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高頻丙類功率放大器基礎知識詳解

高頻丙類功率放大器基礎知識詳解

高頻功率放大器是各種無線電發射機的主要組成部分，它與低頻功率放大器一樣要求輸出功率大、效率高。但不同的是，高頻功放的工作頻率高(幾萬千赫茲到幾萬兆赫茲數量級)，但相對頻帶很窄。高頻功放一般工作在丙類狀態，其放大電路一般采用選頻網絡作為負載回路。

由于高頻功放通常工作于丙類，屬于非線性電路，因此不能用線性等效電路來分析。對它們的分析方法有圖解法和解析近似分析法，這里我們采用最常的解析近似分析法中的一種折線法來簡要敘述高頻功放的基本工作原理和工作狀態。

高頻丙類諧振功放的電路主要由放大部分和頻帶選通部分組成，其結構框圖簡單示意如圖6.17所示。 輸出信號

其中，頻帶選通部分由選頻濾波電路實現，其主要任務是濾除輸入到放大電路的無用頻率分量，濾除放大器件產

生的無用諧波分量，以減小非線性失真。



高頻丙類諧振功放的具體原理電路，如圖6.18所示。這是一個以晶體管為核心的非線性放大器，其轉移特性曲線，如圖6.19(a)所示。

盡管集電極電流是周期性非正弦波、是不連續的，但輸出電壓卻是連續的。如果從能量交換的角度來解釋當ic=0時為什么還會有輸出電壓。這是由于選頻網絡是由LC并聯電路構成，當ic=0時，L與C支路電流并不為零，只是大小相等而方向相反而已。說明此時回路正在進行著電場能量與磁場能量的交換，所以輸出是不斷的，連續的。當然如果輸出回路是一電阻網絡，自然不會出現這種現象。需要說明的是工作于功率放大器中的選頻網絡，為了適應輸出較大功率的要求，通常回路的品質因數都較低，一般在10左右。

由于輸出回路調諧在基波頻率上，輸出電路中的高次諧波處于失諧狀態，相應的輸出電壓很小，因此，在放大電路的輸出功率Po等于集電極電流基波分量在負載R上的平均功率，即諧振功放中只需研究直流及基波功率



2.電源供給功率（PE）

電源電壓UCC與流過UCC的集電極電流ic的直流分量IC0的乘積，用PE表示，即Pe=Ucc*Ico

(6.25)

3.集電極管耗（PC）

電源供給功率PE與輸出基波交流功率Po之差，用PC表示，即

Pc=Pe-Po (6.26)

丙類放大器的工作狀態

人們根據是否進入器件的截止區，以及進入截止區的深入程度，把放大電路分為甲類、乙類、甲乙類和丙類四種工作狀態。在丙類放大器中，有時需要進入晶體管的飽和區，以獲得人們期望的某種結果。因此，又根據是否進入器件的飽和區，以及進入飽和區的深入程度，把丙類放大器分為欠壓、臨界和過壓三種工作狀態。

由分析得知，丙類放大器的器件是否進入飽和區與電源電壓UCC、基極偏置UBB、輸入信號幅度Uim以及負載電阻R有關，當它們取不同數值時，可使丙類放大器工作于不同狀態。為說明問題，現假定UCC、UBB及R不變，僅輸入信號的幅度Uim變化（由小到大），丙類放大器的工作狀態將歷經怎樣的過程呢？

丙類放大器的器件，其轉移特性曲線如圖6.22(a)所示。在考慮到飽和區后，其折線由三段構成。當輸入信號的幅度由小到大變化時，如圖(b)所示。



經作圖得到所對應的集電極電流波形，如圖(c)所示。可見，當輸入信號幅度Uim 較小時，信號的動態范圍局限在截止區與放大區內，集電極電流為較小的尖頂余弦脈沖，通常稱這種工作狀態為欠壓狀態。隨著Uim的增大，尖頂余弦脈沖的幅度Im也在增加，當Uim增大到飽和區邊緣時，尖頂余弦脈沖的幅度達到最大值，稱這時丙類放大器工作于臨界狀態，如圖(c)所示。如果繼續增大Uim，將使信號的動態范圍進入飽和區，經作圖可以看出，此時得到的集電極電流的波形，將出現下凹，產生嚴重失真，這是由于輸入信號幅度過大引起的，在飽和乃至深飽和情況下，基極電流變大，基極注入的空穴與發射極進入基區的電子大量復合，使集電極收集到的電子減少，于是ic下降，所以稱這種狀態為過壓狀態。

可見，丙類放大器隨輸入信號幅度由小到大的變化，工作狀態由欠壓經臨界而進入過壓。同理，當UCC、UBB、Uim不變，僅改變負載電阻R，也將經歷這三種工作狀態。

顯而易見，從輸出功率和效率的觀點來觀察時，丙類放大器多工作于臨界狀態，這樣既可獲得最大功率輸出，又能達到較高的效率。欠壓狀態由于Im較小，其輸出功率和效率不高，很少采用；而過壓狀態由于集電極電流產生嚴重的非線性失真，亦很少采用，即使應用也大部工作于弱過壓狀態，即剛剛進入飽和區。