高频电子线路作业及答案(胡宴如 狄苏燕版)三章

d
A
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下图P3.1所示。

已知：，，回路调谐在输入信号频率上，试在转移特性上画出
BB 0.2V V =i 1.1cos ()u t V ω=输入电压和集电极电流波形，并求出电流导通角及、、的大小。

θc0I c1m I c2m I [解]　由可作出它的波形如图BE BB 0.2 1.1cos ()0.2 1.1cos (),i u V u V t V V t ωω=+=+=+P3.1(2)所示。

根据及转移特性，在图P3.1中可作出的波形如(3)所示。

由于时，
BE u c i 0t =则
BE BE max (0.2 1.1)=1.3,u u V V ==+。

max 0.7C i A =因为，所以
()cos im BE on BB U U V θ=-则得BE(on)BB
im
0.60.2
cos 0.364,1.1
U V U θ--=
=
=69θ=︒
由于，，，则
0(69)0.249α︒=1(69)0.432α︒=2(69)0.269α︒=00max 11max 22max (69)0.2490.70.174(69)0.4320.70.302(69)0.2690.70.188c C c m C c m C I i A I i A I i A
ααα=︒=⨯==︒=⨯==︒=⨯=3.2　已知集电极电流余弦脉冲，试求通角，时集电极
max 100mA C i =120θ=︒70θ=︒电流的直流分量和基波分量；若，求出两种情况下放大器的效率各为0c I 1c m I CC 0.95cm U V =多少？
6
[解]　(1) ，，120θ=︒0()0.406αθ=1()0.536
αθ=01100.40610040.6mA,0.53610053.6mA
()110.5360.9562.7%2()20.406
c c m cm c CC I I U V αθηαθ=⨯==⨯==
=⨯⨯=A A (2) ，，70θ=︒0()0.253αθ=1()0.436
αθ=010.25310025.3mA,0.43610043.6mA
10.436
0.9581.9%
20.253
c c m c I I η=⨯==⨯==⨯
⨯=3.3　已知谐振功率放大器的，，，，试
CC 24V V =C0250mA I =5W o P =cm CC 0.9U V =求该放大器的、、以及、、。

D P C P C ηc1m I max C i θ[解] 00.25246W D C CC P I V ==⨯=1651W
5
83.3%6
225
0.463A 0.924
C D o o C D o c m cm P P P P P P I U η=-=-==
==⨯=
==⨯11
()220.833 1.85,500.9
CC C cm V g U θηθ==⨯⨯==︒
0max 00.25
1.37()0.183
C C I i A αθ=
==3.4　一谐振功率放大器，，测得，，，求
CC 30V V =C0100mA I =cm 28V U =70θ=︒、和。

e R o P C η[解] 0max 0100
395mA
(70)0.253
c C I i α=
==︒1max 1(70)3950.436172mA
c m C I i α=︒=⨯=128163Ω
0.172
cm e c m U R I ===111
0.17228 2.4W 22o c m cm P I U =
=⨯⨯=2.480%
0.130o C D P P η===⨯3.5　已知，，，放大器工作在临界状态
CC 12V V =BE(on)0.6V U =BB 0.3V U =-，要求输出功率，，试求该放大器的谐振电阻、输入电压cm 10.5V U =o 1W P =60θ=︒e R 及集电极效率。

im U C η[解] 22
1110.555221
cm e o U R P =
==ΩA 10()0.6(0.3)
1.8V
cos 0.5
(60)110.39110.578.5%
2(60)20.21812
BE BB im cm C CC U on V U U V θαηα---=
==︒===︒A A A 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。

7
[解]　(a) 、集电极均采用串联馈电方式，基极采用自给偏压电路，利用高频扼1V 2V 1V 圈中固有直流电阻来获得反向偏置电压，而利用获得反向偏置电压。

输入端采用L 型2V B R 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，由高频扼流圈中的直流电
B L 阻产生很小的负偏压，输出端由，构成型和型滤波匹配网络，调节
23L C 345C C C L T 和使得外接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
34C C 5C 由、、、构成和型滤波匹配网络， 用来调匹配，用来调谐振。

1C 2C 1L 6C T L 1C 2
C 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，等效电阻，若放大器要求，求和。

500PF A C =8A r =Ω80e R =ΩL
C
[解]　先将、等效为电感，则、组成形网络，如图P3.7(s)所示。

由图
L A C A L A L C L
可得
3e Q =
==由图又可得，所以可得
/e A A Q L r ω=
8
66
2212262638
1.9110 1.91μH 2π210111 1.91μH 1
2.122μH 311
298710F 2987pF (2π210) 2.12210e A
A A A e A Q r L H L L Q C L ωω---⨯=
=
=⨯=⨯⨯⎛⎫⎛⎫'=+=+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=
==⨯='⨯⨯
⨯⨯
因为，所以
1
A A
L L C ωωω=
-626212
6
11
1.9110(2
π210)50010
14.5910H 14.59μH
A A L L C ω---=+=⨯+
⨯⨯⨯⨯=⨯=3.8　一谐振功率放大器，要求工作在临界状态。

已知，，CC 20V V =o 0.5W P =，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
L 50R =Ω匹配网络，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等于
e R 2
2
(0.9520)361220.5
cm e o U R P ⨯===Ω
⨯由于>，需采用低阻变高阻网络，所以
e R L R 66
22122626
2.4942.49450
1.98610 1.986μH 2π1010111 1.9861
2.31μH 2.49411
11010F 110pF (2π1010) 2.3110
e e L
e Q Q R L H L L H Q C L ωμω---===⨯=
=
=⨯=⨯⨯⎛⎫⎛⎫'=+=+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝
⎭=
==⨯='⨯⨯⨯⨯3.9　已知实际负载，谐振功率放大器要求的最佳负载电阻，工作50L R =Ω121e R =Ω频率，试计算图3.3.9(a)所示型输出滤波匹配网络的元件值，取中间变换阻
30MHz f =∏抗。

2L
R '=Ω
[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
21 4.97.71e e Q Q ====
==
9
12226
222229122
62
12
2
9
11164.9
52010520pF 2π301050
1115201542pF 4.911
5210H 52nH (2π3010)542107.71281.810H 81.8nH
2π3010e L e e L Q C F R C C pF Q L C Q R L ωωω----=
==⨯=⨯⨯⨯⎛⎫⎛⎫'=+=+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝
⎭===⨯='⨯⨯⨯⨯'⨯===⨯=⨯⨯1111221121262911
1111211181.8nH 183nH 7.7111
33910339pF (2π3010)8310(81.852)nH 133.8nH
e L L Q C F L L L L ω--⎛⎫⎛⎫'=+=+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝
⎭=
==⨯='⨯⨯⨯⨯=+=+=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。

[解]　(a) 1
1411
4,4,,4444164
c i i c L c c i L
L c Z R U U R Z R Z Z R R I I R Z ========(b) 2211
2,,2,4222/2
i c i c L c c i L L c R Z U U R Z R Z Z R R I I R Z =
=======
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，试75L R =Ω求、、及的值。

1d R 2d R 3d R s R [解]　当a 与b 端负载电阻均等于2，a 与b 端获得信号源供给功率的一半。

同理，
1r T s R 、两端负载都相等，且等于4时，a 、b 端功率又由、平均分配给四
2r T 3r T L R s R 2r T 3r T 个负载，所以每路负载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。

L R 12375,150,18.75d d d s R R R R =Ω==Ω=Ω
n
10
3.12　图P3.12所示为工作在2~30 MHz 频段上、输出功率为50 W 的反相功率合成电路。

试说明：(1) ~传输线变压器的作用并指出它们的特性阻抗；(2) 、传输线1r T 5r T 6r T 7r T 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。

[解]　(1) 说明~的作用并指出它们的特性阻抗
1r T 5r T 为1:1传输线变压器，用以不平衡与平衡电路的转换，。

1r T 150c Z =Ω和组成9:1阻抗变换电路，。

2r T 3r T 2350/316.7c c Z Z ==Ω=Ω为1:1传输线变压器，用以平衡与不平衡电路的转换，。

4r T 412.5c Z =Ω为1:4传输线变压器，用以阻抗变换，。

5r T 525c Z =Ω(2) 说明、的作用并估算功率管的输入阻抗和等效负载阻抗
6r T 7r T 起反向功率分配作用，起反向功率合成作用。

6r T 7r T 功率管的输入阻抗为
501
2.892
Ω⨯=Ω功率管集电极等效负载阻抗为
50
6.2524
a b R R ==
=Ω⨯。