高频电路原理及应用主编朱代先第三章高频小信号放大电路课后习题答案
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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:对高频小信号器的主要要求是 1. 比较高的增益2. 比较好的通频带和选择性3. 噪音系数要小4. 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。
3.2 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? 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。
3.3 三级单调谐中频放大器,中心频率f0=465 kHz ,若要求总的带宽 B0.7=8 kHZ ,求每一级回路的 3 dB 带宽和回路有载品质因数QL 值。
答: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。
3.4 某高频晶体管3CG322A ,当2mA E I =,039MHz f =时测得Y 参数如下:(2.8 3.5)mS ie y j =+,(0.080.3)mS re y j =--,(3627)mS fe y j =-,(0.22)mS oe y j =+试求ie g ,ie C ,oe g ,oe C ,fe y ,fe ϕ,re y ,re ϕ的值。
解:根据题意有:3.5 在图题3.1所示的调谐放大器中,工作频率010.7MHz f =,134μH L -=,0100Q =,1320N -=匝,532=-N 匝,455N -=匝。
3-1分析:晶体管低频放大器与高频小信号放大器的不同主要因为输入信号的频率和幅度差异造成。
解:晶体管低频放大器由于静态工作点不同,工作状态可能为饱和,线形,截止;而高频小信号放大器强调输入信号电平较低,放大器工作在线形区。
而且由于工作频率不同,分析工作状态时使用的模型也不尽相同,由于频率变大,在低频时不考虑的电容在高频时成为了影响工作的主要因素。
由于高频小信号放大器的输入信号的幅度小,晶体管工作在线形区,所以没有必要用特性曲线分析。
3-2分析:主要考察了晶体管混合型等效电路个参量的意义。
解:r bb是指基极体电阻,晶体管内部等效元件都连接到b' b'为载流子通过的有效基区,与基极引线b存在基区体电阻r bb,一般高频管r bb在15-250 之间。
电阻r bb是沿着PN结平面由基区材料决定的体积电阻,是晶体管高频放大性能变坏的主要原因,r bb越小越好,是评价晶体管高频放大性能的重要参数。
r bc是集电结电阻,因为集电结为反偏,所以r bc较大,约为10k —10M ,特别是硅管,r bc很大,和放大器的负载相比,它的作用往往可以忽略。
3-3分析:主要考察了晶体管模型的重要参数g m 的意义。
解:g m 是晶体管的跨导,反映晶体管的放大能力,即输入对输出的控制能力。
它和晶体管集电极静态电流大小有关。
分析:阻抗匹配问题是由于高频小信号的负载的特殊性——谐振回路特性决定的。
解:因为高频小信号放大器的负载是一个谐振回路,如果阻抗不匹配,会使输出信号幅3-4度减小,而且会失真,为此,必须考虑阻抗匹配的问题。
3-5分析:主要考察了小信号放大器的几个主要质量指标之间的关系。
解:主要质量指标有:增益,通频带,选择性,工作稳定性,噪声系数这5个指标。
以上几个指标,增益和稳定性是一对矛盾, 通频带和选择性是一对矛盾。
为使放大器稳定工作,必须采取稳定措施, 即限制每级增益,选择内反馈小的晶体管,应用中和或失配方法等;而 解决通频带和选择性的矛盾可以增加回路的数目, 采用参差谐调,用网络综合法设计耦合网络或者采用集中滤波器放大器的办法来解决。
3—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ωωϕ∂∂)(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)(iAiosc <∂∂V V T ω相位稳定条件:0)(oscT <∂∂=ωωωωϕ若满足振幅稳定条件,当外界温度变化引起V i 增大时,T(osc )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oscT()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osc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,则说明属于哪种振荡电路。
osc阻止osc 增大,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,osc 〈2,L1C1回路呈容性,osc >1,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。
《自测题、思考题与习题》参考答案第1章自测题一、1.信息的传递;2.输入变换器、发送设备、传输信道、噪声源、接收设备、输出变换器;3.振幅、频率、相位;4.弱、较大、地面、天波;5.高频放大器、振荡器、混频器、解调器;6.提高通信传输的有效性、提高通信传输的可靠性。
二、1.D ;2.A ;3.D ;4.B ;5.C ;6.A 。
三、1.×;2.×;3.×;4.√;5.√;6.√。
思考题与习题1.1是由信源、输入变换器、输出变换器、发送设备、接收设备和信道组成。
信源就是信息的来源。
输入变换器的作用是将信源输入的信息变换成电信号。
发送设备用来将基带信号进行某种处理并以足够的功率送入信道,以实现信号的有效传输。
信道是信号传输的通道,又称传输媒介。
接收设备将由信道送来的已调信号取出并进行处理,还原成与发送端相对应的基带信号。
输出变换器将接收设备送来的基带信号复原成原来形式的信息。
1.2 调制就是用待传输的基带信号去改变高频载波信号某一参数的过程。
采用调制技术可使低频基带信号装载到高频载波信号上,从而缩短天线尺寸,易于天线辐射,实现远距离传输;其次,采用调制技术可以进行频分多路通信,实现信道的复用,提高信道利用率。
1.3 混频器是超外差接收机中的关键部件,它的作用是将接收机接收到的不同载频已调信号均变为频率较低且固定的中频已调信号。
由于中频是固定的,且频率降低了,因此,中频选频放大器可以做到增益高、选择性好且工作稳定,从而使接收机的灵敏度、选择性和稳定性得到极大的改善。
1.4根据c fλ=得:851331010m =100k m 310c f λ⨯===⨯,为超长波,甚低频,有线传输适用于架空明线、视频电缆传输媒介,无线传输适用于地球表面、海水。
823310300m 100010cf λ⨯===⨯,为中波,中频,有线传输适用于架空明线、视频电缆传输媒介,无线传输适用于自由空间。
第三章 思考题与习题3.1 高频小信号放大器采用 LC 谐振回路 作为负载,所以分析高频小信号放大器常采用 Y 参数 等效参数电路进行分析,而且由于输入信号较弱,因此放大器中的晶体管可视为 线性元件 。
高频小信号放大器不仅具有放大作用,还具有 选频滤波的功能 。
衡量高频小信号放大器选择性的两个重要参数分别是 通频带 和 矩形系数 。
3.2 单级单调谐回路谐振放大器的通频带0.7BW =ef Q ,矩阵系数0.1r k = 9.95 。
3.3 随着级数的增加,多级单调谐放大器的(设各级的参数相同)增益 增加 ,通频带 变窄 ,矩阵系数 减小 ,选择性 变好 。
3.4 试用矩形系数说明选择性与通频带的关系。
放大器的矩形系数定义为:0.70.10.1r BW k BW =,通频带0.7BW ,显然通频带越宽,矩形系数越大,选择性越差。
3.5 影响谐振放大器稳定性的因素是什么?反馈导纳的物理意义是什么?解:影响谐振放大器稳定性的因素是内部反馈b c C ',输出信号通过该电容反馈回到输入端,将会使放大器性能指标变差,严重时会使放大器产生自激振荡。
反馈导纳re Y 又称为反向传输导纳,其物理意义是输入端短路时,输出电压与其在输入端产生的电流的大小之比。
3.6 在工作点合理的情况下,图3.2.5(b )中的三极管能否用不含结电容的小信号等效电路等效?为什么?解:不能用不含结电容的小信号等效电路等效,因为结电容对电路是否有影响,与静态工作点无关,而是与放大器的工作频率有关,只有在低频工作的情况下,结电容的影响才能够忽略,此时才能用不含结电容的小信号等效电路等效。
3.7 说明图3.2.5(b )中,接入系数1n 、2n 对小信号谐振放大器的性能指标有何影响? 解:接入系数1n 、2n 对小信号谐振放大器的性能指标的影响体现在对回路阻抗的影响和对放大倍数的影响上,合理的选择接入系数的大小,可以达到阻抗匹配,使放大倍数最大,传输效果最佳。
第三章 思考题与习题3.1 高频小信号放大器采用 LC 谐振回路 作为负载,所以分析高频小信号放大器常采用 Y 参数 等效参数电路进行分析,而且由于输入信号较弱,因此放大器中的晶体管可视为 线性元件 。
高频小信号放大器不仅具有放大作用,还具有 选频滤波的功能 。
衡量高频小信号放大器选择性的两个重要参数分别是 通频带 和 矩形系数 。
3.2 单级单调谐回路谐振放大器的通频带0.7BW =ef Q ,矩阵系数0.1r k = 9.95 。
3.3 随着级数的增加,多级单调谐放大器的(设各级的参数相同)增益 增加 ,通频带 变窄 ,矩阵系数 减小 ,选择性 变好 。
3.4 试用矩形系数说明选择性与通频带的关系。
放大器的矩形系数定义为:0.70.10.1r BW k BW =,通频带0.7BW ,显然通频带越宽,矩形系数越大,选择性越差。
3.5 影响谐振放大器稳定性的因素是什么?反馈导纳的物理意义是什么?解:影响谐振放大器稳定性的因素是内部反馈b c C ',输出信号通过该电容反馈回到输入端,将会使放大器性能指标变差,严重时会使放大器产生自激振荡。
反馈导纳re Y 又称为反向传输导纳,其物理意义是输入端短路时,输出电压与其在输入端产生的电流的大小之比。
3.6 在工作点合理的情况下,图3.2.5(b )中的三极管能否用不含结电容的小信号等效电路等效?为什么?解:不能用不含结电容的小信号等效电路等效,因为结电容对电路是否有影响,与静态工作点无关,而是与放大器的工作频率有关,只有在低频工作的情况下,结电容的影响才能够忽略,此时才能用不含结电容的小信号等效电路等效。
3.7 说明图3.2.5(b )中,接入系数1n 、2n 对小信号谐振放大器的性能指标有何影响? 解:接入系数1n 、2n 对小信号谐振放大器的性能指标的影响体现在对回路阻抗的影响和对放大倍数的影响上,合理的选择接入系数的大小,可以达到阻抗匹配,使放大倍数最大,传输效果最佳。
第三章高频小信号放大器一、填空题:1.高频小信号放大器的主要技术指标有_________、________、__________。
(增益、通频带、选择性)2.高频小信号谐振放大器的常用的稳定方法有________和________;引起其工作不稳定的主要原因是_________;该放大器级数的增加,其增益将________,通频带将_________。
(中和法、失配法、Cbc’大、变大、变窄)二、问答题1、晶体管低频小信号放大器与高频小信号放大器的分析方法有什么不同?高频小信号放大器能否用静态特性曲线来分析,为什么?解:晶体管低频小信号放大器采用的分析方法是折线分析法,在小信号条件下,叠加在BJT工作点上的交变电流电压之间的关系近似为线性关系。
而高频小信号放大器,由于信号小,也可以认为它工作在晶体管的线性范围内。
可用“线性四端网络”来等效,对线性网络的分析方法都适用于分析高频小信号放大器。
为分析方便起见,低频小信号放大器采用h参数进行分析,高频小信号放大器采用y 参数进行分析。
高频小信号放大器不能用静态特性曲线来分析。
因为晶体管特性曲线是在伏安平面上作出的反映晶体管直流电流电压的关系。
如果电流电压以高频率变化,三极管内PN结的电容应必须考虑,电流电压关系不能在伏安平面上画出。
2、高频小信号放大器为什么要考虑阻抗匹配问题?解:获得最大功率增益,而且匹配是“共扼匹配”,负载电纳和源内阻电纳部分都影响谐振频率,必须进行匹配。
三、计算题:1.对于收音机的中频放大器,其中心频率为f=465KHz,B=8KHz,回路电容C=200pF,试计算回路电感QL 值。
若电感线圈的Q=100,问在回路上应并联多大的电阻才能满足要求?解:回路电感为0.586mH,有载品质因数为58.125,这时需要并联236.66k Ω的电阻。
2.一晶体管组成的单回路中频放大器,如图所示。
已知0465f KHz =,晶体管经中和后的参数为:g m =4.4mS ,Cie=142pF ,goe=55μS ,Coe=18pF ,Yfe=36.8mS ,Yoe=0。
习题3.1 高频功率放大器的主要作用是什么?应对它提出哪些主要要求?答:高频功率放大器的主要作用是放大高频信号或高频已调波信号,将直流电能转换成交流输出功率。
要求具有高效率和高功率输出。
3.2 为什么丙类谐振功率放大器要采用谐振回路作负载?若回路失谐将产生什么结果?若采用纯电阻负载又将产生什么结果?答:因为丙类谐振功率放大器的集电极电流i c为电流脉冲,负载必须具有滤波功能,否则不能获得正弦波输出。
若回路失谐集电极管耗增大,功率管有损坏的危险。
若采用纯电阻负载则没有连续的正弦波输出。
3.3 高频功放的欠压、临界和过压状态是如何区分的?各有什么特点?答:根据集电极是否进入饱和区来区分,当集电极最大点电流在临界线右方时高频功放工作于欠压状态,在临界线上时高频功放工作临界状态,在临界线左方时高频功放工作于过压状态。
欠压状态的功率和效率都比较低,集电极耗散功率也较大,输出电压随负载阻抗变化而变化,较少使用,但基极调幅时要使用欠压状态。
临界状态输出功率大,管子损耗小,放大器的效率也较高。
过压状态下,负载阻抗变化时,输出电压比较平稳且幅值较大,在弱过压时,效率可达最高,但输出功率有所下降,发射机的中间级、集电极调幅级常采用过压状态。
3.4 分析下列各种功放的工作状态应如何选择?(1) 利用功放进行振幅调制时,当调制的音频信号加到基极或集电极时,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信号时,应如何选择功放的工作状态?答:(1) 当调制的音频信号加到基极时,选择欠压状态;加到集电极时,选择过压状态。
(2) 放大振幅调制信号时,选择欠压状态。
、 (3) 放大等幅度信号时,选择临界状态。
3.5 两个参数完全相同的谐振功放,输出功率P o 分别为1W 和0.6W ,为了增大输出功率,将V CC 提高。
结果发现前者输出功率无明显加大,后者输出功率明显增大,试分析原因。
高频电路原理及应用课后答案
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:对高频小信号器的主要要求是 1. 比较高的增益
2. 比较好的通频带和选择性
3. 噪音系数要小
4. 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。
3.2 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? 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。
3.3 三级单调谐中频放大器,中心频率f0=465 kHz ,若要求总的带宽 B0.7=8 kHZ ,求每一级回路的 3 dB 带宽和回路有载品质因数QL 值。
答:设每级带宽为B1,则:
0.7B B =因为总带宽为
答:每级带宽为15.7kHz,有载品质因数为29.6。
3.4 某高频晶体管3CG322A ,当2mA E I =,039MHz f =时测得Y 参数如下:
(2.8 3.5)mS ie y j =+,(0.080.3)mS re y j =--,(3627)mS fe y j =-,(0.22)mS oe y j =+
试求ie g ,ie C ,oe g ,oe C ,fe y ,fe ϕ,re y ,re ϕ的值。
解:根据题意有:
33
116
033
126
02.8mS
3.510 3.510 1.42810(F)=1
4.28pF 2239100.2mS
2102108.16210(F)=8.16pF 22391045(mS)
27arctan 37360.310ie ie oe oe fe fe re g C f g C f y y ππππϕ------=⨯⨯==≈⨯⨯⨯=⨯⨯==≈⨯⨯⨯=-⎛⎫
=≈-︒
⎪⎝⎭
=(mS)
0.3180arctan 2550.08re ϕ-⎛⎫
=︒+≈︒
⎪-⎝⎭
3.5 在图题3.1所示的调谐放大器中,工作频率010.7MHz f =,134μH L -=,0100Q =,1320N -=匝,
532=-N 匝,455N -=匝。
晶体管3DG39在2mA E I =,010.7MHz f =时测得:2860μS ie g =,
18pF ie C =,200μS oe g =,7pF oe C =,45mS fe y =,0re y =。
画出用Y 参数表示的放大器微变等
效电路,试求放大器电压增益uo A 和通频带B 。
图题3.1
C
E
解:其交流通路如图3.1(a )所示,相应的Y 参数微变等效电路如图3.1(b )所示。
ie
+
-
i
u
将(b )图中的集电极回路、负载折合到谐振回路两端的等效电路如图(c )所示。
+
-
i
u 22ie
C
图中:o g 为谐振回路的损耗电导,接入系数2311351204N p N =
==,4521351
204
N p N === 由00131
o
Q L g ω=
有:
566
0013
11
3.71910(S)100210.710410
o g Q L ωπ--=
=
≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 回路总电导:
22
52626612 3.71910(14)20010(14)286010228.4410(S)o oe ie g g p g p g ----∑=++=⨯+⨯⨯+⨯⨯≈⨯
∴放大器电压增益为:3
126
451012.344228.4410fe
uo p p y A g --∑
⨯==≈⨯⨯⨯ 有载品质因数为666
01311
16.278210.710410228.4410L Q L g ωπ--∑=
=≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯
∴通频带6
6010.7100.65710(Hz)0.657MHz 16.278
L f B Q ⨯==≈⨯= 3.6 略
3.7 图题3.3是中频放大器单级电路图。
已知工作频率030MHz f =,回路电感 1.5μH L =,0100Q =,124N N =,14~C C 均为耦合电容或旁路电容。
晶体管采用3CG322A ,Y 参数与题3.4的相同。
(1)画出Y 参数表示的放大器微变等效电路。
(2)求回路总电导g ∑。
(3)求回路总电容C ∑的表达式。
(4)求放大器电压增益uo A 。
(5)当要求该放大器通频带为010MHz f =时,应在回路两端并联多大的电阻?
解:(1)其交流通路如图3.3(a )所示,相应的Y 参数微变等效电路如图3.3(b )所示。
图中:o g 为谐振回路的损耗电导,接入系数211
4
N p N =
=。
图3.3(a)
-
-
u 2ie C
(2)由001
o
Q Lg ω=
有: 回路的损耗电导566
0011
3.536810(S)100210.73010 1.510
o g
Q L
ωπ--==
≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 回路总电导为
2562663.53681020010(14)286010414.11810(S)o oe ie g g g p g ----∑=++=⨯+⨯+⨯⨯≈⨯ (3)由0f =
有
112
662
011
1.876310(F)18.763pF (2) 1.510(23010)
C L f ππ-∑-=
=
≈⨯=⨯⨯⨯⨯ (4)放大器的电压增益为12
o u i be
u pu A u u =
= 由图(b )有:1211fe i fe be
y u y u u g j C g j C j L j L ωωωω∑∑∑∑
=-=-
++++ 22o o e i e
o o e i e g g g p g C C C p C ∑∑⎛⎫=++ ⎪ ⎪
=++⎝⎭
∴1fe
u py A g j C j L
ωω∑∑
=-
++
∴谐振时的电压增益为3
6
1
4510427.17414.11810fe uo p y A g --∑
⨯⨯=
=≈⨯ (5)由0
L
f B Q =
有 6
06
301031010L f Q B ⨯===⨯
设并联的电阻为R ,则有
6
66
011
1307.5() 1.31k Ω11
414.11810323010 1.510
L R g Q L
ωπ-∑
-=
=
≈Ω=--⨯⨯⨯⨯⨯⨯
3.8 略
3.9 在三级单调谐放大器中,工作频率为465kHz ,每级LC 回路的40L Q =,试问总的通频带是多少?如果要使总的通频带为10kHz ,则允许最大L Q 为多少?
解:(1
)总通频带33 5.92710(Hz) 5.927kHz L B ==≈⨯= (2
)由3L
B =
0323.7L Q B ==≈
3.10 电阻热噪声有何特性?如何描述
电阻的热噪音是由于温度原因使电阻中的自由电子做不规则的热运动而带来的,因此热噪音具有起伏性质,而且它具有均匀的功率谱密度,所以也是白噪音,噪音的均方值与电阻的阻值和温度成正比。
3.11接收机等效噪声带宽近似为信号带宽,约 10kHz ,输出信噪比为 12 dB ,要求接收机的灵敏度为 1PW ,问接收机的噪声系数应为多大?。