Vbm
V
BB
,

或Vbm ,

集电极电流ic虽然是脉冲状，但集电极输出电压近似为余弦 波形，且与输入电压同频、反相。
谐振功率放大器的折线近似分析法
一、折线法 对谐振功率放大器进行分析计算，关键在于求出电流的直 工程上都采用近似估算和实验调整相结合的方法对高频功 所谓折线法是将电子器件的特性曲线理想化，用一组折线 流分量Ic0和基频分量Icm1。 率放大器进行分析和计算。折线法就是常用的一种分析法。 代替晶体管静态特性曲线后进行分析和计算的方法 。 折线分析法的主要步骤： 1、测出晶体管的转移特性曲线ic~ eb及输出特性曲线ic~ ec， 并将这两组曲线作理想折线化处理 2、作出动态特性曲线 3、是根据激励电压vb的大小在已知理想特性曲线上画出对 应电流脉冲ic和输出电压vc的波形 4、求出ic的各次谐波分量Ic0、Ic1、Ic2……由给定的负载谐 振阻抗的大小，即可求得放大器的输出电压、输出功率、 直流供给功率、效率等指标
VD VBB 0.5 0.5 2.46 V cos 0.407
Vbm
三.工作状态
2-2
假设一：谐振回路具有理想滤波特性，其上只能产 生基波分量；
假设二：功率管的特性用输入和输出静态特性曲线 表示，其高频效应可忽略。
动态线（Dynimic Line）：
根据Vbe和Vce的值在以Vbe为参变量的输出特性曲线上
ic gc ic 临界线 过压区 gcr 欠压区 eb
理化折线 （虚线） 0 eb 0 (a) (b) ec
VBZ
晶体管实际特性和理想折线
谐振功率放大器的折线近似分析法
三、集电极余弦电流脉冲的分解 当晶体管特性曲线理想化后，丙类工作状态的集电极电流脉 冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。 晶体管的内部特性为 ic g m (v b e V D ) 它的外部电路关系式
1 1 2 0
查表得知：
1 2 1.75 0
cos 0.407
66

1 ( ) 0.419
0 ( ) 0.239
I cm
I co 300 1255 mA 0 ( ) 0.239
I c1 1 ( ) I cm 0.4191255 525.9 mA
vbe VBB vb (t ) VBB Vbm cosot
当 t=0时，ic= ic max 因此 ic max= gcVbm(1–cos c)
ic max o 2c
尖顶余弦脉冲
t
谐振功率放大器的折线近似分析法
若将尖顶脉冲分解为傅里叶级数
ic =Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+…+Icmncosnt+…
输出功率 P o 6 W 。求电源提供的功率 P dc ， 峰值I cm 和导通角 。若偏压 VBB 0.5 V ， 求输入信号所需的振幅 V bm 。
解
Pdc I c0Vcc 0.3 24 7.2 W
Pc Pdc Po 7.2 6 1.2 W Po 6 83.3% Pdc 7.2
n 1 0 1 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1.0 2 2.0 0 1 0
3 140 100 20 40 60 80 120 160 180
c
尖顶脉冲的分解系数
谐振功率放大器的折线近似分析法
右图可见： 当c≈120时，Icm1/icmax 达到最大值。在Ic max与 负载阻抗Rp为某定值的 情况下，输出功率将达 到最大值。这样看来， 取c=120应该是最佳通 角了。但此时放大器处 于甲级工作状态效率太 低。
则
1 P iC vCE dt C 2 1 iC vCE dt 2
为晶体管集电极电流导通角，iC导通时间越小，
PC就越低。 丙类效率最高。
表 2-1 不同工作状态时放大器的特点 工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类 半导通角 c=180 c=90 90＜c＜180 c＜90 开关状态 理想效率 50% 78.5% 50%＜＜78.5% ＞78.5% 90%~100% 负 载 应 用
o
集电极效率：
Po c PD
Vcm 令集电极电源电压利用系数： VCC 1 Po VCC1 I cm 2 1 VC C1Ic m 1 1 1 2 c g 1 c VC C0Ic m 2 0 2
g 1 c 波形系数，通角c的函数；c越小g1(c)越大
谐振功率放大器的折线近似分析法
二、晶体管特性曲线的理想化及其特性曲线 i c 由图 1) 2) 3) 若临界线的斜率为 根据理想化原理晶体管的静态转移特性可用交横轴于 欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，交 过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱 临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最 6-7(b) ，则临界线方程可写为 VBZ的 在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱 g 则 ic =gc可见，在饱和区，根据理想化原理，集电极电流 (eb–VBZg ) cr (e ＞ c b e b e c 常数 i =g e 只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。 和区，将放大区的工作状态分为三种： 一条直线来表示 (VBZ 流输出电压较低且变化较大。 大点电流正好落在临界线上。 和区，交流输出电压较高且变化不大。 为截止偏压 )。 VBZ) c cr c
n 1 0 1 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1.0 2 2.0 0 1 0
3 140 100 20 40 60 80 120 160 180 c
尖顶脉冲的分解系数
谐振功率放大器的折线近似分析法
由于：
c Po 1 VcmIcm1 1 1 (c ) 1 g1 (c ) P 2 VCC Ic0 2 n (c ) 2
1、使用高频功率放大器的目的： 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 在原理上，它与其它放大器一样，都是在输入信号的作 用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号的功率。 但是，它们在性能要求和器件运用特性上都是不同的。

安全
高功率
不失真（或失真在允许范围内）
功放是能量转换器。在输入信号的作用下，直 流电源提供的直流功率PD中，一部分被转换为输出 信号功率Po(Output signal power)，其余部分消耗
vce VCC Vcm cost
谐振电阻：
Vcm Re I c1
直流功率：
PD Vcc I c0 0 I cmVcc
Vcm I c1 1 2 Po I c1 Re 2 2
输出功率：
其中 损耗功率：
I I
c0 0
C D
cm
I I
c1 1
cm
P P P
3 140 100 20 40 60 80 120 160 180 c
尖顶脉冲的分解系数
因此，为了兼顾功率与效 率，最佳通角取70左右。
二. 性能分析 (近似分析)
假设：谐振回路具有理想滤波特性。只产生 基波电压，其他分量忽略不计。
vbe VBB Vbm cost
电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路
低频 低频，高频 低频 高频 高频
谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态，属于非线性电路 功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率
§ 2.2
丙类谐振功率放大器
(Resonate Power Amplifier)
本节主要内容：
丙类放大器工作原理
工作状态分析
由傅里叶级数的求系数法得
I C 0 i C max0 ( c ) I cm1 i C max1 ( c ) I cmn i C max n ( c )
其中：
cosc sin c 1 ( c ) c (1 cosc ) 2 sin nc cosc n cos nc sin c n ( c ) n( n 2 1)(1 cosc ) 0 ( c ) sin c c cosc (1 cosc )
2-2
直线AB、BC动态特性曲线

当A2点处于临界区称为临界（Critical）状态
•当A1点处于放大区称为欠压（Undervoltage）状态
•当A3点处于饱和区称为过压（Overvoltage）状态
X
5/1/2015 2:52 PM 28
利用A，B两点直线计算斜率：
n 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
1 0 1 2.0 1.0 0 1 0 2
( ) g1 (c ) 1 c 0 (c )
－波形系数
由曲线可知：极端情况 c=0时，g ( ) 1 (c ) 2
1 c
0 (c )
此时=1，c可达100%
找出对应的动态点和由此确定的ic值并画出ic的波形。
其中，动态点的连线称为谐振功率放大器的动态线。
t 0 ， U BE VBB Vbm ， uCE VCC Vcm A点：
t ， ic 0 ， uCE VCC Vcm cos B点：
t C点：
， ic 0 ， uCE VCC Vcm
为了实现丙类工作，基极偏置电压VBB 应设置在功率管的截止区。
2-1
集电极电流是一串周期重复的余弦脉冲序列，脉冲宽 度小于半个周期。
ic =Ic0+Icm1cost+Icm2cos2t+…+Icmncosnt+…
vbe VBB vb (t ) VBB Vbm cosot VD VBB vbe VD 时， cos