第十章高频功率放大器4-2(C类)

10.4C类功率放大器10.4.1电路组成与特点分析内容：输入电路输出电路电流、电压波形功率、效率1.基极偏置特点：导通角90度、非线性放大器、效率高基极偏置使晶体管静态时截止BBV0BQCQII静态电流输入必须是大信号设输入电压为：tVtvimicos)(输入回路方程：cosBEBBimvVVt为使晶体管导通，应满足：onBBimVVV)(——输入为大信号结论：偏置输入信号幅度共同决定了导通角导通角imBBonVVVcos（注意可正可负）BBV2.集电极电流导通角小于90集电极电流为余弦脉冲余弦脉冲参数导通角最大幅度maxCi余弦脉冲所含频谱：3210CCCCCiiiIi将电流进行傅里叶级数分解ci0CI直流分量tIimCCcos11基波分量tIimCC2cos22二次谐波分量问题：各分量与余弦脉冲参数的关系？2601800，最大1201在最大，最大11max1cos()cosCCmCiItit22max2cos2()cosCCmCiItit基波：二次谐波：0max0()CCIi直流：与脉冲幅度导通角有关结论：控制导通角可控制各分量大小3.输出电路特点——接有LC回路——将天线阻抗变换为放大器最佳负载ArPR输出电路方程cosCECCcCCcmvVvtVVt输出电压——正弦波（回路从电流众多频率分量中只选出了基波）tVtRIRitvcmPmCPCccoscos11回路作用①选频②阻抗变换中心频率与输入信号频率相同带宽——与输入信号带宽相同0谐振功放窄带功放4.电流电压波形导通角90度集电极电流是脉冲集电极最大电压max2CECCcmCCVVVV集电极最小电压minCECCcmVVV回路输出电压是正弦幅度1cmcmPVIR10.4.2动态负载线C类放大器工作特点——输入正弦信号一周内管子轮流导通、截止动态负载线③画在晶体管的输出特性曲线上①由管子的集电极电流与电压共同决定的动态点的运动轨迹②时间——输入信号的一周期内非线性工作输出阻抗变化画动态负载线的依据①晶体管输入输出特性曲线②放大器外电路方程cosBEBBimvVVt1cosCECCcPCCcmvViRVVt晶体管的输出特性曲线是集电极的关系~CECvi外电路输出方程描述的是集电极电压与基波电流的关系？画C类放大器负载线的难点：线性放大器的负载线CECCcvViR（将外电路方程画在晶体管输出特性曲线上）逐点描C类放大器的动态负载线tBEvCicvCEvmaxBBimBEVVVmaxCicmpmcVRI1minCCcmCEVVVcosimBBVVcos1pmcRIcoscmccVV21BBVccVimBBVVcmpmcVRIcos1maxcecmccVVV23BBVccV2cosimBBVVcos1pmcRIcoscmccVV2maxbeimBBVVVmaxCicmVmincecmccVVV00000000点AABBCCD从动态负载线看出以下几点:在输入信号变化一周中，管子①动态负载线是条折线经历了导通截止导通过程③集电极最大电压值为：max2CECCcmCCVVVV2CEOCCVV选管子要求②输出电压波形如图④C类放大器是非线性放大器不适合放大非恒定包络的已调信号放大AM调幅波输入信号幅度不同导通角不同imV)(1max1cmciIci输出电流的基波分量的幅度为：输出电压幅度pmccmRIV1问题：输出电压幅度与输入调幅波幅度是否成正比？由于、的非线性关系~)(1~imV~cmimVV不成正比输出电压的包络失真结论：C类放大器只能放大恒定包络的信号10.4.3输出功率与效率1.功率与效率C类谐振功率放大器C类—集电极电流包含谐波集电极负载为选频回路输出为基波功率集电极效率为c为集电极电压利用系数，由后面的分析可知101012121CmCCCCcmmCdcoCIIVIVIPPCCcmVV（为集电极负载）PR集电极电源提供的功率：CCVCCCdcVIP0PcmPmCcmmCoRVRIVIP2211212121集电极效率主要取决于：称为波形系数)(1g1分析效率与关系：（设）)(1g0)(102)(1g①时效率可达100%但基波输出功率为0)(1g②增加，减小，效率降低1801)(1g%50C③当时，，结论：功率放大器从A类到B类再到C类，通过减少导通角获得高效率。为兼顾大的输出功率和高的效率，C类放大器取左右70~60)()()()()(1010max1max01giiIICCCmC0121CmCCII导通角减小效率提高的真正原因？dcCdcCdcdcoCPPPPPPP1集电极效率：oP－输出功率dcP－电源供给功率CP－管子消耗功率降低管耗提高效率降低管耗的两条途径：②积分区间小Cicev①与的乘积小20)(21tdviPceCC管耗：结论：Cicev减小与的乘积是提高效率的根本途径（减小导通角）2．最佳负载和功率增益C类功率放大器工作状态——导通、截止输出阻抗——变化当天线阻抗不等于最佳负载时，阻抗变换如何匹配？什么是最佳负载？最佳负载——保证输出最大功率PR则2()12CCsatpoVVRP为输出最大功率，应有：satCCcmVVVC类放大器的功率增益输入功率immbiVIP1注意：是基波opiPGP()10logopiPGdBP或C类与A类放大器的功率增益比较——A类增益大10.4.4倍频与调制特性1.倍频C类功率放大器——非线性——集电极电流含有丰富的谐波输出回路谐振于基波——放大器输出回路谐振于某次谐波——倍频器倍频器应用时注意点②谐波分量随着谐波次数n的增大而迅速减小——高次倍频时，输出功率小，效率很低③合理设计选频回路Q值，滤除基波和低次谐波①注意控制导通角－,max()CmnCnIi2.调幅（普通调幅AM）信息包含在其包络的变化中不能用高效率的非线性放大器放大AM直接在高效率放大器中完成调制并放大C类放大器调幅原理是什么？决定放大器输出的4个参数：③电源CCV④负载PR①偏置BBV②输入信号幅度imV共同决定maxBEV用调制信号控制某些参数可实现调幅C类功率放大器调幅类型集电极调幅基极调幅（1）集电极调幅用调制信号控制电源电压使输出电压幅度变化——调幅BBVimVpR、、不变imBBbeVVVmax负载线斜率不变不变导通角不变A负载线的顶点A沿着曲线从放大区移动到饱和区AmaxbeVCCV当电源电压从大变小时，动态负载线向左移动CCVCCVCCV大——放大区——变化不大maxCiCCV小——饱和区——变化大maxCiCiCCV集电极电流脉冲随变化的波形放大区饱和区1max1()cmCIi0max0()CCIipmCCmRIV1由集电极电流直流集电极电流基波回路输出电压饱和区放大区tVVtVmCCCCcos)(tVtvmcos)(若调制信号为使且放大器工作在过压区则实现集电极调幅(2)基极调幅——放大器输出电压幅度随基极偏压变化BBVCCVimVpR、、不变负载线不变当从负向朝正向增加时BBVimBBbeVVVmax导通角增大增大负载线的顶点在提高结论：用调制信号控制偏置，并确保C类放大器工作在欠压状态（放大区），可实现基极调幅BBV集电极电流脉冲随而变化CiBBV、和随而变化0CImCI1CmVBBV放大区饱和区（1）并联馈电10.4.5C类放大器的馈电电路1.集电极馈电馈电方式——串联馈电、并联馈电C类放大器馈电特点—通过扼流圈或线圈对晶体管的集电极馈电直流通路交流通路CL扼流圈——通直流、阻交流1CC隔直流电容——隔直流、交流短路2CC高频旁路电容——交流短路并联馈电特点——交、直流通路分开，互不影响()CECCcvVvt输出电路方程（2）串联馈电直流通路交流通路串联馈电特点——交、直流均流过回路线圈CL扼流圈－通直流、阻交流CC高频旁路电容—交流短路()ceCCcvVvt输出电路方程两种馈电方式输出电路方程相同2.基极馈电晶体管C类放大器的基极偏置大约有三种方式：外偏置、自偏置、信号偏置（1）外偏置2bR电阻、分压式偏置1bRBL扼流圈－通直流、阻交流BC高频旁路电容—交流短路（2）自偏置CE0ReV当不加信号时发射极无电流晶体管处于零偏置加入大信号——晶体管导通角90度发射极电流为脉冲直流分量流经高频分量被大电容短路ECeR0eIReReeoIV上正下负的直流电压形成负偏压——自偏置VBB基极自偏置无信号时——零偏置bi加大信号时，是脉冲biei0bIbi交流分量流经信号源直流分量流经、BLBRBC进一步滤除上交流BR偏置电压为：——自给负偏置0BBbBVIR（3）信号偏置无信号时，晶体管处于零偏置CBRB输入偏置电路类似并联检波电路大信号输入时CV电容CB上形成电荷积累信号使晶体管导通时，对串联电容C充电——充电时间常数小当信号不能使晶体管导通时，电容通过电阻R放电——放电时间常数大CV电压即为放大器的负偏置BECinvVv控制时间常数RC，可以改变放大器的导通角小结：1．A、B、C类放大器对应的导通角分别是180、90和小于90度，通过减小导通角来提高放大器的效率2.从ABC类，放大器的功率增益降低3.C类放大器的高效率（）和大的输出功率（）不可能同时取得0o1207.C类功率放大器属于非线性放大器，当放大非恒定包络的已调信号时会产生频谱再生4.C类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，确保输出为正弦波5.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6.C类功率放大器可以实现倍频和调幅