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高频电路原理与分析 习题集 第一章第二章第三章第四章第五章第六章 第1章习题参考答案 1 11 21 3 1 1画出无线通信收发信机的原理框图 并说出各部分的功用 答 上图是一个语音无线电广播通信系统的基本组成框图 它由发射部分 接收部分以及无线信道三大部分组成 发射部分由话筒 音频放大器 调制器 变频器 不一定必须 功率放大器和发射天线组成 低频音频信号经放大后 首先进行调制后变成一个高频已调波 然后可通过变频 达到所需的发射频率 经高频功率放大后 由天线发射出去 接收设备由接收天线 高频小信号放大器 混频器 中频放大器 解调器 音频放大器 扬声器等组成 由天线接收来的信号 经放大后 再经过混频器 变成一中频已调波 然后检波 恢复出原来的信息 经低频功放放大后 驱动扬声器 1 2无线通信为什么要用高频信号 高频 信号指的是什么 答 高频信号指的是适合天线发射 传播和接收的射频信号 采用高频信号的原因主要是 1 频率越高 可利用的频带宽度就越宽 信道容量就越大 而且可以减小或避免频道间的干扰 2 高频信号更适合电线辐射和接收 因为只有天线尺寸大小可以与信号波长相比拟时 才有较高的辐射效率和接收效率 这样 可以采用较小的信号功率 传播较远的距离 也可获得较高的接收灵敏度 1 3无线通信为什么要进行凋制 如何进行调制 答 因为基带调制信号都是频率比较低的信号 为了达到较高的发射效率和接收效率 减小天线的尺寸 可以通过调制 把调制信号的频谱搬移到高频载波附近 另外 由于调制后的信号是高频信号 所以也提高了信道利用率 实现了信道复用 调制方式有模拟调调制和数字调制 在模拟调制中 用调制信号去控制高频载波的某个参数 在调幅方式中 AM普通调幅 抑制载波的双边带调幅 DSB 单边带调幅 SSB 残留单边带调幅 VSSB 在调频方式中 有调频 FM 和调相 PM 在数字调制中 一般有频率键控 FSK 幅度键控 ASK 相位键控 PSK 等调制方法 第2章习题参考答案 2 12 22 32 62 9 2 1对于收音机的中频放大器 其中心频率f0 465kHz B0 707 8kHz 回路电容C 200PF 试计算回路电感和QL值 若电感线圈的QO 100 问在回路上应并联多大的电阻才能满足要求 解2 1 答 回路电感为0 586mH 有载品质因数为58 125 这时需要并联236 66k 的电阻 2 2图示为波段内调谐用的并联振荡回路 可变电容C的变化范围为12 260pF Ct为微调电容 要求此回路的调谐范围为535 1605kHz 求回路电感L和Ct的值 并要求C的最大和最小值与波段的最低和最高频率对应 题2 2图 解2 2 答 电容Ct为19pF 电感L为0 3175Mh 2 3图示为一电容抽头的并联振荡回路 谐振频率f0 1MHz C1 400pf C2 100pF求回路电感L 若Q0 100 RL 2k 求回路有载QL值 解2 3 题2 3图 答 回路电感为0 317mH 有载品质因数为1 546 2 6电阻热噪声有何特性 如何描述 答2 6 电阻的热噪音是由于温度原因使电阻中的自由电子做不规则的热运动而带来的 因此热噪音具有起伏性质 而且它具有均匀的功率谱密度 所以也是白噪音 噪音的均方值与电阻的阻值和温度成正比 2 9求图示的T型和 型电阻网络的电阻热噪声 题2 9图 解2 9设两个电路的电源内阻为Rs解T型网络 2 解 型网络 第3章习题参考答案 3 13 33 73 83 93 103 133 14 3 1对高频小信号放大器的主要要求是什么 高频小信号放大器有哪些分类 答3 1 对高频小信号器的主要要求是比较高的增益比较好的通频带和选择性噪音系数要小稳定性要高高频小信号放大器一般可分为用分立元件构成的放大器 集成放大器和选频电路组成的放大器 根据选频电路的不同 又可分为单调谐回路放大器和双调谐回路放大器 或用集中参数滤波器构成选频电路 3 3高频谐振放大器中 造成工作不稳定的王要因素是什么 它有哪些不良影响 为使放大器稳定工作 可以采取哪些措施 答3 3集电结电容是主要引起不稳定的因素 它的反馈可能会是放大器自激振荡 环境温度的改变会使晶体管参数发生变化 如Coe Cie gie goe yfe 引起频率和增益的不稳定 负载阻抗过大 增益过高也容易引起自激振荡 一般采取提高稳定性的措施为 1 采用外电路补偿的办法如采用中和法或失配法 2 减小负载电阻 适当降低放大器的增益 3 选用fT比较高的晶体管 4 选用温度特性比较好的晶体管 或通过电路和其他措施 达到温度的自动补偿 3 7什么叫做高频功率放大器 它的功用是什么 应对它提出哪些主要要求 为什么高频功放一般在B类 C类状态下工作 为什么通常采用谐振回路作负载 答3 7高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路 其主要功能是放大放大高频信号功率 具有比较高的输出功率和效率 对它的基本要求是有选频作用 输出功率大 自身损耗小 效率高 所以为了提高效率 一般选择在B或C类下工作 但此时的集电极电流是一个余弦脉冲 因此必须用谐振电路做负载 才能得到所需频率的正弦高频信号 3 8高频功放的欠压 临界 过压状态是如何区分的 各有什么特点 当EC Eb Ub RL四个外界因素只变化其中的一个时 高频功放的工作状态如何变化 答3 8当晶体管工作在线性区时的工作状态叫欠压状态 此时集电极电流随激励而改变 电压利用率相对较低 如果激励不变 则集电极电流基本不变 通过改变负载电阻可以改变输出电压的大 输出功率随之改变 该状态输出功率和效率都比较低 当晶体管工作在饱和区时的工作状态叫过压状态 此时集电极电流脉冲出现平顶凹陷 输出电压基本不发生变化 电压利用率较高 过压和欠压状态分界点 及晶体管临界饱和时 叫临界状态 此时的输出功率和效率都比较高 当单独改变RL时 随着RL的增大 工作状态的变化是从欠压逐步变化到过压状态 当单独改变EC时 随着EC的增大 工作状态的变化是从过压逐步变化到欠压状态 当单独改变Eb时 随着Eb的负向增大 工作状态的变化是从过压逐步变化到欠压状态 当单独改变Ub时 随着Ub的增大 工作状态的变化是从欠压逐步变化到过压状态 3 9已知高频功放工作在过压状态 现欲将它调整到临界状态 可以改变哪些外界因素来实现 变化方向如何 在此过程中集电极输出功率如何变化 答3 9可以通过采取以下措施减小激励Ub 集电极电流Ic1和电压振幅UC基本不变 输出功率和效率基本不变 增大基极的负向偏置电压 集电极电流Ic1和电压振幅UC基本不变 输出功率和效率基本不变 减小负载电阻RL 集电极电流Ic1增大 IC0也增大 但电压振幅UC减小不大 因此输出功率上升 增大集电极电源电压 Ic1 IC0和UC增大 输出功率也随之增大 效率基本不变 3 10高频功率放大器中提高集电极效率的主要意义是什么 答3 10主要意义在于提高了电源的利用率 将直流功率的更多的转换为高频信号功率 减小晶体管的功率损耗 可降低对晶体管的最大允许功耗PCM的要求 提高安全可靠性 3 13试回答下列问题 1 利用功放进行振幅调制时 当调制的音频信号加在基极或集电极时 应如何选择功放的工作状态 2 利用功放放大振幅调制信号时 应如何选择功放的工作状态 3 利用功放放大等幅度的信号时 应如何选择功放的工作状态 解3 13 1 利用功放进行振幅调制时 当调制的音频信号加在基极或集电极时 功放应选在过压状态 2 利用功放放大振幅调制信号时 功放应选在欠压状态 并为乙类工作 3 利用功放放大等幅度的信号时 功放应选在过压状态 此时有较大的输出功率和效率 也可以选择在过压状态 此时输出电压幅度比较稳定 3 14当工作频率提高后 高频功放通常出现增益下降 最大输出功率和集电极效率降低 这是由哪些因素引起的 解3 14主要原因是放大器本身参数 如 随频率下降 电路失谐 集电极阻抗减小 少数载流子渡越时间效应 非线性电抗效应 如Cb C的影响 发射极引线电感的影响 对高频反馈加深 第4章习题参考答案 4 14 24 3 4 1什么是振荡器的起振条件 平衡条件和稳定条件 振荡器输出信号的振幅和频率分别是由什么条件决定 答4 1 4 2试从相位条件出发 判断图示交流等效电路中 哪些可能振荡 哪些不可能振荡 能振荡的属于哪种类型振荡器 题4 2图 答4 2可能振荡 电感三点式反馈振荡器 b 不能 c 不能 d 不能 e 可能振荡 振荡的条件是L1C1回路呈容性 L2C2回路呈感性 即要求f01 f f02 这时是一个电感反馈振荡器 f 可能振荡 振荡的条件是LC3支路呈感性 即要求f03 f 这时是一个电容反馈振荡器 4 3图示是一三回路振荡器的等效电路 设有下列四种情况 1 L1C1 L2C2 L3C3 2 L1C1L3C3 4 L1C1 L2C2 L3C3 试分析上述四种情况是否都能振荡 振荡频率f1与回路谐振频率有何关系 题4 3图 解4 3根据给定条件 可知 1 fo1f02 f03 因此 当满足fo1 f02 f f03 就可能振荡 此时L1C1回路和L2C2回路呈感性 而L3C3回路呈容性 构成一个电感反馈振荡器 3 fo1 f02f02 f03不能振荡 因为在任何频率下 L3C3回路和L2C2回路都呈相同性质 不可能满足相位条件 第5章参考习题答案 5 15 25 45 5 5 1一非线性器件的伏安特性为i a0 a1u a2u2 a3u3式中 u u1 u2 u3 U1cos 1t U2cos 2t U3cos 3t 试写出电流i中组合频率分量的频率通式 说明它们是由i的哪些乘积项产生的 并求出其中的 1 2 1 2 1 2 3频率分量的振幅 5 2若非线性器件的伏安特性幂级数表示为i a0 a1u a3u3式中 a0 a1 a3是不为零的常数 信号u是频率为150kHz和200kHz的两个正弦波 问电流中能否出现50kHz和350kHz的频率成分 为什么 5 4二极管平衡电路如图所示 u1及u2的注入位置如图所示 图中 u1 U1cos 1t u2 U2cos 2t 且U2 U1 求uo t 的表示式 并与图5 7所示电路的输出相比较 题5 4图 5 5图示为二极管平衡电路 u1 U1cos 1t u2 U2cos 2t 且U2U1 试分析RL上的电压或流过RL的电流频谱分量 并与图5 7所示电路的输出相比较 题5 5图 第6章参考习题答案 6 16 26 36 46 146 256 266 276 286 296 30 6 1已知载波电压uc UCsin Ct 调制信号如图所示 fC 1 T 分别画出m 0 5及m 1两种情况下所对应的AM波波形以及DSB波波形 题6 l图 解6 1 各波形图如下 6 2某发射机输出级在负载RL 100 上的输出信号为u0 t 4 1 0 5cos t cos ctV 求总的输出功率Pav 载波功率Pc和边频功率P边频 解6 2显然 该信号是个AM调幅信号 且m 0 5 因此 6 3试用相乘器 相加器 滤波器组成产生下列信号的框图 1 AM波 2 DSB信号 3 SSB信号 解6 3 6 4在图示的各电路中 调制信号u t U cos t 载波电压uC UCcos ct 且 c UC U 二极管VD1和VD2的伏安特性相同 均为从原点出发 斜率为gD的直线 1 试问哪些电路能实现双边带调制 2 在能够实现双边带调制的电路中 试分析其输出电流的频率分量 题6 4图 解6 4 所以 b 和 c 能实现DSB调幅而且在 b 中 包含了 c的奇次谐波与 的和频与差频分量 以及 c的偶次谐波分量 在 c 中 包含了 c的奇次谐波与 的和频与差频分量 以及 c的基频分量 6 14检波电路如图所示 其中us 0 8 1 0 5cos t cos CtV F 5kHz fC 465kHz rD 125 试计算输入电阻Ri 传输系数Kd 并检验有无惰性失真及底部切削失真 题6 14图 解6 14 6 25图示为单边带 上边带 发射机方框图 调制信号为300 3000HZ的音频信号 其频谱分布如图中所示 试画出图中各方框输出端的频谱图 题6 25图 解6 25各点频谱如下 6 26某超外差接收机中频fI 500kHz 本振频率fL fs 在收听人fs 1 501MHz的信号时 听到哨叫声 其原因是什么 试进行具体分析 设此时无其它外来千扰 解6 26由于混频电路的非线性作用 有用输入信号和本振信号所产生的某些组合频率分量接近中频频率 对有用中频形成干扰 经检波后差拍出音频频率 即干扰哨声 根据已知条件 得 本振频率fL fs fI 1501 500 1001kHz根据 可以找出 p 2 q 1时产生3阶干扰 2fL fS 2002 1501 501kHzp 4 q 3时产生7阶干扰 3fS 4fL 4503 4004 503kHzp 5 q 3时产生8阶干扰 5fL 3fS 5005 4503 502kHzp 7 q 5时产生12阶干扰 5fS 7fL 7505 7007 498kHz等等 尤其是3阶干扰最为严重 6 27试分析与解释下列现象 1 在某地 收音机接收到1090kHz信号时 可以收到1323kHz的信号 2 收音机接收1080kHz信号时 可以听到540kHz信号 3 收音机接收930kHz信号时 可同时收到690kHz和810kHz信号 但不能单独收到其中的一个台 例如另一电台停播 解6 27 1 接收到1090kHz信号时 同时可以收到1323kHz的信号 证明1323kHz是副波道干扰信号 它与本振信号混频 产生了接近中频的干扰信号 此时本振频率为fL 1090 465 1555kHz 根据pfL qfJ fI的判断条件 当p 2 q 2时 2fL 2fJ 3110 2646 464 fI 因此断定这是4阶副波道干扰 2 接收到1080kHz信号时 同时可以收到540kHz的信号 证明也是副波道干扰信号 此时本振频率为fL 1080 465 1545kHz 当p 1 q 2时 fL 2fJ 1545 1080 465 fI 因此断定这是3阶副波道干扰 3 当接收有用台信号时 同时又接收到两个另外台的信号 但又不能单独收到一个干扰台 而且这两个电台信号频率都接近有用信号并小于有用信号频率 根据fS fJ1 fJ1 fJ2的判断条件 930 810 810 690 120kHZ 因此可证明这可是互调干扰 且在混频器中由4次方项产生 在放大器中由3次方项产生 是3阶互调干扰 6 28某超外差接收机工作频段为0 55 25MHz 中频fI 455kHZ 本振fL fs 试问波段内哪些频率上可能出现较大的组合干扰 6阶以下 解6 28可以看出 因为没有其他副波道干扰信号 所以可能出现的干扰只能是干扰哨声 根据 上述结果说明 一旦接收信号频率和中频确定后 那么形成干扰哨声的点也就确定了 而且最严重的是那些阶数较低的干扰 6 2