1、V1、V BB、Vcc不变的条件下，高频功率放大电路的Ico、Ieo、Uc等变量随C变化的关系。
将C1改用可变电容器，调C1使电路处于谐振状态（C1=50%），回路阻抗最大，呈纯阻，电流最小，此时示波器显示输出信号幅度最大，电流表显示电流最小值；当改变C1值，回路失谐，回路阻抗变小，回路电流变大,输出波形出现失真。
通过示波器和电流表观察记录实验结果，并对实验结果进行分析。
使用波特图仪和小信号交流分析方法测试测试并记录电路的调谐特性。
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
丙类功率放大器仿真分析一、概述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。
在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。
为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。
高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。
在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上辐射出去。
实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。
本论文对EDA软件PSPICE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。
首先，根据电路的性能指标要求，对丙类谐振式功率放大器的电路参数进行工程估算；然后，利用软件对估算的电路进行进一步的精确模拟分析，通过观测、分析丙类谐振式功放的负载特性、放大特性、调制特性的基础上，调整电路路的参数，从而达到优化电路参数的目的，以使电路的各项性能指标满足预期的设计要求。
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；谐振功率放大器的特点：①放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。
②输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的匹配。
③基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态。
④输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。
二、基本原理与理论分析2．1 电路原理 2．1．1 工作原理如图2-1所示，丙类功率放大器的基极偏置电压BE u 是利用发射极电流的直流分量0E I 在发射极直流负反馈电阻10R 上产生的压降来提供的，故称为自给偏置电路。
丙类功率放大器
一、实验目的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二、实验原理1、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。
电流导通角愈小，放大器的效率愈高。
如甲类功放的导通角0=180c θ，效率η最高也只能达到50%，而丙类功放的导通角c θ0≤90,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。
本课设使用的是丙类功率放大器，研究的是是丙类功率放大器的功率及效率。
2、丙类谐振功率放大器的效率与功率功率放大器是依据激励信号放大电路对电流的控制，起到把集电极电源直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。
在同样的直流功率作用条件下，转换的功率越高，输出的交流功率越大。
集电极电源0V 提供的直流功率：式中C0I 为余弦脉冲的直流分解系数。
C0cm c I I ()αθ=图1 谐振高频功率放大器原理图D C0CCP =I U式中，CM I 为余弦脉冲的最大值；0C αθ（）为余弦脉冲的直流分解系数。
式中，BB U '为晶体管的导通电压；BB V 为晶体管的基极偏置；bm V 为功率放大器的激励电压振幅。
集电极输出基波功率：式中C U 为回路两端的基频电压，C1I 为余弦电流脉冲基频电流，L R 为回路的谐振阻抗。
集电极效率：式中，ε为集电极电压利用系数；1()c 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。
丙类谐振功率放大器的原理分析
学号：*********** 学年论文学院物理电子工程学院专业电子科学与技术年级2009级姓名杨进设计题目丙类谐振功率放大器的原理分析指导教师仓玉萍职称讲师2012 年 5 月 22 日目录摘要 (1)Abstract (1)引言 (1)1.谐振功率放大器的特点 (2)2.丙类功率谐振放大器的理论分析 (2)2.1电路原理 (2)2.2电路的参数值的估计 (4)3.丙类功率放大器性能分析和工作状态的确定 (6)3.1对功放进行理论分析 (7)3.2对功放性能进行分析和工作状态的确定 (7)结论 (9)参考文献 (10)丙类谐振功率放大器的原理分析姓名：杨进学号：20095044008单位：物理电子工程学院专业：电子科学与技术指导老师：仓玉萍职称：讲师摘要：本文分析了丙类功率放大器的电路原理，估计了下电路的相关参数值。
对丙类功率放大器的性能进行了分析讨论并对其工作状态做出了基本的确定。
关键词：丙类谐振功率放大器.Class C of the principle of resonant power amplifier Abstract：This paper analyzes the c class power amplifier circuit principle, estimated the circuit under related parameters of the value. In this kind of power amplifier performance are discussed and the work of the state made a basic sure.Key Words: Class C power amplifier for the resonant.引言高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频谐振功率放大器实验实验报告
丙类高频谐振功率放大器与基极调幅实验报告一． 实验目的1．了解和掌握丙类高频谐振功率放大器的构成及工作原理。
2．了解丙类谐振功率放大器的三种工作状态及负载特性、调制特性、放大特性和调谐特性。
3. 掌握丙类谐振功率放大器的输出功率o P 、直流功率D P 、集电极效率C 测量方法。
4. 掌握用频谱仪观测信号频谱、频率及调制度的方法。
二．实验仪器及设备1．调幅与调频接收模块。
2．直流稳压电压GPD-3303D3．F20A 型数字合成函数发生器/计数器 4．DSO-X 2014A 数字存储示波器 5．SA1010频谱分析仪三．实验原理1.工作原理高频谐振功率放大器是通信系统重要的组成电路，用于发射机的末级。
主要任务是高效率的输出最大高频功率，馈送到天线辐射出去。
为了提高效率，晶体管发射结采用负偏置，使放大器工作于丙类状态（导通角θ＜90O）。
高频谐振功率放大器基本构成如图1.4.1所示，丙类谐振功率放大器属于大信号非线性放大器，工程上常采用折线分析法，各级电压、电流波形如图1.4.2所示。
（a ）原理电路 （b ）等效电路图1.4.1 高频功率放大器图1.4.1中，晶体管放大区的转移（内部静态）特性折线方程为：()C C BE BZ i g v U =-1.4.1放大器的外电路关系为：cos BE B b m u E U t ω=+1.4.2cos CE C cm u E U t ω=-1.4.3当输入信号B BZ b u E U <+时，晶体管截止，集电极电流0C i =；当输入信号B BZ b u E U >+时，发射结导通，由式1.4.1、1.4.2和1.4.3得集电极电流C i 为：maxcos cos 1cos C C t i i ωθθ-=- 1.4.4式中，BZ U 为晶体管开启电压，C g 为转移特性的斜率。
以上分析可知，晶体管的集电极输出电流c i 为尖顶余弦脉冲，可用傅里叶级数展开为：++++=t I t I t I I t i m C m C m C C c ωωω3cos 2cos cos )(3210 1.4.5其中，0C I 为C i 的直流分量，m C I 1、2C m I 、…分别为c i 的基波分量、二次谐波分量、…。
3.1丙(C)类谐振功放工作原理
例 图3.1.1所示电路中，VCC = 24 V，Po = 5W， = 70 º， = 0.9, 求该功放的 C、 PD、PC、iCmax 和回路谐振阻抗Re
解：
C
1 2
1 ( 0 (
) )
Ucm VCC
1 2
g1 (
)
1 2
1.75 0.9
79%
n()
0.6 g1()
0.5 0.4 2.0
g1 ()
解：
C
1 2
1 ( 0 (
) )
Ucm VCC
1 2
g1 (
)
1 2
1.75 0.9
79%
PD
Po
C
5 6.3 (W) 0.79
PC PD Po 6.3 5 1.3 (W)
因 为Po
1 2
Ic1mUcm
1 2
iCmax1( )VCC
故
iCmax
2 Po
1( )VCC
1.05(A)
Re
iC gcU im (cos t cos )
当 t = 0 时，iC=iCmax ，代入上式可得
iCmax gcU im (1 cos )
gcU im
iCmax
1 cos
故 iC 表示为
iC
iCmax
cost cos 1 cos
EXIT
高频电子线路
3.1 丙类谐振功率放大器的工作原理
3.1 丙类谐振功率放大器的工作原理
谐振功放电路与小信号谐 振放大器电路的区别总结。
作用不同，因而要求不同、电路构成不同。
小信号谐振放大器用以选出有用信号加以放大； 谐振功放用以高效率地输出足够大功率。
3-1丙类谐振功放的工作原理及特性分析
仿真2
14
uBE uBE(on) –VBB iB uim
t
t iC
t uc U cm U cm V CC t
高频功率放大器中各分电压与电流的关系
15
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。
9
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。
&l高。效率η>78.5%。 缺点：输出电流波形严重失真。
10
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。
（2）作静态工作点 Q： ui=0
VCC O ucemin Ucm
uce
• Q
u BE VBB，uce VCC Q: ) ic I Q g c (VBB U BE（on）
连接 Q、A 两点即得动态特性曲线。
c
8/19/2013 8:59 PM
32
功率放大器三种工作状态和状态波形
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。
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
I C1m g1 ( ) I C 0m
丙类谐振功率放大器电路设计
丙类谐振功率放大器电路设计目录1前言 (1)2 丙类谐振功率放大器 (1)2.1 BJT使用注意事项 (1)2.1.1 集电极最大允许电流I CM (2)2.1.2 集电极最大允许耗散功率P CM (2)2.1.3 二极管击穿耐量P SB (2)2.1.4 发射极开路,集电极-基极间反向击穿电压U(BR)CEO (2)2.2 丙类谐振功率放大器电路 (2)2.3 丙类谐振功率放大器工作原理 (4)2.4 丙类谐振功率放大器电路分析 (5)2.4.1 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 (5)2.4.2 丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 (6)2.4.3 匹配网络 (6)2.4.4 V BB、V CM、V BM、V CC对丙类谐振功率放大器性能影响分析 (7)3 丙类谐振功率放大器电路的设计 (11)3.1 丙类谐振功率放大器设计 (11)3.1.1 晶体管的选择 (11)3.1.2 判别三极管类型和三个电极的方法 (13)3.1.3 电容的选择 (13)3.2 电路设计与分析 (15)3.2.1电路设计基本事项 (15)3.2.2 电路设计与分析 (16)3.3 电路仿真 (17)3.3.1 ELECTRONICS WORKBENCH EDA 简介 (17)3.3.2 基于EWB电路仿真用例 (17)4 对丙类谐振功率放大器的展望 (19)结论 (20)谢辞 (20)参考文献 (21)1前言电子技术迅猛发展。
由分立元件发展到集成电路，中小规模集成电路，大规模集成电路和超大规模集成电路。
基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。
弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。
放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。
高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗，要求发射机具有较大的输出功率，而且，通信距离越远，要求输出功率越大。
所以，为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。
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vBE
VBB
Vbm
VCC vCE Vcm
内部特性关
系(折线方程)
ic gc vBE VBZic+vb -
+ vCE C +-
vBE _
Rp
L vc
+
VBB
Vcc
动态特性方程
ic
gc
Vbm Vcm
vCE
VCC
Vcm
(VBZ VBB Vbm
临 界
当 RP , Ubm区不变Ic，1
临
界
区
PD
而改变
VCC VBB
与
IcPIoCD1,,PIoC 0
之间的关系PO。
PC
1过.压集区 电欠压极区调Vc制过c 压特区性欠压区 Vcc
ic
t
ic
•• • •
vbemax
•
Vcc Vcc Vcc
vce
•Q •Q •Q
当 RP ,Ubm ，UBB 不变，VCC增加功放由临界进入欠压区
VCC
减少功放由临界进入过压区
显然：在欠压区： IC0, IC1 几乎不变 PD , PO 不变
注意：只有工作在过压区才能有效地实现VCC 对 IC1 及 Po
的调制作用，故集电极调幅电路应工作在过压区。
3、 高频功率放大器的调制特性
2. 基极调制特性
vBE VBB Vbm cost
１MHz。试求它的能量关系。由晶体管手册已知其有关参
数为fＴ≥70MHz ，Ap（功率增益）≥13 dB，ＩCmax＝750 ｍＡ,ＶCE(sat)(集电极饱和压降)≥1.5Ｖ,ＰCM＝１W。
解：１）由前面的讨论已知，工作状态最好选用临界状态。 作为工程近似估算，可以认为此时集电极最小瞬时电压
v Cmin v CE(sat) 1.5V
2）
Vcm VCC vCmin 24 1.5V 22.5V
Rp
Vc2m 2Po
(22.5)2 22
126.5
I c m1
Vcm Rp
22.5 126 .5
A
0.178 A
178 mA
解：3）选c=70o， 0 (c ) 0.253 1(c ) 0.436
截止区
当谐振功率放大器作为线性功率放大器，为了使输出信号振幅vcm反映
输入信当号谐振振幅功v率bm放的大变器化用-，VB作放B 振大幅器限必幅须器v在BZ时vbv，mBE变m放ax化2 大范器v围B必E 内须工在作vb在m变欠化压的状范态C1围C。2C内3 t
工作在过压状态。
vBEmax1
vBEmax3
vb vcm
ic
ic
ic
ic
O ωt O ωt O ωt O ωt
vbm增大 vcm Icml Ico
O 欠压
临界 过压
vbm
vbm
vcm
线性功率
放大器
t
vbm
t vcm
vbm
vcm
振幅
限幅器
t
例:有一个用硅NPN外延平面型高频功率管3DA1做成的谐振
功率放大器，设已知ＶCC＝24Ｖ，Ｐｏ＝２Ｗ，工作频率＝
ic
饱和区
ic
放大区
截止区
VBB1 VBB2 VBB3
vBEmax2
vBZ
vBE
t
C
1
C
2
C
3
vBEmax1
vBEmax3
vb
vcm Icml
当vbm固定，VBB自负值向正值方向增 大时，集电极脉冲电流ic的导通角θc增大， 从而集电极脉冲电流ic的幅度和宽度均增大， 状态由欠压区进入过压区。
Ico 欠压 O 临界 过压 VBB
进入过压状态后，随着VBB向正值方向增大，集电极脉冲电流的
宽度增加，幅度几乎不变，但凹陷加深，结果使Ico、Icml和相应的vcm 增大得十分缓慢
注意：如果要实现UBB 对输出电流IC1 的有效调制，要求功放应工 作在欠压区。
4、 高频功率放大器的放大特性
输 放入大当u电器固BRE压的P定, V工vVVBCBEC作BmB，Ba、状x随V增态UB之B大由b不 增mv欠bc大变m压o和，，s进固对入t定应过v的b压m集、ic 。电增极大放脉V大B区冲B电的饱和流情区i况c的类幅似度，和它宽们度都均使ic增基大极，
静态工作点 Q： 令 t 90o
A 点:
令 t 0 o
Q
:
vCE ic
VCC , vBE VBB IQ gc (VBZ VBB
)
A : vvCBEE
vcmin VCC vbmax VBB
Vcm Vbm
2、 丙类谐振功率放大器的负载特性
)
gd
vCE Vo
Vo
VCC
Vc
m
(VBZ VBB Vbm
)
VCC
VCm
cosc
v Vo ：动态特性曲线在 CE 轴上的截距。
gd
gc
Vbm Vcm
gc
Vbm Rp Ic1m
gc
Vbm
Rpicm ax 1(c )
gcVbm
gcVbm (1 cosc )1(c )Rp
(1) 欠压工作状态
ic
v 动态特征曲线与 BE max 所对的
ic
gcr
•A•3A•A4 2•A1
静态特征曲线的交点位于放大区。 C
C
ic 为尖顶余弦脉冲。
•A5
gd vCES
vbemax
Vcc vCE
•Q
(2) 临界工作状态
动态特性曲线与临界线以及 vBE max 对应
的静态特性曲线，三线相交于一点。
vCEmin vCEmin
ic 为尖顶余弦脉冲。 (3) 过压工作状态
动态特性曲线与 vBE m ax 所对的静态特征曲线的交点位于饱和区。
特点：晶体管的动态范围延伸到饱和区。 ic 的波形顶部下凹。
2、 丙类谐振功率放大器的负载特性
临 界 区
Ic1m vcm
临
界
Pdc
区
c
ic
Ico
Pc Po
欠压区 过压区 Rp 欠压区 过压区 Rp
vbemax
vce
（1）临界状态：Po最大；较高；最佳工作状态 主要用于发射机末级
（2）过压状态： 较高（弱过压状态最高)；负载阻抗变化时，Vcm基本 不变；用于发射机中间级 （3）欠压状态： Po较小； 较低；Pc大；输出电压不够稳定；很少采用， 仅有基极调幅电路工作于此状态
3、 高频功率放大器的调制特性
4.2 丙类谐振功率放大电路分析
1 、丙类谐振功率放大器的动态分析 2 、 丙类谐振功率放大器的负载特性 3、 丙类谐振功率放大器的调制特性 4、 丙类谐振功率放大器的放大特性
4.2丙类谐振功率的动态特性和负载特性
1、动态特性
管外电 vBE VBB Vbm cost
路关系: vCE VCC Vcm cost