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第2章 高频功率放大器答案

第2章 高频功率放大器2.1为什么低频功率放大器不能工作于丙类,而高频功率放大器则可工作于丙类?答:两种放大器最根本的不同点是:低频功率放大器的工作频率低,但相对频带宽度却很宽,因而只能采用无调谐负载,工作状态只能限于甲类、甲乙类至乙类(限于推挽电路),以免信号严重失真;而高频功率放大器的工作频率高,但相对频带宽度窄,因而可以采用选频网络作为负载,可以在丙类工作状态,由选频网络滤波,避免了输出信号的失真。

2.2丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载?回路为什么一定要调到谐振状态?回路失谐将产生什么结果?答:选用调谐回路作为集电极负载的原因是为了消除输出信号的失真。

只有在谐振时,调谐回路才能有效地滤除不需要的频率,只让有用信号频率输出。

此时,集电极电流脉冲只在集电极瞬时电压最低区间流通,因而电流脉冲最小,平均电流co I 也最小。

若回路失谐,则集电极电流脉冲移至集电极瞬时电压较高的区间流通,因而电流脉冲变大,co I 上升,同时,输出功率下降,集电极耗散功率将急剧增加,以致烧损放大管。

因此,回路失谐必须绝对避免。

2.3提高高频放大器的效率与功率,应从哪几方面入手? 答:(1)使放大器工作于丙类,并用选频网络作为负载; (2)适当选取电流导通角c θ。

2.9晶体管放大器工作于临界状态,200p R =Ω,90mA co I =,30V C E =,90c θ=︒。

试求o P 与η。

解:查课本后附录得:11()(90) 1.57c g g θ=︒=m11()90 1.57141.3(mA)c co c I I g θ==⨯=∴232111(141.310)200 1.997(W)=2W 22o cm pP I R -==⨯⨯⨯≈ 3309010 2.7(W)D C co P E I -==⨯⨯= ∴2100%74.1%2.7o D P P η==⨯≈2.10已知谐振功率放大器的导通角c θ分别为180︒、90︒和60︒时,都工作在临界状态,且三种情况下的C E 、max c I 也都相同。

试计算三种情况下效率η的比值和输出功率o P 的比值。

解:(1)22221max 1max 1max 00()()22()2()cm p c c p c p o c D C co C c c C c I R I R I R P P E I E I E αθαθηαθαθ====⨯ ∵C E 、max c I 、p R 相同,因此有222222111123000(180)(90)(60)0.50.50.391::::::1:1.567:1.4031:1.57:1.40(180)(90)(60)0.50.3190.218αααηηηααα︒︒︒===≈︒︒︒ (2)2221max 111()22o cm pc p c P I R I R αθ== ∴222222123111::(180):(90):(60)0.5:0.5:0.3911:1:0.61o o o P P P ααα=︒︒︒=≈2.11已知谐振功率放大器电路,24V C E =,5W o P =。

当60%η=时,试计算C P 和co I 。

若保持o P 不变,η提高到80%,则C P 和co I 减小为多少?解:(1)o oD C oP P P P P η==+∴110.65 3.33(W)0.6C o P P ηη--=⨯=⨯≈ 58.33(W)0.6o D P P η==≈ ∴8.330.35(A)24D co C P IE ==≈ (2)110.85 1.25(W)0.8C o P P ηη--=⨯=⨯= 56.25(W)0.8o D P P η=== ∴ 6.250.26(A)24D co C P IE ==≈2.12实测一谐振功放,发现o P 仅为设计值的20%,co I 却略大于设计值。

试问该功放工作在什么状态?如何调整才能使o P 和co I 接近于设计值?解:通常功放设计工作在临界状态,则:20o P P =⨯临界%,co co I I ≈临界。

根据P73图2.17知:此功放工作于欠压工作状态。

故增大p R 就可使此功放工作于临界状态,o P 及co I 都可接近于设计值。

2.14某一晶体管谐振功率放大器,已知24V C E =,250mA co I =,5W o P =,电压利用系数1ξ=。

试求D P 、η、p R 、m1c I 和电流导通角c θ。

解:(1)324250106(W)D C co P E I -==⨯⨯= (2)5100%100%83.3%6o D P P η=⨯=⨯≈(3)124V cm C U E ξ=⨯= 2212457.6()225cm p o U R P ===Ω⨯ (4)m112250.417(A)24o c cm P I U ⨯==≈ (5)m110.417() 1.670.25c c co I g I θ==≈ 查附录知:1(78) 1.67g ︒=,故78c θ=︒。

2.15一高频功放以抽头并联谐振回路作负载,谐振回路用可变电容调谐。

工作频率5MHz f =,谐振时电容200pF C =,回路有载品质因数20L Q =,放大器要求的最佳负载阻抗50pcr R =Ω。

试计算回路电感L 和接入系数L p 。

解:(1)根据0f =有:6212620115.06610(H) 5.066μH (2)20010(2510)L C f ππ--==≈⨯=⨯⨯⨯⨯(2)设并联谐振回路谐振阻抗为p R ,则有:00pL p R Q CR Lωω==∴06120203183.1()251020010p Q R C ωπ-==≈Ω⨯⨯⨯⨯∴0.125L p =2.16某高频谐振功率放大器工作于临界状态,输出功率为15W ,且24C E =,导通角70c θ=︒。

功放管参数为: 1.5A/V cr g =,5A CM I =。

试问:(1)直流电源提供的功率D P 、功放管的集电极损耗功率C P 、效率η和临界负载电阻pcr R 各是多少?(注:0(70)0.253α︒=,1(70)0.436α︒=)(2)若输入信号振幅增大一倍,功放的工作状态将如何改变?此时的输出功率约为多少? (3)若负载电阻增大一倍,功放的工作状态将如何改变? (4)若回路失谐,会有何危险?如何指示调谐? 解:仿照P72例2-1,先求cr ξ。

∵max m1()(1)c cr C c cr C cr I g E U g E ξ=-=-∴11max 11111()(1)()222o cm cm C cr c cC cr cr C cr c P U I E I E g E ξαθξξαθ===- 即22120()o cr cr C cr c P E g ξξαθ-+=∴110.912722cr ξ==+ (1)1240.912721.9(V)cm C cr U E ξ==⨯≈ 1122151.3699(A)21.9o cm cm P I U ⨯==≈ ∴1max 1 1.36993.1419(A)(70)0.436cm c I I α==≈︒①max 0(70) 3.14190.2530.7949(A)co c I I α=︒=⨯≈ 240.794919.08(W)D C co P E I ==⨯≈ ②19.0815 4.08(W)C D o P P P =-=-=③15100%78.6%19.08η=⨯≈ ④1121.915.99()1.3699cm pcr cm U R I ==≈Ω(2)由于功放工作于临界状态,若bm U 增大一倍,则功放的工作状态进入过压工作状态。

bm c U i ↑→下凹部分↑且co I 、1cm I 缓增→2112o cm p P I R =缓增(几乎不变)(P75图2.20) (3)由于功放工作于临界状态,若p R 增大一倍,则∵p d R g ↑→↓→功放的工作状态进入过压工作状态。

(P73图2.17)(4)回路失谐时负载阻抗p Z 模值即p d Z g ↓→↑→进入欠压状态→co I 、m1c I ↑、1cm D C co U P E I ↓→↑=、111cos 2o cm cm C D oP U I P P P ϕ↓=→↑=-→功耗大,烧坏管子。

用co I 的最小值来指示调谐。

2.17高频大功率晶体管3DA4的参数为100MHz T f =,20β=,额定输出功率20W o P =,临界饱和线跨导0.8A/V cr g =,用它做成2MHz 的谐振功率放大器,选定24V C E =,70c θ=︒,max 2.2A C I =,并工作于临界状态。

试计算p R 、o P 、C P 、η与D P 。

解:临界状态时,max m1()c cr C c I g E U =-∴max 1 2.22421.25(V)0.8c cm C cr I U E g =-=-=max 0() 2.20.2530.5566(A)co c c I I αθ==⨯= 1max 1() 2.20.4360.9592(A)cm c c I I αθ==⨯=(1)1121.2522.15()0.9592cm p cm U R I ==≈Ω (2)111121.250.959210.19(W)22o cm cm P U I ==⨯⨯≈(3)240.556613.36(W)D C co P E I ==⨯≈ (4)13.3610.19 3.17(W)C D o P P P =-=-= (5)10.19100%100%76.27%13.36o D P P η=⨯=⨯≈。

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