高频功率放大器_高频功率放大器设计

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第二章 高频功率放大器

思考题与习题

一、填空题

1、为了提高效率，高频功率放大器多工作在 或 状态。

2、为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，实际中通常取θc =。-

3、根据在发射机中位置的不同，常将谐振功率放大器的匹配网络分为、、三种。

二 思考题

1、谐振功率放大器工作于欠压状态。为了提高输出功率，将放大器调整到临界状态。可分别改变哪些参量来实现？当改变不同的量时，放大器输出功率是否一样大？

2、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？谐振回路为什么要调谐在工作频率？

3、为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器可以工作于丙类？

4、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？动态特性的含意是什么？

5、一谐振功放的特性曲线如图题2-5所示,试为下列各题选取一正确答案：

(1)该功放的通角θ为：(a)θ>90。；(b)θ=90。；(c)θ

o(2)放大器的工作状态系：(a)由Ec、EB决定；(b)由Um、Ubm决定；(c)由uBEmax、uCEmin决定。

(3)欲高效率、大功率,谐振功放应工作于：(a)欠压状态；(b)临界状态；(c)过压状 态

(4)当把图P4.l中的A点往上移动时,放大器的等效阻抗是：(a)增大；(b)不变；(c)减小。相应的工作状态是：(a)向欠压状态变化；(b)向过压状态变化；〈c〉不变。

图思2-5

2-6.采用两管并联运用的谐振功率放大器,当其中一管损坏时,发现放大器的输出功率约减小到原来的1/4,且管子发烫,试指出原来的工作状态。

2-7高频功率放大器当ub=Ubcosωct时,uc=Ucmcos5ωct,试回答下列问题：

(1)若放大器工作在欠压状态,为了使输出功率最大,应调整哪一个参数?如何调整?(2)若放大器工作在欠压状态,在保持P。不变的前提下为进一步提高效率,应如何改 变电路参数?(3)为实现基极调幅,放大器应调整在什么状态?为实现集电极调幅,放大器又应调 整在何状态?(4)若放大器工作在过压状态,分别调整哪些参数可退出过压?如何调整?(5)为实现对输入信号的线性放大,应如何调整电路参数和工作状态?(6)为实现对输入的限幅放大,又应如何调整参数及工作状态?

2-8某谐振功放的动特性曲线如图题2-8所示。试回答以下问题:(1)判别放大器的工作类型,并说明工作在何种状态。

(2)为了使输出功率最大,应如何调整负载RL,并画出此时的动特性曲线。

(3)确定调整后的最大输出功率与原输出功率的比值Pomx/Po。

图思2-8

2-9某谐振功率放大器及功放管的输出特性如图题2-9所示。已知u b=1.2cosωt V,测得uo的振幅Um=12V。测得uo的振幅Uom=12V。

(1)画出动特性曲线,说明电路的工作状态。

(2〉为了提高输出功率,将电感抽头A点向上移动。当移到中间点时，放大器刚好工作在临界状态,试画出此时的动特性曲线。

(3)求临界状态下的Po。

(4)若负载RL不慎开路,试问放大器的工作状态、输出电压和输出功率有何变化?

图思2-9

2-10.一谐振功率放大器,原来工作在临界状态,后来发现该放大器性能变化：Po明显下降,而ηc反而增加,但Ec、Ucm、uBEmax不变。试问此时放大器工作在什么状态?导通时间是增大还是减小?并分析其性能变化的原因。

2-11.有一谐振功放,设计时希望其工作于临界状态,然而实测时发现其输出功率Po仅达设计值之20%,集电极交流电压振幅Ucm=0.3EC,而集电极直流电流则略大于设计值,试问该功放实际工作于什么状态?其原因可能是什么?

三、习题

2-1.设一谐振功放,其通角分别为180、90和60。

ooo(1)若上述三种情况下,放大器均工作于临界状态,且Ec、icmax相同,试在同一图上画出各自的动特性,并分别计算它们的效率之比以及输出功率之比(皆取θ=180时为1)。

o(2)放大器的Ec、Re、uBEmax均相同,但仅当θ=180时工作于临界,重复(1)题之计算。

o

2-2 某高频功率放大器，晶体管的理想化输出特性如图题2-2所示。已知Vcc=12V, Vbb=0.4V, ub=0.3cosωtV, uc=10cosωtV 试：（1）作动态特性，画出ic与uce的波形,并说明放大器工作于什么状态?（2）求直流电源Vcc提供直流输入功率P=、高频输出功率Po、集电极损耗功率Pc、集电极效率ηc。

图题2-2

2-3.一谐振功放的输出功率Po=5W,Ec=24V。

(1)当集电极效率=60%时,求其集电极功耗Pc和集电极电流直流分量Ico；

(2)若保持Po不变,将η提高到80%,问此时Pc为多少?

2-4.一谐振功放,偏压EB等于截止电压UB’,分别用图题-4所示的正弦波和方波两种输入信号作激励。若保持两种情况下的激励电压振幅、电源电压Ec相同,且均工作于临界状态,求此两种情况下的集电极效率之比：η正：η方。

图题2-4

2-5.一谐振功放原工作于临界,θ=75,若保持激励信号的幅度不变,但频率降低一半。问：此时将工作于何种状态?并求两者输出功率之比,即PO倍： Po放。

o2-6.一谐振功放的晶体管转移特性如图题2-6所示。

(1)作放大器时,给定icm=500mA, θ=70,求EB Ubm的值；

o(2)作三倍频器时,若icm=500 rnA,试求三次谐波输出最大时的EB Ubm值。

图题2-6

图题2-7 2-7.已知晶体三极管的转移特性如图题2-7(a)所示,管子饱和压降UCES≈1V。不计基调效应,用该晶体管构成的谐振功率放大器如图题2-7(b)所示,与负载耦合的变压器效率ηT=1。

(1)若放大器工作于欠压状态,输入电压的ub=1.2cos2π×10t(V)，RL=4Ω,求输出功率Po、集电极效率η。若要达到输出功率最大,负载电阻RL应如何变化?此时的最大输出功率等于多少?

6(2)若输入信号ub=1.2cos2π×0.5×10t(V),使放大器临界状态工作,LC数值不变,计算：输出功率Po、集电极效率η及相应的负载电阻RL。

2-8.一谐振功放导通期间的动特性曲线如图题2-8中的AB段,坐标为：

A点(uCE=4.5V ic=600mA)B点(uCE=20V ic=0)已知集电极直流电源Ec=24V,试求出这时的集电 极负载电阻Re及输出功率Po的值。

图题2-8

2-9 图题2-9是用于谐振功放输出回路的L型网络,已知天线电阻rA=8Ω,线圈L的品质因数Qo=100,工作频率f=2MHz若放大器要求的Re=40Ω,求L、C。

图题2-9

2-10 一谐振功放工作于临界状态,已知f=175MHz，Re=46Ω,rA=50Ω,Co=40pF,集电极采用如图题3-10，所示的Ⅱ型网络来实现阻抗匹配,试计算C1、C2和L。

图题2-10

2-11一谐振功放工作于临界状态,电源电压EC=24V,输出电压Ucm=22V,输出功率Po=5W,集电极效率可ηc=55%,求：

(1)集电极功耗Pc,电流Ico、Ic1m，回路谐振电阻Re。

(2)若Re增大一倍,估算Po;若Re减小一倍,估算Po。

(3)若增加一管组成并联型谐振功放,且保持两管均处于临界工作,此时总输出功率Po∑=10w,问此时的回路谐振电阻Re=?

2-12.图题3-12所示电路的负载为RL,则输入阻抗应为多大?

图题2-12

2-13.已知某谐振功率放大器电路及元件参数如图题2-13(a)所示,晶体管特性如图题2-13(b)所示,且EC=26V,EB=UB’,icm=500mA,。问:(1)放大器这时工作于什么状态?画出动特性曲线。

(2)若在放大器输出端接一负载电阻RL=400Ω(如图P4.10(a)中所示),问：此时放大器将工作在什么状态?画出动特性曲线。

图题2-13

2-14.某晶体三极管的转移特性、输出特性以及用该管构成的谐振功率放大器如图题2-14所示。已知该放大器导通期间的动特性为图中之AB段,β=20。求：

(1)放大器的直流偏压EB以及激励电压振幅Ubm；

图题2-14(2)为使放大器输出功率最大,负载电阻RL应改为多大(其他条件不变)?并计算此时放大器输出功率Po、直流电源供给功率PE、集电极效率ηc。

2-15.有两个功率放大器,采用相同的功率管,一个是双电源供电的乙类OTL电路,其集电极负载为RL,另一个是乙类工作的单管谐振功率放大器,在集电极上呈现的谐振电阻为Re。设RL=Re,且两放大器的Ec、Ubm均相同。

(1)若功率管导通时工作在放大区,试画出它们的集电极电流和集电极电压波形,并比较两放大器的输出电压幅值；

(2)增大RL和Re,使功率管进入特性的饱和区,试画出它们的集电极电压和电流波形。

2-16 已知某谐振功率放大器,基极偏置电压EB=-0.2V,晶体管导通电压UB’=0.6V,临界饱和线斜率Scr=0.4S。放大器的电源电压为Ec=24V。集电极回路负载谐振电阻Re=50Ω,激励电压振幅Ubm=1.6V,输出功率Po=lW。

试求：集电极电流最大值icmaz,输出电压幅度Ucm,集电极效率ηc；放大器工作在什么状态? 当Re变为何值时,放大器可以工作于临界状态?这时输出功率Po、集电极效率ηc分别等于多少?

2-17某谐振功率放大器调整在临界状态,输出功率为25W,通角θ=60电源电压Ec=30V,功放管的临界饱和线的斜率Scr=1.8A/V。分解系数αo(60〉和α1〈60)可查表确定。

o

o

o(1)求电源提供功率PE、效率市和管耗PC。

(2)求匹配网络应提供的最佳负载电阻儿Recr。

(3)若负载回路发生失谐,有何危险?

2-18某一晶体管谐振功率放大器,设已知Vcc=24V,Ico=250mA,Po=5W,电压利用系数ξ=0.95。试求P=、ηc、R p、Iclm和θc。

2-19晶体管谐振功率放大器工作于临界状态,Rp=200Ω,Ico =90mA,Vcc=30V,。θc=90。试求Po和ηc。

o

2-20谐振功率放大器的Vcc、Ucm和谐振电阻Rp保持不变,当集电极电流的通角由100减少为60时,效率将怎样变化?变化了多少?相应的集电极电流脉冲的振幅怎样变化?变化了多少?

oo

2-21某一3DA4高频功率晶体管的饱和临界线跨导gcr=0.8S,用它做成谐振功率放大器,选定Vcc=24V,。θc=70,IcM=4.2A,并工作于临界工作状态,试计算:Rp、P=P。、Pc和ηc。o

2-22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Vcc、Ubm、Vbb、和Rp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?

2-23某高频功率放大器工作于临界状态,输出功率Po=3W,θc=70,已知晶体管的gcr=0.33S,gc=0.24S,Ubz=0.65V,Vcc=24V。计算出集电极电流脉冲振幅IcM、Ico、Iclm功率P=、效率ηc、谐振电阻以及Vbb、Ubm等值。

o

2-24谐振功率放大器原来工作于临界状态,它的通角θc为70,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Vcc、Ucm、ubemax不变,试分析原因,并计算这时的实际输出功率和通角。

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2-25谐振功率放大器原工作于欠压状态。现在为了提高输出功率,将放大器调整到临界工作状态。试问,可分别改变哪些量来实现?当改变不同的量调到临界状态时,放大器输出功率是否都是一样大?

2-26有一谐振功率放大器工作于临界状态,已知Vcc=30V,Vbb=Ubz=0.6V,Ubm=0.35V,5=0.96,ξ =0.4S。试求Rp、Po、Pc、P=和ηc。在调试过程中,为保证管子安全工作,往往将输出功率减小一半,试问在不变动Rp和Vcc的条件下,能采用什么样的措施?

2-27谐振功率放大器工作于临界状态。已知Vcc=18V,gcr=0.6S,θc=90若Po=1.8W,试计算P=、Pc、ηc和Rp。若θc减小到80。,各量又为何值? o

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