高频电子线路作业及答案(胡宴如 狄苏燕版)三章

[解] (1) 说明 Tr1 ~ Tr 5 的作用并指出它们的特性阻抗
Tr1 为 1:1 传输线变压器，用以不平衡与平衡电路的转换， Z c1 = 50 Ω 。 Tr 2 和 Tr 3 组成 9:1 阻抗变换电路， Z c 2 = Z c 3 = 50 Ω / 3 = 16.7 Ω 。 Tr 4 为 1:1 传输线变压器，用以平衡与不平衡电路的转换， Z c 4 = 12.5 Ω 。 Tr 5 为 1:4 传输线变压器，用以阻抗变换， Z c 5 = 25 Ω 。
I c1m = α1 (69°)iC max = 0.432 × 0.7 = 0.302 A I c 2 m = α 2 (69°)iC max = 0.269 × 0.7 = 0.188 A
3.2 已知集电极电流余弦脉冲 iC max = 100 mA ，试求通角 θ = 120° ， θ = 70° 时集电极电 流的直流分量 I c 0 和基波分量 I c1m ；若 U cm = 0.95 VCC ，求出两种情况下放大器的效率各为多 少？
[解]
由 uBE = VBB + ui = 0.2 V + 1.1 cos (ω t )V = 0.2 V + 1.1 cos (ω t ), 可作出它的波形如图
P3.1(2)所示。 根据 uBE 及转移特性，在图 P3.1 中可作出 ic 的波形如(3)所示。由于 t = 0 时，
uBE = uBE max = (0.2 + 1.1) V =1.3 V , 则 iC max = 0.7 A 。
ηc =
求该放大器的 PD 、 PC 、 ηC 以及 I c1m 、 iC max 、 θ 。 [解]
PD = I C 0VCC = 0.25 × 24 = 6 W
PC = PD − Po = 6 − 5 = 1 W Po 5 = = 83.3% PD 6 2P 2×5 I c1m = o = = 0.463 A U cm 0.9 × 24 V 1 g1 (θ ) = 2ηC CC = 2 × 0.833 × = 1.85, θ = 50° U cm 0.9 I 0.25 iC max = C 0 = = 1.37 A α 0 (θ ) 0.183 ηC =
[解] 先将 L 、 C A 等效为电感 LA ，则 LA 、 C 组成 L 形网络，如图 P3.7(s)所示。由图可 得
Qe =
由图又可得 Qe = ω LA / rA ，所以可得
Re 80 −1 = −1 = 3 rA 8
8
Qe rA 3×8 = = 1.91 × 10−6 H = 1.91 μH ω 2π × 2 × 106 ⎛ 1 ⎞ 1⎞ ′ = LA ⎜1 + 2 ⎟ = 1.91 μH ⎛ LA ⎜ 1 + 2 ⎟ = 2.122 μH ⎝ 3 ⎠ ⎝ Qe ⎠ 1 1 C= 2 = = 2987 × 10−12 F = 2987 pF 6 2 −6 ′ ω LA (2π × 2 × 10 ) × 2.122 × 10 1 因为 ω LA = ω L − ，所以 ωCA 1 1 L = LA + 2 = 1.91 × 10−6 + 6 2 ω CA (2π × 2× 10 ) × 500× 10−12 LA =
= 14.59 × 10−6 H = 14.59μ H 3.8 一谐 振 功 率 放 大 器 ， 要 求 工 作 在 临 界 状 态 。 已 知 VCC = 20 V ， Po = 0.5 W ，
RL = 50 Ω ，集电极电压利用系数为 0.95，工作频率为 10 MHz。用 L 型网络作为输出滤波匹
3.11 功率四分配网络如图 P3.11 所示，试分析电路的工作原理。已知 RL = 75 Ω ，试求
Rd 1 、 Rd 2 、 Rd 3 及 Rs 的值。
[解] 当 Tr1 a 与 b 端负载电阻均等于 2 Rs ，a 与 b 端获得信号源供给功率的一半。同理，
Tr 2 、 Tr 3 两端负载 RL 都相等，且等于 4 Rs 时，a、b 端功率又由 Tr 2 、 Tr 3 平均分配给四个
3.6 谐振功率放大器电路如图 P3.6 所示，试从馈电方式，基极偏置和滤波匹配网络等 方面，分析这些电路的特点。
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[解] (a) V1 、 V2 集电极均采用串联馈电方式，基极采用自给偏压电路， V1 利用高频扼 圈中固有直流电阻来获得反向偏置电压，而 V2 利用 RB 获得反向偏置电压。输入端采用 L 型 滤波匹配网络，输出端采用 ∏ 型滤波匹配网络。 (b) 集电极采用并联馈电方式， 基极采用自给偏压电路， 由高频扼流圈 LB 中的直流电阻 产生很小的负偏压，输出端由 L2 C3 ， C3C4 C5 构成 L 型和 T 型滤波匹配网络，调节 C3C4 和
负载，所以每路负载 RL 获得信号源供给功率的 1/4，故图 P3.11 构成功率四分配网络。
Rd 1 = 75 Ω, Rd 2 = Rd 3 = 150 Ω, Rs = 18.75 Ω
3.12 图 P3.12 所示为工作在 2~30 MHz 频段上、输出功率为 50 W 的反相功率合成电
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路。试说明：(1) Tr1 ~ Tr 5 传输线变压器的作用并指出它们的特性阻抗；(2) Tr 6 、 Tr 7 传输线 变压器的作用并估算功率管输入阻抗和集电极等效负载阻抗。
U cm = 10.5 V ，要求输出功率 Po = 1 W ， θ = 60° ，试求该放大器的谐振电阻 Re 、输入电压 U im 及集电极效率 ηC 。
[解]
2 1 U cm 1 10.52 = i = 55 Ω 2 Po 2 1
Re =
U im =
U BE (on) − VBB 0.6 − ( −0.3) = = 1.8 V cos θ 0.5 1 α1 (60°) U cm 1 0.391 10.5 ηC = i = i i = 78.5% 2 α 0 (60°) VCC 2 0.218 12
6
[解] (1) θ = 120° ， α 0 (θ ) = 0.406 ， α1 (θ ) = 0.536 I c 0 = 0.406 × 100 = 40.6 mA, I c1m = 0.536 × 100 = 53.6 mA
ηc =
1 α1 (θ ) U cm 1 0.536 i i = × × 0.95 = 62.7% 2 α 0 (θ ) VCC 2 0.406
配网络，试计算该网络的元件值。 [解] 放大器工作在临界状态要求谐振阻抗 Re 等于
2 U cm (0.95 × 20)2 = = 361 Ω 2 Po 2 × 0.5
Re =
由于 Re > RL ，需采用低阻变高阻网络，所以
Qe = L=
Re 361 −1 = − 1 = 2.494 RL 50
Qe RL 2.494 × 50 = = 1.986 × 10−6 H = 1.986 μH 6 ω 2π × 10 × 10 ⎛ 1 ⎞ 1 ⎞ ⎛ L′ = L ⎜1 + 2 ⎟ = 1.986 µ H ⎜ 1 + = 2.31 μH 2 ⎟ Q 2.494 ⎝ ⎠ ⎝ e ⎠ 1 1 C= 2 = = 110 × 10−12 F = 110 pF ω L′ (2π × 10 × 106 ) 2 × 2.31 × 10−6
(2) θ = 70° ， α 0 (θ ) = 0.253 ， α1 (θ ) = 0.436
I c 0 = 0.253 × 100 = 25.3 mA, I c1m = 0.436 × 100 = 43.6 mA
1 0.436 × × 0.95 = 81.9% 2 0.253 3.3 已知谐振功率放大器的 VCC = 24 V ， I C0 = 250 mA ， Po = 5 W ， U cm = 0.9 VCC ，试
因为 U im cos θ = U BE ( on) − VBB ，所以
cos θ =
U BE(on) − VBB U im
=
0.6 − 0.2 = 0.364, 则得 1.1
θ = 69° 由于 α 0 (69°) = 0.249 ， α1 (69°) = 0.432 ， α 2 (69°) = 0.269 ，则 I c 0 = α 0 (69°)iC max = 0.249 × 0.7 = 0.174 A
3.9 已知实际负载 RL = 50 Ω ，谐振功率放大器要求的最佳负载电阻 Re = 121 Ω ，工作 频率 f = 30 MHz ，试计算图 3.3.9(a)所示 Π 型输出滤波匹配网络的元件值，取中间变换阻抗
′ = 2 Ω。 RL
[解] 将图 3.3.9(a)拆成两个 L 型电路，如图 P3.9(s)所示。由此可得
3.4 一谐振功率放大器， VCC = 30 V ，测得 I C0 = 100 mA ， U cm = 28 V ， θ = 70° ，求
Re 、 Po 和 ηC 。
[解]
iC max =
I c0 100 = = 395 mA α 0 (70°) 0.253
I c1m = iC maxα1 (70°) = 395 × 0.436 = 172 mA U 28 Re = cm = = 163Ω I c1m 0.172
Qe 2 = Qe1 =
RL 50 −1 = − 1 = 4.9 ′ RL 2 Re 121 −1 = − 1 = 7.71 ′ RL 2
9
C2 =
Qe 2 4.9 = = 520 × 10−12 F = 520 pF ω RL 2π × 30 × 106 × 50
⎛ 1 ⎞ 1 ⎞ ′ = C2 ⎜1 + 2 ⎟ = 520 pF ⎛ C2 = 542 pF ⎜1 + 2 ⎟ Q 4.9 ⎝ ⎠ e2 ⎠ ⎝ 1 1 L12 = 2 = = 52 × 10−9 H = 52 nH ′ (2π × 30 × 106 )2 × 542 × 10−12 ω C2 Q R′ 7.71 × 2 L11 = e1 L = = 81.8 × 10−9 H = 81.8 nH ω 2π × 30 × 106 ⎛ 1 ⎞ 1 ⎞ ′ = L11 ⎜1 + 2 ⎟ = 81.8 nH ⎛ L11 = 83 nH ⎜1 + 2 ⎟ ⎝ 7.71 ⎠ ⎝ Qe1 ⎠ 1 1 C1 = 2 = = 339 × 10−12 F = 339 pF 6 2 −9 ′ ω L11 (2π × 30 × 10 ) × 83 × 10 L1 = L11 + L12 = (81.8 + 52) nH = 133.8 nH 3.10 试求图 P3.10 所示各传输线变压器的阻抗变换关系及相应的特性阻抗。 1 Ri 4 Z c 1 U 1 4U 1 [解] (a) Ri = = Z c , RL = = 4Z c , = = , Z c = 4 Ri = RL 4I 4 I RL 4 Z c 16 4 R 2 Zc 2U U 1 1 = 2Z c , RL = = Z c , Z c = Ri = 2 RL , i = =4 (b) Ri = I 2I 2 2 RL Zc / 2
第３章 谐振功率放大器
3.1 谐振功率放大器电路如图 3.1.1 所示， 晶体管的理想化转移特性如图 P3.1 所示。已 知： VBB = 0.2 V ， ui = 1.1 cos (ω t ) V ，回路调谐在输入信号频率上，试在转移特性上画出输 入电压和集电极电流波形，并求出电流导通角 θ 及 I c0 、 I c1m 、 I c2m 的大小。
1 1 I c1mU cm = × 0.172 × 28 = 2.4 W 2 2 P 2.4 ηC = o = = 80% PD 0.1 × 30
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Po =
3.5
已 知 VCC = 12 V ， U BE(on) = 0.6 V ， U BB = −0.3 V ， 放 大 器 工 作 在 临 界 状 态
C5 使得外接 50 欧负载电阻在工作频率上变换为放大器所要求的匹配电阻，输入端由 C1 、 C2 、 L1 、 C6 构成 T 和 L 型滤波匹配网络， C1 用来调匹配， C2 用来调谐振。
3.7 某谐振功率放大器输出电路的交流通路如图 P3.7 所示。工作频率为 2 MHz，已知 天线等效电容 C A = 500 PF ，等效电阻 rA = 8 Ω ，若放大器要求 Re = 80 Ω ，求 L 和 C 。