高频丙类功率放大器基础知识详解

高频丙类功率放大器基础知识详解

高频功率放大器是各种无线电发射机的主要组成部分，它与低频功率放大器一样要求输出功率大、效率高。但不同的是，高频功放的工作频率高(几万千赫兹到几万兆赫兹数量级)，但相对频带很窄。高频功放一般工作在丙类状态，其放大电路一般采用选频网络作为负载回路。

由于高频功放通常工作于丙类，属于非线性电路，因此不能用线性等效电路来分析。对它们的分析方法有图解法和解析近似分析法，这里我们采用最常的解析近似分析法中的一种折线法来简要叙述高频功放的基本工作原理和工作状态。

高频丙类谐振功放的电路主要由放大部分和频带选通部分组成，其结构框图简单示意如图6.17所示。 输出信号

其中，频带选通部分由选频滤波电路实现，其主要任务是滤除输入到放大电路的无用频率分量，滤除放大器件产

生的无用谐波分量，以减小非线性失真。



高频丙类谐振功放的具体原理电路，如图6.18所示。这是一个以晶体管为核心的非线性放大器，其转移特性曲线，如图6.19(a)所示。

尽管集电极电流是周期性非正弦波、是不连续的，但输出电压却是连续的。如果从能量交换的角度来解释当ic=0时为什么还会有输出电压。这是由于选频网络是由LC并联电路构成，当ic=0时，L与C支路电流并不为零，只是大小相等而方向相反而已。说明此时回路正在进行着电场能量与磁场能量的交换，所以输出是不断的，连续的。当然如果输出回路是一电阻网络，自然不会出现这种现象。需要说明的是工作于功率放大器中的选频网络，为了适应输出较大功率的要求，通常回路的品质因数都较低，一般在10左右。

由于输出回路调谐在基波频率上，输出电路中的高次谐波处于失谐状态，相应的输出电压很小，因此，在放大电路的输出功率Po等于集电极电流基波分量在负载R上的平均功率，即谐振功放中只需研究直流及基波功率



2.电源供给功率（PE）

电源电压UCC与流过UCC的集电极电流ic的直流分量IC0的乘积，用PE表示，即Pe=Ucc*Ico

(6.25)

3.集电极管耗（PC）

电源供给功率PE与输出基波交流功率Po之差，用PC表示，即

Pc=Pe-Po (6.26)

丙类放大器的工作状态

人们根据是否进入器件的截止区，以及进入截止区的深入程度，把放大电路分为甲类、乙类、甲乙类和丙类四种工作状态。在丙类放大器中，有时需要进入晶体管的饱和区，以获得人们期望的某种结果。因此，又根据是否进入器件的饱和区，以及进入饱和区的深入程度，把丙类放大器分为欠压、临界和过压三种工作状态。

由分析得知，丙类放大器的器件是否进入饱和区与电源电压UCC、基极偏置UBB、输入信号幅度Uim以及负载电阻R有关，当它们取不同数值时，可使丙类放大器工作于不同状态。为说明问题，现假定UCC、UBB及R不变，仅输入信号的幅度Uim变化（由小到大），丙类放大器的工作状态将历经怎样的过程呢？

丙类放大器的器件，其转移特性曲线如图6.22(a)所示。在考虑到饱和区后，其折线由三段构成。当输入信号的幅度由小到大变化时，如图(b)所示。



经作图得到所对应的集电极电流波形，如图(c)所示。可见，当输入信号幅度Uim 较小时，信号的动态范围局限在截止区与放大区内，集电极电流为较小的尖顶余弦脉冲，通常称这种工作状态为欠压状态。随着Uim的增大，尖顶余弦脉冲的幅度Im也在增加，当Uim增大到饱和区边缘时，尖顶余弦脉冲的幅度达到最大值，称这时丙类放大器工作于临界状态，如图(c)所示。如果继续增大Uim，将使信号的动态范围进入饱和区，经作图可以看出，此时得到的集电极电流的波形，将出现下凹，产生严重失真，这是由于输入信号幅度过大引起的，在饱和乃至深饱和情况下，基极电流变大，基极注入的空穴与发射极进入基区的电子大量复合，使集电极收集到的电子减少，于是ic下降，所以称这种状态为过压状态。

可见，丙类放大器随输入信号幅度由小到大的变化，工作状态由欠压经临界而进入过压。同理，当UCC、UBB、Uim不变，仅改变负载电阻R，也将经历这三种工作状态。

显而易见，从输出功率和效率的观点来观察时，丙类放大器多工作于临界状态，这样既可获得最大功率输出，又能达到较高的效率。欠压状态由于Im较小，其输出功率和效率不高，很少采用；而过压状态由于集电极电流产生严重的非线性失真，亦很少采用，即使应用也大部工作于弱过压状态，即刚刚进入饱和区。