第四章 频功率放大器

第四章 高频功率放大器4-1）若非线性特性用折线近似表示，如题图4-1所示，,/10,1V mA g V V bz ==偏压,2V V bb -=激励电压V U 2.5=。

求电流i 的各个分量幅度.,,210I I I 若要加大1I ，应怎样改动U V bb 和？【解】 （1） )cos (bz bb V wt U V g i -+=当 ,,0Φ==wt i 即 0)cos (=-Φ+bz bb V U V g故ο552.5)2(1cos cos 11=--=-=Φ--U V V bb bz又 I i wt ==,0故mA I a I mAI a I mA I a I a I mA V V mA V U V g I m m m m bZ bb m 622273.0)55(05.822366.0)55(4.422201.0)55()(22)12.52(/10)(2211000=⨯===⨯===⨯==Φ==-+-•=-+=οοο（2）因m I a I )(11Φ=要 ,1↑I 应 .,)(1↑↑Φm I a 要使,)(1↑Φa 在ο120<Φ时，应增加Φ，即减小b b V；要使,↑m I 应增大U 。

4-2）题图4-2所示为晶体管转移特性，用它作二倍频器，为了使c i 中的二次谐波的成分最大，bb V 应如何选取？（bb V 是直流偏压，设U V bz ,均固定不变）。

【解】 因U V V bbbz -=ϕcos当ο60=ϕ时，二次谐波分量最大，而,2160cos =ο故有U V V bbbz -=21，即UV V bz bb 21-= 4-3）某谐振高频功率放大器原理如题图4-3所示，已知信号电压为.cos t w U u s s ο=假设0f 远小于晶体管的特征频率T f ，负载回路为谐振于0ω的高Q 回路，试画出cc c c b bc u u i i u ,,,,的波形示意图（要求各波形图的时间轴对齐）。

【解】4-4）在上题中将负载回路改为谐振于 02ω的高Q 回路，试画出.,,,.ce c c be u u i u 的波形示意图。

【解】4-5）已知谐振功率放大器的输出功率W P 5~=，集电极电源电压为V V ce 24+=试问： （1）当集电极效率为%60=c η时，计算集电极耗散功率,c P 电源供给功率0P 和集电极电流的直流分量co I 。

（2）若保持输出功率不变，而效率提高为80%，问集电极耗散功率c p 减少了多少？【解】 （1）因 c c P P P +=~~η所以，~1P P ccc •-=ηη将数据代入W P c 33.356.06.01=⨯-=W P P P c 33.8533.3~0=+=+=AV P I cc co 347.02433.80===(2) 若%80=c η 则W P c 25.158.08.01'=⨯-=cP 的减少量W P P P c c c 08.225.133.3'=-=-=∆ 按百分比计算: c P 减少了%62%10033.308.2=•4-6) 设谐振高频功率放大器的集电极电流通角ϕ分别为180度,90度,和60度,在上述三种情况,放大器均工作于临界状态,它们的cm cc I V ,也均相同,是分别画出它们理想化动态特性曲线,并计算三种通角情况下集电极效率η的比值,输出功率~P 的比值.【解】说明: 因cmI 均为临界状态,所以,可由,cm I 值在临界线上确定出点A.因cc V 均相同,所以过cc V 点做横轴的垂线MN ，三种情况的工作点均应在此MN 上,(1) 现考虑刚刚为ο180=ϕ状态(全流通)，则其静态工作点的电流应为cm I 21,由cmI 21在MN 上得Q 点,连接AQ 并延长到与横轴相交于D ，则直线AD 即为ο180=ϕ时的动态特性曲线.注：也可由A 点做横轴垂线得m in ce u 再在横轴上取min 2ce cc u V -得D 点,连接AD 即为ο180=φ时的动态特性曲线.(2) 对于ο90=φ状态,直接在横轴上取cc V 点,即为其静态工作点'Q .连接.,''D Q AQ 则折线D AQ '即为ο90=φ时的动态特性曲线..(3).对于ο60=φ状态,因5.060cos cos ==οφ.所以可在MN 线上自cc V 点向下取cm I 即得''Q ,连线''AQ 与横轴相交于B,则折线ABQ,即位ο60=φ时的动态特性曲线；注：也可以由m in ce u 和cc V 的中点得到B 点。

计算：?:?:?)60(:)90(:)180(=οοοηηη因cc ccm cm cc c cc c V U a I a I V U I I ••••=•=)()(2121011ϕϕη 因三种情况下的c cc U V ,均相同所以，)60(:)90(:)180(οοοηηη8.1:57.1:1)60()60(:)90()90(:)180()180(0010101==a a a a a a οοοοο计算：?:?:?)60(:)90(:)180(~~~=οοοP P P因c cm c c U a I U I P ••==)(212111~ϕ因三种情况下c cm U I ,均相同 所以，)60(:)90(:)180(~~~οοοP P P782.0:1:1591.0:5.0:5.0)60(:)90(:)180(111===οοοa a a4-7）要求高频放大器的输出功率.8.1~W P =现选用高频AD12)20,5(W P A I CM CM ==临界饱和线斜率./6.0V A g cr =选定V V cc 18=，通角ο90=ϕ，工作于临界状态。

试计算：电源供给的直流功率οP ，集电极耗散的功率,c P 集电极效率η及满足输出功率要求的等效负载谐振阻抗pR 。

【解】先求01,c c I I :因11~21c c U I P =故1~1~122a I P I P U cm c c == 而crcm cc cr c cc cm g a I P V g U V I )2()(1~1•-=•-=故02~121=+••-cr cm cr cc cm g P I a g V I a 1~1211224)(a g P a a g V a g V I cr cr cc cr cc cm⨯-±••=A A 38.1042.02{5.026.08.125.04)5.06.018(5.06.018=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯±⨯⨯ 因A I cm 38.10=超过3AD12的极限量，故舍去取A I cm 42.0=故A a I I ocm c 21.05.042.0)90(11=⨯=•= Ω=⨯======-=-==⨯=•==⨯=•=6.81)21.0(8.122%7541.2/8.1/61.08.141.241.2134.018134.0319.042.0)90(221~0~~00000c p c c cc o cm c I P R P P WP P P W I V P A a I I η4-8）试画出一级具有下列特点的高频谐振功率放大器的实用电路图：（1）采用了高频功率管3DA14B,它的集电极与管壳相连，为便于散热此集电极与相架相连接。

（2）负载为天线（等效参数为A r ，A c ）。

输出回路采用串联谐振型匹配网络。

（3）输入端采用T 型匹配网络。

（4）集电极直流馈电采用串联形式，基极采用零偏置电路。

（5）对高频信号而言应为共射极电放大器。

【解】按上述要求电路图如下：说明：（1）按题意集电极电极应接地。

又要求对高频信号而言为共发电路，所以输入信号应加个高频变压器B ，以便于与一端接地的激励源（s s R U ,）相连；（2）2L 为高频阻流圈，以实现零偏置的要求，121,,L C C 组成降阻式T 型匹配网络，使低值的输入电阻与较高的信号源内阻相匹配。

（3）由于集电极接地，集电极回路直流馈电应采用负电源cc V 馈电。

其中5C 为高频旁路电容，4L 为高频阻流圈。

电源负端经34,L L 馈送到发射极。

（4）0C （晶体管输出电容），A C C C L L C ,,,,,76533组成匹配网络。

,,,330L C C 并联谐振于A C C C L f ,,,,7650串联谐振于40,C f 为隔直流电容。

4-9）某晶体管高频功放,1802,30.90,2000ο===Ω=ϕV V mA I R cc c p 试求.,~ηP 【解】W V I P cc co 7.230109030=⨯⨯==- %747.222200]09.057.1[21])([2121~22121~====⨯⨯===o p co p c P P W R I g R I P ηϕ4-10）高频大功率晶体管3DA4MHZ f T 100=，饱和临界线跨导V A g cr /8.0=，用它作成2MHZ 的高频功率放大器。

选定,2.2,1402,24A I V V cm cc ===οϕ并工作于临界状态，试计算.,.,,0~ηp c R P P P【解】cc cm cc co V I r V I P ⨯==)70(cos 0οW 36.13242.2253.0=⨯⨯=因A I a I cm c 96.02.2436.0)70(11=⨯==οV g IV u V U crcmcc ce cc c 25.218.02.224min =-=-=-= 故 WU I P c c 19.1025.2196.021211~=⨯⨯==)(22)96.0(19.1022%7636.1319.1017.319.1036.131221~0~~0c cp c p c I U R I P R P P W P P P =Ω=⨯======-=-=或η4-11） 某谐振功率放大器的晶体管动态转移特性用折线表示为题图4-11所示，晶体管的极限电压.2V BV beo =（1） 基波放大时，给定,70,50ο==ϕmA I cm 求b bb U V ,为多少？（2）三倍频时，若cm I 仍为50mA 。

试求三次谐波输出最大时的b bb U V ,是多少？是否超过了.beo BV【解】（1）V A u i g be c c /2.065.09.005.0=-=∆∆=)cos (bz b bb c c V wt U V g i -+= 当cm c I i wt ==,0)65.0(2.005.0-+=b bb U V9.0=+b bb U V (1)当 ωt=ϕ t c =0 即 0=0.2(V bb +)65.0cos -ϕb Ub b bb U U V 342.065.070cos 65.00-=-= (2)联立（1） （2）解得V V bb 52.0= V U b 38.0= （2）三倍频时，（1）式仍成立，（2）式修正为：b b bb U U V 766.065.040cos 65.0-=-= （2’）联立（1） (2’)解得V V bb 17.0-= V U b 07.1=V BV V U V beo b bb 224.107.117.0||=<=+=+4－12 试画出用n 个1：1 传输线变压器和短路线组成阻抗变换为1:)1(2+n 传输线变压器的连接网络，并证明：L i R n Z )1(+=L i R n R 2)1(+= 【解】该网络如图所示： 设信号源激励电压为i U ，电流为i I ，负载电压为,L U 电流为L I由图有'21n n i U U U U U ++++=Λ由于U U U U U U n n ======'321Λ 故 U n U i )1(+=又因U U U U U n L =====''2'1Λ 故iL U n U 11+= 再因 '21n n L I I I I I ++++=Λ 由于i n n I I I I I ====='21Λ 故 i L I n I )1(+=从而 ii i i iL L L R n I U n I n U n I U R 22)1(1)1(1)1(11+=+=++==L L i c R n R R Z )1(+==4－13 试画出用n 个1：1传输线变压器和短路线组成阻抗变换为1：2)1(+n 传输线变压器的连接网络，并证明：Lc R n Z )1(1+=Li R n R 2)1(1+=【解】该网络如图所示：设信号源激励电压为i U ，电流为i I ，负载电压为L U ，电流为L I由图有n n L U U U U U ++++=''2'1'Λ 由于U U U U U n n =====''2'1Λ 故 i L U n U )1(+=再因 '21n n i I I I I I ++++=Λ由于L n n I I I I I ====='21Λ 故 L i I n I )1(+=从而 LL L L Li i i R n I U n I n U n I U R 22)1(1)1(1)1(11+=+=++==LL i c R n R R Z 11+==。