高频电子线路课后答案

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,（谈文心主编，西安交通大学出版社,1996年）,高频电子线路,部分习题参考题解,2005年6月,张相臣,目录,第1章：,小信号调谐放大器,第2章：,非线性电路与时变参量电路的分析方法,第3章：,高频功率放大器,第4章：,正弦波振荡器,第5章：,振幅调制与解调,第6章：,角度调制与解调,第7章：,混频,第8章：,反馈控制电路,第01章 小信号调谐放大器,1-1 解：,已知 r=25,，L=800,H，,C=200pF，则,第01章 小信号调谐放大器,1-2 解：,已知 C,1,=15pF，C,2,=5pF，R,i,=75,，R,L,=300,根据题意，R,i,和R,L,折算到回路两端后的R,i,和R,L,应相等。根据功率等效原理，有,即,又知：,则有,第01章 小信号调谐放大器,所以有,1-3 解：,并联电阻后，使回路损耗增大，即,增大，所以极点将远离虚轴。另外，损耗增大则使谐振增益减小、同频带增宽、选择性变差。,回路电感L的损耗电阻r增大，则将使回路的Q减小，将引起同一样的变化。,已知,所以：,第01章 小信号调谐放大器,1-4 解：,由于r,L,不变，所以,所以，L大的回路能取得较高的增益和较窄的通频带。,1-5 解：,不管信号是单频信号、宽频信号，只要它的频率落在窄带放大器同频带内，该信号就可以得到放大。,1-6 解：,因为采用部分接入，晶体管的参数折算到谐振回路两端后，其值大大减小，所以，晶体管参数的变化对回路的影响也相对大大减小，当更换晶体管时，晶体管参数的不同对回路的影响很小。,1-7 解：,已知,p,1,=48/162=0.296，,p,2,=13/162=0.08，,f,0,=465kHz，,Q,0,=100，,L,=560,H，以及晶体管的参数。,可计算出：,第01章 小信号调谐放大器,(,注意：由于,g,ie,g,oe,，不能按匹配情况计算,),第01章 小信号调谐放大器,1-8,双参差调谐放大器中，,两级单调谐放大器的衰减系数,相等（参看教材29页图1-19，在双参差调谐放大器中，两级单调谐放大器的衰减系数,必须相等）,，,其中第二个回路的有载品质因数,Q,L2,=50，,调谐频率分别为,f,o1,= 6.2MHz，,f,02,= 6.8MHz，,试判断此放大器是欠参差还是过参差？若保持,不变，要达到平坦参差，两级放大器应调谐在什么频率上？最大平坦带宽,BW,等于多少？,第01章 小信号调谐放大器,已知,f,o1,= 6.2MHz，,f,02,= 6.8MHz，,两回路的,相等，其中第二个回路的有载品质因数,Q,L2,=50。,所以,s,，为过参差, 平坦参差应为 ,s,=,即,解：,第01章 小信号调谐放大器,BW,= 2,1/2, 平坦参差的同频带,o,图1-19 双参差调谐放大器,的极零点图,第01章 小信号调谐放大器,1-9 解：,两级相同的单调谐放大器平坦参差级联时，因为中心频率不在两级的谐振频率上，而处在两级的半功率点处，即,A,Vo,= (,A,Vo1,/,2,)(,A,Vo2,/,2,)=,A,Vo,/2，所以总的电压增益将小于同步级联时的谐振增益。,1-10 解：,(1) 在回路两端并联一个电阻，将使,(2) 缺点是,1-11 解：,因为当频率变化较大时，,y,re,的电纳部分将发生变化，原来的中和电容不再能实现中和。,第01章 小信号调谐放大器,1-13 解：,已知,f,0,= 465kHz，,C,= 200pF，,BW,= 8kHz,(1),第01章 小信号调谐放大器,(2),若并联电阻，使,BW,=10kHz，则,Q,L,又可表示为,R,p,是并联电阻后的回路总的等效并联电阻。未并联电阻时，BW=8kHz，则回路总的等效并联电阻可按如下计算,设，外接并联电阻为R,x,，则,第01章 小信号调谐放大器,所以，由此式可求出外接并联电阻为,R,X,=397.887,k,1-14 解：,已知,以及晶体管的y参数，可先算出如下结果,根据以上计算结果，可得,图p1-14,第01章 小信号调谐放大器,第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,2-1 解：,V,D,为二极管的端电压。,该方程为二极管的外特性，为直线,图p2-1,（a）,（b）,第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,2-2 解：,(1),非线性的伏安特性中只有a,2,项才能产生差频成分，所以,其中，差频分量为,振幅为,(2),二倍频成分的振幅为,2-3 解：,第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,由题意可做出如下图,-2V,1V,5.2V,(2),由图可以看出，要使,I,1,增大，需要减小|,V,Q,|或增大,V,i,，这,样既增大了,I,M,又增大了导通角。,(1),第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,2-4 解：,已知,，得,第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,2-5 解：,已知非线性器件伏安特性,i,=,a,0,+,a,1,v,+,a,2,v,2,+,a,3,v,3,输入信号为两个余弦波，频率分别为,f,1,=,150,k,Hz和,f,2,=,200,k,Hz，根据非线性器件幂级数分析法中组合频率,|p,f,1,q,f,2,|,原则，得,a,0,项：,直流,a,1,项：,n,=1 取 p+q=1,p=1,q=0,f,1,=150 kHz,p=0,q=1,f,2,=200 kHz,a,2,项：,n,=2 取 p+q=2,p=2,q=0 2,f,1,=300 kHz,p=0,q=2 2,f,2,=400 kHz,p=1,q=1 |,f,1,f,2,|,为50kHz 和350kHz,n,2 取 p+q=0,直流,a,2,项：,n,=3 取 p+q=3,p=3,q=0 3,f,1,=450 kHz,p=0,q=3 3,f,2,=600 kHz,p=2,q=1 |2,f,1,f,2,|,为100kHz 和500kHz,p=1,q=2 |,f,1,2,f,2,|,为250kHz 和550kHz,n,3 取 p+q=1,p=1,q=0,f,1,=150 kHz,p=0,q=1,f,2,=200 kHz,所以,i,中会出现50kHz,、,100kHz,、,250kHz,、,300kHz,、,350kHz分量。,第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,2-6 解：,（1）由题意可作图如下,1,2,3,o,1,2,3,o,o,v,c,v,c,由图可看出，在,v,c,在0V1V变化时，,g,m,=10mS，在,v,c,0V和,v,c,2V时，,g,m,=0 。因此,g,m,(t),的脉冲宽度为,（2）由题意可作图如下,第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,1,2,3,o,1,2,3,o,o,v,c,v,c,由图可看出，,g,m,(t),的脉冲宽度为,第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,2-7 解：,2-8 解：,第02章 非线性电路与时变参量电路的分析方法,第03章 高频功率放大器,3-1 解：,第03章 高频功率放大器,3-2 解：,由图2-7查曲线，得,76,o,。,第03章 高频功率放大器,3-3 解：,由图2-7查曲线，得,90,o,。,3-4 解：,第03章 高频功率放大器,3-5 解：,（1）现在谐振功放是工作在欠压状态；,（2）由晶体管的输出特性可求出（可看出V,BB,=0V）：,B点的电流值I,c,，为,B点的电压值V,CC,，为,所以,由图可看出，晶体管的起始导通电压V,D,=0.6V（横轴在0.6V处）,（3）若要功率增大、效率高，负载Re应增大。,第03章 高频功率放大器,3-6 解：,(1) Re增大一倍，,I,CM,，,P,o,(2) Re减小一半，,I,CM,不变，但,V,cm,P,o,3-7 解：,(1) 调整Re或V,CC,，或V,im,，或V,BB,;,(2) 不同的调整方法，输出功率将不同。,由教材图3-5的负载线，可以分析出,3-8 解：,此时放大器工作在,欠压,状态；,调整,Re,，即，使,Re,，才能使,P,o,、,I,c0,接近设计值。,3-11 解：,(1) 天线断开,集电极负载电阻Re将增大,晶体管将进入强过压状态,所以,集电极直流电流,I,c0, ，天线电流等于零。,(2) 天线接地，集电极负载电阻Re将减小，晶体管将进入欠过压状态，所以，集电极直流电流,I,c0, ，天线电流将增大。,(3) 中介回路失谐，集电极负载阻抗Ze将减小，晶体管将进入欠过压状态，所以，集电极直流电流,I,c0, ，I,c1,，输出电压减小，天线电流将减小。,(1) 当输入信号频率增加一倍，谐振回路呈现阻抗仍为 Re；由于输入信号振幅及偏置不变，所以，导通角,2,不变，I,CM,不变，,0,不变；但此时相当于高频功放，输出功率正比于,1,，而不是,2,，因此P,O,，I,c0,不变，P,dc,不变；所以效率提高。,第03章 高频功率放大器,3-13 解：,3-12 解：,(1) P,A,=P,o,-P,K,=3-1=2 W,(2),k,=P,A,/P,o,=2/3=0.667,(3),c,=P,o,/P,dc,=3/10=0.3,=,k,c,=0.6670.3=0.2,(2) 因为Re,不变、,输入信号振幅及偏置不变,所以晶体管的工作不变状态。,第03章 高频功率放大器,3-14 解：,(a) 电压、电流的大小和方向如图示。若R上的电压为V，则每个传输线变压器的始端和终端电压均为V，因此，信号源端的电压为3V。当信号源端提供的电流为I，则，每个传输线上、下两绕组的电流也均为I，因此，流过R的电流为3I。所以,-,+,-,-,-,-,+,+,+,+,图p3-14(a),输入电阻,输出电阻,所以,第03章 高频功率放大器,(b) 电压、电流的大小和方向如图示。,+,+,+,-,-,-,+,+,-,-,由图可看出，信号源端电压为3V，负载端电压为2V。如果下面传输线电流为I，负载端电流为3I，信号源端电流为2I。所以,输入电阻,输出电阻,所以,图p3-14(b),第03章 高频功率放大器,(c) 电压电流的大小和方向如图示。,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,由图可看出，信号源端电压为2V，负载端电压为V。如果信号端电流为I，负载端电流为2I。所以,图p3-14(c),输入电阻,输出电阻,所以,3-15 解：,第03章 高频功率放大器,由图可看出，如果负载端电压为V，信号端电流为I，信号源端电压为4V，负载端电流为4I。所以,(1) 画出第一种16:1结构如图示。,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,-,输入电阻,输出电阻,所以,答题图p3-15 (1),第03章 高频功率放大器,(2) 画出第二种16:1结构如图示。,+,-,+,+,+,+,-,-,-,-,由图可看出，如果信号端电流为I，负载端电压为V，则信号源端电压为4V，负载端电流为4I。所以,答题图p3-15 (2),输入电阻,输出电阻,所以,第03章 高频功率放大器,3-16 解：,已知P,o,=100W，所以晶体管T,1,、T,2,各输出50W。即得,因此，要求A,对地电阻应为,所以，T,r6,的特性阻抗 Z,c6,= 8,，R4=8/4=2,各传输线变压器的特性阻抗为：,T,r1,T,r2,T,r3,T,r4,T,r5,T,r6,R,1,R,2,R,3,R,4,Zc,(),40,20,10,10,4,8,10,10,10,2,第04章 正弦波振荡器,4-1 解：,(1) 反馈振荡器由放大部分、选频网络、反馈网络组成；,(2) 放大部分对反馈的信号进行足够放大，,选频网络使振荡器稳定工作在一定频率上，,反馈网络形成正反馈，以便产生自激振荡条件；,(3) 能够产生自激振荡的条件是：正反馈、A(j,0,)F(j,0,)1。,4-2 解：,(1),平衡条件是:,起振条件是:,稳定条件是:,(2),物理意义,第04章 正弦波振荡器,起振条件的物理意义是：,在满足起振条件时，振荡器在接通电源后，振荡回路电压将逐渐增大，进而形成自激振荡。,平衡条件的物理意义是：,在满足平衡条件时，经过放大、反馈后形成的反馈信号，应等于输入信号，使振荡器工作在等幅状态，输出是一个频率稳定的等幅信号。,稳定条件的物理意义是：,振幅稳定条件的物理意义：当有外界干扰使振荡幅值发生了变化时，通过振荡器自身调节，仍能满足振幅稳定条件。当干扰消除后，振荡器又恢复原来的振幅。,当有外界干扰使振荡频率发生了变化时，在新的频率上仍能满足相位平衡条件。当干扰消除后，振荡器又恢复到原来的频率。,第04章 正弦波振荡器,4-3 解：,不能振荡，基极直流对地短路；,不能振荡，变压器的同名端不对，是负反馈；,不能振荡，不满足三点式构成原则；,不能振荡，基极无偏压；,不能振荡，集电极无供电。,4-4 解：,(1) X,ce,、X,be,为同性质元件，X,bc,应与前两个元件性质相反。,(2) 由起振条件,可以看出，反馈系数太大或太小都不利于起振。,4-5 解：,不能，不满足三点式构成原则；,不能，三极管供电错误,PNP,管集电极应是负压供电，变压器反馈相位也不对，是负反馈；,第04章 正弦波振荡器,(c) 能，变压器反馈式;,(d) 能，电容三点式；,(e) 能，多级串联正反馈式。,4-6 解：,基极对地直流短路；同名端错。改正：串入隔直电容；,改正同名端。,(b) 基极交流悬浮；射极交流接地。改正：基极对地接旁路,电容；去掉Ce。,(c) 不符合三点构成原则。改正：按电感三点式修改电路；,(d) C、E直流短路。改正：串入隔直电容。,(e) C、B直流短路；射极交流悬浮。改正：串入隔直电容；,去掉Re。,集电极无供电；,C,、,B,直流短路。改正：按电容三点式修,改电路；,第04章 正弦波振荡器,4-7 解：,第04章 正弦波振荡器,(4) 不能振荡。不管,f,osc,安排在何处，三个回路的等效电,抗都不能满足三点式电路的构成原则。,4-8 解：,第04章 正弦波振荡器,回路谐振电阻,反馈系数：,起振条件：,A,V,F,V,1 ，即,g,i,为基极回路的输入电导，通常,g,i,1/,R,E,，且,p,L,是负载RL到回路的接入系数，,p,L,=0.5。,第04章 正弦波振荡器,又知,4-10 解：,通过减小晶体管和谐振回路耦合程度。,4-11 解：,答题图p4-11,回路电容,第04章 正弦波振荡器,4-12 解：,第04章 正弦波振荡器,(1) L的同名端标在最上面；,(2) C,b,、C,e,为交流旁路电容；它们开路将不能振荡；,(3) 改变L中心抽头，会改变起振条件；,(4),C,3,=12pF 时，振荡频率为,C,3,=250pF 时，振荡频率为,第04章 正弦波振荡器,(5) C1将使低端频率抬高，C2将使高端频率拉低。,C,3,最大,C,3,最小,第04章 正弦波振荡器,4-13 解：,(a)并联型皮尔斯电路,(b)串联型电路,(c)多级串联型电路,(d)串联型电路,(e)此电路不能振荡,答题图p4-13,第04章 正弦波振荡器,4-14 解：,须使,所以,答题图p4-14,则,LC,1,回路失谐为容性，电路为电容三点式振荡电路。,(3) T2是缓冲放大，同时起隔离作用，有利于振荡器稳定。,(1) 画出等效电路如图示。,(2) 振荡频率计算如下：,第05章 振幅调制与解调,例5-2 解：,1.,D2极性接反，如教材图(5-18)(a)，此时画出等效电路如下：,v,c,正半周，D,1,导通，D,2,截止；,相应的开关函数为S,1,(t),v,c,负半周，D,1,截止，D,2,导通；,相应的开关函数为S,1,(t+Tc/2),第05章 振幅调制与解调,由此可以写出,可见,i,L,中无(,c,)频率分量，故不能实现调幅。,第05章 振幅调制与解调,2.,v,c,与,v,互换位置，如教材图(5-18)(b)，画出等效电路如下：,v,c,正半周，D,1,导通，D,2,截止；,相应的开关函数为S(t),v,c,负半周，D,1,截止，D,2,导通；,相应的开关函数为S(t+Tc/2),S,1,(t)和S,1,(t+Tc/2)同上。,第05章 振幅调制与解调,可见,i,L,中含有(,c,)频率分量，故可以实现标准调幅：AM波。,第05章 振幅调制与解调,5-1 解：,(1) 已知调幅信号为,得出,载波功率,边频功率,边频功率,(2) 已知调幅信号为,得出,第05章 振幅调制与解调,5-2 解：,(1) 已知P,o,=9,k,W，P,AV,=10.125 kW，则,(1) 已知P,o,=9,k,W， m,a1,=0.5， m,a2,=0.4，则,5-3 解：,第05章 振幅调制与解调,其中调幅信号为,由上式可以看出 m,a,=0.3/10=0.03,第05章 振幅调制与解调,5-4 解：,(a) 标准平衡调制器，可实现DSB波调幅；,(b) 参考教材例5-2的第二个问题，可知，可实现AM波调幅；,(c) 参考教材例5-2的第一个问题，可知，不能实现调幅；,(d) 这里和标准平衡调制器相比，,v,、,v,c,互换了位置，,D2,反接。这和教材例,5-2的第二个问题类似，只是D2反接，所以,v,c,正半周，D1、D2导通,v,c,负半周，D1、D2截止,故，这里仅需要一个开关函数: S(t),第05章 振幅调制与解调,可见，,i,L,中无(,c,)成分，故不能实现调幅。,5-5 解：,(1) 在教材图5-11平衡调幅电路中，若D2反接，则,可见，,i,L,中无,v,v,c,乘积项，故不能实现调幅。,(2) 参考教材例5-2的第二个问题，可知，可产生AM波。不能产生DSB波。,第05章 振幅调制与解调,5-6 解：,等效电路如下，属于全桥调幅电路,答题图p5-6,v,c,正半周，D,1,D,4,均导通,v,c,负半周，D,1,D,4,均截止,所以仅需一个开关函数S(t+ T,c,/2),设，二极管的导通电阻R,D,=1/g,D,，则，,v,o,为,用开关函数表示,v,c,的控制作用，即,第05章 振幅调制与解调,可见，,v,O,中包含有,、(,c,)、 (3,c,),，所以，该电路可以实现DSB调幅。,答题图p5-6 桥式调幅波形,v,O,是,v,O,经滤波后的输出电压。,第05章 振幅调制与解调,5-7 解：,5-8 解：,(1),(2),集电极平均输入功率：,集电极平均输出功率：,第05章 振幅调制与解调,5-9 解：,(1),(2) 当C断开时，R,L,上的波形如下：,第05章 振幅调制与解调,第05章 振幅调制与解调,5-10 解：,(1),(2),等幅波，输出电压为,DSB波，输出电压为,(3),标准AM波，输出电压为,为方便起见，这里用正弦表示。,第05章 振幅调制与解调,(4),过调制的AM波，输出电压略。,5-11 解：,由,v,i,表达式,(1) 当R,2,滑动端在中间位置时，由电路参数，根据教材（5-41）式，有,可求出调幅指数，为,直流负载电阻为,交流负载电阻为,所以,不产生负峰切割失真。,第05章 振幅调制与解调,(2) 当R,2,滑动端在最高位置时，由电路参数，根据教材（5-41）式，有,直流负载电阻为,交流负载电阻为,所以,将产生负峰切割失真。,5-12 解：,略,第05章 振幅调制与解调,5-13 解：,原题所给条件不明确。,5-14 解：,回路有载品质因数,LC,回路谐振总电导,二极管并联检波器的输入电阻,输入电导,G,T,应等于,阻抗匹配时，应有,第05章 振幅调制与解调,所以由,得,而由,得,第05章 振幅调制与解调,5-14 解：,A、B、C、D各点的波形V,A,、V,B,、V,C,、V,D,如下,第05章 振幅调制与解调,5-18 解：,解调部分相加器输出,解调部分上面乘法器器输出,经低通滤波器后，仅输出,f,1,(,t,)/2部分，故不失真地恢复,f,1,(,t,)。,解调部分下面乘法器器输出,经低通滤波器后，仅输出,f,2,(,t,)/2部分，故不失真地恢复,f,2,(,t,)。,第06章 角度调制与解调,6-1 解：,(1) 调频时,设，调制信号的幅值为V,m,，周期为T，则,为一二次曲线。,为一二次曲线。,第06章 角度调制与解调,(2) 调相时,(,t,)为一方波。,调频、调相时的,(,t,)、 ,(,t,)的波形如下图所示：,第06章 角度调制与解调,调频时的波形,调相时的波形,答题图p6-1,第06章 角度调制与解调,6-2 解：,因为没有给出调制信号的方程表达式，所以不能确定,v,(t)是FM、还是PM波。,6-3 解：,(1) 已知 F=1000Hz，V,m,=0.1V,调幅时：BW=2F=2000Hz,调频时：,(2) 已知 F=1000Hz，V,m,=20V,调幅时：BW=2F=2000Hz,调频时：,6-4 解：,已知,f,c,=83.75,M,Hz，,f,m,=50,k,Hz，F,max,=15,k,Hz,(1),第06章 角度调制与解调,(1),变化范围,6-5 解：,(1),由已知参数，算出,第06章 角度调制与解调,(2),(3),(4),(5),第06章 角度调制与解调,6-6,已知变容二极管的特性为,将它全部接入振荡回路调频，外加固定电压V,Q,= -4V，当载频,f,c,=10MHz，调制电压,v,(t)=V,m,cos,t时，试计算,(1) 调制灵敏度,K,f,；,(2) 若要求k,f2,0.01，则最大频偏不能超过多少？,解：,加到变容二极管两端的电压为,所以,其中,第06章 角度调制与解调,将,(t)在cos,t=0处展开为泰勒级数，得：,(1),(2),当要求,K,f,2,1%时：,第06章 角度调制与解调,所以V必须限制在：,所允许的最大频偏：,6-7 解：,(1) 该电路为电容三点式振荡电路，R2调节变容二极管静态电容，,v,(t)控制电容Cj以改变瞬时振荡频率,f,(t)，谐振回路由C,1,、C,2,、C,j,和L组成。,(2),回路总电容为,第06章 角度调制与解调,(3),由小频偏直接调频原理（教材P178-179），可计算如下,由于这里变容二极管没有串联电容，所以,第06章 角度调制与解调,6-9 解：,(1),(2),(3),第06章 角度调制与解调,6-10 解：,(1),故该支路等效电容为,g,m,CR,，因此 C,= C,0,+C+,g,m,CR,(2),由给定元件参数，得总电容,(3),受调时：当,g,m,=3800,S时,当,g,m,=3800,S时,第06章 角度调制与解调,因此，,f,在之间变化，,f,m,=(,f,1,-,f,2,)/2= (3.063-2.943)/2=60,k,Hz,6-12 解：,v,4,中含调制信号,f,(t)，但还有失真项,f,2,(t)。,第06章 角度调制与解调,6-13 解：,已知,m,f,=10，F=1,k,Hz，得,鉴频输出电压幅值,所以，输出电压,6-14 解：,(1),(2),第06章 角度调制与解调,6-15 解：,(1),(2),(3),如果,k,不变，增大,Q,L,，B,P-P,不变，S,D,增大。,6-16 解：,(1),2,f,m,=12.64kHz 20kHz，不产生失真。,(2),第06章 角度调制与解调,2,f,m,=20kHz =20kHz，将产生失真。,第07章 混频,7-1 解：,已知，非线性元件的伏安特性,外加电压为,将外加电压,v,代入元件伏安特性表达式，得,整理，经中心频率为（,L,-,s,）的滤波器滤波后，得,中频电流为,混频跨导为,第07章 混频,7-2 解：,本振频率为,伴音中频为,7-3 解：,略,第07章 混频,7-4 解：,第08章 反馈控制电路,8-1 解：,第08章 反馈控制电路,