高频功率放大器42C类.ppt

10.4 C类类功率放大器功率放大器10.4.1 电路组成与特点电路组成与特点分析内容：分析内容：输入电路输入电路输出电路输出电路电流、电压波形电流、电压波形功率、效率功率、效率1.基极偏置基极偏置特点：特点：导通角导通角 90度度、非线性非线性放大器、放大器、效率高效率高 基极偏置基极偏置 使晶体管使晶体管静态时静态时截止截止静态电流静态电流输入输入必须是必须是大信号大信号设设输入输入电压为：电压为：输入回路输入回路方程：方程：为使晶体管为使晶体管导通导通，应满足：，应满足：输入为大信号输入为大信号结论：结论：偏置偏置输入信号幅度输入信号幅度共同共同决定了决定了导通角导通角导通角导通角（注意（注意 可正可负可正可负）2.集电极电流集电极电流导通角导通角 小于小于90 集电极电流为集电极电流为余弦脉冲余弦脉冲 余弦脉冲余弦脉冲参数参数导通角导通角 最大最大幅度幅度 余弦脉冲余弦脉冲所含所含频谱频谱：将电流将电流 进行进行傅里叶级数傅里叶级数分解分解 直流分量直流分量基波分量基波分量二次谐波分量二次谐波分量问题：问题：各分量与余弦脉冲各分量与余弦脉冲参数的关系参数的关系？，最大最大最大最大，最大最大基波基波：二次谐波二次谐波：直流直流：与与脉冲幅度脉冲幅度导通角导通角有关有关结论：结论：控制控制导通角导通角 可控制各分量大小可控制各分量大小3.输出电路输出电路特点特点接有接有LC回路回路将将天线阻抗天线阻抗 变换为放大器变换为放大器最佳负载最佳负载输出输出电路方程电路方程输出电压输出电压正弦波正弦波（回路从电流众多频率分量中（回路从电流众多频率分量中只选出只选出了了基波基波）回路回路作用作用 选频选频 阻抗变换阻抗变换中心频率中心频率 与输入信号频率相同与输入信号频率相同 带宽带宽与输入信号带宽相同与输入信号带宽相同谐振谐振功放功放窄带窄带功放功放4.电流电压电流电压波形波形导通角导通角 90度度集电极电流集电极电流是脉冲是脉冲集电极最大电压集电极最大电压集电极最小电压集电极最小电压回路输出电压回路输出电压是正弦是正弦幅度幅度10.4.2 动态动态负载线负载线 C 类类放大器工作特点放大器工作特点输入正弦信号输入正弦信号一周内一周内管子管子轮流导通、截止轮流导通、截止动态负载线动态负载线 画在晶体管的输出特性曲线上画在晶体管的输出特性曲线上 由管子的集电极由管子的集电极电流与电压电流与电压 共同决定的动态点的共同决定的动态点的运动轨迹运动轨迹 时间时间输入信号的输入信号的一周期一周期内内非线性非线性工作工作输出阻抗输出阻抗变化变化画动态负载线的画动态负载线的依据依据 晶体管输入输出晶体管输入输出特性曲线特性曲线 放大器放大器外电路方程外电路方程晶体管的晶体管的输出特性曲线输出特性曲线是是集电极集电极 的关系的关系 外电路输出方程描述的是外电路输出方程描述的是集电极电压集电极电压与与基波电流基波电流的关系的关系？画画C类放大器负载线的类放大器负载线的难点难点：线性放大器的线性放大器的负载线负载线（将外电路方程画在（将外电路方程画在 晶体管输出特性曲线上）晶体管输出特性曲线上）逐点描逐点描C类放大器的类放大器的动态负载线动态负载线00000000点点AABBCCD从动态负载线看出以下几点从动态负载线看出以下几点:在输入信号变化一周中，管子在输入信号变化一周中，管子 动态负载线是条动态负载线是条折线折线经历了经历了导通导通截止截止导通导通过程过程 集电极集电极最大电压值最大电压值为：为：选管子要求选管子要求 输出电压输出电压波形波形如图如图 C类类放大器放大器是非线性是非线性放大器放大器 不适合不适合放大放大非恒定包络非恒定包络的已调信号的已调信号 放大放大 AM调幅波调幅波输入信号幅度输入信号幅度 不同不同导通角导通角 不同不同输出电流输出电流 的的基波分量基波分量的的幅度为：幅度为：输出电压输出电压幅度幅度问题：输出电压幅度与输入调幅波幅度问题：输出电压幅度与输入调幅波幅度是否是否成正比？成正比？由于由于 、的的非线性非线性关系关系不成正比不成正比输出电压的输出电压的包络失真包络失真结论：结论：C类放大器只能放大类放大器只能放大恒定包络恒定包络的信号的信号10.4.3 输出功率与效率输出功率与效率1.功率与效率功率与效率C类类谐振谐振功率放大器功率放大器C类类集电极电流包含谐波集电极电流包含谐波集电极负载为集电极负载为选频回路选频回路输出为输出为基波功率基波功率集电极效率集电极效率 为为为为集电极电压利用系数集电极电压利用系数，由后面的分析可知，由后面的分析可知（为集电极负载）为集电极负载）集电极集电极电源电源 提供的功率：提供的功率：集电极效率集电极效率 主要取决于：主要取决于：称称 为为波形系数波形系数 分析分析效率效率与与 关系关系：（设（设 ）时时 效率效率可达可达100%但但基波输出功率基波输出功率为为0 0 增加，增加，减小，减小，效率降低效率降低 当当 时，时，结论：结论：功率放大器从功率放大器从A类类到到B类类再到再到C类类，通过，通过减少导通角减少导通角获得获得高效率高效率。为兼顾为兼顾大的大的输出功率输出功率和和高的高的效率，效率，C类放大器取类放大器取 左右左右导通角减小导通角减小 效率提高的效率提高的真正原因真正原因？集电极集电极效率效率：输出输出功率功率电源电源供给功率供给功率管子管子消耗功率消耗功率 降低降低管耗管耗 提高提高效率效率降低管耗的降低管耗的两条途径两条途径：积分积分区间小区间小 与与 的的乘积小乘积小管耗：管耗：结论：结论：减小减小 与与 的的乘积乘积是提高是提高效率的效率的根本途径根本途径（减小导通角）（减小导通角）2 2最佳负载和功率增益最佳负载和功率增益C类功率放大器类功率放大器工作状态工作状态导通、截止导通、截止输出阻抗输出阻抗变化变化当天线阻抗当天线阻抗不等于不等于最佳负载时，最佳负载时，阻抗变换阻抗变换如何如何匹配匹配？什么是？什么是最佳负载最佳负载？最佳负载最佳负载 保证保证输出最大功率输出最大功率则则为输出为输出最大功率最大功率，应有：应有：C类放大器的功率增益类放大器的功率增益输入功率输入功率注意：是注意：是基波基波或或C类类与与A类类放大器的放大器的功率增益功率增益比较比较 A类类增益大增益大10.4.4 倍频倍频与与调制调制特性特性C类类功率放大器功率放大器非线性非线性集电极电流含有集电极电流含有丰富的谐波丰富的谐波输出回路输出回路谐振于基波谐振于基波放大器放大器输出回路输出回路谐振于某次谐波谐振于某次谐波倍频器倍频器倍频器应用时注意点倍频器应用时注意点 谐波分量随着谐波次数谐波分量随着谐波次数 n 的增大而迅速减小的增大而迅速减小高次倍频时，输出功率小，效率很低高次倍频时，输出功率小，效率很低 合理设计选频回路合理设计选频回路Q值，值，滤除滤除基波基波和和低次谐波低次谐波 注意控制导通角注意控制导通角2.调幅调幅（普通调幅普通调幅 AM）信息信息包含在其包含在其包络包络的变化中的变化中不能用不能用高效率的高效率的非线性放大器非线性放大器放大放大 AM直接在高效率放大器中完成直接在高效率放大器中完成调制并放大调制并放大 C类放大器调幅原理是什么类放大器调幅原理是什么？决定放大器输出的决定放大器输出的 4 个参数：个参数：电源电源 负载负载偏置偏置 输入信号幅度输入信号幅度共同决定共同决定用用调制信号调制信号控制某些控制某些参数参数可实现可实现调幅调幅C类功率放大器调幅类型类功率放大器调幅类型集电极集电极调幅调幅基极基极调幅调幅（1）集电极调幅）集电极调幅用调制信号控制用调制信号控制电源电压电源电压使输出电压幅度变化使输出电压幅度变化调幅调幅 、不变不变负载线斜率负载线斜率不变不变不变不变导通角导通角不变不变A负载线的负载线的顶点顶点 A 沿着曲线沿着曲线 从从放大区放大区移动到移动到饱和区饱和区A当电源电压当电源电压 从大从大变小变小时，时，动态负载线动态负载线向左移动向左移动大大放大区放大区 变化不大变化不大小小饱和区饱和区 变化大变化大集电极电流脉冲集电极电流脉冲 随随 变化的变化的波形波形 放大区放大区饱和区饱和区由由集电极电流集电极电流直流直流集电极电流集电极电流基波基波回路回路输出电压输出电压饱和区饱和区放大区放大区若调制信号为若调制信号为使使 且放大器工作在且放大器工作在过压区过压区则实现则实现集电极调幅集电极调幅(2)(2)基极调幅基极调幅放大器放大器输出输出电压电压幅度幅度随随基极偏压基极偏压 变化变化 、不变不变负载线负载线不变不变当当 从从负向负向朝朝正向正向增加时增加时导通角导通角增大增大增大增大负载线的负载线的顶点顶点在提高在提高 结论：用调制信号结论：用调制信号控制偏置控制偏置 ，并确保，并确保C类放大器工作在类放大器工作在 欠压状态欠压状态（放大区），可实现（放大区），可实现基极调幅基极调幅集电极集电极电流脉冲电流脉冲 随随 而而变化变化 、和和 随随 而变化而变化 放大区放大区饱和区饱和区（1）并联馈电）并联馈电10.4.5 C类放大器的馈电电路类放大器的馈电电路 1.1.集电极集电极馈电馈电 馈电方式馈电方式串联串联馈电、馈电、并联并联馈电馈电C类放大器馈电特点类放大器馈电特点通过通过扼流圈扼流圈或或线圈线圈对晶体管的集电极馈电对晶体管的集电极馈电 直流直流通路通路交流交流通路通路扼流圈扼流圈通直流、阻交流通直流、阻交流隔直流电容隔直流电容隔直流、交流短路隔直流、交流短路高频旁路电容高频旁路电容交流短路交流短路并联馈电并联馈电特点特点交、直流通路分开，互不影响交、直流通路分开，互不影响输出输出电路方程电路方程（2）串联馈电）串联馈电直流直流通路通路交流交流通路通路串联馈电特点串联馈电特点交、直流交、直流均流过均流过回路线圈回路线圈扼流圈通直流、阻交流扼流圈通直流、阻交流高频旁路电容高频旁路电容交流短路交流短路输出电路方程输出电路方程两种馈电方式两种馈电方式输出电路方程相同输出电路方程相同2.基极馈电基极馈电晶体管晶体管C类放大器的基极偏置大约有三种方式：类放大器的基极偏置大约有三种方式：外偏置外偏置、自偏置自偏置、信号偏置信号偏置 （1）外偏置）外偏置电阻电阻 、分压式偏置分压式偏置扼流圈扼流圈通直流、阻交流通直流、阻交流高频旁路电容高频旁路电容交流短路交流短路（2）自偏置）自偏置CE当当不加信号不加信号时时发射极无电流发射极无电流晶体管处于晶体管处于零偏置零偏置加入大信号加入大信号晶体管导通角晶体管导通角90度度发射极电流为脉冲发射极电流为脉冲直流分量直流分量 流经流经高频分量被大电容高频分量被大电容 短路短路 上正下负上正下负的直流电压的直流电压形成形成负偏压负偏压自偏置自偏置VBB基极基极自偏置自偏置无信号时无信号时零偏置零偏置加大信号时，加大信号时，是脉冲是脉冲交流交流分量流经信号源分量流经信号源直流直流分量流经分量流经 、进一步滤除进一步滤除 上交流上交流偏置电压偏置电压为：为：自给负偏置自给负偏置 （3）信号偏置）信号偏置无信号无信号时，晶体管处于时，晶体管处于零偏置零偏置 CBRB输入偏置电路类似输入偏置电路类似并联检波并联检波电路电路大信号大信号输入时输入时电容电容CB上形成上形成电荷积累电荷积累信号使晶体管导通时，信号使晶体管导通时，对串联电容对串联电容C充电充电 充电充电时间常数小时间常数小当信号不能使晶体管导通时，当信号不能使晶体管导通时，电容通过电阻电容通过电阻R放电放电放电放电时间常数大时间常数大 电压电压 即为放大器的即为放大器的负偏置负偏置控制控制时间常数时间常数RC，可以改变放大器的，可以改变放大器的导通角导通角小结：小结：1A、B、C类放大器对应的类放大器对应的导通角导通角分别是分别是180、90和小于和小于90 度，度，通过通过减小导通角减小导通角来提高放大器的效率来提高放大器的效率 2.从从A BC类，放大器的类，放大器的功率增益降低功率增益降低 3.3.C类类放大器的放大器的高效率高效率（）和）和大的输出功率大的输出功率（）不可能同时取得不可能同时取得 7.C类类功率放大器属于功率放大器属于非线性放大器非线性放大器，当放大，当放大非恒定包络非恒定包络的的 已调信号时会产生已调信号时会产生频谱再生频谱再生4.4.C类类放大器的集电极电流是脉冲，因此在集电极必须设置放大器的集电极电流是脉冲，因此在集电极必须设置 LC选频回路选频回路，确保输出为正弦波，确保输出为正弦波 5.5.当输出功率和电源电压确定后，可以求出放大器的当输出功率和电源电压确定后，可以求出放大器的最佳负载最佳负载 6.C类类功率放大器可以实现功率放大器可以实现倍频倍频和和调幅调幅