2025年高頻電子線路期中試題答案一、填空題（每空2分，共20分）1.LC并聯(lián)諧振回路的特性阻抗計(jì)算公式為ρ=√(L/C)，當(dāng)回路品質(zhì)因數(shù)Q降低時(shí)，其通頻帶將變寬。2.晶體管高頻混合π模型中，Cb'c稱為集電結(jié)勢(shì)壘電容，其存在會(huì)引起密勒效應(yīng)，導(dǎo)致輸入電容顯著增大。3.噪聲系數(shù)F的定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值，理想無噪聲系統(tǒng)的F值為1（或0dB）。4.丙類功率放大器的導(dǎo)通角θ通常小于90°，其效率高于甲類和乙類功放的主要原因是晶體管僅在信號(hào)正半周的小部分時(shí)間導(dǎo)通，管耗大幅降低。5.混頻器的基本功能是實(shí)現(xiàn)頻率變換，若輸入信號(hào)頻率為fs，本振頻率為fL，則輸出中頻信號(hào)頻率通常為|fL-fs|（或fL+fs，具體取決于上混頻或下混頻）。6.LC正弦波振蕩器的起振條件包括振幅條件（環(huán)路增益T≥1）和相位條件（環(huán)路總相移為2nπ，n為整數(shù)）。7.小信號(hào)諧振放大器穩(wěn)定工作的常用措施有中和法（通過外接電容抵消Cb'c的反饋）和失配法（降低負(fù)載電導(dǎo)以減小反向傳輸導(dǎo)納的影響）。二、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述單調(diào)諧放大器與雙調(diào)諧放大器的性能差異。單調(diào)諧放大器采用單個(gè)LC諧振回路作為負(fù)載，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便，但通頻帶較窄（約為fo/Q），矩形系數(shù)（K0.1=9.96）較大，選擇性較差；雙調(diào)諧放大器使用兩個(gè)耦合的LC回路（互感耦合或電容耦合），通過調(diào)整耦合系數(shù)可展寬通頻帶（最大平坦時(shí)通頻帶約為√2倍單回路帶寬），矩形系數(shù)（K0.1≈3.16）更接近理想矩形，增益也更高，但電路復(fù)雜度和調(diào)試難度顯著增加。2.說明丙類功率放大器效率高的物理本質(zhì)。丙類功放的晶體管導(dǎo)通角θ<90°，僅在輸入信號(hào)的峰值附近導(dǎo)通。此時(shí)，集電極電流為周期性余弦脈沖，其直流分量Ic0較?。ㄓ擅}沖的平均高度決定），而基波分量Ic1m較大（由脈沖的幅度和寬度決定）。電源提供的直流功率Pdc=Vcc×Ic0，輸出交流功率Po=?×Vcm×Ic1m（Vcm為集電極電壓振幅）。由于Ic0遠(yuǎn)小于Ic1m，且Vcm接近Vcc（晶體管飽和壓降很?。?，因此Po/Pdc的比值（即效率η）可高達(dá)80%以上，遠(yuǎn)超甲類（≤50%）和乙類（≤78.5%）。3.混頻器中為何需要非線性器件？理想線性器件能否實(shí)現(xiàn)混頻？混頻的本質(zhì)是將輸入信號(hào)（fs）與本振信號(hào)（fL）進(jìn)行頻率變換，產(chǎn)生新的頻率分量（如fL±fs）。線性器件的輸出僅包含輸入頻率的線性組合（即fs和fL），無法產(chǎn)生新頻率；非線性器件的伏安特性可表示為i=a0+a1u+a2u2+…，當(dāng)輸入u=us+uL（us為信號(hào)電壓，uL為本振電壓）時(shí)，二次項(xiàng)將產(chǎn)生2a2usuL=a2[cos(ωs-ωL)t+cos(ωs+ωL)t]，即包含中頻分量（ωI=|ωL-ωs|）。通過選頻網(wǎng)絡(luò)提取中頻分量，即可完成混頻。因此，非線性器件是混頻的核心。4.克拉潑振蕩器相比考畢茲振蕩器頻率穩(wěn)定度更高的原因是什么？考畢茲振蕩器的諧振回路由C1、C2和L并聯(lián)構(gòu)成，反饋系數(shù)F=C1/C2。晶體管的極間電容（如Cb'e、Cb'c）會(huì)并聯(lián)到C1或C2兩端，導(dǎo)致實(shí)際諧振電容CΣ=C1+Cbe'+C2/Cb'c（密勒效應(yīng)），從而改變諧振頻率fo=1/(2π√(LCΣ))?？死瓭娬袷幤髟贚支路串聯(lián)一個(gè)小電容C3（C3<<C1,C2），此時(shí)總諧振電容CΣ≈C3（因C1和C2遠(yuǎn)大于C3），晶體管極間電容的變化對(duì)CΣ的影響可忽略，fo≈1/(2π√(LC3))，頻率穩(wěn)定度顯著提高。5.簡(jiǎn)述二極管包絡(luò)檢波器產(chǎn)生惰性失真的原因及預(yù)防措施。惰性失真（對(duì)角切割失真）發(fā)生在輸入調(diào)幅波的調(diào)制頻率Ω較高、調(diào)制系數(shù)m較大時(shí)。檢波電容C通過電阻R放電的時(shí)間常數(shù)RC過大，導(dǎo)致電容電壓的下降速度跟不上輸入信號(hào)包絡(luò)的下降速度。當(dāng)電容電壓高于輸入信號(hào)瞬時(shí)值時(shí)，二極管截止，輸出電壓不再跟隨包絡(luò)變化，產(chǎn)生失真。預(yù)防措施包括：①限制RC的最大值，滿足RC≤√(1-m2)/(Ωm)（Ω為調(diào)制角頻率）；②減小調(diào)制系數(shù)m（通常m≤0.8）；③采用分負(fù)載檢波電路（如在R兩端并聯(lián)小電阻R'，降低交流負(fù)載電阻）。三、計(jì)算題（每題15分，共45分）1.某LC并聯(lián)諧振回路參數(shù)為L(zhǎng)=15μH，C=30pF，空載品質(zhì)因數(shù)Q0=80，外接負(fù)載電阻RL=10kΩ。求：（1）諧振頻率fo；（2）有載品質(zhì)因數(shù)QL；（3）通頻帶BW。解：（1）諧振頻率fo=1/(2π√(LC))=1/(2π√(15×10??×30×10?12))≈1/(2π×6.708×10??)≈23.87MHz。（2）回路特性阻抗ρ=√(L/C)=√(15×10??/30×10?12)=√(5×10?)=707.1Ω?？蛰d時(shí)，回路損耗電阻R0=Q0×ρ=80×707.1≈56.57kΩ。外接負(fù)載RL=10kΩ并聯(lián)后，總等效電阻Rp=R0∥RL=(56.57×10)/(56.57+10)≈8.5kΩ。有載品質(zhì)因數(shù)QL=Rp/ρ=8500/707.1≈12.02。（3）通頻帶BW=fo/QL≈23.87MHz/12.02≈1.99MHz。2.某小信號(hào)諧振放大器采用NPN晶體管，其混合π模型參數(shù)為：gm=50mS，Cb'e=20pF，Cb'c=2pF，rbb'=50Ω，信號(hào)源內(nèi)阻Rs=1kΩ，負(fù)載電阻RL=2kΩ，諧振回路電感L=4μH，電容C=50pF（已考慮分布電容），Q0=100。求：（1）放大器的電壓增益Av；（2）通頻帶BW。解：（1）諧振頻率fo=1/(2π√(LC))=1/(2π√(4×10??×50×10?12))≈1/(2π×4.472×10??)≈35.68MHz?；芈分C振時(shí)，感抗XL=2πfoL≈2π×35.68×10?×4×10??≈896Ω，容抗XC=1/(2πfoC)≈896Ω（諧振時(shí)XL=XC）?；芈窊p耗電阻R0=Q0×XL=100×896=89.6kΩ?？紤]晶體管輸出電阻（rce很大，可忽略）和負(fù)載RL=2kΩ，總等效負(fù)載電阻Rp=R0∥RL≈(89.6×2)/(89.6+2)≈1.96kΩ。晶體管輸入電容Cπ=Cb'e+Cb'c(1+Av)（密勒效應(yīng)），但小信號(hào)時(shí)Av≈gm×Rp（近似忽略rbb'），先估算Av≈50×10?3×1960≈98。密勒電容Cm=Cb'c(1+|Av|)=2pF×(1+98)=198pF，總輸入電容Ci=Cπ+Cm≈20pF+198pF=218pF。信號(hào)源內(nèi)阻Rs與輸入電阻ri=rbb'+(1/gm)≈50Ω+20Ω=70Ω（因gm=50mS，1/gm=20Ω），輸入回路分壓系數(shù)α=ri/(Rs+ri)=70/(1000+70)≈0.065。實(shí)際電壓增益Av=α×gm×Rp≈0.065×50×10?3×1960≈6.37。（2）有載品質(zhì)因數(shù)QL=Rp/XL=1960/896≈2.19。通頻帶BW=fo/QL≈35.68MHz/2.19≈16.3MHz。3.某丙類功率放大器工作于臨界狀態(tài)，已知Vcc=28V，輸入信號(hào)頻率f=100MHz，輸出功率Po=10W，集電極電流脈沖的通角θ=70°（查得α0(70°)=0.253，α1(70°)=0.436）。求：（1）直流電源提供的功率Pdc；（2）集電極效率η；（3）集電極電流的直流分量Ic0和基波分量Ic1m。解：（1）臨界狀態(tài)時(shí)，集電極電壓振幅Vcm≈Vcc（忽略飽和壓降），輸出功率Po=?×Vcm×Ic1m≈?×Vcc×Ic1m，故Ic1m=2Po/Vcc=2×10/28≈0.714A。（2）集電極電流脈沖的分解系數(shù)α1(θ)=Ic1m/Icm（Icm為脈沖峰值），故Icm=Ic1m/α1(θ)=0.714/0.436≈1.638A。直流分量Ic0=Icm×α0(θ)=1.638×0.253≈0.414A。直流功率Pdc=Vcc×Ic0=28×0.414≈11.59W。效率η=Po/Pdc=10/11.59≈86.3%。（3）由上述計(jì)算，Ic0≈0.414A，Ic1m≈0.714A。四、分析題（每題15分，共30分）1.畫出電容三點(diǎn)式（考畢茲）振蕩器的原理電路，并分析其相位平衡條件和起振條件。原理電路：晶體管（NPN）的發(fā)射極接地，集電極通過電容C1接諧振回路電感L，基極通過電容C2接L的另一端，C1和C2的公共端接地，構(gòu)成LC并聯(lián)諧振回路。反饋電壓取自C2兩端，通過C2耦合到基極。相位平衡條件：諧振回路諧振時(shí)呈純阻性，集電極電壓與基極電壓反相（共射組態(tài)倒相180°）。反饋電壓由C2分壓，C1和C2的容抗比為XC1/XC2=C2/C1，因此反饋系數(shù)F=VC2/VC1=C1/C2（電壓分配與電容成反比）。為滿足正反饋，反饋電壓需與輸入電壓同相，即總相移為360°（或0°）。共射組態(tài)倒相180°，諧振回路提供0°相移，反饋網(wǎng)絡(luò)（C1、C2分壓）提供180°相移（因VC2與VC1反相），總相移180°+0°+180°=360°，滿足相位平衡條件。起振條件：振幅條件要求環(huán)路增益T=gm×Rp×F≥1（gm為晶體管跨導(dǎo)，Rp為諧振回路等效電阻，F(xiàn)為反饋系數(shù)）。設(shè)計(jì)時(shí)需選擇足夠大的gm和Rp，并調(diào)整C1/C2（通常取C1/C2=0.1~0.5），確保T>1。2.分析二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器中，若負(fù)載電阻R=10kΩ，電容C=0.01μF，輸入調(diào)幅波頻率fc=465kHz，調(diào)制頻率F=5kHz，調(diào)制系數(shù)m=0.8，是否會(huì)產(chǎn)生惰性失真？若會(huì)，如何調(diào)整參數(shù)避免？解：惰性失真的臨界條件為RC≤√(1-m2)/(Ωm)，其中Ω=2πF=2π×5×103≈31416rad/s。計(jì)算RC=10×103×0.01×10??=1×10??s=100μs。右側(cè)√(1-m2)/(Ωm)=√(1-0.64)/(31416×0.8)=√0.36/(25133)=0.6/25133≈2.39×10??s=23.9μs。由于RC=100μs>23.9μs，不滿足臨界條件，因此會(huì)產(chǎn)生惰性失真。調(diào)整措施：①減小RC，可降低R或C。例如，將C減小至0.002μF，則RC=10×103×0.002×10??=2×10??s=20μs<23.9μs，滿足條件；②增大R的