47厂保加「4z)道be>Ubz()其中，gb是折线的斜率，即gL普
487bgbf)kKbeUbz图4—5理想化输入特性曲线
49由图可知，理想化的晶体管输入特性曲线包括两段，一段对应晶体管截止的情况；另一段对应晶体管导通的情况。2正向传输特性曲线将输入特性的勿乘以/就可得到理想化正向传输特性曲线如图4—6所示。
50aUbe"Ubz图4—6理想化正向传输特性曲线
51理想化正向传输特性曲线的表达式为式中gc为曲线的斜率，即*0~~Ubz)UBEUbz(4.2.3)（424）gc称为理想化晶体管的跨导！它表示晶体管工作于放大区时，单位基
52极电压变化产生的集电极电流变化。3输出特性曲线首先对晶体管在不同区的工作特性加以讨论。晶体管有三个工作区，它们是饱和区、放大区和截止区。图4—7给出理想化的输出特性曲线。
53
54在0A线以左的为饱和区，晶体管工作在饱和区时有如下特点。集电极电流只受〃CE控制，而与〃班无关。”对，L有强烈的控制作用，%略微下降，导致江迅速减小。||OA称为饱和临界线，其斜率为g。。
55它表示晶体管工作于饱和区时，单位集电极电压变化引起集电极电流的变化关系。在0A线以右的放大区，晶体管工作在该区的特点ic基本与%无关,只受到喉的控制,所以各条输出曲线均以〜为参变
56量，且都近似与〃CE轴平行。在截止区，UBE＜时，ZC=0o了解晶体管的特性曲线是分析高频功率放大器的基础。4.2.3高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理电路如图4—8所示。
57kA十放大器一般都采用功率增益较大的共发射极电路。当为反向偏置电
58压，即噎＜0或。＜噎时，发射结只在信号周期的部分时间内处于导通状态，只有当的瞬时值大于晶体管的导通电压°巴基极导通时才■产生基极电流％和集电极电流江。
59
60基极和集电极电流的特点（很重要）。友、心均为一系列高频余弦脉冲，这时高频功率放大器工作在丙类（C类）状态。假定输入信号为单频正弦波%=VbmCOS3t,三极管发射结的电压为UBE=VBB+Ub=VBB+VbmC0Sa(4.2.5)
611集电极电流江晶体管正向转移特性曲线
62
63由曲线可看出：%e<4z时，晶体管截止，集电极电流，。=。；当心e>Ubz,发射结导通，集电极电流，c可表示为ic=sSuBE-UBz）（4.2.6）
64将式（4.2.5）代入式（4.2.6）得ic=gc^BB+VbmCOSa)t-UBz)(4.2.7)由图4一8可得，&时，k=0,代入式(4.2.7)可求得。=今+%冽c°s&-%z)(4.2.8)“Vrrcos3=
65Ubm(4.2.9)
66"『RR(4.2.10)0-arccos-Ubm式中夕为晶体管的导通角。注意:导通角与输出效率和输出功率密切相关，应了解如何根据电路的指标要求设置所需的导通角。
67特别要注意乐（分两种情况考虑,08大于0或小于0）将式（4.2.7）减（4.2.8）得L=gJL（COS如一COS。）（42.11）当权=0时,将ic=*ax代入式（4.2.11）得“"max=g几（1-COS⑶（4.2.12）把式（4.2.12）与式（4.2.11）相除得
68・_ecoscot-cos0(4.2.13)-"cmaxi八1—cos"式（4.2.13）是集电极余弦脉冲电流的解析表达式，心取决于余弦脉冲的高度&ax和导通角8。（注意：必须正确理解该式的物理意义）
692集电极电流电的傅立叶分析用傅立叶级数将式(4.2.13)表示的余弦脉冲电流心展开，C=，C0+c21n।...।Icmn\...(4.2.14)可以看出，L可分解为直流分量、基波分量、二次谐波分量、三次谐波分量和n
70次谐波分量。
71图4-9集电极余弦脉冲电流L与各次谐波的波形ib图4—10集电极余弦脉冲电流L的频
72谱图海谱0S2g)33结论：谐波次数越高，谐波的幅值则越小。
73式(4.2.14)中的心&,2,•••，&〃,为直流、基波和各次谐波分量的振幅,可用傅立叶级数中的系数法求得直流分量：Dcd(cot)=.x.sin^-^cos^cmdx/71l-cos。)=4max%(9)(4.2.15)
74基波分量幅值cm\1/•小'max/9—sin9cos。——i,cos3tdl3t)-(2%L。7il—cos夕)=Zcmax^l(8)(4.2.16)cmn—£iccosri①td(①t)2^^ecmax2sin(〃。)cos0-yicos(h。)sin0、n-1)(1-cos。):cmax%⑻(4.2.17)
75上式中的外⑹、%⑻，.，(,)称为余弦脉冲的分解系数。一图4-11给出导通角。与各分解系数的关系曲线。
76图4—11余弦脉冲分解系数关系曲线。
77）、波形系数&（o）
78与导通角e的
79&⑻一覆一即称为波形系数，是导通角。的函数；研究高频谐振功率放大器需要特别关注的是〃和&1，前者与直流功率有关，后者与输出基波功率有关。3集电极电压％E
80高频谐振功率放大器的负载为LC谐振回路，该谐振回路调谐在基波频率Q上（输入信号的频率），因此|输出回路只对集电极电流中的噩|分量呈现很大的谐振电阻，而对直||流分量4。和其它高次谐波分量即I很小的失谐阻抗或近似短路。换句话说,集电极余弦脉冲电流L经过具
81有选频功能的LC谐振回路，其它各次谐波和直流被滤除，|只有基波电|流才能在回路两端产生较大的电匠
82uc=一匕加coscot=-IcmlRxCOScot(4.2.18)式中以-，cl利&,，clm是基波电流分量的振幅，&是输出回路的有载谐振电阻。由图4—8可知，集射极电压的瞬时值UCE=VCC+Uc=VCC-IanlGCOS(4.2.19)
83一ic注意理解这几个问题；
841)式(4.2.18)中的负号？2)(4.2.19)如何得到的？结论，丙类谐振功率放大器，流过晶体管各极的电流均为余弦脉冲，但利用谐振回路的选频作用，输出电压为基波正弦信号。结论：
851）当脸＜。或。＜噎＜，功放处于丙类工作状态，当〃班＞4z时，才有基极电流,8产生，所以为余弦脉冲。％为晶体管的截止电压或导通电压。硅管的心为0.5〜0.7V,错管的0.3〜0.4V。2）只有当"S'>4z基极导通后，晶
86体管由截止区进入放大区，才会产生集电极电流'cJc与或是具有相同的周期的余弦脉冲。3）前面已经分析过，周期性的余弦脉冲可通过傅立叶级数展开为一系列的谐波和直流分量。丙类功放的负载是具有选频功能的LC
87谐振回路，通过调节回路的电抗，使其谐振频率等于输入激励信号的频率,LC谐振回路对谐振频率（也就是基波频率口）呈现的阻抗为小。该谐振回路对〃次谐波呈现的阻抗为yicdLncoLQej(/-D1)2j
882-l)Qe_n
89一面_i)24.2.20)假设2=1°,则n23452~Rz0.06670.03750.02670.0208
90可见高频功率放大器的输出回路对于基波电流而言，等效为一个纯电阻&,而对于高次谐波2刃，3例”〃”一来说，回路的阻抗与基波的阻抗相比，小到可以近似地认为其短路，且输出回路中电感的存在，对直流可近似看成短路，这正是谐振
91回路两端电压可以被近似认为是与输入激励信号同频的正弦基波电压，高频功率放大器能实现线性放大功能的理论基础。
924.2.4高频谐振功率放大器的效率和输出功率功率放大电路实质上是依靠激励信号对基极电流以及集电极电流的控制，把集电极电源的直流功率转换为负载回路的交流功率，转换效率越高，就可以在同样的直流功率下
93输出更大的交流功率。追求高转换效率是功率放大电路的基本设计要求之一O高频谐振功放集电极输出电压与E中包含直流分量与交流分量，其交流分量与“波形一样，但相位相差71
94Knowingfrom(4.2.19)UCE^VCC+Uc=VCC-IC0S3t放大器输出的基波功率与P0=1V2cmvIcmcml__I/t72?2~2cmcmX(4.2.21)电源提供的直流功率?
952=〃匕（4.2.22）^^^^根据能量守恒定律，集电极耗散功率2Pc=Pd-Po（4.2.23）集电极效率%2-cc【co1二不曾（。）(4.2.24)
96(g\_【elm_-(")式中修⑺―W一可称为波形系数，是导通角夕的函数；,嚷称为集电极电压利用系数，它总是小于1的。由式(4.2.24)可知，要提高效率在，有两种途径
971)一种是提高集电极电压利用系数九即提高而是输出基波电压的幅值，Rf=Qe①J,通过提高回路的有载品质因数来实现增大仁2)另一种是提高波形系数&。由图4—11可知，导通角。越小，&越
98大，效率“越高，但内⑹却越小,输出功率心也就越低。为了兼顾输出功率与和效率%,必须选取,适的导通角。\思考：why%⑻越小，输出功率与就越低？Icm[=；£4COSC0td(3t)=^L("sin"c：sg):⑻2八§式1-cos^
99(4.2.16)事实上，导通角越小，'cmax=乩右机(1-COS0)也就越小。如取6=120。时，火⑻达到最大值,输出功率最大，但修⑻的值相对较小，集电极的效率仅为64%左右；若取。=
10070。，此时虽然外⑻的值相对减小，输出功率有一定程度下降，但集电极的效率可达到85.9%O在工程设计中。的取值通常在65。75。之间。"70。左右为最佳导通角，可兼顾输出功率和效率两个重要指标。
101请自学课本P58的两个例题。图4-12谐振功率放大器各级电压、电流波形
102
103UCE=^CC+Uc~^CC-IcmlR±C0S①t注意：集电极损耗1eOv=—iurracot,7,,,?2^,减小％与”的乘积，可减小晶体管的瞬时损耗。由图4—12可以看出，当晶体管集电极电流
104'c最大时，晶体管的集电结压降心最小，这时它们的乘积最小，也即晶体管的损耗最小，而要达到这个要求，晶体管的集电极负载回路必须工作在谐振状态。可见，一旦负载回路失谐，将导致放大器的损耗功率增加，效率降低。
105问题：用上图描述电压电流的关系时,电路必须满足什么状态？结论：刻;1、icmax、"bemax、"cemin出现在同一时2、集电极功耗很小，效率高;4.2.5谐振功率放大器的效率与工作状态
106谐振功率放大器的效率与其工作状态有密切关系。图4—13给出甲、乙、丙三种工作状态的相应波形。
107V取空冷=1（这里做了什么近似？）,从图
1084—13可知1）选择为静态工作点，功放工作于甲类工作状态，整个周期内晶体管都是导通，。=180。，%（8）=%（180。）=0.5,%（。）=4（180。）=0.5修（180°）=
1091
110xl11v%=—B（°）=---c212VCC当静态工作点。/位于交流负载线中心时，噎，"2=1,7max=5。％2）选择。B为静态工作点，功放工作在
111乙类工作状态，晶体管在半个周期内导
112通，8=90。,%（e）=4（90。）=0.5由式（4.2.15）、（4.2.16）Jfvr7儿=茱「/3)=臂(sine-Ocos。、./八、—os。）=5%⑻（4.2.15）加二Acos①以（&）二』（*ym%=icmax。"。）（4216）2兀,
113°711-COS0•4.工D,可得
114Hemaxcmax7Ccmax〃二工=工=78.5%2yCc【co2Vcc243）选择Qc为静态工作点，功放工作于丙类工作状态，晶体管只有很短的时间
115内导通，8<90。，%(8)=%(<90°)<0.5o。，&(。)个,牝个，但火⑹4,只J,所以提高输出功率和提高效率是矛盾的,必须折衷考虑。
116通过上述分析可得出如下结论：1）当输入信号，回路谐振电阻&给定时，如希望得到尽可能大的功率输出，应采用甲类或乙类功放。丙类功率放大器效率的提高是以功率放大器的电压增益下降为代价的，随着导
117通角不断地减小，由甲类到甲乙类，到乙类，再到丙类，谐振功率放大器的效率越来越高，但电压增益却越来越低，因此对输入信号的幅度要求越来越高。2）增大输入信号振幅和降低静态工
118作点是实现大功率高效率的两条重要途径。对于丙类功率放大器，在回路谐振电阻&给定时,如果要增大输出功率，则需增大4吗当器件确定时，就是要增大输入信号振幅%;如果要提高效率,需增大/加或减小屋。（减小即减小集电极功耗，通过降低静态工作点可
119以实现）。3）丙类功放当L减小到使〃=。时,则有〃=。，也就是说，当a=0,这对提高效率有益。甲类的〃只与静态工作点有关，而与
120输出身无关，也就是说，即使功放输出的交流信号为0,直流电源仍旧提供直流功率，这时电源提供的能量将全部被晶体管消耗掉了，这就是为什么甲类效率最低。
