第四章习题解答

4-1 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？

分析：本题主要考察两种放大器所放大信号的特点以及谐振负载特性、放大器各工作状态特点。

解

谐振功率放大器通常用来放大窄带高频小信号 （信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小），其工作状态 通常选为丙类工作状态（<）,电流为余弦脉冲，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路并谐振在基波频率上以滤除其它各次谐波。而低频功率放大器所放大信号为低频相对带宽宽的信号，20Hz-20KHz，丙类放大的非线性产生的谐波导致信号失真而无法恢复，所以通常只工作在甲类或乙类状态。因此，低频功率放大器不能工作在丙类，而高频功率放大器则可以工作于丙类 。

4-2 提高放大器的功率与效率，应从哪几方面入手？

分析：根据公式，可以得到各参数之间的关系，具体过程如下

解

放大器的输出功率与功放的工作状态有密切关系。而功放的工作状态与负载电阻、各级电压的大小有关。输出功率最大的工作状态为临界状态，效率最高在弱过压状态。导通角越小效率越高。

功率放大器的原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转变为交流信号功率输出去。这种转换不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的，因为直流电源所供给的功率除了转变为交流输出功率外，还有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。

为了说明晶体管放大器的转换能力，采用集电极效率，其定义为

由上式可以得出以下两结论:

① 设法尽量降低集电极耗散功率，则集电极耗散功率自然会提高。这样，在给定时，晶体管的交流输出功率就会增大；

② 由上式可得

如果维持晶体管的集电极耗散功率不超过规定值，那么， 提高集电极效率，将使交流输出功率大幅增加。可见，提到效率对输出功率有极大的影响。当然，这时输入直流功率也要相应得提高，才能在不变的情况下，增加输出功率。因此，要设法尽量降低集电极耗散功率，来提高交流输出功率。

4-3 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？

解 谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小），其工作状态 通常选为丙类工作状态（<）,为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或临界状态。尖顶余弦脉冲 含有 基波、二次、三次、……、n次谐波，为了获得基波分量（即基波频率的正弦波），就要在输出端抑制其他谐波分量，因此一定要调到基波谐振状态。如果回路失谐，就会使输出含有其他谐波分量，就会产生波形失真。如果激励信号过大，回路失谐还会造成管子烧坏。

4-4 功放管最大允许耗散功率为20W，试计算当效率分别为80%、70%和50%时的集电极最大允许输出功率。

分析：本题主要考察关系式

解

由耗散功率和效率的关系

可得

可见，集电极最大允许输出功率随效率的提高而提高，这体现了提高效率对提高输出功率具有的重要意义。

4-5 某一晶体管谐振功率放大器，设已知VCC=24V，Ic0=250mA，Po=5W，电压利用系数=1。试求P=、、R0、IC1、电流导通角c。

分析：本题的要求是为了熟悉参数间的关系和计算公式。本题的难点是求出Icm1。解题过程如下

解

查余弦脉冲系数表知： 所以θc=78º

4-6 晶体管放大器工作于临界状态，Rp=200，VCC=30V，Ic0=90mA，c=90，试求Po与。

解

查表得 ：

；

4-7 根据负载特性曲线，估算当集电极负载偏离最佳Rp时，Po如何变化：

(1) 增加一倍时，Po如何变化？

(2) 减小一半时，Po如何变化？

分析：掌握负载特性曲线，主要考察恒流源和恒压源两种特殊情况下的负载特性

解

（1）当RP增加一倍时，功率放大器进入过压区，Vcm基本不变，而,所以近似下降一半。

（2）当RP减小一半般时 ，功率放大器进入欠压区，icm1 基本不变，而，所以近似下降一半。

4-8 调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，如果集电极回路稍有失调，集电极损耗功率Pc将如何变化？

分析：此题主要考察谐振功率放大器的负载特性

解

当放大器正常工作在临界状态时与集电极回路稍失调时，负载电阻Rp减小。由负载特性曲线可知功放将工作在欠压状态，功放的直流输入功率基本不变，而输出功率将显著减小，因而集电极耗散功率Pc将增大。

4-9 调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，若负载回路旁并一电阻，放大器的工作状态会怎样变化？若其他条件不变，放大器的输出功率会怎样变化？

分析：本题主要考察负载特性曲线的掌握情况

解

根据负载特性曲线可知，调谐功率放大器原来正常工作于临界状态，若负载回路旁并一电阻，相当于集电极负载减小，功率放大器将由临界状态进入欠压状态。若其他条件不变放大器的输出功率会降低。

4-10 由于某种原因，调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，试问有多少方法能使放大器的工作调回原来的临界状态？

解

若由于某种原因，调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，则可以分别从调谐功率放大器的负载特性和各级电压、、对工作状态的影响入手，将放大器的工作状态调回到原来的临界状态。可采取以下调节措施：

①调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于集电极负载减小，因此应提高；

②调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于变大，因此减小

③调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于绝对值变大，因此应减小绝对值

④调谐功率放大器的工作状态由临界变到欠压状态，相当于减小，因此应增大。

4-11 有一输出功率为2W的晶体管高频功率放大器，采用图4-17(a)所示的型阻抗变换网络。负载电阻RL=23，VCC=4.8V，f=150MHz。设QL=2，试求，L1、C1、C2之值。

解：

根据π型匹配网络的计算公式可知

故得

又

故得

又

故得

4-12 在调谐某一晶体管谐振功率放大器时，发现输出功率与集电极效率正常，但所需激励功率过大。如何解决这一问题？假设为固定偏压。

解

在调谐某一晶体管谐振功率放大器时，发现输出功率与集电极效率正常，但所需激励功率过大。这是由于太大，应减小，但调谐功率放大器的工作状态将由临界变到欠压状态，输出功率与集电极效率都将小降。为了避免这种这种情况发生，可调节电路中其他参数，由于本题是固定偏压故采取提高，减小可解决此问题。

4-13 对固定工作在某频率的高频谐振功率放大器，若放大器前面某级出现自激，则功放管可能会损坏。为什么？

解

对工作在某一固定频率的高频谐振放大器，若放大器的前面某级出现自激，则会产生非工作频率的较高幅值的信号，此信号到达到达高频谐振功率放大器时，会使谐振功率放大器谐振回路失谐。并联谐振回路谐振时回路阻抗为纯电阻且达到最大值，当回路失谐，回路的阻抗将明显小区谐振电阻，因而功放将会进入深度欠压状态，集电极耗散功率显著增加，这将可能引起功放管的过热损坏。

4-14 一调谐功率放大器工作于临界状态，已知VCC=24V，临界线的斜率为0.6A/V，管子导通角为90，输出功率Po=2W，试计算P=、Pc、c、Rp的大小。

解

依题意可得

因，查表得

解此方程，得

Vcm=23.94V

4-15 某谐振功率放大器工作于临界状态，功率管用3DA4，其参数为fT=100MHz，=20，集电极最大耗散功率为20W，饱和临界线跨导gcr=1A/V，转移特性如题图4-1所示。已知VCC=24V，VBB=1.45V，VBZ=0.6V，Q0=100，QL=10，=0.9。求集电极输出功率Po和天线功率PA。
解

转移特性斜率

查表得，

题图4-1

题图4-2

4-16 某谐振功率放大器的中介回路与天线回路均已调好，功率管的转移特性如题图4-1所示。已知VBB=1.5V，VBZ=0.6V，c=70，VCC=24V，=0.9。中介回路的Q0=100，QL=10。试计算集电极输出功率Po与天线功率PA。

解 转移特性斜率

转移特性斜率

因，查表得

4-17 改正题图4-2中的错误，已知电路的工作频率为400MHz，设LC为扼流圈，电感量较大。

解

图4-2中所示电路为两级高频功率放大器。该电路有以下几处错误 ：直流馈电电路、输出回路和级间耦合回路、电流表得测试位等 。

基极偏置常采用扼流圈自给偏置电路；集电极馈电电路由直流电源VCC，高频扼流圈、高频旁路电容组成并联馈电电路；输出回路要构成并联谐振回路；输入匹配网络采用T形网络，输出匹配网络采用L形网络；ICO电流表测试直流电流，Icm1电流表测试基波电流。修改结果如下图4-3所示

4-18 已知一谐振功率放大器和一个二倍频器，采用相同的功率管，具有相同的VCC、VBB、Vbm、c，且均工作在临界状态，c =70，试比较两种电路的Po、c、Rp。

解 具有相同的Vcc、VBB、Vbm、θc，且均工作在临界状态的谐振功率放大器和二倍频器的区别在于：输出调谐回路的谐振频率分别为基波和二次谐波频率。

由icmax=gc（Vbm- VBB -Vbz），所以两种情况下icmax相同；

由icmax相同，又都工作在临界状态，则负载线的顶点相同，且负载线的Q点坐标相同，所以Vcm相同，由Vcm=icm*Rp，

则

4-19 在倍频电路中，应采取什么措施提高负载回路的滤波性能？

解 ① 提高回路的品质因数QO。设倍频次数为n，则输出调谐回路的Q值约需Q0>10nπ。

② 在输出回路旁并接吸收回路，吸收回路可调谐在信号奇频或其他特别要滤除的频率上。

③采用选择性好的通频带滤波器作负载回路：可用多节LC串联回路组成带通滤波器，将幅度较大而不需要的基波或其他谐波滤除掉。

④用推挽倍频电路：推挽电路的输出量中已无信号的偶次谐波分量 ，故可以实现奇次谐波倍频。如果推挽电路的两管集电极连在一起接到负载回路上，也可以抵消奇次谐波分量，实现偶次谐波倍频。这两种推挽电路都减轻了对输出回路滤波的要求。

4-20 一调谐功率放大器的负载是拉杆天线，装好后发现放大器的输出功率较小，发射距离不远，请你分析有几种原因造成这一结果，如何解决这一难题。

解答

解决这一问题的关键在于提高输出功率，下面从几个方面谈谈提高输出功率的途径。

功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率。使之转变为交流信号功率。这种转变不可能是百分之百的，因为直流电源所供给的公功率除了转变为交流功率外，还有一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。设法尽量降低集电极耗散功率Pc或提高效率c，都会提高交流输出功率PC。

要降低集电极耗散功率PC可以通过调整晶体管工作状态来实现，比如采用丙类状态，选择合适的导通角，并使功率放大器尽量靠近临界状态（通过调解负载阻抗和各级电压 ），还要选择合适的匹配网络等等。如果丙类状态还是不能满足要求，可选择丁、戊类功率放大器。

效率包括集电极效率和输出网络效率两部分。上述调整电路工作状态的方法主要针对集电极效率。输出网络的传输效率，是无负载时的Q值，是有负载时的Q值 。要提高传输效率，值尽可能的小，而值仅可能的大；但要保证回路良好的滤波作用，值不能太小。

该调谐功率放大器的负载是拉杆天线，负载匹配在此也是影响输出功率Po的关键问题，调解输出回路中的匹配网络或更换天线可以达到最佳阻抗，以提高交流输出功率Po。

4-21 高频大功率晶体管3DA4参数为，，集电极最大允许耗散功率，饱和临界线跨导，用它做成2MHz的谐振功率放大器，选定，，，并工作于临界状态。试计算、、、与。

分析 ：本题主要目的是 熟悉计算公式和各参数间的关系

解

由于θc已知，则可查表得，

4-22 在图4-18所示的电路中，设，L1C1回路的Q=100，天线回路的Q=15。求整个回路的效率。

分析：熟悉回路效率公式

解：

临界耦合系数