高频功率放大器的结构与实现PPT

3.1 概 述
高频功率放大器可以分为窄带和宽带功率 放大器两类。窄带和宽带是指有用信号的带宽大 小。一般来说，信号最低频率fimin与最高频率 fimax满足2fiminfimax关系时，放大电路被称为窄带 放大器，如第二章讲述的高频小信号谐振放大器 就是一例，本章讲述的C类(也称丙类)功放也是 一例。与窄带放大器相对应的是宽带放大器，它 的最大特点在于最低信号频率fimin的某些倍频仍
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图 3
2
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【例3-2-2】电路结构如图3-2-1(a)所
示。三极管的Scr为0.41S，电路处于临界工
作状态，电压利用系数=0.9，VCC=30V，
导通角为90 o。求Vom，R ，Po。
解：由电压利用系数定义，Vom= VCC
=27 V；考虑电路工作于临界状态，以及Scr 的定义，可得：在=90 条件下，由式（3-2-5） 可得：
(2) 设法减小导通时，增益元器件的 功耗。
(3) 频带选通部分应选用本身耗能低 的LC选频网络请参见本书附录A。
3.2 丙类谐振功放的结构和原理
丙类谐振功率放大器也称为C类高频 窄 带 功 放 。 在 增 益 元 器 件 为 放 大 管 时 ， A、 B、C类放大器的差别可通过输入单一正弦 波信号来说明，A类功放的放大管应在整 个输入信号周期内工作于放大状态；B类 功放中的放大管只有半个周期处于放大状 态，另半周则处于截止状态；C类功放中 的放大管一般来说只有小于半周的时间工 作于放大状态。
又由式（3-2-6）有： 谐振时，又由式（3-2-7）得
3.2.3
1.负载R
在其它条件不变，电路处于欠压工作 时。由3.2.2小节的电量制约关系可知，iC 波不随R变化，即Ic1m不会改变，而Vom会随 R增加而增大。
2.输出回路直流电压VCC
无论电路原来处于什么工作状态， VCC的增加均会使三极管向远离饱和区的方 向工作，VCC的减少会使三极管靠近或更深 地进入饱和区工作。
L=R/(Q)=1.8310-3(H) C=1/(L2)=5.52610-3(F)
若取RFC的感抗 RFC 25ZL，则：
C类放大器的负载线可用下列方式确 定 。 首 先 采 用 实 验 测 量 的 方 法 描 出 iB(t) 与 vCE(t) 的时间函数。接着将某一时刻的iB、 vCE值，在三极管输出特性曲线上确定出一 点，类似地定出其它时刻的对应点。最后，
由这些点连结起来的曲线就为所需的负载
线。
3.2.2 进入饱和区的丙类功放分析
在忽略放大管输出电压本身对输入特 性产生影响的条件下，结合3.2.1节的分析 和电路选频网络的特点，我们可以定性得 出如下所示的丙类功放各电量间相互制约 关系。
显然，在丙类功放输出选频网络的作
用下，电路能有效地将iC中的无用频率分 量消去，保证输出波仅与基波有关。因此， 即使放大管进入饱和区工作，iC 整个波形 有所改变，功放也能够正常输出基波电压。 为了便于与3.2.1节的非饱和情况相区别， 我们常将有部分时间进入饱和的情况称为
3.2.1 非饱和下的丙类功放分析
如θ=π，则管子在整个信号周期内处 于放大区，这时称管子为甲类工作状态； 如θ=π/2，则称管子处于乙类工作状态；如 θ＜π/2，则称管子处于丙类工作状态。严 格说来，只要θ＜π，且具有图中的特定电 路结构就可称为丙类放大器，但由于实际 中的θ均满足小于π/2的条件，所以有丙类 功放中放大管θ＜π/2的说法。
第三章 高频功率放大器的 结构与实现
功率放大器是指能输出大功率信号的 放大电路，它可以分为低频功放和高频功 放两类。本章将讲述高频功放的工作原理。 它区别于低频功放的根本原因在于信号的 频率较高、信号的频带有限。
3.1 概 述 3.2 丙类谐振功放的结构和原理 3.3 实际丙类谐振功放的原理分析 3.4 谐振功放的耦合和设计原则 3.5 丙类倍频器 3.6* 宽带高频功率放大器 3.7* 功率合成与功率分配电路 3.8* D、E类谐振功放
丙类功放的过压工作状态；否则，称为欠
压工作状态；而将过压与欠压的临界情况 称为临界工作状态。
首先，我们设理想情况下的三极管输 出特性曲线如图3-2-5(a)所示。同时，设管 子在饱和区内iC与vCE应满足公式
式中，Scr近似为常数，表示了饱和线 (或临界饱和线)的斜率大小，反映了iC基本 只受vCE
3.
考虑到实际三极管输入电路的复杂性 (见图3-3-1(a))，以及为了分析的方便，我 们采用图3-2-9(a)的MOS管功放电路来进行 分析。
4.
若仍以图3-2-9(a)来说明，则当Vim增 大时，场效应管栅极的最大vGmax也应增大， 而导通角θ将向90°靠近，这样漏极最大电 流必然会增大。
此例说明：在等幅正弦信号作用下， 临界工作状态比欠压时的效率要高，而过 压后则不会有较大的变化。对于Vim特性， 可在调角波的接收电路中得到运用。
可 令 ： Vom=VDD=12V， 那 么
R=122/(225)=2.88。
由式(3-2-11)可得： =73.5 o。
又将ID m=2Po /Vom代入式(3-2-5)可得放 大管的最大漏极电流ID m=7.884(A)。
由式(3-2-2)有vD m=VDD+Vom=24V。
若设R、L、C回路的品质因素Q=5， 则有：
【例3-2-1】设计一个C类放大器。采 用N沟道增强型VMOSFET管子作为电路的 增益元件，要求电路向负载R提供25W的功 率，放大器效率为85% ，忽略管子可变电 阻区带来的影响。工作频率为50MHz，电 源电压为+12V。
解：根据题意画出相应电路如图3-2-3 所示。图中CD对交流短路，C和L谐振于工 作频率。在忽略可变电阻区的影响条件下，
常见的高频宽带功率放大器有A类(也
称甲类)和B类(也称乙类)两种，它们的工
作原理和结构与低频甲、乙类功放基本一
样。 对于放大部分，将取决于增益元器件
本身在输出回路中消耗的平均功耗(也称管
耗，用Pc来代表)
Pc小，则效率就
高；反之，效率就低。下面就提高效率的
(1) 通过减小增益元器件在信号周期 内的导通时间，来提高功放效率。