高頻電子信號第四章習題解答

1、 第四章習題解答4-1 為什么低頻功率放大器不能工作于丙類？而高頻功率放大器則可工作于丙類？分析：本題主要考察兩種放大器的信號帶寬、導通角和負載等工作參數和工作原理。解 諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻小信號 （信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更?。?，其工作狀態(tài) 通常選為丙類工作狀態(tài)（<）,電流為余弦脈沖，為了不失真的放大信號，它的負載必須是諧振回路。而低頻功率放大器的負載為無調諧負載，如電阻、變壓器等，通常為甲類或乙類工作狀態(tài)。因此，低頻功率放大器不能工作在丙類，而高頻公率放大器則可以工作于丙類 。4-2 提高放大器的功率與效率，應從哪幾方面入手？分析：根據公式，可以得到各參數之

2、間的關系，具體過程如下解 功率放大器的原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉變?yōu)榻涣餍盘柟β瘦敵鋈?。這種轉換不可能是百分之百的，因為直流電源所供給的，因為直流電源所供給的功率除了轉變?yōu)榻涣鬏敵龉β释?，還有一部分功率以熱能的形勢消耗在集電極上，成為集電極耗散功率。 為了說明晶體管放大器的轉換能力，采用集電極效率，其定義為 由上式可以得出以下兩結論: 設法盡量降低集電極耗散功率，則集電極耗散功率自然會提高。這樣，在給定時，晶體管的交流輸出功率就會增大； 由上式可得如果維持晶體管的集電極耗散功率不超過規(guī)定值，那么， 提高集電極效率，將使交流輸出功率大幅增加。可見，提

3、到效率對輸出功率有極大的影響。當然，這時輸入直流功率也要相應得提高，才能在不變的情況下，增加輸出功率。因此，要設法盡量降低集電極耗散功率，來提高交流輸出功率。4-3 丙類放大器為什么一定要用調諧回路作為集電極負載？回路為什么一定要調到諧振狀態(tài)？回路失諧將產生什么結果？解 諧振功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號（信號的通帶寬度只有其中心頻率的1%或更?。?，其工作狀態(tài) 通常選為丙類工作狀態(tài)（<）,為了不失真的放大信號，它的負載必須是諧振回路。丙類工作狀態(tài)的集電極電流脈沖是尖頂余弦脈沖。這適用于欠壓或臨界狀態(tài)。尖頂余弦脈沖 含有 基波、二次、三次、n次諧波，為了獲得基波分量（即基波頻率的正弦波

4、），就要在輸出端抑制其他諧波分量，因此一定要調到基波諧振狀態(tài)。如果回路失諧，就會使輸出含有其他諧波分量，就會產生波形失真。如果激勵信號過大，回路失諧還會造成管子燒壞。4-4 功放管最大允許耗散功率為20W，試計算當效率分別為80%、70%和50%時的集電極最大允許輸出功率。分析：本題主要考察關系式解 由耗散功率和效率的關系 可得 可見，集電極最大允許輸出功率隨效率的提高而提高，這體現了提高效率對提高輸出功率具有的重要意義。4-5 某一晶體管諧振功率放大器，設已知VCC=24V，Ic0=250mA，Po=5W，電壓利用系數x=1。試求P=、h、R0、IC1、電流導通角q。分析：本題的要求是為了熟

5、悉參數間的關系和計算公式。本題的難點是求出Icm1。解題過程如下解 查余弦脈沖系數表知：=78º，cos=0.208，1（）=0.466，0（）=0.279， 4-6 晶體管放大器工作于臨界狀態(tài)，Rp=200W，VCC=30V，ic0=90mA，q=90°，試求Po與h。解 查表得 ：； 4-7 根據負載特性曲線，估算當集電極負載偏離最佳Rp時，Po如何變化：(1) 增加一倍時，Po如何變化？(2) 減小一半時，Po如何變化？分析：掌握負載特性曲線，主要考察恒流源和恒壓源兩種特殊情況下的負載特性解 （1）當RP增加一倍時，功率放大器進入過壓區(qū)，VC基本不變，而,所以近似下降

6、一半。（2）當RP減小一般時 ，功率放大器進入欠壓區(qū)，Icm1 基本不變，而，所以近似下降一半。4-8 調諧功率放大器原來正常工作于臨界狀態(tài)，如果集電極回路稍有失調，集電極損耗功率Pc將如何變化？分析：此題主要考察諧振功率放大器的負載特性 解 當放大器正常工作在臨界狀態(tài)時與集電極回路稍失調時，負載電阻減小。由負載特性曲線可知功放將工作在欠壓狀態(tài)，集電極功率Pc將增大。4-9 調諧功率放大器原來正常工作于臨界狀態(tài)，若負載回路旁并一電阻，放大器的工作狀態(tài)會怎樣變化？若其他條件不變，放大器的輸出功率會怎樣變化？分析：本題主要考察負載特性曲線的掌握情況解 根據負載特性曲線可知，調諧功率放大器原來正常工

7、作于臨界狀態(tài)，若負載回路旁并一電阻，相當于集電極負載減小，功率放大器將由臨界狀態(tài)進入欠壓狀態(tài)。若其他條件不變放大器的輸出功率會降低。4-10 由于某種原因，調諧功率放大器的工作狀態(tài)由臨界變到欠壓狀態(tài)，試問有多少方法能使放大器的工作調回原來的臨界狀態(tài)？解 若由于某種原因，調諧功率放大器的工作狀態(tài)由臨界變到欠壓狀態(tài)，則可以分別從調諧功率放大器的負載特性和各級電壓、對工作狀態(tài)的影響入手，將放大器的工作狀態(tài)調回到原來的臨界狀態(tài)。可采取以下調節(jié)措施：調諧功率放大器的工作狀態(tài)由臨界變到欠壓狀態(tài)，相當于集電極負載減小，因此應提高；調諧功率放大器的工作狀態(tài)由臨界變到欠壓狀態(tài)，相當于變大，因此減小調諧功率放大器

8、的工作狀態(tài)由臨界變到欠壓狀態(tài)，相當于絕對值變大，因此應減小絕對值調諧功率放大器的工作狀態(tài)由臨界變到欠壓狀態(tài)，相當于減小，因此，應減小。4-11 有一輸出功率為2W的晶體管高頻功率放大器，采用圖4-16(a)所示的p型阻抗變換網絡。負載電阻RL=23W，VCC=4.8V，f=150MHz。設QL=2，試求，L1、C1、C2之值。解：根據型匹配網絡的計算公式可知 故得 又 故得 又 故得 4-12 在調諧某一晶體管諧振功率放大器時，發(fā)現輸出功率與集電極效率正常，但所需激勵功率過大。如何解決這一問題？假設為固定偏壓。解 在調諧某一晶體管諧振功率放大器時，發(fā)現輸出功率與集電極效率正常，但所需激勵功率過

9、大，這是由于太大，如果減小，調諧功率放大器的工作狀態(tài)將由臨界變到欠壓狀態(tài)，輸出功率與集電極效率都將小降。為了避免這種這種情況發(fā)生，可調節(jié)電路中其他參數，由于本題是固定偏壓故只有提高，減小才能解決此問題。4-13 對固定工作在某頻率的高頻諧振功率放大器，若放大器前面某級出現自激，則功放管可能會損壞。為什么？解 對工作在某一固定頻率的高頻諧振放大器，若放大器的前面某級出現自激，則會產生非工作頻率的較高幅值的信號，此信號到達到達高頻諧振功率放大器時，會使諧振功率放大器諧振回路失諧。并聯諧振回路諧振時是靠電感、電容的導納相互抵消得到一個較高的純電阻阻抗，其中單獨的電感或電容的阻抗都很低，這樣，當電容少

10、許偏離諧振時的取值就可能使集電極負載阻抗明顯降低并使集電極電流與電壓之間出現相位差，這兩者都會顯著加大集電極功耗。功放管的功耗過大將引起功放管的過熱損壞。4-14 一調諧功率放大器工作于臨界狀態(tài)，已知VCC=24V，臨界線的斜率為0.6A/V，管子導通角為90°，輸出功率Po=2W，試計算P=、Pc、hc、Rp的大小。解 依題意可得 因 ，查表得 解此方程，得 Vcm=23.94V 4-15 某諧振功率放大器工作于臨界狀態(tài)，功率管用3DA4，其參數為fT=100MHz，b=20，集電極最大耗散功率為20W，飽和臨界線跨導gcr=1A/V，轉移特性如題圖4-1所示。已知VCC=24V，

11、½VBB½=1.45V，VBZ=0.6V，Q0=100，QL=10，x=0.9。求集電極輸出功率Po和天線功率PA。解 轉移特性斜率 故得因 ，查表得 題圖4-1題圖4-24-16 某諧振功率放大器的中介回路與天線回路均已調好，功率管的轉移特性如題圖4-1所示。已知½VBB½=1.5V，VBZ=0.6V，qc=70°，VCC=24V，x=0.9。中介回路的Q0=100，QL=10。試計算集電極輸出功率Po與天線功率PA。解 轉移特性斜率 因 ，查表得 4-17 改正題圖4-2中的錯誤，已知電路的工作頻率為400MHz，設LC為扼流圈，電感量較大

12、。 解 圖4-2中所示電路為兩級高頻功率放大器。該電路有以下幾處錯誤 ：直流饋電電路、輸出回路和級間耦合回路、電流表得測試位等 。 基極偏置常采用扼流圈自給偏置電路；集電極饋電電路由直流電源VCC，高頻扼流圈、高頻旁路電容組成并聯饋電電路；輸出回路要構成并聯諧振回路；輸入匹配網絡采用T形網絡，輸出匹配網絡采用L形網絡；ICO電流表測試直流電流，Icm1電流表測試基波電流。修改結果如下圖4-3所示4-18 已知一諧振功率放大器和一個二倍頻器，采用相同的功率管，具有相同的VCC、VBB、Vbm、qc，且均工作在臨界狀態(tài)，qc =70°，試比較兩種電路的Po、hc、Rp。解 具有相同的Vc

13、c、VBB、Vbm、c，且均工作在臨界狀態(tài)的諧振功率放大器和二倍頻器的唯一區(qū)別在于：輸出調諧回路的諧振頻率分別為基波和二次諧波頻率。由此，可知諧振功率放大器和二倍頻器的輸出電壓幅值相同，二者的輸出電流分別是基波和二次諧波電流。因此可得諧振功率放大器和二倍頻器的之比如下： 4-19 在倍頻電路中，應采取什么措施提高負載回路的濾波性能？解 提高回路的品質因數QO。設倍頻次數為n，則輸出調諧回路的Q值約需Q0>10n。 在輸出回路旁并聯回路吸收回路，吸收回路可調諧在信號奇頻或其他特別要慮除的頻率上。采用選擇性好的通頻帶濾波器作負載回路：可用多節(jié)LC串聯回路組成 帶銅濾波器，將幅度較大而不需要的

14、基波或其他諧波慮出掉。用推挽倍頻電路：推挽電路的輸出量中已無信號的偶次諧波分量 ，故可以實現奇次諧波倍頻。如果推挽電路的兩管集電極連在一起接到負載回路上，也可以抵消奇次諧波分量，實現偶次諧波倍頻。這兩種推挽電路都減輕了對輸出回路濾波的要求。4-20 一調諧功率放大器的負載是拉桿天線，裝好后發(fā)現放大器的輸出功率較小，發(fā)射距離不遠，請你分析有幾種原因造成這一結果，如何解決這一難題。解答該調諧功率放大器的負載是拉桿天線，負載匹配和工作狀態(tài)以及天線回路失諧都可能影響輸出功率Po，調解輸出回路中的匹配網絡或更換天線可以達到最佳阻抗，以提高交流輸出功率Po。解決這一問題還應設法盡量降低集電極耗散功率Pc或

15、提高效率hc . 解決這一問題的關鍵在于提高輸出功率，下面從幾個方面談談提高輸出功率的途徑。 功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率。使之轉變?yōu)榻涣餍盘柟β省＿@種轉變不可能是百分之百的，因為直流電源所供給的公功率除了轉變?yōu)榻涣鞴β释猓€有一部分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電極耗散功率。設法盡量降低集電極耗散功率Pc或提高效率hc，都會提高交流輸出功率PC。要降低集電極耗散功率PC可以通過調整晶體管工作狀態(tài)來實現，比如采用丙類狀態(tài)，選擇合適的導通角，并使功率放大器盡量靠近臨界狀態(tài)（通過調解負載阻抗和各級電壓 ），還要選擇合適的匹配網絡等等。如果丙類狀態(tài)還是不能滿足要求，可選擇丁、戊類功率放大器。效率h包括集電極效率和輸出網絡效率兩部分。上述調整電路工作狀態(tài)的方法主要針對集電極效率。輸出網絡的傳輸效率，是無負載時的Q值，是有負載時的Q值 。要提高傳輸效率，值盡可能的小，而值僅可能的大；但要保證回路良好的濾波作用，值不能太小。該調諧功率放大器的負載是拉桿天線，負載匹配在此