第十章高频功率放大器4-2(C类)

1、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BBV0BQCQII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：tVtvimicos)(输入回路输入回路方程：方程：cosBEBBimvVVt为使晶体管为使晶体管导通导通，应满足：，应满足： onBBimVVV)(输入为大信号输入为大信

2、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imBBonVVVcos（注意（注意 可正可负可正可负）BBV2. 集电极电流集电极电流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 maxCi余弦脉冲余弦脉冲所含所含频谱频谱：3210CCCCCiiiIi将电流将电流 进行进行傅里叶级数傅里叶级数分解分解 ci0CI直流分量直流分量tIimCCcos11基波分量基波分量tIimCC2cos22二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？导通角导通角 小于小于90 集电极电流集电极电流余弦脉冲余弦脉

3、冲重复频率与输入相同重复频率与输入相同 260180 0， 最大最大 1201在最大最大， 最大最大11max1cos( )cosCC mCiItit 22max2cos2( )cosCC mCiItit 基波基波 ： 二次谐波二次谐波：0max0( )CCIi 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ArPR输出输出电路方程电路方程 cosCECCcCCcmvVvtVVt输出电压输出电压正弦波正弦波（回路从

4、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） tVtRIRitvcmPmCPCccoscos11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0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max2CECCcmCCVVVV集电极最小电压集电极最小电压minCECCcmVVV回路输出电压回路输出电压是正弦是正弦幅度幅度1cmc mPVIR10.4.2 动态动态负载线负载线 C

5、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

6、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：max2CECCcmCCVVVV2CEOCCVV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imV)(1max1cmciIci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pmccmRIV1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

7、线性非线性关系关系)(1imVcmimVV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c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101012121CmCCCCcmmCdcoCIIVIVIPPCCcmVV（ 为集电极负载）为集电极负载）PR集电极

8、集电极电源电源 提供的功率：提供的功率： CCVCCCdcVIP0PcmPmCcmmCoRVRIVIP2211212121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 )(1g1分析分析效率效率与与 关系关系：（设（设 ）)(1g0)(102)(1g 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)(1g 增加，增加， 减小，减小，效率降低效率降低1801)(1g%50C 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

9、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7060)()()()()(1010max1max01giiIICCCmC0121CmCCII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？dcCdcCdcdcoCPPPPPPP1集电极集电极效率效率：oP输出输出功率功率dcP电源电源供给功率供给功率CP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Cicev 与与 的的乘积小乘积小20)(21tdviPceCC管耗：管耗：结论：结论：Cicev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

10、途径根本途径（减小导通角）（减小导通角）2 2最佳负载最佳负载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PR则则2()12CCsatpoVVRP为输出为输出最大功率最大功率，应有：应有：satCCcmVVV10.4.4 倍频倍频与与调制调制特性特性1.倍频倍频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

11、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,max( )Cm nCnIi 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

12、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CCV 负载负载PR偏置偏置 BBV输入信号幅度输入信号幅度imV共同决定共同决定maxBEV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BBVimVpR 、 、 不变不变imBBbeVVVmax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

13、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AmaxbeVCCV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CCVCCVCCV大大放大区放大区 变化不大变化不大maxCiCCV小小饱和区饱和区 变化大变化大maxCiCiCCV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1max1( )c mCIi 0max0( )CCIi pmCCmRIV1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tVVtVmCCCCcos)(tV

14、tvmcos)(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（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CL扼流圈扼流圈通直流、阻交流通直流、阻交流1CC隔直流电容隔直流电容隔直流、交流短路隔直流、交流短路2CC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

15、流通路分开，互不影响交、直流通路分开，互不影响( )CECCcvVv t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CL扼流圈通直流、阻交流扼流圈通直流、阻交流CC高频旁路电容高频旁路电容交流短路交流短路( )ceCCcvVv t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2bR电阻电阻

16、、 分压式偏置分压式偏置1bRBL扼流圈扼流圈通直流、阻交流通直流、阻交流BC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CE0ReV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 ECeR0eIReReeoIV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bi加大信号时，加大信号时， 是脉冲是脉冲biei0bIbi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 、BLBRBC进一步滤除进一步滤除 上交流上交流BR偏置电压偏置电压为：为： 自给负偏置自给负偏置 0BBbBVIR 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 0o1207. C类类功率放大器属于功率放大器属