4
(d)丙类 class-C amplifier
3.要解决的问题 提高输出功率
提高转换效率
管子的保护
减小失真（线性度）
C
输出功率 直流电源提供的直流功
率
=
Po P
=
Po Po PC
P (直流电源功率 ) = Po (交流功率 ) PC (直流功耗 )
5
4. 效率与失真矛盾的解决
丙类(C类) 放大器的效率很高，但是波形失真也很严重。
Icmn cosnt
谐振回路
13
vCE VCC Vcm cos t
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos2t
Icmn cosnt
直流功率： P==VCC Ic0
输出交流功率：Po
1 2 Vcm
Icm1
集电极效率：
Vc2m 2Rp
1 2
I c2m1 Rp
c
Po P
1 2
(qc
)
其中： 尖顶余弦脉冲的分解系数
0
(qc
)
sinqc qc cosqc (1 cosqc )
1
(qc
)
qc cosqc sinq (1 cosqc )
c
n
(qc
)
2
sin
nqc cosqc n cos nqc sin n(n2 1)(1 cosqc )
qc
21
图5.3.3 尖顶余弦脉冲
化的情况，从而选择合适的工作状态。
c
Po P
1 VcmIcm1 2 VCC Ic0
1 2
1(qc ) n (qc )
1 2
g1
(q
c
)
n
1 0
1
g1 (q c
)
1(qc ) 0 (qc )
qc cosqc sinqc sinqc qc cosqc
0.5 0.4 2.0
0
由曲线可知：极端情况qc=0时， 0.3
1 T
T
0 iC vCEdt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
2. iC 脉冲最大时，vCE最小； 3. 导通角和vCEmin越小，Pc越小；
电路正常工作（丙类、谐振）时，
外部电路关系式：
v BE VBB Vbm cost
vCE VCC Vcm cost
iC Ic0 Icm1 cost Icm2 cos2t
临界：Po最大，ηc较高； 发射机末级
最佳工作状态
28
1. Vcc对工作状态的 影响——集电极调制特性
改变VCC，但Rp、Vb、VBB不变当集电极供电电压VCC由大至小变化时， 放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。
在欠压区内，输出电流的振幅 基本上不随VCC变化而变化， 故输出功率基本不变；而在过 压区，输出电流的振幅将随 VCC的减小而下降，故输出功 率也随之下降。
1
(q
c
)
q
c
cosqc sinqc π(1 cosqc )
0.5
n
(qc
)
2
sin
nqc cosqc n cos nqc sin n(n2 1)(1 cosqc )
qc
0.4 2.0
当qc≈120时，Icm1/iCmax最大。
在 iCmax 与 负 载 阻 抗 Rp 为 某 定 值 的
0.3 0.2 1.0
高频区：0.2 fT f fT
故直接进行高频区或中频区的分析和计算
是相当困难的。本节将从低频区的静态特 0.5fβ 性来解析晶体管的高频功放的工作原理。
fβ 0.2fT
fT
16
为了对高频功率放大器进行定量分析与计算，关键
在于求出电流的直流分量Ic0与基频分量Icm1。
最好能有一个明确的数学表达式来显示二者与通角
Vcm
I
cm1
VCC Ic0
1 2
g1
(q
c
)
集电极电压利用系数 Vcm
波形系数
g1(qc )
Icm1 Ic0
VCC
14
5.3.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式 5.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解 5.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性 5.3.4 各极电压对工作状态的影响 5.3.5 工作状态的计算(估算)举例
gd vCE V0
Vcm Icm1Rp
gd
gc
Vbm Vcm
;
V0 VCC Vcm cosqc
qc
25
2. 高频功放的负载特性
I cm1 Ic0
Vcm
0
欠压
临 界
过压
Hale Waihona Puke RpPo1 2
VcmI
cm1
c
Po P
P VCC Ic0
Pc P Po
0
欠压
临 界
过压
Rp
临界区 欠压区
iC
过 压 区
Rp和VCC 、VBB、Vbm 所表示的输出动态负载曲线。
ic
vCE VCC Vcm cost
A
•
gd
Vo vcmin
Vcm1
v BE VBB Vbm cost
v BE
VBB
Vbm
VCC vCE Vcm
VCC
•Q
vce
iC gc VBE VBZ
iC
gc
Vbm Vcm
vCE
V0
因此，高频功放采用负电源作基极偏置。
iC 转移
特性
失
iC
真
图 5.2.1 高频功率放大器的 基本电路
VBB
理想化
t
- qc
o V BZ
vbe - qc 0 +qc
+ q0c
vbe
V bm
t
v BE VBB Vbm cost
10
iC
iC
DiC Q
0
0
0 u BE
t
UBEQ
ui=Uimcoswt
(a)静态工作点处于放大区
Icm1 iC max1(qc )
cosqc
VBB VBZ Vbm
Vcm Icm1Rp
因此，下面分析四个参数Rp和电压VCC 、VBB、Vbm的变化对工作
状态的影响，即谐振功放的动态特性，从而阐明各种工作状态
的特点，为工作状态的调整提供参考。
24
1. 高频功放的动态特性:为一直线
下面通过折线近似分析法定性分析其动态特性，首先，建立由
7
高频谐振功率放大器 功能：将直流功率转换为交流信号功率。 主要指标：输出功率与转换效率 工作状态：丙类大信号的非线性状态（非线性失真） 分析方法：折线近似分析法。(大信号)
8
5.2.1 获得高效率所需要的条件 5.2.2 功率关系
9
小信号谐振放大器与丙类谐振功率放大器的区别之处在于：
工作状态分别为小信号甲类与大信号丙类。
15
由于高频功放工作在大信号的非线性状态，显然晶体管的小信
号等效电路的分析方法已不适用，所以分析方法一般利用晶体
管的静态特性曲线，但由于晶体管的静态特性曲线与频率有关，
如右图所示了 与 f 之间的关系。而通常所说的静态特性曲线
是指低频区： f 0.5 fβ
β0
中频区： 0.5 fβ f 0.2 fT
0.1
情况下，输出功率将达到最大值。
0
1 0
1 0 2
3
140
100
但此时放大器处于甲乙类状态，
20 40 60 80 120 160180 qc
效率太低。 ICm1 iCmax1(qc )
P0
1 2
I c2m1 Rp
尖顶脉冲的分解系数
22
下面分析基波分量Icm1、集电极效率ηc和输出功率Po随通角qc变
iC Ic0 Icm1 sin t Icm2 sin 2t Icmn sin nt
0 ω 2ω 3ω
6
nω
4. 效率与失真矛盾的解决
通过谐振负载，从丙类余弦周期脉冲里恢复基波完整周期信号。 窄带谐振放大器
有源器件 丙类
谐振回路
输出回路 输入回路 晶体管
35
Tr1 T
L2
C1 4
yL
Tr2
g1(qc )
1(qc ) 0 (qc )
2
Icm1 iCm ax 1(0) 0 0.2 1.0
0.1
1 0 2
3
140
如果此时=1，c可达100%。
0
100
20 40 60 80 120 160180 qc
为了兼顾功率与效率，最佳通角取
图5-9 尖顶脉冲的分解系数
70左右。
23
集电极效率ηc和输出功率Po是否能最佳实现最终取决于功放 中外部电路参数Rp和电压 VBB、Vbm 、 VCC 。
11
t
非线性工作状态的晶体管 集电极电流与静态工作点、 输入信号大小的关系
或电压 电流
vCE VCC Vcm cost
V cm vCE
iC i vCE min
c max
VCC
iC
V BZ
0 qc
－V BB
V bm vBE
v BE VBB Vbm cost
(b)
12
v bEmax
t
c
Po P
Pc
BW 20k 2 f0 10k
高频（射频）: 高频窄带信号 （以调幅为例 ）
已调信号 vo (t) Vom 1 mf cos t cost ω
AM广播信号: 535kHz～1605kHz，BW=9kHz