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非线性电子线路(谢嘉奎第四版)答案

1-2 一功率管,它的最大输出功率是否仅受其极限参数限制?为什么?

解:否。还受功率管工作状态的影响,在极限参数中,P CM 还受功率管所处环境温度、散热条件等影响。

1-3 一功率放大器要求输出功率P。= 1000 W,当集电极效率ηC由40%提高到70‰时,试问直流电源提供的直流功率P D和功率管耗散功率P C各减小多少?

解:

当ηC1 = 40%时,P D1 = P o/ηC = 2500 W,P C1 = P D1 -P o=1500 W

当ηC2 = 70%时,P D2 = P o/ηC =1428.57 W,P C2 = P D2-P o = 428.57 W

可见,随着效率升高,P D下降,(P D1 - P D2) = 1071.43 W

P C下降,(P C1 - P C2) = 1071.43 W

1-6 如图所示为低频功率晶体管3DD325的输出特性曲线,由它接成的放大器如图1-2-1(a)所示,已知V CC = 5 V,试求下列条件下的P L、P D、ηC(运用

图解法):(1)R L = 10Ω,Q 点在负载线中点,充分激励;(2)R L = 5 Ω,I BQ 同(1)值,I cm = I CQ ;(3)R L = 5Ω,Q 点在负载线中点,激励同(1)值;(4)R L = 5 Ω,Q 点在负载线中点,充分激励。

解:(1) R L = 10 Ω

时,作负载线(由V CE = V CC - I C R L ),取Q 在放大区负载线中点,充分激励,由图得V CEQ1 = 2.6V ,I CQ1 = 220mA ,I BQ1 = I bm = 2.4mA

因为V cm = V CEQ1-V CE(sat) = (2.6 - 0.2) V = 2.4 V ,I cm

= I CQ1 = 220 mA 所以mW

2642

1cm cm L

==

I V P

,P D = V CC I CQ1 = 1.1 W ,ηC = P L / P D

= 24%

(2) 当 R L = 5 Ω 时,由V CE = V CC - I C R L 作负载线,I BQ 同(1)值,即I BQ2 = 2.4mA ,得Q 2点,V CEQ2 = 3.8V ,I CQ2 = 260mA

这时,V cm = V CC -V CEQ2 = 1.2 V ,I cm = I CQ2 = 260 mA 所以

mW

1562

1cm cm L ==

I V P ,P D = V CC I CQ2 = 1.3 W ,ηC =

P L / P D = 12%

(3) 当 R L = 5 Ω,Q 在放大区内的中点,激励同(1), 由图Q 3点,V CEQ3 = 2.75V ,I CQ3= 460mA ,I BQ3 = 4.6mA , I bm = 2.4mA

相应的v CEmin = 1.55V ,i Cmax = 700mA 。

因为V cm = V CEQ3 - v CEmin = 1.2 V ,I cm = i Cmax - I CQ3 = 240 mA 所以mW

1442

1cm cm L

==

I V P

,P D = V CC I CQ3 = 2.3 W ,ηC = P L / P D

= 6.26%

(4) 当 R L = 5 Ω,充分激励时,I cm = I CQ3 = 460 mA ,V cm = V CC -V CEQ3 = 2.25 V 所以

mW

5.5172

1cm cm L ==

I V P ,P D = V CC I CQ3 = 2.3 W ,ηC =

P L / P D = 22.5%

1-7 如图所示为三种甲类功率放大器的输出电路,采用相同的功率管及V CC 值。设V CE(sat) = 0,I CEO = 0,变压器是理想无耗的,试在同一输出特性曲线上作出各电路的交、直流负载线,并求这三种放大器的最大输出功率之比)

c max(L )b max(L )

a max(L ::P P P

解:(1) ○

1 直流负载线方程 v CE = V CC - i C R C ,负载线CD ,当i C = I CQ 时,V CEQ = V CC - I CQ R C 。 ○

2 交流负载线中点过Q ,斜率为(-1/L

R '),C

C L L

2

1//R R R R ==',根据交流负载线 AB 得

I cm = I CQ ,V cm = V CEQ = I cm L

R ' 代入V CEQ 方程中 V cm = V CC - I cm R C = V CC - I CQ R C = V CC - 2I cm L

R '= V CC - 2V cm

解得

L

CC cm CC cm 31

3

1R V I V V '=

=

L

2

CC L

CC CC )a max(L 18131

3121R V R V V P '='?

?=

L

2

CC cm CC CQ CC D 31R V I V I V P '=

==

所以

6

1D

)a m

a x (

L C =

=

P P η

(2) 交流负载相同,均为CF ,为获最大输出功率,Q 处于交流负载线的中点,故

V cm = V CEQ = V CC /2,L

CC

CQ

cm

2R

V

I I ==

所以

;L

2

CC cm cm )b max(L 812

1R V I V P =

=

L

2

CC CQ CC D 2R V I V P =

=

4

1D

)

b max(L C(b)=

=

P P η

(3) 因为直流负载电阻为零,故直流负载线为CG ,交流负载线斜率为(-1/L

R ')的直线MN ,当Q C 处于中点时,得

V cm = V CEQ = V CC ,L

CC CQ

cm

R V I I '==

,L

2

CC cm cm )c max(L 212

1R V I V P '=

=

L

2

CC CQ CC D R V I V P '=

= 所以2

1D

)

c max(L C(c)

=

=

P P η

所以36:9:42

1

:81:

18

1::)c max(L )b max(L )

a max(L ==

P P P

6

:3:22

1:41:61::C(c)C(b)C(a)==

ηηη

1-8 如图(a )所示为变压器耦合甲类功率放大电路,图(b )所示为功率管的理想化输出特性曲线。已知R L = 8 Ω,设变压器是理想的,R E 上的直流压降可忽略,试运用图解法:(1)V CC = 15 V ,L

R ' = 50 Ω,在负

载匹配时,求相应的n 、P Lmax 、ηC ;(2)保持(1)中V CC .I bm 不变,将I CQ 增加一倍,求P L 值;(3)保持(1)中I CQ 、L

R '、I bm 不变,将V CC 增加一倍,求P L

值;(4)在(3)条件中,将I bm 增加一倍,试分析工作状态。

解:(1) 因为V CC = 15 V

,L

R '= 50 Ω,负载匹配时,

A 3.0L

CC cm

CQ1='

==R V

I I 由此得知Q 1的坐标为Q 1(15V ,0.3A),Q 1点处于交流负载线AB 的中点,其在坐标轴上的截距为A (32 V ,0),B (0,0.6A)。由图

可见

I cm = I CQ1=0.3A ,V cm = V CC = 15 V

此时,W

25.22

1cm cm Lmax

==

I V P

W

5.4CQ CC D ==I V P

%

505

.425.2D

m ax L C ==

=

P P η,5

.28

50L

L =='=

R R n

(2) L

R '是否变化没说明,故分两种情况讨论

○1当L

R '不变时,因为I CQ 增加一倍,因此,L

R '已不是匹配值,其交流负载线平行移动,为一条过Q 2点的直

线EF

(L

R '不变,斜率不变,I CQ 增加,Q 点升高)

此时,由于V CC 、I bm 、L

R '都不变,其P Lmax 亦不变,为2.25 W

(I bm 不变,I cm 不变,V cm 不变)

但 P D = V CC ? I CQ = 9 W ηC = P Lmax / P D = 25% ○

2当L

R '改变时,且L

R '< 50 Ω,交流负载线以Q 2为中心顺时针转动,但由于V CC 、I bm 、I cm 不变,因而L

R '↓ → P L ↓ ηC ↓

当L

R '> 50 Ω,交流负载线以Q 2为中心逆时针转动,但由于激励不变,输出将出现饱和失真。 (3) V CC = 30 V ,交流负载线平移到EF ,静态工作点

为Q 3,因为I bm 不变,所以V cm 不变,I cm 不变,因此P L 不变,P L = 2.25 W ,但V CC = 30 V ,所以 P D = V CC ? I CQ = 9 W ηC = P L / P D = 25% (4) I bm = 6 mA ,以Q 3点为静态工作点,出现截止失真。

1-9 单管甲类变压器耦合和乙类变压器耦合推挽功率放大器采用相同的功率管3DD303、相同的电源电压V CC 和负载R L ,且甲类放大器的L

R '等于匹配值,设

V CE(sat) = 0, I CEO = 0,R E 忽略不计。(1)已知V CC = 30 V ,放大器的i Cmax = 2 A ,R L = 8 Ω,输入充分激励,试作交流负载线,并比较两放大器的P omax 、 P Cmax 、

ηC 、L

R '、n ;(2)功率管的极限参数P CM = 30 W ,I CM =

3 A ,V (BR)CEO = 60 V ,试求充分利用功率管时两放大器

的最大输出功率P omax。

解:(1) 见表

(2)见表

1-14 如图所示为两级功放电路,其中,T l、T2工作于乙类,试指出T4、R2、R3的作用。当输人端加上激励信号时产生的负载电流为i L = 2sinωt(A),讨计算:

(1)当R L = 8 Ω时的输出功率P L ;(2)每管的管耗P C ;(3)输出级的效率ηC 。设R 5、R 6电阻不计。

解:T 4、R 2、R 3组成具有直流电压并联负反馈的恒压源,给T 1、T 2互补管提供克服交越失真的直流正偏压。 (1) W

162

1L 2

cm L ==R I P

(2) ,W 47.25π

)

(cm CC D

==

I V P

W

74.42

L

D C =-=

∴P P P

(3) %

83.62)4/π(8.02

/C CC cm =?=∴==

ξηξ,V V

1-16 试按下列要求画单电源互补推挽功率放大器电路:(1)互补功率管为复合管;(2)推动级采用自举电路;(3)引入末级过流保护电路;(4)采用二极管偏置电路。

解:按要求画出的单电源互补推挽功率放大器电路如图所示。图中T 1为推动级,T 2、T 3、T 4、T 5为准互

补推挽功率级,D1、D2为末级偏置电路,T6、T7为过流保护电路,C2为自举电容。

1-17 两级功放原理电路如图所示。试:(1)简述电路工作原理;(2)已知V CC = EE V,各管V BE(on)相等,设各管基极电流不计,求I CQ5(I CQ6)及k f v表达式。

解:(1) T1、T2和T3、T4为复合管组成差分放大器,作为推动级。T5、T6为镜像电流源,作为差放级有源

负载。T 7~ T 10——准互补功放电路,D 1~ D 3——为功率级提供正向偏置;R 5、R 6——电压串联负反馈,改善电路性能。 (2) 通过R 1的电流,

1

BE(on)

EE EE

2R V V I

-=

I CQ5 = I CQ6 = 0.5 I EE ,

6

55o

f f R R R v v k v +=

=

2-1 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?

解:因为谐振功放的输出负载为并联谐振回路,该回路具有选频特性,可从输出的余弦脉冲电流中选出基波分量,并在并联谐振回路上形成不失真的基波余弦电压,而电阻性输出负载不具备上述功能。 2-2 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?

解:(1)丙类工作,管子导通时间短,瞬时功耗小,效率高。

(2) 丙类工作的放大器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。 为此,丙类放大器只适宜于放大载波信号和高频窄带信号。

2-4 试证如图所示丁类谐振功率放大器的输出功率

2

)sat (CE CC L

2

o )

2(π2V V R P -=

,集电极效率CC

)

sat (CE CC C 2V V V -=

η。已知

V CC = 18 V ,V CE(sat) = 0.5 V ,R L = 50 Ω,试求放大器的P D 、P o 和ηC 值。

解:(1) v A 为方波,按傅里叶级数展开,其中基波分量电压振幅。)2(π

2)sat (CE CC cm V V V -=

通过每管的电流为半

个余弦波,余弦波幅度,)2(π2)sat (CE CC L

L

cm cm

V V R R V I -=

= 其中

平均分量电流平均值

cm

C0π

1I I =

所以

2

)s

a t

(CE CC L

2

cm cm o )

2(π22

1V V R I V P -=

=

)

2(π2)sat (CE CC CC L

2

C0CC D V V V R I V P -=

=

CC

)

sat (CE CC D o C 2/V V V P P -=

(2)

W

24.1)2(π2)sat (CE CC CC L

2

D =-=

V V V R P

W

17.1)

2(π22

)sat (CE CC L

2

o =-=

V V R P

%36.94/D o C ==P P η

2-5 谐振功率放大器原理电路和功率管输出特性曲线如图所示,已知V CC = 12 V ,V BB = 0.5 V ,V cm = 11 V ,V bm = 0.24 V 。试在特性曲线上画出动态线。若由集电极电流i C 求得I C0 = 32 mA ,I cIm = 54 mA ,试求P D 、P o 、ηC 及所需的R e 。

解:

(1)

??

?+=+=-=-=V

)cos 24.05.0(cos V )cos 1112(cos bm BB BE cm CC CE t t V V v t t V V v ωωωω

取ωt = 0?,30????120?,结果如下表

(2)

mW

384C0CC D ==I V P

mW 2972

1

cm

cm

o

==I V P %34.77/D

o

C

==P P η R e = V cm /I c1m = 204 Ω

2-8 谐振功率放大器工作在欠压区,要求输出功率P o = 5 W 。己知V CC = 24 V ,V BB =V BE(on),R e = 53 Ω,设集电极电流为余弦脉冲,即

i C = ?

?

?≤>0

00

cos b

b

Cm a x

v v t i ω 试求电源供给功率P D 、集电极效率ηC 。

解:因为V BB = V BE(on),放大器工作在甲乙类,近似作乙类,

mA

43422

1e

o c1m e 2cm

o ==

=

R P I R I

P

C

2π2

πC C0π

1d π

21

i t i I =

=

?-ω

Cm ax 2π2

πC c1m 2

1d cos π

1

i t t i I =

=

?-ωτωτ所以

mA 3.2762c1m C0==I I

则 ,W 63.6C0CC D ==I V P

%42.75/D o C ==P P η

2-12 设两个谐振功率放大器具有相同的回路元件参数,它们的输出功率P o 分别为1 W 和0.6 W 。现若增大两放大器的V CC ,发现其中P o = 1 W 放大器的输出功率增加不明显,而P o = 0.6 W 放大器的输出功率增加明显,试分析其原因。若要增大P o = 1 W 放大器的输出功率,试问还应同时采取什么措施(不考虑功率管的安全工作问题)?

解:P o = 1 W 的放大器处于临界或欠压状态,增大V CC 时,放大器更趋于欠压状态,I c1m 略有增大。因此P o 增大不明显。(若 P o ↑ 需 V CC ↑ 同时R e ↑ 或V BB ↑) P o = 0.6 W 的放大器处于过压状态,V CC 增大,发大器趋于临界,I c1m 迅速增大,所以P o 迅速增大。

223-1 若反馈振荡器满足起振和平衡条件,则必然满足稳定条件,这种说法是否正确?为什么? 解:否。因为满足起振与平衡条件后,振荡由小到大并达到平衡。但当外界因素(T 、V CC )变化时,平衡条件受到破坏,若不满足稳定条件,振荡器不能回到平衡状态,导致停振。

3-2 一反馈振荡器,欲减小因温度变化而使平衡条件受到破坏,从而引起振荡振幅和振荡频率的变化,应增大i

osc )

(V

T ??ω

和ωω???)(T

,为什么?试描述如何通过自身

调节建立新平衡状态的过程(振幅和相位)。 解:由振荡稳定条件知: 振幅稳定条件:0

)

(iA

i

osc

T ω

相位稳定条件:0

)

(osc

T

若满足振幅稳定条件,当外界温度变化引起V i 增大时,T(ωosc )减小,V i 增大减缓,最终回到新的平衡点。若在新平衡点上负斜率越大,则到达新平衡点所需V i

的变化就越小,振荡振幅就越稳定。

若满足相位稳定条件,外界因素变化→ωosc ↑→?T (ω)↓

最终回到新平衡点。这时,若负斜率越大,则到达新平衡点所需ωosc 的变化就越小,振荡频率就越稳定。

3-3 并联谐振回路和串联谐振回路在什么激励下(电压激励还是电流激励)才能产生负斜率的相频特性?

解:并联谐振回路在电流激励下,回路端电压V 的频率特性才会产生负斜率的相频特性,如图(a)所示。串联谐振回路在电压激励下,回路电流I 的频率特性才会产生负斜率的相频特性,如图(b)所示。

3-5 试判断下图所示交流通路中,哪些可能产生振荡,哪些不能产生振荡。若能产生振荡,则说明属

阻止ωosc 增大,

于哪种振荡电路。

解:

(a) 不振。同名端接反,不满足正反馈;

(b) 能振。变压器耦合反馈振荡器;

(c) 不振。不满足三点式振荡电路的组成法则;

(d) 能振。但L2C2回路呈感性,ωosc < ω2,L1C1回路呈容性,ωosc > ω1,组成电感三点式振荡电路。

(e) 能振。计入结电容C b'e,组成电容三点式振荡电路。

(f) 能振。但L1C1回路呈容性,ωosc > ω1,L2C2回路呈感性,ωosc > ω2,组成电容三点式振荡电路。

3-6 试画出下图所示各振荡器的交流通路,并判

断哪些电路可能产生振荡,哪些电路不能产生振荡。图中,C B、C C、C E、C D为交流旁路电容或隔直流电容,L C为高频扼流圈,偏置电阻R B1、R B2、R G不计。

解:画出的交流通路如图所示。

(a)不振,不满足三点式振荡电路组成法则。

(b) 可振,为电容三点式振荡电路。

(c) 不振,不满足三点式振荡电路组成法则。

(d) 可振,为电容三点式振荡电路,发射结电容C b'e为回路电容之一。

(e) 可振,为电感三点式振荡电路。

(f) 不振,不满足三点式振荡电路组成法则。

3-7 如图所示电路为三回路振荡器的交流通路,图中f01、f02、f03分别为三回路的谐振频率,试写出它们之间能满足相位平衡条件的两种关系式,并画出振荡器电路(发射极交流接地)。

解:(1) L2C2、L1C1若呈感性,f osc < f01、f02,L3C3 呈容性,f osc > f03,所以f03 < f osc < f01、f02。

(2) L2C2、L1C1若呈容性,f osc > f01、f02,L3C3 呈感性,f osc < f03,所以f03 > f osc > f01、f02。

3-8 试改正如图所示振荡电路中的错误,并指出

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