6.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法
6.3.1 晶体管特性曲线的理想化及其解析式
由于晶体管的静态特性曲线与频率有关，通常所说的静态特性曲线是指低频区。直接进行高频区或中频区的分析和计算是相当困难的。本节从低频区的静态特性来解析晶体管的高频功放的工作原理。
折线分析法的主要步骤：
1、测出晶体管转移特性曲线iC?vBE及输出特性曲线iC?vCE，并作理想折线化处理。 2、作出动态特性曲线
3、根据激励电压vb在理想特性曲线上画出对应iC和vc的波形
4、求出iC各次谐波分量，由给定的负载谐振阻抗，求得放大器的输出电压、功率、效率等指标。
临界线 ic ic 欠压区 过压区 gcr vBE gc
理想化折线
（虚线）
vBE 0
VBZ 0 vCE
转移特性曲线：晶体管某一vCE下静态特性，但不同vCE下基本重合，无负载阻抗。
iC?gc(vBE?VBZ)，vBE?VBZ时。
输出特性曲线：临界线iC?gcrvCE。
根据是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：
欠压：集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压低且变化较大。
过压：集电极最大点电流进入临界线左的饱和区，交流输出电压高且变化不大。 集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。
临界：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。
6.3.2 集电极余弦电流脉冲的分解
?t?0时，iC?iCmax?gcVbm(1?cos?c)
cos?t?cos?ciC?iCmax，iC取决于iCmax、?c。
1?cos?ciC?IC0?Icm1cos?t?Icm2cos2?t??? IC0?iCmax?0(?c)Icm1?iCmax?1(?c) Icmn?iCmax?n(?c)sin?c??ccos?c?(1?cos?c) ??cos?csin?c?1(?c)?c?(1?cos?c)2sinn?ccos?c?ncosn?csin?c?n(?c)???n(n2?1)(1?cos?c) ?n ?1 ?0 0.5 ?0(?c)? 2.0 0.4 ? 1 0.3 ?1.0 0 0.2 ? 2 0.1 ?140? 3 100? 0 ? 160 20? 40? 60? 80? 120 ? 180? ?c ? 1 ? 0 ?c?
Po1VcmIcm11?1(?c)1 ?(?)?????g1(?c)，波形系数g1(?c)?1c P?2VCCIc02?n(?c)2?0(?c)31
?c?120?时，Icm1最大，输出功率Po最大，但放大器处于甲乙类，效率?c低。 ?c?0?时，g1(?c)最大，效率?c最高，但Icm1?0，输出功率Po?0。
兼顾功率与效率，最佳通角取70?左右。
6.3.3 高频功率放大器的动态特性与负载特性
高频放大器的工作状态是由负载阻抗Rp、激励电压Vbm、供电电压VCC、VBB等4个参量决定的。 改变Rp、Vbm、VCC、VBB，可以调整欠压、临界、过压三种工作状态。 首先建立由Rp、Vbm、VCC、VBB所表示的输出动态负载曲线。 1. 谐振功率放大器的动态特性
外电路特性：vBE??VBB?Vbmcos?t ，
vCE?VCC?Vcmcos?t
晶体管转移特性：iC?gc(vBE?VBZ)。
消去cos?t、vBE，得iC?vCE平面的动态特性曲线(交流负载线或工作路，外电路特性+晶体管特性)，
Vbm?VbmVCC?VBZVcm?VBBVcm?v??gd(vCE?V0) （放大区，实际为曲线） CE??Vcm?Vbm?Vcm?VCC?VCES，设计时通常已知。 iC??gc动态特性曲线作法： 点P+斜率
点Q+点A：Q处?t?90?，vCE?VCC，vBE??VBB，虚拟电流iC?IQ?gc(?VBB?VBZ)
A处?t?0?，vCE?vCEmin?VCC?Vcm，vBE?vBEmax??VBB?Vbm，iC?gc(VBE?VBZ)
动态特性曲线的斜率为负值，即从负载方面看，放大器相当于负电阻，可以输出电能至负载。 截止区和饱和区内的动态特性曲线分别和输出特性曲线的截止线和临界饱和线重合。
ic ic
vBE=vBE max B A
1 1 2 2 iCmax 3 Rp C 3 负载增大 D vCE VCC ?t
0 P Q
180? Vcm 1.欠压状态
半导通角 ＜90? VCE min Vcm 2.临界状态 Vcm 3.过压状态
在过压状态，iC波形顶部发生凹陷, 这是由于过压区转移特性为负斜率。
用类似方法，可得出iC?vBE坐标平面的动态特性曲线。
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2. 谐振功率放大器的负载特性
Vbm、VCC、VBB不变，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随Rp变化的特性。
VbmV??gcbm，Rp反映负载线的斜率gd。 VcmIcm1Rp欠压：Rp小，Vcm小。Rp↑，iCmaxIC0Icm1略↓（几乎不变，恒流），Vcm?Icm1Rp↑。
12 Po?Icm1Rp小，?c低（Pc?iCvCE大）。用于晶体管基极调幅。
2临界： Vcm大，Po最大。?c较高（Pc?iCvCE小）。用于发射机末级功放。
21Vcm过压： Rp大，Vcm大。Rp↑，iCmax↓（下凹），Vcm基本不变（恒压），Po??小，?c小。
2Rpgd??gc弱过压时效率最高。负载阻抗变化时，输出电压平稳且幅值大，用于发射机中间级、集电极调幅级。
Vcm ?c=Po/P= Icm1
P==VCCIC0 Ic0 Po=VcmIcm1/2 Pc=P=-Po 0 0 欠压 临过压 Rp 欠压 临过压 Rp
界 界
掌握负载特性，对分析集电极、基极调幅电路，对调整谐振功率放大器的工作状态和指标是很有帮助的。
(Vcc?Vces)2临界工作状态对应的负载电阻值称为最佳负载电阻值：Rp?。
2Po最佳负载随导通角?c而改变。?c小，Rp大。
判断放大器是否为临界工作状态的条件：Vcm?VCC?VCES
6.3.4 各极电压对工作状态的影响
1. 电源电压VCC对谐振功率放大器工作状态的影响（Rp、Vbm、VBB不变）
VCC↑：Q点右移，斜率不变 → 欠压区（IC0Icm1略↑，几乎不变） VCC↓：Q点左移，斜率不变 → 过压区（IC0Icm1↓，下凹加剧） VCC对Icm1Po影响大，用于集电极调幅。
ic1 ic2 ic3 ic4 ic5 ic vBE 欠压 临界 过压 VCC5 VCC3 VCC1 vCE P==VCCIC0 Icm1 Ic0 Po=I2cm1Rp/2 Pc=P=-Po vC4 欠压 vC2 vC1 vC3 临界 0 过压状态 欠压状态 VCC 0 过压状态 欠压状态 VCC 过压 vC5 33 2. 激励电压Vbm对谐振功率放大器工作状态的影响（Rp、VCC、VBB不变）
vBEmax??VBB?Vbm，VBB??Vbm?
Vbm↑：vBEmax↑，静态特性曲线上移，负载线不变
→过压区（iCmax↑，但下凹加剧，IC0Icm1略↑）
Vbm↓：vBEmax↑，静态特性曲线上移，负载线不变
→欠压区（iCmax?gcVbm(1?cos?c)↓），用于基极调幅和已调波放大。
如果采用基极自给偏置电路，当Vbm增大时，基极负偏压也增大，将削弱Vbm对放大器工作状态的影响。
ic 0 vC4
vBE4 max vBE 3 max vBE 2 max vBE 1 max VCC Q vC3 vC2 vC1 vCE i Icm1 IC0 p P==VCCIC0 Po=I2cm1Rp/2 Pc=P=-Po O O 欠压状态 过压状态 Vbm 欠压状态 过压状态 Vbm t iE iC ?t ? 6.4 晶体管功率放大器的高频特性
1．基区渡越时间的影响 在高频小信号工作时，渡越角是以扩散电容的形式来表示基区渡越时间的iB 0 +?e -?e 影响。在大信号高频工作时，必须考虑结电容非线性特性。
2?e 2? 渡越角????
发射极电流iE： iE出现负脉冲。工作频率越高，iE负脉冲宽度越大，幅值越高，通角也越扩展。 集电极电流iC： 峰值滞后于iE，iC通角也增大，幅值下降。 基极电流iB：
iB?iE?iC，iB也出现负脉冲。工作频率越高，iE负脉冲宽度越大，幅值越高， 直流量IB0可能为负值，基波分量Ibm1增加，将提高对激励功率的要求。
2．晶体管基极体电阻rbb'的影响
频率增高时，基波分量Ibm1增加，表明b'e间的交流阻抗显著减小，因此rbb'的影响相对增加，要求的
激励功率将更大（分压关系），使功率增益进一步减小。 3．饱和压降VCES
大信号注入时，功率管饱和压降增大，高频工作时，集电极体电阻也要提高，致使饱和压降进一步增加。VCES的增加，会使功率放大器的输出功率、效率、功率增益减少。
4．引线电感的影响
更高频率工作时，要考虑管子各电极引线电感的影响，其中发射极的引线电感影响最严重，它使输出输入电路之间产生寄生耦合。一般长度为10mm的引线，其电感约为10–3?H，感抗上产生负反馈电压，使输出功率及功率增益下降，并使激励增加。
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6.5 高频功率放大器的电路组成
6.5.1 馈电线路 1. 集电极馈电电路
根据直流电源、晶体管、负载的连接关系，分为串联馈电和并联馈电两种。
C ”
L’ L L C C
L’ C ’ C ’
+VCC +VCC
串馈 并馈
高频扼流圈L'阻抗远大于Rp，C'阻抗远小于Rp 。
并馈电路中，信号回路两端均处于直流地电位，回路安装比较方便，调谐电容上无高压，安全可靠，缺点是对地的分布电容大，会影响回路谐振频率的稳定性。串联电路的特点正好与并馈电路相反。
2. 基极馈电电路
基极馈电电路也分串馈和并馈两种。
基极偏置电压VBB可以单独由稳压电源供给，也可以由集电极电源VCC分压供给。在功放级输出功率大于1W时，基极偏置常采用自给偏置电路。
C\L'VBBC'VBBC'
串馈（互感耦合，用于低频或宽带） 并馈（电容耦合，用于高频）
C\L'C\rbb'IE0L'IB0RbC'IB0
ReCe
自给偏置（能自动稳定放大器的工作状态）
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