高频电子线路最新版课后习题解答第四章 高频功率放大器习题解答

思考题与习题4.1 按照电流导通角θ来分类，θ=180度的高频功率放大器称为甲类功放，θ>90度的高频功放称为甲乙类功放，θ=90度的高频功率放大器称为乙类功放，θ<90度的高频功放称为丙类功放。

4.2 高频功率放大器一般采用LC谐振回路作为负载，属丙类功率放大器。

其电流导通角θ<90度。

兼顾效率和输出功率，高频功放的最佳导通角θ= 60～70 。

高频功率放大器的两个重要性能指标为电源电压提供的直流功率、交流输出功率。

4.3 高频功率放大器通常工作于丙类状态，因此晶体管为非线性器件，常用图解法进行分析，常用的曲线除晶体管输入特性曲线，还有输出特性曲线和转移特性曲线。

4.4 若高频功率放大器的输入电压为余弦波信号，则功率三极管的集电极、基极、发射极电流均是余弦信号脉冲，放大器输出电压为余弦波信号形式的信号。

4.5 高频功放的动态特性曲线是斜率为1-的一条曲线。

R∑υ对应的静态特性曲线的交点位于放大区就4.6对高频功放而言，如果动态特性曲线和BEmaxυ称为欠压工作状态；交点位于饱和区就称为过压工作状态；动态特性曲线、BEmax 对应的静态特性曲线及临界饱和线交于一点就称为临界工作状态。

V由大到小变化时，4.7在保持其它参数不变的情况下，高频功率放大器的基级电源电压BB功放的工作状态由欠压状态到临界状态到过压状态变化。

高频功放的集电极V（其他参数不变）由小到大变化时，功放的工作状态由过压状态到电源电压CCV（其它参数不变）由小临界状态到欠压状态变化。

高频功放的输入信号幅度bm到大变化，功放的工作状态由欠压状态到临界状态到过压状态变化。

4.8 丙类功放在欠压工作状态相当于一个恒流源；而在过压工作状态相当于一个恒压源。

集电极调幅电路的高频功放应工作在过压工作状态，而基级调幅电路的高频功放应工作在欠压工作状态。

发射机末级通常是高频功放，此功放工作在临界工作状态。

4.9 高频功率放大器在过压工作状态时输出功率最大，在弱过压工作状态时效率最高。

4.10当高频功率放大器用作振幅限幅器时，放大器应工作在过压工作状态，用作线性功率放大器时应工作在欠压工作状态，当高频功率放大器放大振幅调制信号时，放大器应工作在欠压工作状态，放大等幅信号时应工作在临界工作状态。

4.11假设高频功放开始工作于临界状态，且负载回路处于谐振状态，当回路失谐时，功放会进入欠压工作状态。

高频功率放大器通常采用电流表指示负载回路的调谐。

4.12 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，这样有源器件的损耗功率就低，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，只有通过谐振回路的选频滤波特性，才能选择出所需要的频率的电压输出。

回路调谐于工作频率是为了取出基波电压输出。

回路失谐将使工作频率上的电压输出降低，而输出的可能是谐波。

4.13 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：丙类高频功率放大器的动态线（也叫负载线或工作路）是与横坐标的交点为O CC V V <，斜率为与谐振回路的谐振电阻R ∑有关的曲线（斜率正比于1R ∑-）。

低频甲类功率放大器的负载线，是斜率为1LR -'与横坐标的交点交于CC V 的一条直线。

之所以会产生这些区别是因为丙类放大器的BB V ＜()BE on V ，静态工作点在截止区域，集电极电流C i 为周期脉冲状，产生了失真。

负载是LC 选频回路，输出电压是谐振回路的谐振电阻R ∑与电流脉冲的基波电流相乘，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 ∑来描述负载线。

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，而甲类放大器的静态工作点在放大区，负载是纯电阻，因此负载线是确定的直线。

所谓动态特性是指放大器中的晶体管（c g 、()BE on V ）、偏置电源（CC V 、BB V ）、输入信号（bm V ）、输出信号或谐振电阻（cm V 或R ∑）确定后，放大器的集电极电流C i 随BE υ和CE υ的变化关系。

事实上，改变BB V 可以使放大器工作于甲类、乙类或丙类。

4.14 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：放大器工作在丙类状态的情况下，集电极电流为周期性的余弦电流脉冲。

谐振功放的输出负载为谐振回路，该回路具有选频滤波特性，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选择出来，在并联谐振回路上形成不失真的基波余弦电压；而电阻性负载不具备选频滤波的特性，因此不能在丙类工作。

4.15 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）丙类工作的输出负载为并联谐振回路，具有选频滤波特性，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。

4.16 试求图4.2.1a 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10LQ rω==，回路谐振于基频。

解：回路的基频阻抗为LR Cr∑=，回路阻抗2211()1(1)pn o n n nL R CrZ L j C jQ Cr Lωωωω∑==+-+-各次谐波与基频的阻抗值之比为2211(1)pn o nZ R jQ ωω∑=+-谐波角频率与基波角频率的关系是0n n ωω=所以10pnZ Q R ∑==≈=4.17 晶体管放大器工作于临界状态，已知200R ∑=Ω，C0=90mA I ，CC 30V V =，o 90θ=。

试求o P 与c η。

解：查表知0(90)α=0.319；1(90)α=0.5，而C0max 0=(90)=90mA C I i α， 所以得到max 09090==282mA (90)0.319C i α≈C1m max 1=(90)=2820.5=141mA C I i α⨯电源电压提供的直流功率3D 0901030 2.7C CC P I V W -==⨯⨯=输出功率 22o 1110.141200 1.9922c m P I R W ∑==⨯⨯= 效率 o 00c D 1.9973.62.7P P η=== 4.18某一晶体管谐振功率放大器，设已知CC V =24V ，CO I =250mA ，o P =5W ，电压利用系数ξ=0.95，试求D P 、c η、R ∑、1c m I 和θ。

解：(1)D P =CC V 0C I =24⨯250⨯103-=6W(2)c η=o P / D P =5/6=83.3% (3)cm V =ξCC V =0.95⨯24=22.8Vo P =212cm V R ∑ R ∑=22cmoV P =222.825⨯=52Ω(4) o P =121cm c m V I1c mI=2ocmPV=2522.8⨯=0.4386A=438.6mA(5) ()1438.61.7544250cimCOIgIθ===查表得：θ=6604.19某一3DA4高频功率晶体管的饱和临界线跨导crg=0.8s 用它做成谐振功率放大器，选定CCV=24V，70oθ=，maxCi=2.2A，并工作于临界状态，试计算：R∑、DP、oP、CP和cη。

答：由于工作于临界状态，其各参数的关系如图所示由图可maxCi＝crg()CC cmV U-CC cmV V-＝maxCcrig＝2.20.8＝2.75VcmV＝ 2.7524 2.75CCV-=-＝21.25V（1）R∑=1cmc mVI=()max121.252.20.43670cmoCViα=⨯=22.15V其中()170oα＝0.436（2）DP＝CC CV I＝maxCC CV i()70oα＝24⨯2.2⨯0.253＝13.36W其中()70oα＝0.253（3）oP＝112cm c mV I＝max12cm CV i()170oα＝12⨯21.25⨯2.2⨯0.436＝10.19W（4）CP＝DP－oP＝3.17W（5）cη＝oP/DP=76.3%4.20 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CC V 、cm V 、BB V 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？解:高频功率放大器的欠压、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max BE u 和饱和临界线的交点上，这就是临界状态。

若A 点在动态线的延长线和max BE u 的延长线上（实际上不存在，交点在饱和区），则为过压状态。

若A 点在max BE u 线上，动态线与max BE u 交在放大区，输出幅度cm V 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2A 点对应于临界状态，3A 点在放大区是处于欠压状态。

而1A 点是不存在的，它对应的是进入过压状态。

4.20题图解　三种工作状态的区分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。

改变CC V 时，CC V 由小变大，工作状态由过压到临界然后到欠压。

改变bm V 时，由小变大，工作状态由欠压到临界然后到过压。

改变BB V ，负向正变，工作状态由欠压到临界然后到过压。

改变R ∑时，由小到大变，工作状态由欠压到临界然后到过压。

4.21 已知集电极电流余弦脉冲max C i =100mA ，试求导通角θ=120°，θ=70°时集电极电流的直流分量CO I 和基波分量1c m I ；若cm V =0.95CC V ，求出两种情况下放大器的效率各为多少？解：查表知()170o α＝0.436 ()070o α＝0.253()1120o α=0.536 ()0120o α=0.406所以θ=120°时的()max 0120o CO C I i α== 100×0.406=40.6mA()1max 1120o c m C I i α==100×0.536=53.6mAθ=70°时的 ()max 070o CO C I i α==100×0.253=25.3mA ()1max 170o c m C I i α==100×0.436=43.6mA若cm V =0.95CC V 导通角θ=120°时 c η＝10001153.60.9562.712240.6o cm c m D CC C P V I P V I ==⨯⨯≈ 导通角θ=70°时 c η＝10001143.60.9581.862225.3o cm c m D CC C P V I P V I ==⨯⨯≈ 4.22 谐振功率放大器原来工作于临界状态，它的导通角θ为70o，输出功率为3W ，效率为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CC V 、cm V 、max BE υ不变，试分析原因，并计算实际输出功率和导通角θ。