导读：实验丙类高频谐振功率放大器，利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管集电极电流导通角θ的范围可分为甲类、甲乙，放大器的效率η越高，甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器，丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率，本次实验主要研究以甲类谐振功率放大器为推动级，以丙类谐振功率放大器为末级的混合功率放大
丙类高频谐振功率放大器
利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，它是无线电发射机中的重要单元电路。根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管集电极电流导通角θ的范围可分为甲类、甲乙类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角θ越小，放大器的效率η越高。如甲类功放的θ=1800，效率η最高也只能达到50%，而丙类功放的θ&900，其效率η可达85%。甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器，丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
本次实验主要研究以甲类谐振功率放大器为推动级，以丙类谐振功率放大器为末级的混合功率放大器。
一、实验目的
1、熟悉丙类高频功率放大器的工作原理，初步了解工程估算的方法。
2、学习丙类高频谐振功率放大器的电路调谐及测试技术。
3、研究丙类高频谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。
4、理解基极偏置电压、集电极电源电压、激励电压对放大器工作状态的影响。
5、了解丙类高频谐振功率放大器的设计方法。
二、实验仪器
1、高频实验箱
2、高频信号发生器
3、双踪高频示波器
6、高频功率放大器实验板
三、预习要求
1、复习高频谐振功率的工作原理及四种特性。
2、分析实验电路，理解各元件的作用及各组成部分的工作原理。
四、实验内容
1、电路调谐及调整(调谐技术)。
2、静态测试(测试静态工作点)。
3、动态测试(研究负载特性)。
五、实验原理
实验电路如图2-1所示，它是由两级小信号谐振放大器组成的推动级和末级丙类谐振功率放大器构成，其中VT1和VT2组成甲类功率放大器，晶体管VT3组成丙类谐振功率放大器，这两类功率放大器的应用十分广泛，下面简要介绍它们的工作原理及基本计算方法。
(一)、甲类功率放大器
1、静态工作点
如图2-1所示，晶体管VT1组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。其中R1和R2为基极偏置电阻；R5为直流负反馈电阻；它们共同组成分压式偏置电路以稳定放大器的静态工作点。R4为交直流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。电路的静态工作点由下列关系式确定：
R1 UBQ?VCCR1 ?R2
ICQ?IEQ?UBQ?UBEQ
IBQ?ICQ/?1
UCEQ?VCC?IEQ(R4?R5)
2、动态特性
所谓动态特性，指放大器在激励信号作用下的工作状态，这里以负载特性为主要研究对象。如图2-1所示，前级放大器的负载由后级放大器的输入阻抗决定。以第一级甲类功放为例，它与第二级甲类功放通过变压器进行耦合，因此其交流输出功率可表示为：
Po?PH'/?B
式中，PH'为输出负载上的实际功率，?B为变压器的传输效率，一般为?B?0.75~0.85。
图2-2为甲类功放的负载特性。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点，此时集电极的负载电阻RH称为最佳匹配负载。集电极的输出功率PC 的表达式为
211PC?UcmIcm?Ucm/RH22
式中，Ucm为集电极输出的交流电压振幅，Icm为交流电流的振幅，它们的表达式分别为
Ucm?VCC?ICQ(R4?R5)?UCE(sat)
式中，UCE(sat)称为饱和压降，一般为1V左右。
如果变压器的初级线圈匝数为N1，次级线圈匝数为N2，由式(2-5)、(2-6)可得
N1BRH?N2RH'
式中，RH'为变压器次级接入的负载电阻，及第二级甲类功放的输入阻抗。
3、功率增益
与电压放大器不同的是，功放应有一定的功率增益，对于图2-1所示电路，甲类功放不仅要为下一级功放提供一定的激励功率，而且还需将前级输入的信号进行功率放大，功率增益AP的表达式为
式中，Pi为功放的输入功率，它与功放的输入电压振幅Uim及输入电阻Ri的关系为
式中，Ri可表示为
Ri?hie?(1?hfe)R4
式中，hie为晶体管共射极组态的输入电阻，高频工作时，可认为它近似等于晶体管的基区体电阻rbb'。hfe为晶体管共射极组态的电流放大系数，在高频情况下它是复数，可近似取值为晶体管直流电流放大系数?。
(二)丙类功率放大器
1、工作原理
如图2-1所示，丙类功率放大器的基极偏置电压uBE是利用发射极电流的直流分量IE0在发射极直流负反馈电阻R10上产生的压降来提供的，故称为自给偏置电路。当放大器的
输入信号ui为正弦波时，集电极电流ic为余弦脉冲波。利用谐振回路L5C5的选频作用可输出基波谐振电压uC1、电流iC1。图2-3画出了丙类谐振功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。
2、功率与效率
丙类谐振功率放大器是依靠激励信号对功放管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率转换成负载回路的交流功率的作用。在直流功率相同的条件下，转换的效率越高，输出的交流功率越大。
(1)直流电源VCC提供的直流功率
式中，IC0为集电极电流iC的直流分量。电流iC经傅立叶级数分解，可得峰值Icm与分解系数?n(?)的关系式
?n(?)?Icnm/Icm
IC0?Icm?(?)0
(?)分解系数?n与?的关系如图2-4所示。
图2-5所示为功放管特性曲线折线化后的输入电压uBE与集电极脉冲电流iC的波形关系，由图可得
UON?VBBcos??Ubm
式中，UON为晶体管导通电压(硅管约为0.6V，锗管约为0.2V)；
Ubm为激励电压(输入电压)的振幅。
VBB为基极直流偏置电压，一般取0~0.2V。在自给偏置电路中，其值可由下式确定
VBB??IC0?RE
式中，RE为功放管发射极直流负反馈电阻，在图2-1所示电路中，RE?R10。
当uBE大于晶体管的导通电压UON时，晶体管导通并工作于线性放大状态，集电极脉冲电流ic与基极脉冲电流ib成线性关系，满足关系式
Icm?hfeIbm??Ibm
(2)集电极输出的基波功率
22111PC?Uc1mIc1m?Ic1mRo?Uc1m/Ro222
式中，Uc1m为集电极基波电压的振幅，Ic1m为集电极基波电流的振幅；Ro为集电极负载电阻，最佳匹配状态下有Ro?RH，三者间的关系为
Uc1m?Ic1mRo
Ic1m?Icm?1(?)式中，，即集电极基波电流振幅等于集电极电流振幅与基波电流分解系数之积。
(3)功率增益
式中，Pi为功放的基极基波输入功率，它与基波输入电流振幅Ib1m、基波输入电压振幅Ub1m
及输入电阻Ri的关系为
111Pi?Ub1mIb1m?Ub1m2/Ri?Ib1m2Ri222
实验电流中，Ri可表示为Ri?hie。
由公式(2-19)和(2-22)可得
Uc1mIc1mAP?Ub1mIb1m
(4)放大器的效率
PC1Uc1mIc1m?????PV2VCCIC0
(?)1Uc1m?1(?)1?1
???????2VCC?0(?)2?0(?)
式中，??Uc1m/VCC称为电压利用系数。
功率放大器的设计原则是在高效率下获得较大的输出功率。在实际运用中，为兼顾高输出功率和高效率原则，通常取??60~80。
3、偏置电路及耦合回路
(1)偏置电路
丙类谐振功率放大器常用的三种偏置电路如图2-7所示。图2-7(a)是利用基极电流在基区体电阻rbb'上的降压作为偏置电压。其电路简单，但偏压小，且易随晶体管rbb'而变，不能保持稳定的电压，因此一般用于大功率丙类谐振功放。图(b)是利用基极电流的直流分量在Rb上的降压得到偏置电压，Cb为高频旁路电容。其优点是偏置电压随输入信号的大小自动调节。图(c)是利用发射极电流的直流分量在Re上建立偏压，Ce为高频旁路电容。为了避免Re上产生交流负反馈，需设置时间常数ReCe?(3~5)/?0。它可以自动维持放大器稳定工作，当激励信号加大时，负偏压加大，似的Ie0相对增加量减小。这实质上就是直流负反馈的作用，可以是放大器工作状态变化不大。缺点是由于Re上建立了一定大小的直流偏压，减小了电源电压利用率。因此Re不宜取得过大，以免影响放大器的输出功率。而且在高频工作时，发射极很难完全接地，故在频率很高的丙类功放中使用较少。
(2)耦合电路
输入耦合回路的作用是自前级取得最大的激励功率，而输出耦合回路则是保证放大器的输出功率能有效地加到负载上。
如图2-1所示，丙类谐振功放的输出回路采用变压器耦合方式，其作用可以归纳为： ①实现阻抗匹配，使负载电阻RL能与放大器的最佳负载RH匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大。
②与谐振回路配合，抑制工作频带范围以外的频率分量，使负载上只有基波分量及频带内频谱分量存在。
耦合电路形式很多，本实验采用变压器耦合方式， 其等效电路如图2-6所示。为了减小晶体管输出阻抗对耦合回路的影响，变压器初级采用部分接入方式耦合。回路的谐振频率为
11?0?f0?2?LC或LC
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为什么低频功率放大器不能工作于丙类?而高频功率放大器则可以工作于丙类?
复习丙类高频功率放大器，不理解为什么高频里有C类功放，低频里就没有呢，虽然丙类工作状态集电极电流是尖顶脉冲状已经严重失真了，但高频里不是也用谐振回路取出了想要的谐波分量么，低频里就用个大点的电容和电感呗！我们学校的课件上是这么解释的，但是感觉没法理解，求坛友指教！
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14:05 上传
对于音频来说，丙类放大的谐波会落在音频频带范围以内。比如1kHz的音频，其谐波是2、3、...khz，处于音频20-20khz范围之内，不可能把它们去除。
对于高频来说，其谐波落在所需要的频带之外。比如放大1MHz的频率，其谐波是2、3、...Mhz，而所需要的频带范围是正负10khz。就可以用带通滤波器滤除谐波，得到所需要的信号了。
丙类放大在单一频率高频电路效率最高，负载采用谐振回路，波形因为谐振回路得以恢复。因为音频调制不论是调幅还是调频并不产生失真
丙类放大在音频因为正负半周的交越被抑制，产生不可避免的失真
五十年代老矿石 发表于
丙类放大在单一频率高频电路效率最高，负载采用谐振回路，波形因为谐振回路得以恢复。因为音频调制不论是调 ...
您的意思是语音信号是多频信号所以不能用丙类功放吗？还是没太能理解您的意思
yngz 发表于
对于音频来说，丙类放大的谐波会落在音频频带范围以内。比如1kHz的音频，其谐波是2、3、...khz，处于音频20 ...
您的这个解释很在理而且很好理解，比幻灯片上的解释明白多了，谢谢指教！
丙类功放电路是高效率但失真很大的放大电路，用于高频放大电路中在这种电路中是靠输出端的谐振选频回路
选出放大后的信号，高频信号的带宽较窄。音频信号的频率带宽相对较宽是不能用于丙类放大电路中。
本帖最后由 ylong777 于
22:03 编辑
其实丙类放大电路基极是对地负偏电压，要取得负偏压一般是基极对地并联个不大电阻或不大的电感，这对高频来说是想当大的阻抗或感抗，但对低频信号来说是对地的通路，阻抗或感抗几乎为零，难道楼主要把低频信号直接通路到地?那就没有放大效果了，若增大电阻或电感，就没有丙类意义负偏压放大了，所以丙类放大电路只适合高频，对低频来说，没有任何放大作用，因为输入低频信号直接入地端了。
楼主要从高频到低频所通过阻抗容抗感抗不同方面理解，就能大彻大悟。
丙类主要是波形太差，做音频明显听出失真，而用在高频发射主要做音频的载频对波形要求不严，并在捡波后高频成分任务完成被滤掉
丙类放大在单一频率高频电路效率最高，负载采用谐振回路，波形因为谐振回路得以恢复。因为音频调制不论是调幅还是调频并不产生失真
丙类放大在音频因为正负半周的交越被抑制，产生不可避免的失真。
丙类虽然不见了下半部分，看起来波形是差了，但调制在他上面的低频的包络仍然是存在的，因此低频的包络可以无失真还原出来。
高频功率放大不但可用丙类还可用开关电路。
丙类放大电路用在低频放大，根本就不能工作，何来放大波形，输入端直接把音频信号入地，何来放大波形?
音频放大电路可以使用丙类，前提是放大电路要的是电平而非波形，录音机的ALC取样、电平指示灯电路都是丙类。丙类放大失真大，音频功率放大要的是不失真的波型，用丙类就不合适了。
调幅、调频信号的载波波形同样没意义，载波可以是正弦波、方波、三角波或其它波形，都不影响调制信号的正确解调，因此检波之前的电路可以出现波形失真（但不允许出现振幅失真）。
俺的理解：丙类放大器其实需要在输出端加一个带通滤波器来获得以载频为中心，频偏不大的正弦波。音频信号本身既是多频率混合，而且频偏高达千倍，没办法做出通频带不停变动的带通滤波器来滤出所需的音频信号输出
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