第4章 谐振功率放大器习题参考解答

第2章 小信号选频放大器2.1填空题(1)LC 并联谐振回路中，Q 值越大，其谐振曲线越尖锐,通频带越窄,选择性越好。

(2)LC 并联谐振回路谐振时，回路阻抗为最大且为纯电阻,高于谐振频率时间阻抗呈容性，低于谐振频率时间阻抗感性。

(3)小信号谐振放大器的负载采用谐振回路,工作在甲类状态，它具有选频作用。

(4)集中选频放大器由集成宽带放大器和集中选频滤波器组成，其主要优点是接近理想矩形的幅频特性，性能稳定可靠，调整方便。

2.2 已知并联谐振回路的1μH,20pF,100,L C Q ===求该并联回路的谐振频率0f 、谐振电阻p R 及通频带0.7BW 。

[解]900.035610Hz 35.6MHz f ===⨯=3640.722.4k 22.361022.36k 35.610Hz35.610Hz 356kH z100p R Q f BW Q ρρ==Ω=⨯Ω=Ω⨯===⨯=2.3 并联谐振回路如图P2.3所示，已知：300pF,390μH,100,C L Q ===信号源内阻s 100k ,R =Ω负载电阻L 200k ,R =Ω求该回路的谐振频率、谐振电阻、通频带。

[解]0465kHz f ≈==0.70114k Ω////100k Ω//114.k Ω//200k Ω=42k Ω42k Ω371.14k Ω/465kHz/37=12.6kHzp e s p Le e e R Q R R R R R Q BWf Q ρρ========== 2.4 已知并联谐振回路的00.710MHz,C=50pF,150kHz,f BW ==求回路的L 和Q 以及600kHz f ∆=时电压衰减倍数。

如将通频带加宽为300 kHz ，应在回路两端并接一个多大的电阻? [解] 6262120115105μH (2π)(2π1010)5010L H f C --===⨯=⨯⨯⨯⨯6030.7101066.715010f Q BW ⨯===⨯8.1p oU U ∙∙= 当0.7300kHz BW =时6030.746120101033.33001033.31.061010.6k 2π2π10105010e e e ef Q BW Q R Q f C ρ-⨯===⨯====⨯Ω=Ω⨯⨯⨯⨯而471266.72.131021.2k 2π105010p R Q ρ-===⨯Ω=Ω⨯⨯⨯ 由于,p e pRR R R R =+所以可得10.6k 21.2k 21.2k 21.2k 10.6k e p p eR R R R R Ω⨯Ω===Ω-Ω-Ω2.6 并联谐振回路如图P2.6所示。

2.4解:为计算简化,这里1R 与电容2C 的容抗之比π221=C X R 较大,可采用部分接入法公式 )(1002121pF C C C C C =+=∑电感 )(253.0)2(12mH C f L o ≈=∑π 接入系数 n=2121=+C C C 1R 在两端等效为)(20**Ω==k R n n R T 电感固有品质因数50,对应的固有谐振电阻)(58.792Ω≈=∑k C f Q R o oo π端等效电阻为)(16Ω≈+k R R R R oT oT有载品质因数10101623=⨯⨯=∑C f Q o L π习 题 第三章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。

第1章 高频小信号谐振放大器1.1给定串联谐振回路的0 1.5MHz f =，0100pF C =，谐振时电阻5R =Ω，试求0Q 和0L 。

又若信号源电压振幅1mV ms U =，求谐振时回路中的电流0I 以及回路上的电感电压振幅Lom U 和电容电压振幅Com U 。

解：（1）串联谐振回路的品质因数为061200112122 1.510100105Q C R ωπ-==≈⨯⨯⨯⨯⨯根据0f =有：40212221200111.125810(H)113μH (2)100104 1.510L C f ππ--==≈⨯=⨯⨯⨯⨯ （2）谐振时回路中的电流为010.2(mA)5ms U I R === 回路上的电感电压振幅为02121212(mV)Lom ms U Q U ==⨯=回路上的电容电压振幅为02121212(mV)Com ms U Q U =-=-⨯=-1.2在图题1.2所示电路中，信号源频率01MHz f =，信号源电压振幅0.1V ms U =，回路空载Q 值为100，r 是回路损耗电阻。

将1－1端短路，电容C 调至100pF 时回路谐振。

如将1－1端开路后再串接一阻抗x Z （由电阻x R 与电容x C 串联），则回路失谐；C 调至200pF 时重新谐振，这时回路有载Q 值为50。

试求电感L 、未知阻抗x Z 。

图题1.2xZ u解：（1）空载时的电路图如图(a)所示。

(a) 空载时的电路 (b)有载时的电路uu根据0f =有： 42122120112.53310(H)253μH (2)10010410L C f ππ--==≈⨯=⨯⨯⨯ 根据00011L Q C r rωω==有： 6120101115.92()21010010100r C Q ωπ-==≈Ω⨯⨯⨯⨯ （2）有载时的电路图如图(b)所示。

空载时，1100pF CC ==时回路谐振，则0f =00100LQ rω==；有载时，2200pF CC ==时回路谐振，则0f =，050L xLQ r R ω==+。

第4章 谐振功率放大器习题参考解答4-1 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：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。

4-2 一谐振功率放大器，若选择甲、乙、丙三种不同工作状态下的集电极效率分别为：％＝甲50c η，％＝乙75c η，％＝丙85c η。

试求：（1） 当输出功率P o =5W 时，三种不同工作状态下的集电极耗散功率P C 各为多少（2） 若保持晶体管的集电极耗散功率P C ＝1W 时，求三种不同工作状态下的输出功率P o 各为多少解：通过本题的演算，能具体了解集电极效率对集电极耗散功率和输出功率的影响。

（1）根据集电极效率ηc 的定义co o D o c P P P P P +==η 可得 o c cc P P ηη-=1将ηc 甲、ηc 乙、ηc 丙分别代入上式可得P c 甲＝P o ＝5W ，P c 乙＝＝，P c 丙＝＝可看出ηc 越高，相应的P c 就越小。

（2）从P c 的表达式可以推导出c cc o P P ηη-=1 将ηc 甲、ηc 乙、ηc 丙分别代入上式得P o 甲＝P c ＝1W ，P o 乙＝3P c ＝3W ，P o 丙＝＝可见，在P c 相同时，效率越高，输出功率就越大。

4-4 某一晶体管谐振功率放大器，设已知V CC =24V ，I C0＝250mA ，P o ＝5W ，电压利用系数ξ＝1。

试求P D 、ηc 、R p 、I cm1、电流通角θc 。

解： ()W W I V P C CC D 625.0240=⨯==%3.83833.065====D o c P P η V V V V CC cm 24241=⨯==ξA A V P I cm o cm 417.02452221=⨯==()67.1250417011===C cm c I I g θ 4-9 高频大功率晶体管3DA4参数为T f ＝100MHz ，β＝20，集电极最大允许耗散功率P CM ＝20W ，饱和临界线跨导g cr ＝0.8A ／V ，用它做成2MHz 的谐振功率放大器，选定V CC ＝24V ，θc ＝70°，i Cmax ＝2.2A ，并工作于临界状态。

第一章 谐振回路1-1．题图1-1所示电路中，信号源频率f MHz 01=，电压振幅U V s =01.。

将1-1端短路，电容器C 调到100pF 时电路谐振，此时，C 两端电压为10V 。

如果将1-1端开路再串接一阻抗z x （电阻器与电容器串联），则回路失谐，C 调到pF200时重新谐振，其两端电压变成2.5V 。

求线圈的电感量L ，线圈品质因数Q 0值以及未知阻抗z x 。

【解】1-1端短接时：L cH==⨯⨯⨯=-1121010010253026212ωπμ()Q U U c s 001001100===. r cQ ==⨯⨯⨯⨯=-112101001010015900612ωπ.Ω1-1端接Z x 时：已知Z x 为r x 和C x 串联，且10ωωC C C C L x x''+=即 C C C C xx ''+=C , 200200100C C x x +=解出C pF x =200由于Q U U Q L c S ==⨯=='..00225015012 故 r r x ==159.Ω 1-2，题图1-2所示电路，L H =100μ，c pF =100，r =25Ω，电流源I mA s =1，内阻R k s =40Ω。

（a ）试求并联回路的谐振频率，有载品质因数和谐振阻抗；（b ）若该回路已谐振于电源频率，求流过各元件的电流和并联回路两端的电压。

【解】（a ）Q p r L c r 06121100101001012540===⨯⨯=--/g cr L S p ==⨯⨯⨯=⨯---10010251001025101266g R S s s ==⨯=⨯-114010251036g g g S p s ∑-=+=⨯50106Q g g Q L p==⨯⨯⨯=∑--066251050104020 MHzLC f 592.1101001010021211260=⨯⨯⨯==--ππΩ=⨯⨯==--∑k Q R L 20101001010020126ρ(b)回路电压和电流U R I V S ==⨯⨯⨯=∑-20101102033I U R mA R s S ==⨯=//.204010053I jQ I I j j mA rL s R S ..()(.)=--=--=-11401051200 I jQ I I j mA c s R S ..()=-=0201-3.设计一并联谐振回路，其电路如图1-3所示。

第2章 高频功率放大器思 考 题4.1 谐振功率放大器输出功率P o ＝4W ，ηC ＝60％，V CC ＝20V ，试求P c 和I c0。

假设保持P o 不变，将ηC 提高到80％，试问P c 和I c0减小多少？解：P o ＝4W ，ηC ＝60％，V CC ＝20V ，则P DC =P o /ηC =4/0.6≈6.67WP c = P DC －P o =6.67－4=3.67WI c0= P DC / V CC =6.67/20〔A 〕 ≈333.3mA假设保持P o 不变，将ηC 提高到80％ ，则='CP P o /ηC －P o =4/0.8－4=5－4=1W ='-=∆CC C P P P 3.67－1=2.67W 083.025.0333.020/520/67.6C0C0C0=-≈-='-=∆I I I 〔A 〕=83mA 4.2 谐振功率放大器V CC ＝20V ，I c0＝250mA ，P o ＝4W ，U cm ＝0.9V CC ，试求该放大器的P DC 、P c 、ηC 和I c1m 为多少？解：V CC ＝20V ，I c0＝250mA ，P o ＝4W ，U cm ＝0.9V CC ，则P DC = V CC × I c0＝20×0.25=5W P c = P DC －P o =5－4=1W ηC = P o / P DC =4/5=80%U cm ＝0.9V CC =0.9×20=18V I c1m ＝2P o /U cm ＝2×4/18≈444.4mA4.3 谐振功率放大器V CC ＝30V ，I c0＝100mA ，U cm ＝28V ，θ＝600，g 1(θ)＝1.8， 试求P o 、R P 和ηC 为多少？解：V CC ＝30V ，I c0＝100mA ，U cm ＝28V θ＝600，g 1(θ)＝1.8，则P DC = V CC × I c0＝30×0.1=3Wξ＝U cm / V CC ＝28/30≈0.93ηC ＝21g 1(θ)ξ＝21×1.8×0.93=83.7%P o =ηC ×P DC =0.837×3≈2.51W 由于p 2cm o 21R U P ⨯=，则≈⨯==51.222822o 2cm p P U R 156.2Ω 4.4 谐振功率放大器原来工作在临界状态，假设集电极回路稍有失谐，放大器的I c0、I c1m 将如何变化？P c 将如何变化？有何危险？解：工作在临界状态的谐振功率放大器，假设集电极回路失谐，等效负载电阻R p 将减小，放大器的工作状态由临界变为欠压，I c0、I c1m 都将增大，其它，由于集电极回路失谐，i C 与u CE 不再是反相，即i C 的最大值与u CE 最小值不会出现在同一时刻，从而使管耗P c 增大，失谐过大时可能损坏三极管。

4.1 什么叫做高频功率放大器？它的功用是什么？应对它提出哪些主要要求？为什么高频功放一般在C 类状态下工作？为什么通常采用谐振回路作负载？ 答：高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路，其主要功能是放大放大高频信号功率，具有比较高的输出功率和效率。

对它的基本要求是有选频作用、输出功率大、自身损耗小、效率高。

所以为了提高效率，一般选择在C 类下工作，但此时的集电极电流是一个余弦脉冲，因此必须用谐振电路做负载，才能得到所需频率的正弦高频信号。

4.2 高频功放的欠压、临界、过压状态是如何区分的？各有什么特点？当L bm BB cc R U U U 、、、四个外界因素只变化其中的一个时，高频功放的工作状态如何变化？ 答：当晶体管工作在线性区和截止区时的工作状态为欠压状态，此时集电极电流随激励而改变，电压利用率相对较低。

如果激励不变，则集电极电流基本不变，通过改变负载电阻可以改变输出电压的大，输出功率随之改变；该状态输出功率和效率都比较低。

当晶体管工作在饱和区时的工作状态为过压状态，此时集电极电流脉冲出现平顶凹陷，输出电压基本不发生变化，电压利用率较高。

过压和欠压状态分界点，及晶体管临界饱和时，为临界状态。

此时的输出功率和效率都比较高。

•当单独改变RL 时，随着RL 的增大，工作状态的变化是从欠压逐步变化到过压状态。

•当单独改变EC 时，随着EC 的增大，工作状态的变化是从过压逐步变化到欠压状态。

•当单独改变Eb 时，随着Eb 的负向增大，工作状态的变化是从过压逐步变化到欠压状态。

•当单独改变Ub 时，随着Ub 的增大，工作状态的变化是从欠压逐步变化到过压状态。

4.3 已知高频功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，可以改变哪些外界因素来实现，变化方向如何？在此过程中集电极输出功率如何变化？答： 可以通过采取以下措施1. 减小激励Ub ，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。