杨霓清 高频答案 第七章—高频功率放大器
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o
U bz Vbb 随 U bm U bm
1 c 随 U bm 增
U bz Vbb 随 Vbb 增 U bm
1 c 随 Vbb 增大
试计算 PD 、 PC 、 c 和 R 。若 减小到 80 ，各量又为何值？
o
解： 由于工作于临界状态，
I CM ＝ g cr Vcc U cm
1 g1 c 2
I c1m =
2 c
(5)
ห้องสมุดไป่ตู้
c =
g1 c =
2 c
=
2 0.883 =1.75 0.95
0
查表得： c =66
7.7 某一 3DA4 高频功率晶体管的饱和临界线跨导 g cr 0.8s 用它做成谐振功率放大器，选 定 VCC 24V， 70 ， I CM 2.2A，并工作于临界状态，试计算： R 、 PD 、 Po 、
当 c =24 , 1 24
o
=0.174
o
1 Po = U cm I CM 1 24o =6.88 0.174=1.197W 2
引起变化的原因是 c 变化了，即 U bz 、 U bm 和 U bb 在变化。 7.11 谐振功率放大器原工作于欠压状态。 现在为了提高输出效率， 将放大器调整到临界状态。
2 U cm 18U cm 12 0
U cm 17.3V 或 U cm 0.7V （舍去）
ICM gcr Vcc U cm 0.6 18 17.3 0.42A
I c 0 ICM0 90o 0.42 0.319 0.134 A
思考题与习题
7.1 为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态？为什么采用谐振回路作负载？ 为什么要调谐在工作频率上？回路失谐将产生什么结果？ 答：高频功率放大器的输出功率高，其效率希望要高些，这样在有源器件的损耗的功 率就低，不仅能节省能源，更重要的是保护有源器件的安全工作。乙类丙类放大器状态 的效率比甲类高因此高频功率放大器常选用乙类或丙类放大器。 乙类和丙类放大器的集电极电流为脉冲状，只有通过谐振电阻 R p 相乘，产生边疆 的基波电压输出。回路调谐于工作频率是为了取出基波电压输出。 7.2 丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别？为什么 会产生这些区别？动态特性的含义是什么？ 答：所谓动态特性是指放大器的晶体管（ g c 、 U bz ） 、偏置电源（ Vcc 、 Vbb ） 、输入 信号（ U bm ） 、输出信号或谐振电阻（ U cm 或 R p ）确定后，放大器的集电极电流 ic 随 ube 和 uce 的变化关系。事实上，改变 Vbb 可以使放大器工作于甲类、乙类或丙类。而工作 在甲类，电流 ic 是不失真的，所作的负载线也是在确定动态特性，它的动态特性为一条 负斜的直线，是由负载线决定的。 而丙类放大器的 Vbb ＜ Vbz ，电流产生失真，是周期脉冲电流。而输出电压是谐振 回路的谐振电阻 R p 与电流脉冲的基波电流相乘，即电流 ic 的变化为脉冲状，而输出电 压是连续的基波电压，因此动态特性不能简单地用谐振电阻 R p 负载线决定。只能根据 高频谐振功率放大器的电路参数用解析式和作图法求得，它与甲类放大的负载线不同， 其动态特性为。原因是电流为脉冲状，有一段时间 ic 是为 0 的 7.3 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙类？ 答：因为谐振功放的输出负载为谐振回路，该回路具有迁频特性，可以从晶体管的余 弦脉冲电流中， 将不失真的基波电流分量迁频出来， 在并联谐振回路上形成不失真的基波余 弦电压，而电阻听电阻特性输出负载不具备这样的功能，因此不能在丙类工作。 7.4 放大器工作于丙类比工作于甲、乙类有何优点？为什么？丙类工作的放大器适宜于放大 哪些信号？ 答：与甲、乙类比较，丙类工作变压器的优点在于： （1）由于丙类工作时晶体管的导通时间短，使管子的瞬时功耗减少，因而效率得到提高。 （2）丙类工作的变压器输出负载为并联谐振回路，具有迁频滤波特性，保证了输出信号 的不失真。 因此，丙类放大器只适宜于放大载波信号和高频窄带信号。 7.5 试求图 7.2.1(a)所示电路的并联谐振回路各次谐波与基频的阻抗值之比。已知回路的品 质因数 Q
c = g1 c
1 2
c 70o = g1 70o
1 2
=1.73，则
o
2c 70o 2 0.6 = =0.694 = 1.73 g1 70o
而
c c' = g1 c'
2c c' 2 0.68 = =1.96 g1 = 1.694
o
PC 和 c 。
答：由于工作于临界状态，其各参数的关系如图所示 由图可知 I CM ＝ g cr Vcc U cm
Vcc U cm ＝
I cm 2.2 ＝ ＝2.75V g cr 0.8
U cm ＝ Vcc 2.75 ＝21.25V
U cm = Tr1 Tr5Tr2、Tr3Tr4Tr6Tr7 Tr1 2.8T1、T2 =21.15V I c1m 1 Zc1Zc2 =Zc3 Zc4 =Zc5 3
题 7.7 图解 临界工作状态
（3） Po ＝ U cm I c1m ＝ U cm I CM 1 70o
（4） Pc ＝ P － Po ＝3.17W （5） c ＝ Po / P =76.3%
7.8 高频功率放大器的欠压、临界、过压状态是如何区分的？各有什么特点？当 VCC 、 Vcm 、
VBB 和 R 四个外界因素只变化其中一个因素时，功率放大器的工作状态如何变化？
' c
1 2
查表
c' =24
由于 ube max 不变，即 I CM 不变，则
1 1 Po = U cm I c1m = U cm I CM 1 c 2 2
当 c =70 ， Po ＝3W，则
o
1 U cm I CM = Po / 1 70o =3/0.436=6.88 2
L
r
10 ，回路谐振于基频。
7.6 某一晶体管谐振功率放大器，设已知 VCC 24V， I CO 250mA， Po 5W，电压利用系 数 0.95，试求 PD 、 c 、 R 、 I c1m 和 。
318
答：(1) P = Vcc I c 0 =24 250 10 (2) c = Po / P =5/6=83.3%
题7.8图解 三种工作状态的区分
改变 Vcc 时， Vcc 由小变大，工作状态由过压到临界然
后到欠压。改变 U bm 时，由小变大，工作状态由欠压到临界然后到过压。改变 Vbb ，负向正 变，工作状态由欠压到临界然后到过压。改变 R ｐ 时，由小到大变，工作状态由欠压到临界
320
然后到过压。 7.9 已知集电极电流余弦脉冲 iC max 100mA，试求导通角 120° ， 70° 时集电极电流的 直流分量 I CO 和基波分量 I c1m ；若 Vcm 0.95 VCC ，求出两种情况下放大器的效率各为多 少？ 7.10 谐振功率放大器原来工作于临界状态，它的导通角 为 70 ，输出功率为 3W，效率为
临界状态， A1 点在放大区是处于欠压状态。而 A3 点是不存在的，它对应的动态特性为三的 线是进入过压状态。 欠压区的特点是电流脉冲为尖顶，输出电压幅度相对较 小，其输出功率较小，效率也低，除在基极调幅电路中应用 外，其它应用较少。临界状态，输出电压田头在，电流为尖 顶脉冲，输出功率最大，效率较高，较多的应用于发射机中 的输出级。过压状态，电流为凹顶脉冲，输出电压幅度大， 过压区内输出电压振幅随 R ｐ 变化小，常作为发射机的高频 功率变压器的中间级应用。
322
I c1m ICM1 90o 0.42 0.500 0.210 A
P Vc I c 0 18 0.314 2.412W Pc P Po 2.412 1.8 0.612W
c Po / P 1.8 / 2.412 74.6%
解:高频功率变压器的欠压、临界、过压状态是根据动态特性的 A 点的位置来区分。若 A 点 在 ube max 和饱和临界线的交点上，这就是临界状态。若 A 点在的延长线上（实际上不存在） ， 动态特性为三段折线组成，则为过压状态。若 A 点在 ube max 线上，但是在放大区，输出幅度
U cm 较小，则为欠压状态。三种工作状态也可用图所示动态特性来区分。其中 A2 点对应于
o
60％，后来由于某种原因，性能发生变化，经实测发现效率增加到 68％，而输出功率 明显下降，但 VCC 、Vcm 、 BE max 不变，试分析原因，并计算实际输出功率和导通角 。 解：由题意知 Vcc 、 U cm 、 ube max 不变，即电压利用系数 不变 因为效率 所以 查表知 g1 70
321
试问， 可分别改变哪些量来实现？当改变不同的量调到临界状态时， 放大器的输出功率 是否都是一样大？ 解： （1）增 R ｐ 大由欠压调整到临界，这时 I CM 不变，不变， I c1m 不变，随 R ｐ 增大输出功率 也增大。 （2） 增大 U bm 可由欠压调整到临界， 这时 I CM 随 U bm 增大而增大， cos c ＝ 增大而减小，随 U bm 增大而增大，1 c 增大。 R ｐ 不变， I c1m ＝ I CM 大而增大，则输出功率随 U bm 增大而增大。 （3）增大 Vbb 可由欠压调到临界。这时 I CM 随 Vbb 增大而增大， cos c ＝ 大减小， c 随 Vbb 增大而增大 1 c 也增大， R ｐ 不变， I c1m ＝ I CM 而增大，则输出功率随 Vbb 增大而增大。 三者的改变由欠压到临界，输出功率不会一样大。 注意：改变 Vbb 由欠压到临界，其输出功率是不变的，因此不能采用改变 Vbb 。 7.12 谐振功率放大器工作于临界状态。 已知 VCC 18V，g cr 0.6 S， 若 Po 1.8W， 90 ，
1 1 Po U cm I c1m U cm I CM1 c 2 2 1 U cm gcr Vcc U cm 1 c 2
（1） c 90 ， 0 90
o
0.319 ， 90 0.500
o
o 1
1 1.8 U cm 0.6 18 U cm 0.5 2
3
=6W
(3) U cm = Vcc =0.95 24=22.8V
Po =
1 U cm 2 Rp
2 U cmo 22.82 = =52 2 Po 2 5
Rp =
(4) Po =
1 U cm I c1m 2
2 Po 2 5 = =0.4386A=438.6mA U cm 22.8
RP
o
U cm 17.3 82.4 I c1m 0.210
（2） c 80 ， 0 80o 0.268 ， 1 80o 0.472
1 1.8 U cm 0.6 18 U cm 0.472 2
2 U cm 18U cm 12.712 0
U cm 17.26V 或 U cm 0.74V （舍）
则
ICM gcr Vcc U cm 16 18 17.26 0.444 A
319
RP =
其中
1 70o ＝0.436
（2） P ＝ Vcc I c 0 ＝ Vcc I CM 1 70o
＝24 2.2 0.253＝13.36W 其中
1 70o ＝0.253
1 1 2 2 1 ＝ 21.25 2.2 0.436＝10.19W 2
U bz Vbb 随 U bm U bm
1 c 随 U bm 增
U bz Vbb 随 Vbb 增 U bm
1 c 随 Vbb 增大
试计算 PD 、 PC 、 c 和 R 。若 减小到 80 ，各量又为何值？
o
解： 由于工作于临界状态，
I CM ＝ g cr Vcc U cm
1 g1 c 2
I c1m =
2 c
(5)
ห้องสมุดไป่ตู้
c =
g1 c =
2 c
=
2 0.883 =1.75 0.95
0
查表得： c =66
7.7 某一 3DA4 高频功率晶体管的饱和临界线跨导 g cr 0.8s 用它做成谐振功率放大器，选 定 VCC 24V， 70 ， I CM 2.2A，并工作于临界状态，试计算： R 、 PD 、 Po 、
当 c =24 , 1 24
o
=0.174
o
1 Po = U cm I CM 1 24o =6.88 0.174=1.197W 2
引起变化的原因是 c 变化了，即 U bz 、 U bm 和 U bb 在变化。 7.11 谐振功率放大器原工作于欠压状态。 现在为了提高输出效率， 将放大器调整到临界状态。
2 U cm 18U cm 12 0
U cm 17.3V 或 U cm 0.7V （舍去）
ICM gcr Vcc U cm 0.6 18 17.3 0.42A
I c 0 ICM0 90o 0.42 0.319 0.134 A
思考题与习题
7.1 为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态？为什么采用谐振回路作负载？ 为什么要调谐在工作频率上？回路失谐将产生什么结果？ 答：高频功率放大器的输出功率高，其效率希望要高些，这样在有源器件的损耗的功 率就低，不仅能节省能源，更重要的是保护有源器件的安全工作。乙类丙类放大器状态 的效率比甲类高因此高频功率放大器常选用乙类或丙类放大器。 乙类和丙类放大器的集电极电流为脉冲状，只有通过谐振电阻 R p 相乘，产生边疆 的基波电压输出。回路调谐于工作频率是为了取出基波电压输出。 7.2 丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别？为什么 会产生这些区别？动态特性的含义是什么？ 答：所谓动态特性是指放大器的晶体管（ g c 、 U bz ） 、偏置电源（ Vcc 、 Vbb ） 、输入 信号（ U bm ） 、输出信号或谐振电阻（ U cm 或 R p ）确定后，放大器的集电极电流 ic 随 ube 和 uce 的变化关系。事实上，改变 Vbb 可以使放大器工作于甲类、乙类或丙类。而工作 在甲类，电流 ic 是不失真的，所作的负载线也是在确定动态特性，它的动态特性为一条 负斜的直线，是由负载线决定的。 而丙类放大器的 Vbb ＜ Vbz ，电流产生失真，是周期脉冲电流。而输出电压是谐振 回路的谐振电阻 R p 与电流脉冲的基波电流相乘，即电流 ic 的变化为脉冲状，而输出电 压是连续的基波电压，因此动态特性不能简单地用谐振电阻 R p 负载线决定。只能根据 高频谐振功率放大器的电路参数用解析式和作图法求得，它与甲类放大的负载线不同， 其动态特性为。原因是电流为脉冲状，有一段时间 ic 是为 0 的 7.3 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙类？ 答：因为谐振功放的输出负载为谐振回路，该回路具有迁频特性，可以从晶体管的余 弦脉冲电流中， 将不失真的基波电流分量迁频出来， 在并联谐振回路上形成不失真的基波余 弦电压，而电阻听电阻特性输出负载不具备这样的功能，因此不能在丙类工作。 7.4 放大器工作于丙类比工作于甲、乙类有何优点？为什么？丙类工作的放大器适宜于放大 哪些信号？ 答：与甲、乙类比较，丙类工作变压器的优点在于： （1）由于丙类工作时晶体管的导通时间短，使管子的瞬时功耗减少，因而效率得到提高。 （2）丙类工作的变压器输出负载为并联谐振回路，具有迁频滤波特性，保证了输出信号 的不失真。 因此，丙类放大器只适宜于放大载波信号和高频窄带信号。 7.5 试求图 7.2.1(a)所示电路的并联谐振回路各次谐波与基频的阻抗值之比。已知回路的品 质因数 Q
c = g1 c
1 2
c 70o = g1 70o
1 2
=1.73，则
o
2c 70o 2 0.6 = =0.694 = 1.73 g1 70o
而
c c' = g1 c'
2c c' 2 0.68 = =1.96 g1 = 1.694
o
PC 和 c 。
答：由于工作于临界状态，其各参数的关系如图所示 由图可知 I CM ＝ g cr Vcc U cm
Vcc U cm ＝
I cm 2.2 ＝ ＝2.75V g cr 0.8
U cm ＝ Vcc 2.75 ＝21.25V
U cm = Tr1 Tr5Tr2、Tr3Tr4Tr6Tr7 Tr1 2.8T1、T2 =21.15V I c1m 1 Zc1Zc2 =Zc3 Zc4 =Zc5 3
题 7.7 图解 临界工作状态
（3） Po ＝ U cm I c1m ＝ U cm I CM 1 70o
（4） Pc ＝ P － Po ＝3.17W （5） c ＝ Po / P =76.3%
7.8 高频功率放大器的欠压、临界、过压状态是如何区分的？各有什么特点？当 VCC 、 Vcm 、
VBB 和 R 四个外界因素只变化其中一个因素时，功率放大器的工作状态如何变化？
' c
1 2
查表
c' =24
由于 ube max 不变，即 I CM 不变，则
1 1 Po = U cm I c1m = U cm I CM 1 c 2 2
当 c =70 ， Po ＝3W，则
o
1 U cm I CM = Po / 1 70o =3/0.436=6.88 2
L
r
10 ，回路谐振于基频。
7.6 某一晶体管谐振功率放大器，设已知 VCC 24V， I CO 250mA， Po 5W，电压利用系 数 0.95，试求 PD 、 c 、 R 、 I c1m 和 。
318
答：(1) P = Vcc I c 0 =24 250 10 (2) c = Po / P =5/6=83.3%
题7.8图解 三种工作状态的区分
改变 Vcc 时， Vcc 由小变大，工作状态由过压到临界然
后到欠压。改变 U bm 时，由小变大，工作状态由欠压到临界然后到过压。改变 Vbb ，负向正 变，工作状态由欠压到临界然后到过压。改变 R ｐ 时，由小到大变，工作状态由欠压到临界
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然后到过压。 7.9 已知集电极电流余弦脉冲 iC max 100mA，试求导通角 120° ， 70° 时集电极电流的 直流分量 I CO 和基波分量 I c1m ；若 Vcm 0.95 VCC ，求出两种情况下放大器的效率各为多 少？ 7.10 谐振功率放大器原来工作于临界状态，它的导通角 为 70 ，输出功率为 3W，效率为
临界状态， A1 点在放大区是处于欠压状态。而 A3 点是不存在的，它对应的动态特性为三的 线是进入过压状态。 欠压区的特点是电流脉冲为尖顶，输出电压幅度相对较 小，其输出功率较小，效率也低，除在基极调幅电路中应用 外，其它应用较少。临界状态，输出电压田头在，电流为尖 顶脉冲，输出功率最大，效率较高，较多的应用于发射机中 的输出级。过压状态，电流为凹顶脉冲，输出电压幅度大， 过压区内输出电压振幅随 R ｐ 变化小，常作为发射机的高频 功率变压器的中间级应用。
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I c1m ICM1 90o 0.42 0.500 0.210 A
P Vc I c 0 18 0.314 2.412W Pc P Po 2.412 1.8 0.612W
c Po / P 1.8 / 2.412 74.6%
解:高频功率变压器的欠压、临界、过压状态是根据动态特性的 A 点的位置来区分。若 A 点 在 ube max 和饱和临界线的交点上，这就是临界状态。若 A 点在的延长线上（实际上不存在） ， 动态特性为三段折线组成，则为过压状态。若 A 点在 ube max 线上，但是在放大区，输出幅度
U cm 较小，则为欠压状态。三种工作状态也可用图所示动态特性来区分。其中 A2 点对应于
o
60％，后来由于某种原因，性能发生变化，经实测发现效率增加到 68％，而输出功率 明显下降，但 VCC 、Vcm 、 BE max 不变，试分析原因，并计算实际输出功率和导通角 。 解：由题意知 Vcc 、 U cm 、 ube max 不变，即电压利用系数 不变 因为效率 所以 查表知 g1 70
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试问， 可分别改变哪些量来实现？当改变不同的量调到临界状态时， 放大器的输出功率 是否都是一样大？ 解： （1）增 R ｐ 大由欠压调整到临界，这时 I CM 不变，不变， I c1m 不变，随 R ｐ 增大输出功率 也增大。 （2） 增大 U bm 可由欠压调整到临界， 这时 I CM 随 U bm 增大而增大， cos c ＝ 增大而减小，随 U bm 增大而增大，1 c 增大。 R ｐ 不变， I c1m ＝ I CM 大而增大，则输出功率随 U bm 增大而增大。 （3）增大 Vbb 可由欠压调到临界。这时 I CM 随 Vbb 增大而增大， cos c ＝ 大减小， c 随 Vbb 增大而增大 1 c 也增大， R ｐ 不变， I c1m ＝ I CM 而增大，则输出功率随 Vbb 增大而增大。 三者的改变由欠压到临界，输出功率不会一样大。 注意：改变 Vbb 由欠压到临界，其输出功率是不变的，因此不能采用改变 Vbb 。 7.12 谐振功率放大器工作于临界状态。 已知 VCC 18V，g cr 0.6 S， 若 Po 1.8W， 90 ，
1 1 Po U cm I c1m U cm I CM1 c 2 2 1 U cm gcr Vcc U cm 1 c 2
（1） c 90 ， 0 90
o
0.319 ， 90 0.500
o
o 1
1 1.8 U cm 0.6 18 U cm 0.5 2
3
=6W
(3) U cm = Vcc =0.95 24=22.8V
Po =
1 U cm 2 Rp
2 U cmo 22.82 = =52 2 Po 2 5
Rp =
(4) Po =
1 U cm I c1m 2
2 Po 2 5 = =0.4386A=438.6mA U cm 22.8
RP
o
U cm 17.3 82.4 I c1m 0.210
（2） c 80 ， 0 80o 0.268 ， 1 80o 0.472
1 1.8 U cm 0.6 18 U cm 0.472 2
2 U cm 18U cm 12.712 0
U cm 17.26V 或 U cm 0.74V （舍）
则
ICM gcr Vcc U cm 16 18 17.26 0.444 A
319
RP =
其中
1 70o ＝0.436
（2） P ＝ Vcc I c 0 ＝ Vcc I CM 1 70o
＝24 2.2 0.253＝13.36W 其中
1 70o ＝0.253
1 1 2 2 1 ＝ 21.25 2.2 0.436＝10.19W 2