高频电子信号第四章习题集解答

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 θ<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co oo c P P P P P +==η=，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 η，其定义为 co oo c P P P P P +==η= 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c P ，则集电极耗散功率c η自然会提高。

这样，在给定P =时，晶体管的交流输出功率o P 就会增大； ② 由上式可得c c c o P 1P ⎪⎪⎭⎫⎝⎛η-η= 如果维持晶体管的集电极耗散功率c P 不超过规定值，那么， 提高集电极效率c η，将使交流输出功率o P 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c P 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c P ，来提高交流输出功率o P 。

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 θ<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c c co P 1P ⎪⎪⎭⎫⎝⎛η-η= 解由耗散功率和效率的关系c c c o P 1P ⎪⎪⎭⎫⎝⎛η-η= 可得c cmax 0.8=80% ,20w 80w 10.8P η⎛⎫=⨯=⎪-⎝⎭时 c cmax 0.7=70% ,20w 46.67w 10.7P η⎛⎫=⨯= ⎪-⎝⎭时c cmax 0.5=50% ,20w 20w 10.5P η⎛⎫=⨯= ⎪-⎝⎭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V CC =24V ，I c0=250mA ，P o =5W ，电压利用系数ξ=1。

试求P =、η、R 0、I C1、电流导通角θ。

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I cm1。

解题过程如下 解 00.25246c cc P I V W ===⨯=0651C P P P W ==-=-=0/(5/6)100%83.3%P P η===⨯=()ξθηv 21=Θ ()2/ 1.67v θηξ∴==查余弦脉冲系数表知：θ=78º，cosθ=0.208，α1（θ）=0.466，α0（θ）=0.279，00/()300/0.2791075cm c I I mA αθ∴===OP 22P R =8.7Icm=Ω4-6 晶体管放大器工作于临界状态，R p =200Ω，V CC =30V ，i c0=90mA ，θ=90︒，试求P o 与η。

解查表得 ：()()0900.319 1900.5αα==o o ；()()2Cmax Cmax cm1C IC0i =0.28A 090Icm1=i 1900.14A1Po=I Rp=1.96W2Po Po 1.96/2.772.6%P VccIc0ααη=======oo4-7 根据负载特性曲线，估算当集电极负载偏离最佳R p 时，P o 如何变化： (1) 增加一倍时，P o 如何变化？ (2) 减小一半时，P o 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 解界p界p（1）当R P 增加一倍时，功率放大器进入过压区，V C 基本不变，而()()2P cm O CC O 2422R =R1=V 2P V 2P 14422≈=Ω=Ω⨯,所以O P 近似下降一半。

（2）当R P 减小一般时 ，功率放大器进入欠压区，Icm1 基本不变，而2O cm P P =I R /2⨯，所以O P 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P c 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P R 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CC V 、BB V 、bm V 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P R 减小，因此应提高P R ；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CC V 变大，因此减小CC V ③调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于BB V 绝对值变大，因此应减小BB V 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bm V 减小，因此，应减小bm V 。

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π型阻抗变换网络。

负载电阻R L =23Ω，V CC =4.8V ，f=150MHz 。

设Q L =2，试求，L 1、C 1、C 2之值。

解：根据π型匹配网络的计算公式可知221024144222cm V R P ==Ω=Ω⨯1114414410c L R X Q ===Ω 故得 1611122125010144C C pF X ωπ===⨯⨯⨯ 又L116.95X ===Ω故得 26211124025010 2.56C C pF X ωπ===⨯⨯⨯ 又 12c2221 2.561L L L C Q R R X Q Q X ⎛⎫=-=Ω ⎪+⎝⎭ 故得 11616.950.05425010L X L H μωπ===⨯⨯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bm V 太大，如果减小bm V ，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P R ，减小bm V 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V CC =24V ，临界线的斜率为0.6A/V ，管子导通角为90︒，输出功率P o =2W ，试计算P =、P c 、ηc 、R p 的大小。

解依题意可得Cmax CEmin cr CC cm1i =g =g ( V -V ) 因 c=90θo，查表得()()0900.319 1900.5αα==o o()Cmax Icm1=i 190αoC max cm 1c C max CC cr 11i Po=Icm1V =()i V -2W 22g αθ⎛⎫⎪⎪ ⎪ ⎪⎝⎭=g g g 解此方程，得Vcm=23.94V()()2P cm O CC O 2422R =R1=V 2P V 2P 14422≈=Ω=Ω⨯ cm1CC V 23.941V 24ξ==≈g1()g1()c 1.57/277.5%22θξθη====O C P 2P W 2.58W 0.775η====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f T =100MHz ，β=20，集电极最大耗散功率为20W ，饱和临界线跨导g cr =1A/V ，转移特性如题图4-1所示。

已知V CC =24V ，∣V BB ∣=1.45V ，V BZ =0.6V ，Q 0=100，Q L =10，ξ=0.9。

求集电极输出功率P o 和天线功率P A 。

解转移特性斜率i 10.5A/V 2.6-0.6c c BE g ν∆===∆ 1.450.6cos 0.3426c θ+=≈ 故得因 c=70θo，查表得()()1700.436 2700.319αα==o oCma C bm i x= g V (1-cos c)=0.56(1-0.342)A=1.97A θ⨯⨯ C max 1c Icm1i ()0.86A αθ== cm CC V =V 240.9V 21.6V ξ=⨯=cm 1Po=Icm1V =0.521.60.86W=9.46W 2⨯⨯g 得A LK O OP Q =10.9P Q η=-= A K O P =P 9.460.9W=8.51W η⨯=⨯bi c BZ题图4-1＋V CC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。