单管AB类也算线性放大器？ [复制链接]

纳闷了好久了，一直没想明白，还望各路高手不吝赐教。

日本人 铃木宪次 写的《高频电路设计与制作》当中，
有一个用一颗2sc1970做的ab类功率放大器，
电路的偏置用78l05外加一颗可调电阻，
并将ib调到了50ma左右，还作了温度补偿，等等等等......
嗯，这些都没觉得有什么问题。

问题在于后面又有一篇文章，
讲的是利用已经做出来的单边带发生器和一片用ta7320(类似ne602)
组成的vxo以及dbm上变频至21mhz，
然后稍加滤波就接上了刚刚说的那个ab类功放，
当然，后面还接了lpf......

问题就在这里，
众所周知，单边带这样的非恒定包络信号是需要线性放大器进行放大的。
a类，推挽ab类都是线性放大器，这个我能理解；
但是单管的ab只能导通半个周期多一点点，放大器输出的波形完全是失真的，
若是用来当cw或者fm的功放滤滤谐波可能也就差不多了，
但是他怎么就能够用来放大ssb信号捏？

小弟若是说的不对，尽管砸砖头过来，反正俺只要搞清楚就赚了

酱油，磁铁

他放大的信号是小信号，且三极管的静态电流调的较大。在放大小信号时和甲类差不多，输入的信号的幅度大了就不行了。这是我的理解，不一定正确。

不拍砖，您理解得对，不可能不失真。

虽然失真，还要看看失真的后果：经过这样的放大器，ssb信号的包络和相位没出问题，虽然信号只剩半边儿多一点儿了。所以这里的“线性”是对ssb的包络和相位的，放大器的非线性带来高次谐波，用滤波器即可还原。

当然单边放大还是有点儿问题的，晶体管的非线性较电子管明显，特别是特性曲线的三次项较强，这会导致交调，就是互调失真，使ssb信号的带宽散开，并且话音不太清晰。用“推挽”的方式有部分抵消的效果，所以推挽更常见些。

而电子管功放中单边的就最多见，原因同上。

再补充。不太严格地讲，对讲机用的那些功放模块都能用来放大ssb信号。原理就是模块是ab类偏置的，不是c类的。

'

再补充。不太严格地讲，对讲机用的那些功放模块都能用来放大ssb信号。原理就是模块是ab类偏置的，不是c类的。

'
请教：可以与不可之间有度的明显界限吗？常见的单管推动级静态电流从100ma到3-400ma都有，实际上高限比低限能好多少？谢谢！

根据我几年前的实验，静态偏置对失真不产生大的影响，只影响功率增益。所以我觉得如果增益足够，就可以降低静态偏置。

我实验是用daiwa一款35w的v段功放做的，里面就是一只单管，型号忘了，可以回家查。这功放产生大约20w峰值功率时互调失真可以接受。当时条件不好，功率表是daiwa的cn101，推动是ft-817，互调失真靠切换上下边带，然后耳朵听。所以互调一项可能不大准。现在条件更不好了，因为我把817给卖了，:)

另不大理解您的“度”，大概是定量的意思吧，我猜。反正只要互调失真不太大，不干扰临频道的工作，就证明功放成功了，我觉得这需要实验，因为我们的仪器都比较有限。

'

不拍砖，您理解得对，不可能不失真。
虽然失真，还要看看失真的后果：经过这样的放大器，ssb信号的包络和相位没出问题，虽然信号只剩半边儿多一点儿了。所以这里的“线性”是对ssb的包络和相位的，放大器的非线性带来高次谐波，用滤波器即可还原。
当然单边放大还是有点儿问题的，晶体管的非线性较电子管明显，特别是特性曲线的三次项较强，这会导致交调，就是互调失真，使ssb信号的带宽散开，并且话音不太清晰。用“推挽”的方式有部分抵消的效果，所以推挽更常见些。
而电子管功放中单边的就最多见，原因同上。

'
多谢1es的详细解释，解决我困扰已久的疑问；
查了一些资料，又仔细想了一下，基本上想明白了。

关于“ssb信号的包络经过ab类放大器后没出问题”
是不是可以这样理解：
从时域上讲，ssb信号在经过ab类放大器放大后，
在射频信号的正半周，因为处在管子的线性区，所以上半周的包络基本上可以认为没有失真；
但是负半周的情形则不同，由于大部分在管子的截止区，
所以包络不仅幅度被严重压缩，同时还产生了非线性失真；

但是由于单边带信号的包络是正负对称的，所以只要有上半周的包络即可完整表达其携带的信息；
而负半周的失真部分，在频域上，一部分表现为谐波，另一部分则表现为互调失真；

我想后续再做这样一个实验进行验证：
-----------------------------------------------------
调制信号为等幅双音，[比如一个为1.2khz，另一个为2.0khz]，
观察此等幅双音信号的包络和频谱；

然后对此等幅双音信号进行单边带调制，[比如载波为7mhz]；
观察输出的单边带信号的包络和频谱；

接着将此单边带信号送入ab类放大器，并进行滤波；
观察单边带信号在输入端、ab类放大器输出端以及滤波后的信号
三者在频谱和包络上的差异。
-----------------------------------------------------
由此可以从不同角度看出单管ab类放大器对单边带信号的失真的具体影响；

根据查到的资料，
等幅双音信号的包络应该也是一个余弦信号，
包络的频率为两双音频率差的一半，
  [在本例中就是(2.0-1.2)/2=0.4khz]；
调制后的单边带信号的包络与此相同(严格说是只在幅度上乘了一个系数)，也是同样的频率
  [0.4khz的余弦波]。

两者的差异在于包络内的填充频率不同：
  等幅双音的填充频率为两双音频率和的一半，
    [在本例中也就是(2.0+1.2)/2=1.6khz]；
  调制后的单边带信号包络内的填充频率为：
    usb:载波频率+双音包络内的填充频率,
        [本例中为：7mhz+1.6khz=7.0016mhz];
    lsb:载波频率-双音包络内的填充频率,
        [本例中为：7mhz-1.6khz=6.9984mhz]；

以后有时间了把实验结果贴上来。

又想了一下，等幅双音调制的单边带信号其实不就是
射频双音信号嘛，想复杂了；
这样实验做起来就简单多了，
直接用个合路器把两路射频信号相加就ok了，基本上应该跟测imd差不多。

'

再补充。不太严格地讲，对讲机用的那些功放模块都能用来放大ssb信号。原理就是模块是ab类偏置的，不是c类的。

'

对您的观点持保留态度

'

又想了一下，等幅双音调制的单边带信号其实不就是
射频双音信号嘛，想复杂了；
这样实验做起来就简单多了，
直接用个合路器把两路射频信号相加就ok了，基本上应该跟测imd差不多。

'

等幅双音的af信号调制一ssb信号发生器，由于有源器件的非线性，得到的等幅双频rf信号必然是有imd的，作为基准测量信号显然不合适。

下图分别是arrl测试接收机和放大器的等幅双频rf信号产生方式

纯理论的角度考虑，两个异频率的rf信号（信号本身必须频谱纯净）经过只有r/l/c的无源器件（忽略铁氧体等磁性元件的非线性）构成的合并器，50%的功率消耗在吸收电阻，50%的功率输出为无imd的理想等幅双频rf信号。

'

对您的观点持保留态度 [表情]

'

'

等幅双音的af信号调制一ssb信号发生器，由于有源器件的非线性，得到的等幅双频rf信号必然是有imd的，作为基准测量信号显然不合适。
......

'
谢谢你的图。
刚刚去做了实验，确实如您所说，imd的问题很麻烦。
我本来是准备这样做的，用等幅双音(相隔0.8khz，比如一个为5khz，另一个为5.8khz)对一射频信号进行am调制，得到的信号送到具有良好矩形系数的晶体滤波器(带宽约2khz)，这样am信号的载波和互调成分基本上可以滤得很干净，然后将这个小信号送到一个具有较大功率余量的放大器(比如100w)进行小功率输出(比如1w)，此信号作为等幅双频的rf测试信号，问题应该不大。
我用的信号源是agilent的e4438c，按理说性能也算是不错了，结果在用其内部的双音进行am调制时发现其imd也有-30db的样子，降低输出功率也是如此；
看来如果自己用电路搭的话可能就更难避免imd了；
所以你说的arrl的那种方法应该是上选

'

又想了一下，等幅双音调制的单边带信号其实不就是
射频双音信号嘛，想复杂了；
这样实验做起来就简单多了，
直接用个合路器把两路射频信号相加就ok了，基本上应该跟测imd差不多。

'

可惜，真实实验做不了，没条件了。但是受您启发，俺仿真了一把。就是把两个信号源叠起来当双音用，因为是假环境，所以不用考虑物理世界的可操作性。算一下5khz和6khz的3阶互调应该分别是5x2-6=4khz以及6x2-5=7khz。

实际仿真效果见下图，红色波形是放大器的输出，蓝色是信号源输入。而频谱图显示3阶互调在-20db左右，更高阶互调成份也存在但是不严重。2次和3次谐波很强，当加入滤波器后就不是问题了。从实验结果可知加大负反馈或者减小激励都可以降低imd。单管放大器的确可用， 。

发照片凑份子：

把这个用2sc1970的小功放做出来了，初步测了一下，基本上与之前预想的一样：
甲类的增益确实明显高于甲乙类，这个没有问题；
不过关于互调失真则还有待验证，因为我的结果显示，在小功率时甲类的imd3小于甲乙类，而当输出功率接近或达到1db压缩点时，甲类的imd3却比甲乙类要差，而且恶化的速度很快。
测试用的信号可以保证是没有互调失真的，从图上的频谱就能看出来；
按照顺序，从上到下的图片分别是：
1：测试装置
2：pa最大输入双音信号的频谱
3：pa(甲乙类)的幅频响应
4：pa的增益 vs 输入功率特性
5：pa(甲乙类)的输出功率及imd3 vs 输入功率
6：pa(甲类)的输出功率及imd3 vs 输入功率

图六：
由于这次测试没有观察谐波，所以我怀疑出现这样的结果可能是因为我调的偏置电流过大了，导致了饱和失真；
接下来有结果了继续贴上来。

非常好！不妨试试偏流20ma的工作状况，这时候效率应该高不少，但激励要给大些了可能。:)

这么接没有错。

单管ab类等于只放大半周，等效于ssb信号和一个载频的方波的乘积信号，在频域上等效于ssb信号和它的无数个谐波，用lpf可以还原ssb信号。

所以还可以推论，ssb放大器只能有两种：
1、整个周期都导通的a类，无失真；
2、只导通半个周期的单管ab类，有谐波失真，但是可以用lpf消除。

再推论：其它导通周期的功放都不可用。

'

这么接没有错。
单管ab类等于只放大半周，等效于ssb信号和一个载频的方波的乘积信号，在频域上等效于ssb信号和它的无数个谐波，用lpf可以还原ssb信号。
所以还可以推论，ssb放大器只能有两种：
1、整个周期都导通的a类，无失真；
2、只导通半个周期的单管ab类，有谐波失真，但是可以用lpf消除。
再推论：其它导通周期的功放都不可用。

'

再推论，单管ab类放大器用在ssb类的窄带信号放大时，加上lpf后可以看作线性放大器。但是对于宽带信号，不能看作线性放大器，加lpf也不可以。

单管ab也是线性放大器，线性非线性的区别就是管子工作时候的导通角（就是偏压或者偏流），并不是单管双管来区别的。常用的功率双管放大只是为了提高放大功率，消除谐波，多半是使用的功率合成技术，并不是推挽技术。