高频功率放大器——典型例题分析

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功率放大器临界状态输出功率谐振集电极杂谈 |
分类: 无线电 |
1.丙类放大器为什么一定要用谐振回路作为集电极的负载?谐振回路为什么一定要调谐在信号频率上?
答:这是因为放大器工作在丙类状态时,其集电极电流将是失真严重的脉冲波形,如果采用非调谐负载,将会得到严重失真的输出电压,因此必须采用谐振回路作为集电极的负载。调谐在信号频率上集电极谐振回路可以将失真的集电极电流脉冲中的谐波分量滤除,取出其基波分量,从而得到不失真的输出电压。
2.已知谐振功率放大器输出功率Po=4W,ηC=60%,VCC=20V,试求Pc和Ic0。若保持Po不变,将ηC提高到80%,试问Pc和Ic0减小多少?
解:已知Po=4W,ηC=60%,VCC=20V,则
PDC=Po/ηC =4/0.6≈6.67W
Pc= PDC -Po=6.67-4=3.67W
Ic0= PDC / VCC =6.67/20(A) ≈333.3mA
若保持Po不变,将ηC提高到80% ,则
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image68.gifPo/ηC-Po=4/0.8-4=5-4=1W
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image69.gif3.67-1=2.67W
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image70.gif(A)=83mA
3.已知谐振功率放大器VCC=20V,Ic0=250mA,Po=4W,Ucm=0.9VCC,试求该放大器的PDC、Pc、ηC和Ic1m为多少?
解:已知VCC=20V,Ic0=250mA,Po=4W,Ucm=0.9VCC,则
PDC= VCC× Ic0=20×0.25=5W
Pc= PDC-Po=5-4=1W
ηC = Po / PDC =4/5=80%
Ucm=0.9VCC=0.9×20=18V
Ic1m=2Po /Ucm=2×4/18≈444.4mA
4.已知谐振功率放大器VCC=30V,Ic0=100mA,Ucm=28V,θ=600,g1(θ)=1.8,试求Po、RP和ηC为多少?
解:已知VCC=30V,Ic0=100mA,Ucm=28V,θ=600,g1(θ)=1.8,则
PDC= VCC× Ic0=30×0.1=3W
ξ=Ucm / VCC=28/30≈0.93
ηC=http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image71.gif×1.8×0.93=83.7%
Po =ηC×PDC =0.837×3≈2.51W
由于http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image72.gif,则
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image73.gif156.2Ω
5.某谐振功率放大器,原工作于过压状态,现分别调节Rp、VCC、VBB和Uim使其工作于临界状态,试指出相应Po的变化。
解:调节Rp:减小Rp,可以使谐振功放从过压状态转换为临界状态,对照图8.3 相应的输出功率Po将增大。
调节VCC:增大VCC,可以使谐振功放从过压状态转换为临界状态,此时的集电极电流的将最大值Ic1m增大,而http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image74.gif,但Rp并未变化,所以Po增大。
调节VBB:减小VBB,放大器可从过压状态转换为临界状态,但θ值减小,脉冲电流基波分解系数α1(θ)减小,Ic1m减小,所以Po减小。
调节Uim:减小Uim,放大器可从过压状态转换到临界状态,输出功率Po亦减小,其机理与VBB减小相似。
6.谐振功率放大器原来工作在临界状态,若集电极回路稍有失谐,放大器的Ic0、Ic1m将如何变化?Pc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,若集电极回路失谐,等效负载电阻Rp将减小,放大器的工作状态由临界变为欠压,Ic0、Ic1m都将增大,另外,由于集电极回路失谐,iC与uCE不再是反相,即iC的最大值与uCE最小值不会出现在同一时刻,从而使管耗Pc增大,失谐过大时可能损坏三极管。
7.设两个谐振功率放大器具有相同VCC,它们的输出功率分别为1W和0.6W。若增大Rp,发现其中Po=1W的放大器的输出功率明显增大,而Po=0.6W的放大器的输出功率减小,试分析原因。
解:Po=1W的放大器原工作于欠压状态,当其Rp增大时,放大器将由原欠压状态过渡到临界状态,故Po明显增大。
Po=0.6W的放大器,原工作于临界或过压状态,当其Rp增大时,则相对应的有两种情况:一是由原临界状态过渡到过压状态,输出功率下降;二是由原过压状态变为更深的过压状态,输出功率下降。
8.若两个谐振功率放大器电路具有相同的回路元件参数,其输出功率Po分别为1W和0.6W。若同时增加两放大器的电源电压,发现原输出1W的放大器功率增加不明显,而另一放大器输出功率增加比较明显,试问为什么?若要增加输出为1W的放大器的输出功率Po,问还需要采取什么措施(不考虑功率管的安全问题)?
解:当VCC增加时,Po1(1W)增加不明显,Po2(0.6W)增加明显,说明输出1W的放大器工作于临界或欠压状态,而输出为0.6W的放大器工作于过压状态。为了提高Po1还需:或增大负载等效电阻Rp,或增大基极偏置电压VBB,或增大激励信号电压幅值Uim。
9.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,试指出放大器原来的工作状态。若输出功率基本不变,试问原来又工作在什么状态。
解:谐振功率放大器原工作在临界状态。若输出功率基本不变,则放大器原来工作在过压状态。
10.一单管谐振功率放大器,已知输出功率Po=1W,现用两管并联代替单管,并维持Rp、VCC、VBB和Uim不变,发现放大器工作在临界状态。试指出放大器原来的工作状态,估算两管并联运用后的输出功率。
解:假设两管的参数一致,则流过等效负载上的电流Ic1m加倍,因而输出电压幅值Ucm=Ic1mRp也加倍,输出功率http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image75.gif<4W。
11.在图8.8所示的谐振功率放大器中,测得Ic0=100mA、Ib0=5mA、IA=500mA,放大器工作于临界状态。若改变VCC、VBB和Uim中某一电压量,则发现各电表读数发生如下变化:
(1)Ic0=70mA、Ib0=1mA、IA=350mA
(2)Ic0=70mA、Ib0=10mA、IA=350mA
(3)Ic0=105mA、Ib0=7mA、IA=520mA
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image76.gif
试问上述三种情况各为改变哪一电压量而发生的?各处于何种工作状态(欠压、临界、过压)?
解:(1)VBB减小或Uim减小,工作于欠压状态;(2)VCC减小,工作于过压状态;(3)VBB增大或Uim增大,工作于过压状态。
12.谐振功率放大器工作在欠压区,要求输出功率Po =5W。已知VCC =24V,VBB = Uth(管子截止电压),Rp=53Ω,集电极电流为余弦脉冲,试求电源供给功率PDC,集电极效率ηC。 图8.8
解:由题可知,θ=90o,由图8.2可知α0(90o)=0.32,α1(90o)=0.5。
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image77.gif(A)=434.4mA
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image79.gif278(mA)
PDC=VCCIc0=24×0.278=6.67(W)
ηC= P0 / PDC =5/6.67=75%
13.已知丙类二倍频器工作在临界状态,且VCC=20V,Ic0=0.4A,Ic2m=0.6A,Uc2m=16V,试求Po2和ηC2?
解:已知VCC=20V,Ic0=0.4A,Ic2m=0.6A,Uc2m=16V,则
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image80.gif=4.8(W)
PDC=VCCIc0=20×0.4=8(W)
ηC2= Po2/ PDC =4.8/8=60%
14.图8.9(a)为谐振功率放大器的原理电路图,试指出该电路中的错误,予以改正并说明原因。
解:图8.9(b)示出了一种改正的电路图。
(1)V1输入端,增加C4,为高频旁路电容,使输入高频信号减小损耗。
(2)V1输出端,取消C1,使集电极直流通路得到建立;增加高频旁路电容C5,形成高频通路。
(3)V2输入端,增加耦合电容C6,也使本级基极与VCC隔离;增加RFC3的一方面使V2基极为高频高电位,另一方面也使V2输入端的直流通路得到建立,C7为高频旁路电容。
(4)V2输出端,增加隔直电容C8和高频旁路电容C11;C9和L3为天线回路元件。
RFC4与RFC5使V1、V2二级与直流电源间高频隔离。
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image81.gif
图8.9
15.谐振功率放大器工作频率f=2MHz,实际负载RL=80Ω,所要求的谐振阻抗RP=8Ω,试求决定L形匹配网络的参数L和C的大小?
解:由于RL>RP,则应选择高阻变低阻L型匹配网络
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image82.gifH
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image83.gifpF
16.谐振功率放大器工作频率f=8MHz,实际负载RL=50Ω,VCC=20V,Po=1W,集电极电压利用系数为0.9,用L形网络作为输出回路的匹配网络试计算该网络的参数L和C的大小?
解:已知RL=50Ω,VCC=20V,Po=1W,及ξ=Ucm / VCC=0.9,可得
Ucm=ξVCC=0.9×20=18V
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image84.gif
由于RP>RL,应选择低阻变高阻L型匹配网络
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image85.gifpF
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image86.gifH
17.试求图9.11所示传输线变压器阻抗变换比Ri: RL和传输线变压器Tr1的特性阻抗Zc1及Tr2的特性阻抗Zc2(Tr1与Tr2的变压比均为1:1)。
解:(1)计算阻抗变换比,认为传输线变压器具有无耗短线的传输特性,则有
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image87.gif
U13= U24,U57= U68
又 U24= U68
则 U13= U24= U57= U68= U
根据变压器性能,有
I12= I43,I56= I87
又 I43= I56
则 I12= I43= I56= I87= I
由图8.10可知 图8.10
Ri= U17/ I12=(U13+ U57)/ I12=2 U / I
RL= U24/ I28= U/(I12+ I56)= U /(2 I)
则 http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image88.gif=4:1
(2)求特性阻抗
Zc1= U13/ I12= U/ I=2 RL
Zc2= U57/ I56= U/ I=2 RL
18.在图9.12(a)所示电路中,R1= R2= R3= R4,Rs=50Ω,信号源向网络提供的功率为100W,试指出R1~ R4电阻上的电流方向,计算R1~ R4各电阻所得的功率,计算Rd1~ Rd3、R1~ R4各电阻的数值。
解:该电路为同相分配电路,输入功率由Tr1分配给Tr2和Tr3,Tr2和Tr3又将其所得功率同相分配给R1、R2和R3、R4。由此并参见图8.11(b),可得
Rd1=4 Rs=4×50=200Ω
Ra1= Rd1/2=100Ω
Rd2=4 Ra1=4×100=400Ω
R1= R2= Rd2/2=200Ω
同理
Rd3=400Ω
R3= R4=200Ω
R1~ R4中的电流流向如图8.11(b)中箭头所示(也可为相反流向)。
Rd1、Rd2 Rd3的功率为
PRd1= PRd2= PRd3=0
Tr2、Tr3的输入功率为
P2= P3=1/2×100=50W
所以R1、R2、R3、R4的功率分别为
PR1= PR2=1/2×P2=25W
PR3= PR4=1/2×P3=25W
http://www.avceit.cn/jpkc/gaoping/3/excise2.files/Image89.gif