高频功率放大器习题

例 某谐振功率放大器，晶体管的饱和临界线斜率0.5s cr g =,0.6V bZ U =，电源电压24V cc V =,0.2V bb V =−，输入信号振幅2V bm U =，输出回路谐振电阻50P R =Ω，输出功率2W o P =，

试求：(1)集电极电流最大值CM I 、输出电压振幅cm U 、集电极效率c η；

(2)判断放大器工作于什么状态?

(3)当P R 变为何值时，放大器工作于临界状态，这时输出功率o P 、集电极效率c η分别为何值?

题意分析 此题虽然给出了饱和临界线的斜率cr g ，但是没有说明是临界工作状态，因而不能用cr g 来计算CM I 或cm U ，而是要用一般的通用公式计算。判断是否是临界状态时才能应用cr g 计算。

解

(1)由于0.6(0.2)

cos 0.42bZ bb c bm

U V U θ−−−=

==，得66.4c θ=°，查表

0(66.4)0.241α°=,1(66.4)0.421α°=

由2112o c m P P I R =

和10.2828(A)282.8(mA)c m I ====， 则

31282.8105014.14(V)cm c m P U I R −==××= 11282.8

()671.7(mA)0.421

CM c m c I I αθ==

= 直流电源cc V 输入功率

00()24671.70.2413885.1(mW)αθ====××=cc c cc CM c P V I V I

集电极效率

200051.5%3885.1

η==

==o c P P (2)判断放大器工作于什么状态，可以利用cr g 来进行。若为临界状态则满足()CM cr cc cm I g V U =−。实际上，放大器的14.14V cm U =，671.7mA =CM I ，这里可以用两个方法判断。

①若14.14(V)cm U =，对应于临界状态的CM I ′为

()0.5(2414.14) 4.93(A)CM

cr cc cm I g V U ′=−=×−=,<′CM CM I I 为欠压状态。 ②若I CM =671.7 mA，对应于临界状态的cm

U ′为 0.6717

2422.66(V)0.5

CM cm

cc cr I U V g ′=−=−=,<′cm cm

U U 为欠压工作状态。 (3)P R 为何值时，放大器工作于临界状态?由于工作于欠压状态，在其它量不变的条件下，只有增大P R 才能进入临界工作状态。

在c g 、bZ U 、cc V 、bb V 和bm U 不变的条件下，max be bb bm u V U =+不变，则集电极电流脉冲幅值CM I 不变，cos c θ不变，c θ不变，即66.4c θ=°。在671.7mA CM I =的条件下，要工作于临界状态，其对应的cm U =22.66V ′，而11(66.4)282.8(mA)c m CM I I α=°=，故

122.66

80.13()0.2828

cm P

c m U R I ′′===Ω 当P R 改为80.13Ω时，为临界工作状态。此时对应的输出功率为

111

22.66282.83204.1(mW)22

o cm c m P U I ′′==××= 而直流电源cc V 输入功率024671.70.2413885.1(mW)===××=cc c P V I 集电极效率为

3204.1

82.5%3885.1

η==

==o c P P

例 某高频功率放大器，晶体管的理想化输出特性如图3-25所示。已知12V cc V =,0.4V bb V =，输入电压0.4cos (V)b u t ω=，输出电压10cos (V)c u t ω=，试求：

(1)作动态特性，画出c i 与ce u 的波形，并说明放大器工作于什么状态?

(2)计算直流电源cc V 提供直流输入功率P =、高频输出功率o P 、集电极损耗功率c P 、集电极效率c η。

题意分析 此题是要掌握动态特性的作法以及判断工作状态。而功率、效率计算只是通过图找出CM I 并计算出c θ就可以解出各量。

解

(1)根据已知条件12V cc V =,0.4V bb V = ,0.4V bm U = ,10V =cm U ，而c g 和bZ U 可由输出特性求出，可得

0.50V bZ U =

600mA

=2000(ms)(0.8-0.5) V

c c be i g u =

= 采用虚拟电流法可得

①12V Vcc =

②()2000(0.50.4)200(mA)Q c bZ bb I g U V =−−=−×−=− 由①②决定Q 点的坐标(见图3-25)，

③max 0.40.40.8(V)=+=+=be bb bm u V U ④min 12102(V)=−=−=ce cc cm u V U 由③④决定A 点的坐标。连AQ 交于B 点，

图3-25 晶体管输出特性

⑤max 121022(V)=+=+=ce cc cm u V U

由⑤与0c i =，决定C 点坐标，则AB BC −折线为动态特性。

由于A 点在max be u 与饱和临界线的交点上，

放大器工作于临界状态。集电极电流c i 和ce u 的波形如图3-25所示。

(2)根据动态特性可知，集电极电流脉冲的幅值600mA CM I =，而

0.50.4

cos 0.250.4

bZ bb c bm U V U θ−−=

==

可得75.5c θ=°，查表0()0.271c αθ=,1()0.457c αθ=，则

直流电源cc V 提供输入功率=P

00()126000.2711951.2mW αθ====××=cc c cc CM c P V I V I

高频输出功率o P

1111

()0.5106000.4571371mW 22

o cm c m cm CM c P U I U I αθ===×××=

集电极损耗功率c P

1951.21371580.2mW ==−=−=c o P P P

集电极效率c η

137170.3%1951.2

η==

==o c P P