高频电子线路第3章参考答案.ppt

1 第3章习题参考答案 3 13 23 33 43 53 63 73 83 93 103 113 123 133 143 153 163 173 183 193 203 213 223 233 243 25 2 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 2一晶体管组成的单回路中频放大器 如图所示 已知fo 465kHz 晶体管经中和后的参数为 gie 0 4mS Cie 142pF goe 55 S Coe 18pF Yie 36 8mS Yre 0 回路等效电容C 200pF 中频变压器的接入系数p1 N1 N 0 35 p2 N2 N 0 035 回路无载品质因数Q0 80 设下级也为同一晶体管 参数相同 试计算 题3 1图 1 回路有载品质因数QL和3dB带宽B0 7 2 放大器的电压增益 3 中和电容值 设Cb c 3pF 4 解3 2 根据已知条件可知 能够忽略中和电容和yre的影响 得 5 答 品质因数QL为40 4 带宽为11 51kHz 谐振时的电压增益为30 88 中和电容值为1 615pF 6 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 7 3 4三级单调谐中频放大器 中心频率f0 465kHz 若要求总的带宽B0 7 8kHZ 求每一级回路的3dB带宽和回路有载品质因数QL值 设每级带宽为B1 则 答 每级带宽为15 7kHz 有载品质因数为29 6 8 3 5若采用三级临界耦合双回路谐振放大器作中频放大器 三个双回路 中心频率为fo 465kHz 当要求3dB带宽为8kHz时 每级放大器的3dB带宽有多大 当偏离中心频率10kHZ时 电压放大倍数与中心频率时相比 下降了多少分贝 解3 5设每级带宽为B1 则 9 答 每级放大器的3dB带宽为11 2kHz 当偏离中心频率10kHZ时 电压放大倍数与中心频率时相比 下降了多少31 4dB 10 3 6集中选频放大器和谐振式放大器相比 有什么优点 设计集中选频放大器时 主要任务是什么 答3 6优点 选频特性好 中心频率稳定 Q值高 体积小 调整方便 设计时应考虑 滤波器与宽带放大器及其负载之间的匹配 另外还要考虑补偿某些集中参数滤波器的信号衰减 11 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 12 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 13 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 14 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 15 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 11设一理想化的晶体管静特性如图所示 已知Ec 24V Uc 21V 基极偏压为零偏 Ub 3V 试作出它的动特性曲线 此功放工作在什么状态 并计算此功放的 P1 P0 及负载阻抗的大小 画出满足要求的基极回路 题3 11图 16 解3 11 1 求动态负载线 17 18 2 求解 P1 P0 及负载阻抗的大小 19 3 符合要求的基极回路为 20 3 12某高频功放工作在临界伏态 通角 75o 输出功率为30W Ec 24V 所用高频功率管的SC 1 67V 管子能安全工作 1 计算此时的集电极效率和临界负载电阻 2 若负载电阻 电源电压不变 要使输出功率不变 而提高工作效率 问应如何凋整 3 输入信号的频率提高一倍 而保持其它条件不变 问功放的工作状态如何变化 功放的输出功率大约是多少 解3 12 1 21 22 2 可增加负向偏值 但同时增大激励电压 保证IC1不变 但这样可使导通角减小 效率增加 3 由于频率增加一倍 谐振回路失谐 集电极阻抗变小 电路由原来的临界状态进入欠压状态 输出幅度下降 故使输出功率和效率都下降 对于2 的频率 回路阻抗为 23 因此 输出功率下降到原来的2 3Q倍 24 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 25 3 I4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 26 3 15如图所示 设晶体管工作在小信号A类状态 晶体管的输入阻抗为Z 交流电流放大倍数为hfe 1 j f f 试求Le而引起的放大器输入阻抗Z i 并以此解释晶体管发射极引线电感的影响 可见 Le越大 输入阻抗越大 反馈越深 电流越小 反馈越深 输出功率和效率越低 27 3 16改正图示线路中的错误 不得改变馈电形式 重新画出正确的线路 题3 16图 改正后的电路图 28 3 17试画出一高频功率放大器的实际线路 要求 1 采用NPN型晶体管 发射极直接接地 2 集电极用并联馈电 与振荡回路抽头连接 3 基极用串联馈电 自偏压 与前级互感耦合 解3 17根据要求画出的高频功率放大器电路如下 29 3 18一高频功放以抽头并联回路作负载 振荡回路用可变电容调谐 工作频率f 5MHZ 调谐时电容C 200PF 回路有载品质因数QL 20 放大器要求的最佳负载阻抗RLr 50 试计算回路电感L和接入系数P 解3 18 30 3 19如图 a 所示的D型网络 两端的匹配阻抗分别为RP1 RP2 将它分为两个L型网络 根据L型网络的计算公式 当给定Q2 RP2 XP2时 证明下列公式 并证明回路总品质因数Q Q1 Q2 题3 19图 31 解3 19首先将电路分解成两个L回路 如图 1 然后利用并串转换 将Xp2和Rp2的并联转换为Rs和Xs3的串联 得到图 2 根据串并转换关系 得 32 再利用串并转换 将Xs1和Rs的并联转换为Rp和Xp的并联 得到图 4 其中 33 34 35 3 20上题中设RP1 20 Rp2 100 F 30MHZ 指定Q2 5 试计算Ls CP1 CP2和回路总品质因数Q 解3 20 36 37 3 21如图示互感耦合输出回路 两回路都谐振 由天线表IA测得的天线功率PA 10W 已知天线回路效率 2 0 8 中介回路的无载品质因数QO 100 要求有载品质因数QL 10 工作于临界状态 问晶体管输出功率P1为多少 设在工作频率 L1 50 试计算初级的反映电阻rf 和互感抗 M 当天线开路时 放大器工作在什么状态 题3 21图 38 当天线开路时 反射电阻为零 初级回路等效并联阻抗增大 放大器将从临界状态进入过压状态 39 3 22什么是D类功率放大器 为什么它的集电极效率高 什么是电流开关型和电压开关型D类放大器 答3 22D类放大器是一种工作在开关状态的功率放大器 两个晶体管在输入激励控制下交替饱和导通或截止 饱和导通时 有电流流过 但饱和压降很低 截止时 流过晶体管的电流为零 所以晶体管的平均功耗很小 效率很高 在电流开关型电路中 两管推挽工作 电源通过一个大大电感供给一个恒定电流 分别交替流过两个晶体管 两管轮流导通和截止 通过谐振电路得到正弦输出电压 在电压开关型电路中 两晶体管是与电源电压和地电位串联的 在输入控制下 一个导通 一个截止 因此 两管的中间点电压在0和电源电压之间交替切换 通过谐振电路 获的正弦输出信号 40 3 23图3 33的电压开关型D类放大器 负载电阻为RL 若考虑晶体管导通至饱和时 集电极饱和电阻Rcs Rcs 1 Sc 试从物理概念推导此时开关放大器的效率 解3 23根据题意 将 a 图简化为 b 图所示的等效电路 设Rcs1 Rcs2 Rcs LC回路对开关频率谐振 则 41 42 43 3 24根据图3 37的反相功率合成器线路 说明各变压器和传输线变压器所完成的功用 标出从晶体管输出端至负载间各处的阻抗值 设两管正常工作时 负载电阻上的功率为100W 若某管因性能变化 输出功率下降一半 根据合成器原理 问负载上的功率下降多少瓦 44 当某管上的功率下降一半时 证明该管上的输出电压降低 其值是原来的0 707倍 那么最