第3讲高频功率放大电路的工作原理

1、3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 丙类功率放大器丙类功率放大器第三讲第三讲 高频功率放大高频功率放大电路的工作原理电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理 功率放大器是放大器的一种，依静态工作点的功率放大器是放大器的一种，依静态工作点的位置可分为甲类、乙类、丙类、丁类和戊类。位置可分为甲类、乙类、丙类、丁类和戊类。 3.1 概述概述甲类甲类 多用于小信号放大，静态工作点位置居中，多用于小信号放大，静态工作点位置居中，波形没有失真，三极管在一个周期内处于全导通状波形没有失真，三极管在一个周期内处于全导通状态，效率低。态，效率低。要求要求 效率高，输出功率高，不失真

2、。效率高，输出功率高，不失真。高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理小信号调谐放大器小信号调谐放大器高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理乙乙类类推推挽挽功功率率放放大大器器高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理提高效率的方法提高效率的方法CODPPPDOPP功率关系式为：功率关系式为：在在DP一定的情况下，一定的情况下，CP越小，越小，越高。越高。tduiPcecC2021因此，因此，cecui越小，越小，CP越小，越小，越高。越高。高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理 由三极管的特

3、点可知：由三极管的特点可知：0minminCCESCEiuu1、增大、增大0Ci 的时间，让三极管工作在截止区的时间，让三极管工作在截止区的时间延长。的时间延长。2、尽可能减小、尽可能减小CEu的数值。的数值。三极管工作在开关状态时，必然存在最高的传输效率。三极管工作在开关状态时，必然存在最高的传输效率。高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理静态静态工作点工作点导通角导通角甲类甲类乙类乙类丙类丙类工作在截止区工作在截止区的时间不断延长的时间不断延长效率不断提高效率不断提高高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理 在在甲类甲类工作状态时工作状态时, 为保证不失真为保证不

4、失真, 必须必须满足满足Ic1mIC0, 又又UcmVCC(忽略晶体管饱和压忽略晶体管饱和压降降), 所以最高效率为所以最高效率为50%。 高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理50%21cmm1cCCCODOVIUIPP.2cos32cos2110max0maxmaxtitiiicccC 由此由此 可求得在可求得在Ucm=VCC时的最高效率时的最高效率:%5 .78412121maxmaxccii高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理乙类乙类乙乙类类与与甲甲乙乙类类功功率率放放大大器器导通角推挽工作方式推挽工作方式改善失真的方法截止失真截止失真失真情况大于半波半波

5、 波形无失真交越失真负载电阻上电压小于78.5%78.5%传输效率 线上方 线上静态工作点位置放大区与截止区放大区与截止区三极管工作区域甲乙类乙 类0BI0BI9090Ci高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理3.23.2 丙类谐振功率放大电路丙类谐振功率放大电路3.2.13.2.1 工作原理工作原理，静态工作点位于，静态工作点位于 为提高效率，使三极管工作在截止区的时间为提高效率，使三极管工作在截止区的时间进一步延长，导通角小于进一步延长，导通角小于900BI 下方，即形成丙类工作状态。下方，即形成丙类工作状态。 此时此时, 集电极电流集电极电流 波形严重失真，波形严重失真，是

6、尖顶是尖顶余弦脉冲余弦脉冲,在负载电阻上进行在负载电阻上进行波形合成已不能满波形合成已不能满足波形不失真的要求。足波形不失真的要求。Ci高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理Ci 为周期性的非正弦信号，为周期性的非正弦信号，可以用傅立叶级可以用傅立叶级数展开。数展开。tnItItIIicnmmcmccCcos2coscos210 因此在放大器后加一个中心频率为因此在放大器后加一个中心频率为 的滤波的滤波器，则经过滤波，必将波形还原。器，则经过滤波，必将波形还原。 滤波器应为带通滤波器。选用具有良好选频滤波器应为带通滤波器。选用具有良好选频功能的窄带滤波器功能的窄带滤波器-LC并联

7、谐振回路。并联谐振回路。 LC并联谐振回路对中心频率并联谐振回路对中心频率 呈纯阻性，呈纯阻性，阻抗最大，并联电阻上有最大电压，同时电压阻抗最大，并联电阻上有最大电压，同时电压波形为不失真的正弦波。波形为不失真的正弦波。高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理 与甲类和乙类不同，三极管的负载不是单一与甲类和乙类不同，三极管的负载不是单一的负载电阻，而是的负载电阻，而是LC并联谐振回路。并联谐振回路。高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理 3 3、负载电阻应并联至谐振回路，谐振回负载电阻应并联至谐振回路，谐振回路同时实现阻抗的匹配。路同时实现阻抗的匹配。结论结论 4 4

8、、谐振回路的中心频率应与输入信号频率谐振回路的中心频率应与输入信号频率相同，此时实现信号无失真传输。相同，此时实现信号无失真传输。 5 5、当谐振频率为输入信号频率的当谐振频率为输入信号频率的2 2倍时，可倍时，可以选出以选出2 2次谐波，用做次谐波，用做2 2倍频器。同理，可以实现倍频器。同理，可以实现n倍频器。倍频器。 1 1、电路由工作在丙类状态的三极管和、电路由工作在丙类状态的三极管和LCLC并并联谐振回路组成。联谐振回路组成。 2 2、为保证丙类工作状态，发射结电源电压、为保证丙类工作状态，发射结电源电压应为负偏置。应为负偏置。高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理3.

9、2.23.2.2 相关计算相关计算1、谐振时的阻抗、谐振时的阻抗LQRee02、谐振阻抗上的电压峰值、谐振阻抗上的电压峰值mcecmIRV13、功率、功率ODCmccmeecmOCCcDPPPIVRIRVPVIPmc1220212121高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理4、效率、效率5、余弦脉冲分解、余弦脉冲分解CCceCCceDOVIRIVIRIPPmcmc02022)21 (11ccCCcmccctiitdtiItdiIcos1coscos)cos(121max201200maxCic与与分别为余弦脉冲的高度和导通角。分别为余弦脉冲的高度和导通角。高频功率放大电路的工作原

10、理高频功率放大电路的工作原理)1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1(cossin)()cos1(cossinmax2max1maxmax10maxmaxnainnnnniIaiiIaiiIncccncccccco0()、 1()、 n()分别称为余弦脉冲的直分别称为余弦脉冲的直流、流、 基波、基波、 n次谐波的分解系数。次谐波的分解系数。高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理)1()()coscos1)(1(cossin2cossin2)()cos1(cossin)()cos1(cossinmax2max1maxmax10maxmaxnain

11、nnnniIaiiIaiiIncccncccccco图3-3 电流、电压波形3.2.33.2.3 电流、电流、 电压波形电压波形高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理 功率放大电路是大信号工作功率放大电路是大信号工作, 而在大信号而在大信号工作时必须考虑晶体管的非线性特性工作时必须考虑晶体管的非线性特性, 这样将这样将使分析比较复杂。为简化分析使分析比较复杂。为简化分析, 可以将晶体管可以将晶体管特性曲线理想化特性曲线理想化, 即用一条或几条直线组成折即用一条或几条直线组成折线来代替线来代替, 称为折线近似分析法。称为折线近似分析法。 折线近似分析法折线近似分析法高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理集电极电流余弦脉冲集电极电流余弦脉冲思考思考 减小导通角提高效率的同时，对输出功减小导通角提高效率的同时，对输出功率有何影响？率有何影响？高频功率放大电路的工作原理高频功率放大电路的工作原理 减小导通角可以提高效率，输入信号不变时减小导通角可以提高效率，输入信号不变时集电极余弦脉冲电流高度降低，从而使输出功率集电极余弦脉冲电流高度降低，从而使输出功率降低。降低。 为此，应加大输入信号的幅度，但此时反向为此，应加大输