vo
t
它体现了vC的振幅对VCC 这个电压范围利用的程 度 称为集电极电压利用系 数,
§6.3 功率放大器的折线分析法

§6.3.1 晶体管特性曲线理想化及表达式
折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折 线代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法。 对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电 流的直流分量Ic0和基频分量Icm1。
§6.2.1 获得高效率所需要的条件 （1）为什么谐振功率放大器要处于丙类？
记直流电源输出功率为 P
功放输出交流信号的功 率为P O 晶体管集电极消耗的功 率为P C 根据能量守恒定律，有 P P O P C
PO PO 效率C P PO PC
不难看出，设法降低Pc可以提高功放的效率
第六章
高频功率放大器
电路性质：非线性 放大器种类：丙类 基础知识：折线分析法
本章的知识结构
§6.1 概述 一定要彻底吃透 §6.2 工作原理（重点） §6.3 功率放大器的折线分析法（重点） §6.5 高频功放的电路组成（实验需要） §6.6 丁类（D类）功放简介（了解即可） §6.10 晶体管倍频器（了解即可）
cm
cost
将LC回路谐振时的等效电阻 Rp画出 2 1 Vcm PO 可以看出输出功率 P O为Rp上消耗的功率 2 Rp 另外, 考虑I c0将全部被L短路，I cm2、I cm3等分量被C短路
Rp上的电流为 I cm1 cost 1 1 2 PO 又可写成 PO Vcm I cm1 I cm1 R p 2 2
Pc与ic和Vc的关系
ic
+
Vc -
Pc的瞬时功率为ic和Vc的乘积
甲类、乙类、丙类放大器的演示
为什么在丙类时Pc最小
可见丙类放大器的Pc最小，效率最高
（2）谐振功放的基本电路
ic iB + vb –
ve b B
为什么必须以LC回路作为负载？
+
v ec C
L C – vo + 输出
首先，为了提高功 放效率，在基极回 路加入了反向偏置 电压VBB，从而使 放大器处于丙类。
ic gc ic 临界线 过压区 gcr 欠压区 eb
理想化折线 （虚线） 0 eb 0 (a) (b) ec
VBZ
一定要注意 gc与gcr不是一回事 !
§6.3.2 集电极余弦脉冲电流ic分解
在第五章的折线分析法中我们已经得到
iC
iC gc (VBB Vbm cost VBZ ) 从括号中提出 Vbm VBB VBZ iC g cVbm (cost ) Vbm

本节的理论完全可用于对电子管高频功放的分析 和计算； 对于工作在中高频的晶体管功放，本节的理论基 本可以使用，但会有一定的误差； 但对于工作在甚高频的晶体管功放，本节的理论 将会有很大的误差，这是由于晶体管的物理结构 导致的高频特性不理想造成的，但本节的理论仍 然对功放的设计有定性的指导作用。
从第五章可知它为cosθ
c
iC max
0
t
iC gcVbm (cost cosC ) (cost cosC ) (cost cosC ) g cVbm (1 cos C ) iC max (1 cosC ) (1 cosC )
从第五章可知它为iCmax
Vc min
Vcm
vC
vc ic
vcC e
VBZ
有阴影的波形为 iC
Vb max t
VCC
o c
2
vB
–VBZ 2
3
2
5 2
Vbm vb
vBE
例如可以看出，iC最大值 (b) iCmax的时候vC最小值vCmin
（4）对2个问题的解释

问题一（可能会引起同学们困惑的问题）
为什么ic的波形时有时无,而输出的波形vo却能
等 效
由于LC的选频作用
IC0
I cm1 cost I cm2 cos2t
vo V
om
cost
分析第三步：VCC减去vo得到集电极电压vC
iC
vBE VBB
vC
vb
vo V
om
cost
vC的振幅Vcm Vom (vo振幅)
VCC
vC
VCC
vC VCC vo VCC Vom cost

c 70
O
§6.2.2 功率关系
第一步: 分析电源输出功率 P
余弦电流脉冲ic可分解为付立叶级数：
ic I c0 I cm1 cost I cm2 cos2t I cmn cosnt
根据付立叶级数原理 I c 0 1 T

T /2
T / 2
ic d (t )
（3）电路图中各变量关系及波形分析
分析第一步：输入信号有反向偏置电压，从而输出为余弦脉冲 iC iC
vb
vBE
VBB
VBB
t0
输入信号振幅记为 Vbm
VBZ
vBE
0
t
vBE
t
分析第二步：把集电极余弦电流脉冲看成一系列电流源的叠加
iC
vb
vBE
为了分析更清晰，先假设没有抽头
iC
0
VBB
VCC

将LC比喻成单摆

如果把单摆摆到左边比喻成能量储存到电 感，则单摆摆到右边可比喻成能量储存到 电容，要是单摆持续摆动，不需要手一直 推，而在适当的时候推很短的一下（可比 喻成ic ）即可。
问题二：半流通角θc通常多大合适?
如果θc取值过大，趋向甲类放大器，则效率 太低； 如果θc取值过小，效率虽然提高了，但输出 功率的绝对值太小（因为ic脉冲太低）； 这是一对矛盾，根据实验折中，人们通常 取
–
– iE – VCC +
– + VBB
因此集电极输出的波形不再是余弦信号，而是余弦脉冲 （原因参见第五章折线法，或看前两页的Flash）
余弦脉冲可以ωt
显然iC也是周期信号 若对 i c 分解为付里叶级数为：
ic I c0 I cm1 cost I cm2 cos2t I cmn cosnt
是连续的?

问题二（有的题目已知条件不给θc,而解题 中又需要θc ）
半流通角θc通常取多大比较合适?
问题一：为什么ic的波形时有时无, 而输出的波形vo却能是连续的?
如果能从频谱的角度来理解最好，即ic是有 很多余弦分量相加而成的，经过滤波器将 其他分量滤除，剩下的自然是一个基频余 弦分量Icm1cosωt 另外一种理解方法是：LC具有储能作用， 当ic为0时，由于C上电压不能突变，所以在 LC之间来回充放电，可以用自行车飞轮或 一个单摆来比喻。
iCmax (
cost cos c )d (t ) 1 cos c
I c0
iCmax sin c c cos c 1 cos c
iCmax 0 c
仅与C 有关记为0 (C )
§6.3.2 集电极余弦脉冲电流iC分解
同理可得
I C 0 iC max 0 C

本章（主要指前3节）知识的特点

知识特点
变量较多、题型非常灵活多变 三极管不再单纯处于工作区 必须熟练掌握折线法

学习方法
一定要把教材208页的波形图彻底理解 先画图再做题，理清变量关系。 熟练掌握 iC max与cosc的关系和表达式
§6.1 概述
（1）高频功率放大器的种类 （2）高频功率放大器的应用场合 （3）高频功放与低频功放的区别 （4）分析高频功放时应注意的事项 （5）高频功放的主要技术指标
直流分量I c 0 I cm1 (应该输出的波形 )
ωt ωt
I cm2
ωt
iC可以看成是这些波形的 叠加后的结果
通过LC回路,滤去无用分量，只留下 Icm1cosωt分量
回路失谐可能造成什么后果?

从输出信号和三极管两个角度来分析
对输出来说，如果LC回路失谐，相当于滤波器
的中心频率偏移，会使有用频率幅度降低，而 使无用频率得到放大，从而使输出波形产生失 真； 对三极管来说，如果LC回路失谐，根据第三章 知识，则LC的导纳变大（阻抗变小），使回路 电流增大，而且电压集中在三极管上，三极管 可能由于功率过大而烧毁。
话 筒 音频 放大器 调制器 变频器 激励放大 输出功 率放大
载波 振荡器
无线发射机
天线开关
无线接收机
扬 声 器 音频 放大器 解调器 中频放大 与滤波 混频器 高频放大
本地 振荡器
从图中可见，高频功放是无线发射机的重要组成部分
（3）高频（谐振）功放与低频功放的区别
低频功放 工作频率 应用场合 负载 放大器类型 音频 接收机末端 纯电阻 甲类或乙类 高频功放 射频 发射机末端 LC谐振回路 丙类
第三步: 分析效率 C
仅与C有关(后面将给大家证明 )，可记为g1 (C )
1 V I PO 2 cm cm1 1 Vcm I cm1 1 I cm1 C P VCC I c 0 2 VCC I c 0 2 I c0
记为
VCC
vC
VCC
Vcm
1 g1 ( C ) 2
对于特定的 C可以通过查教材 P265 的附录表查出 0 (C )、1 (C )、g1 (C )
θc对高频谐振功放效率的影响
n 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1.0 2 2.0 1 0
T /2 T / 2 CC