高频电子信号第四章习题解答

第四章习题解答4-1为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器则可工作于丙类？分析：本题主要考察两种放大器的信号带宽、导通角和负载等工作参数和工作原理。解谐振功率放大器通常用来放大窄带高频小信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小），其工作状态通常选为丙类工作状态（C90）,电流为余弦脉冲，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。而低频功率放大器的负载为无调谐负载，如电阻、变压器等，通常为甲类或乙类工作状态。因此，低频功率放大器不能工作在丙类，而高频公率放大器则可以工作于丙类。4-2提高放大器的功率与效率，应从哪几方面入手？分析：根据公式cooocPPPPP，可以得到各参数之间的关系，具体过程如下解功率放大器的原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。这种转换不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的，因为直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率外，还有一部分功率以热能的形势消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。为了说明晶体管放大器的转换能力，采用集电极效率c，其定义为cooocPPPPP由上式可以得出以下两结论:①设法尽量降低集电极耗散功率cP，则集电极耗散功率c自然会提高。这样，在给定P时，晶体管的交流输出功率oP就会增大；②由上式可得cccoP1P如果维持晶体管的集电极耗散功率cP不超过规定值，那么，提高集电极效率c，将使交流输出功率oP大幅增加。可见，提到效率对输出功率有极大的影响。当然，这时输入直流功率也要相应得提高，才能在cP不变的情况下，增加输出功率。因此，要设法尽量降低集电极耗散功率cP，来提高交流输出功率oP。4-3丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？解谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小），其工作状态通常选为丙类工作状态（C90）,为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。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。尖顶余弦脉冲含有基波、二次、三次、……、n次谐波，为了获得基波分量（即基波频率的正弦波），就要在输出端抑制其他谐波分量，因此一定要调到基波谐振状态。如果回路失谐，就会使输出含有其他谐波分量，就会产生波形失真。如果激励信号过大，回路失谐还会造成管子烧坏。4-4功放管最大允许耗散功率为20W，试计算当效率分别为80%、70%和50%时的集电极最大允许输出功率。分析：本题主要考察关系式cccoP1P解由耗散功率和效率的关系cccoP1P可得ccmax0.8=80%,20w80w10.8P时ccmax0.7=70%,20w46.67w10.7P时ccmax0.5=50%,20w20w10.5P时可见，集电极最大允许输出功率随效率的提高而提高，这体现了提高效率对提高输出功率具有的重要意义。4-5某一晶体管谐振功率放大器，设已知VCC=24V，Ic0=250mA，Po=5W，电压利用系数=1。试求P=、、R0、IC1、电流导通角。分析：本题的要求是为了熟悉参数间的关系和计算公式。本题的难点是求出Icm1。解题过程如下解00.25246cccPIVW0651CPPPW0/(5/6)100%83.3%PPv21()2/1.67v查余弦脉冲系数表知：θ=78º，cosθ=0.208，α1（θ）=0.466，α0（θ）=0.279，00/()300/0.2791075cmcIImAOP22PR=8.7Icm4-6晶体管放大器工作于临界状态，Rp=200，VCC=30V，ic0=90mA，=90，试求Po与。解查表得：0900.3191900.5；2CmaxCmaxcm1CIC0i=0.28A090Icm1=i1900.14A1Po=IRp=1.96W2PoPo1.96/2.772.6%PVccIc04-7根据负载特性曲线，估算当集电极负载偏离最佳Rp时，Po如何变化：(1)增加一倍时，Po如何变化？(2)减小一半时，Po如何变化？分析：掌握负载特性曲线，主要考察恒流源和恒压源两种特殊情况下的负载特性解欠压过压0临界Ic1Ic0VCRp0cP=PoPc欠压过压临界Rp（1）当RP增加一倍时，功率放大器进入过压区，VC基本不变，而2PcmOCCO2422R=R1=V2PV2P14422,所以OP近似下降一半。（2）当RP减小一般时，功率放大器进入欠压区，Icm1基本不变，而2OcmPP=IR/2，所以OP近似下降一半。4-8调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，如果集电极回路稍有失调，集电极损耗功率Pc将如何变化？分析：此题主要考察谐振功率放大器的负载特性解当放大器正常工作在临界状态时与集电极回路稍失调时，负载电阻减小。由负载特性曲线可知功放将工作在欠压状态，集电极功率Pc将增大。4-9调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，若负载回路旁并一电阻，放大器的工作状态会怎样变化？若其他条件不变，放大器的输出功率会怎样变化？分析：本题主要考察负载特性曲线的掌握情况解根据负载特性曲线可知，调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，若负载回路旁并一电阻，相当于集电极负载PR减小，功率放大器将由临界状态进入欠压状态。若其他条件不变放大器的输出功率会降低。4-10由于某种原因，调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，试问有多少方法能使放大器的工作调回原来的临界状态？解若由于某种原因，调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，则可以分别从调谐功率放大器的负载特性和各级电压CCV、BBV、bmV对工作状态的影响入手，将放大器的工作状态调回到原来的临界状态。可采取以下调节措施：①调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于集电极负载PR减小，因此应提高PR；②调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于CCV变大，因此减小CCV③调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于BBV绝对值变大，因此应减小BBV绝对值④调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于bmV减小，因此，应减小bmV。4-11有一输出功率为2W的晶体管高频功率放大器，采用图4-16(a)所示的型阻抗变换网络。负载电阻RL=23，VCC=4.8V，f=150MHz。设QL=2，试求，L1、C1、C2之值。解：根据π型匹配网络的计算公式可知221024144222cmVRP1114414410cLRXQ故得1611122125010144CCpFX又2L1222120016.95200(110)1(1)1144LRXRQR故得262111240250102.56CCpFX又12c22212.561LLLCQRRXQQX故得11616.950.05425010LXLH4-12在调谐某一晶体管谐振功率放大器时，发现输出功率与集电极效率正常，但所需激励功率过大。如何解决这一问题？假设为固定偏压。解在调谐某一晶体管谐振功率放大器时，发现输出功率与集电极效率正常，但所需激励功率过大，这是由于bmV太大，如果减小bmV，调谐功率放大器的工作状态将由临界变到欠压状态，输出功率与集电极效率都将小降。为了避免这种这种情况发生，可调节电路中其他参数，由于本题是固定偏压故只有提高PR，减小bmV才能解决此问题。4-13对固定工作在某频率的高频谐振功率放大器，若放大器前面某级出现自激，则功放管可能会损坏。为什么？解对工作在某一固定频率的高频谐振放大器，若放大器的前面某级出现自激，则会产生非工作频率的较高幅值的信号，此信号到达到达高频谐振功率放大器时，会使谐振功率放大器谐振回路失谐。并联谐振回路谐振时是靠电感、电容的导纳相互抵消得到一个较高的纯电阻阻抗，其中单独的电感或电容的阻抗都很低，这样，当电容少许偏离谐振时的取值就可能使集电极负载阻抗明显降低并使集电极电流与电压之间出现相位差，这两者都会显著加大集电极功耗。功放管的功耗过大将引起功放管的过热损坏。4-14一调谐功率放大器工作于临界状态，已知VCC=24V，临界线的斜率为0.6A/V，管子导通角为90，输出功率Po=2W，试计算P=、Pc、c、Rp的大小。解依题意可得CmaxCEmincrCCcm1i=g=g(V-V)因c=90，查表得0900.3191900.5CmaxIcm1=i190Cmaxcm1cCmaxCCcr11iPo=Icm1V=()iV-2W22g解此方程，得Vcm=23.94V2PcmOCCO2422R=R1=V2PV2P14422cm1CCV23.941V24g1()g1()c1.57/277.5%22OCP2PW2.58W0.7754-15某谐振功率放大器工作于临界状态，功率管用3DA4，其参数为fT=100MHz，=20，集电极最大耗散功率为20W，饱和临界线跨导gcr=1A/V，转移特性如题图4-1所示。已知VCC=24V，VBB=1.45V，VBZ=0.6V，Q0=100，QL=10，=0.9。求集电极输出功率Po和天线功率PA。解转移特性斜率i10.5A/V2.6-0.6ccBEg1.450.6cos0.3426c故得因c=70，查表得1700.4362700.319CmaCbmix=gV(1-cosc)=0.56(1-0.342)A=1.97ACmax1cIcm1i()0.86AcmCCV=V240.9V21.6Vcm1Po=Icm1V=0.521.60.86W=9.46W2得ALKOOPQ=10.9PQAKOP=P9.460.9W=8.51WebicVBZ2.6VO1A题图4-1IeoIc1＋VCC50LCLCLC题图4-24-16某谐振功率放大器的中介回路与天线回路均已调好，功率管的转移特性如题图4-1所示。已知VBB=1.5V，VBZ=0.6V，c=70，VCC=24V，=0.9。中介回路的Q0=100，QL=10。试计算集电极输出功率Po与天线功率PA。解转移特性斜率BBBZbmVVV4.678VCOS因c=70，查表得1700.4362700.319CmaCbmix=gV(1-cosc)=0.56(1-0.342)A=2.46ACmax1cIcm1i()1.073AcmCCV=V240.9V21.6Vcm1Po=Icm1V=11.58W2得LKOQ=1QAKOP=P11.580.9W=10.425W4-17改正题图4-2中的错误，已知电路的工作频率为400MHz，设LC为扼流圈，电感量较大。解图4-2中所示电路为两级高频功率放大器。该电路有以下几处错误：直流馈电电路、输出回路和级间耦合回路、电流表得测试位等。基极偏置常采用扼流圈自给偏置电路；集电极馈电电路由直流电源VCC，高频扼流圈、高频旁路电容组成并联馈电电路；输出回路要构成并联谐振回路；输入匹配网络采用T形网络，输出匹配网络采用L形网络；ICO电流表测试直流电流，Icm1电流表测试基波电流。修改结果如下图4-3所示4-18已知一谐振功率放大器和一个二倍频器，采用相同的功率管，具有相同的VCC、VBB、Vbm、c，且均工作在临界状态，c=70，试比较两种电路的Po、c、Rp。解具有相同的V