通信电子线路习题答案

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1、第2章高频功率放大器2.1谐振功率放大器基本工作原理2.2丙类谐振功率放大器的工作状态分析2.3谐振功率放大器的高频特性2.4谐振功率放大器电路2.5高效率高频功率放大器及功率合成技术2.1谐振功率放大器基本工作原理2.1.1谐振功率放大器的电路组成图2.1是晶体管谐振功率放大器的原理电路。其中，V为高频大功率管，通常采用平面工艺制造的NPN高频大功率管，能承受高电压和大电流，有较高的特征频率fT。晶体管的主要功用是在基极输入信号的控制下，将集电极电源EC提供的直流能量转换为高频信号能量。EB是基极偏置电压，调整EB，可改变放大器工作的类型。EC是集电极电源电压。集电极外接LC并联振荡回

2、路的功用是作放大器负载。放大器电路由集电极回路和基极回路两部分组成，集电极回路由晶体管集电极、发射极、集电极直流电源和集电极负载组成。基极回路由晶体管基极、发射极、偏置电源和外加激励组成。由偏置电压EB和外加激励控制集电极电流的通断，由集电极回路通过晶体管完成直流能量转变为高频交流能量。高频谐振功率放大器主要研究集电极回路的能量转换关系。图2.1谐振功率放大器原理电路2.1.2工作原理要了解高频谐振功率放大器的工作原理，首先必须了解晶体管的电流、电压波形及其对应关系。晶体管转移特性如图2.2中虚线所示。由于输入信号较大，可用折线近似转移特性，如图中实线所示。图中U′B为管子导通电压，gm

3、为特性斜率。图2.2丙类工作情况的输入电压、集电极电流波形设输入电压为一余弦电压，即ub=Ubmcosωt则管子基极、发射极间电压uBE为uBE=EB+ub=EB+Ubmcosωt(2.1―1)在丙类工作时，EB

4、分别为基波、二次谐波电流幅度。谐振功率放大器的集电极负载是一高Q的LC并联振荡回路，如果选取谐振角频率ω0等于输入信号ub的角频率ω，那么，尽管在集电极电流脉冲中含有丰富的高次谐波分量，但由于并联谐振回路的选频滤波作用，振荡回路两端的电压可近似认为只有基波电压，即uc=Ucmcosωt=Ic1mRecosωt(2.1―3)式中，Ucm为uc的振幅；Re为LC回路的谐振电阻。晶体管集电极、发射极间电压uCE等于uCE=EC-uc=EC-Ｕcmcosωt(2.1―4)ub、iC、ic1、uc、uCE之间的时间关系波形如图2.3所示。图2.3电流、电压波形由图可见，虽然集电极电流为脉冲，但由于

5、LC并联谐振回路的选频滤波作用，集电极电压仍为余弦波形，且uCE与uBE反相。另外，已知集电极电流iC中有很多谐波分量，如果将LC振荡回路调谐在信号的n次谐波上，即ω0=nω，则在回路两端将得到nω的电压uc=IcnmRencosnωt的输出信号，它的频率是激励信号频率的n倍，所以这种谐振功率放大器称为倍频器。2.1.3高频谐振功率放大器中的能量关系在集电极电路中，LC振荡回路得到的高频功率为(2.1―5)集电极电源EC供给的直流输入功率为(2.1―6)直流输入功率PE与集电极输出高频功率Po之差为集电极耗散功率PC，即(2.1―7)它是耗散在晶体管集电结上的损耗功率。集电极效率ηC为输

6、出高频功率Po与直流输入功率PE之比，即(2.1―8)它是表示集电极回路能量转换的重要参数。谐振功率放大器就是要获取尽量大的Po和尽量高的ηC。由式(2.1―8)可见，集电极效率ηC决定于比值Ic1m/IC0与Ucm/EC的乘积，前者称为波形系数g1(θ)，即(2.1―9)后者称为集电极电压利用系数ξ，即(2.1―10)因此式(2.1―8)又可写为(2.1―11)丙类放大器效率高还可从集电极损耗功率来看。由可知，当Po一定时，减小PC可提高ηC。PC可表示为(2.1―12)因此，减小iC·uce及通角θ可减小PC，由图2.3可看出，iC的最大值与uce的最小值对应，通角θ越小，iC越集中

7、在ucemin附近，集电极损耗也就越小。在高频功率放大器中，提高集电极效率的同时，还应尽量提高输出功率。根据式(2.1―7)和式(2.1―8)，可得(2.1―13)可见，当晶体管允许损耗功率PC一定时，ηC越高，输出功率Po越大。2.2丙类谐振功率放大器的工作状态分析2.2.1解析分析法解析分析法首先要解决的问题是找到器件的数学模型。由于晶体管处于大信号非线性工作区，特性曲线可用折线近似，如晶体管转移特性可用图2.4(a)表示，晶体