【题目编号】MC2-1206
【题目】为什么 B 类或 AB 类音频放大器需要推挽工作,而相同类别的线性射频放大器却可以单管工作?
【答案】AB(多选题)
[A]常见射频信号的相对带宽显著小于 100%,波形中的缺失部分可用选频网络还原
[B]如果待放大音频信号是窄带的,比如 1kHz±100Hz,带选频的单管放大同样可行
[C]射频信号不在意失真与否,功率够劲就好。音频信号如有失真,那是不可接受的
[D]这显然是误解了放大器的类型。单管射频放大器必是甲类偏置的,否则肯定失真
考点速览
这道题问的不是偏置电路怎么接,而是放大器工作类别与信号带宽之间的关系:同样是乙类或甲乙类,音频功放几乎都做成两管推挽,线性射频功放却常常一只管子就敢干。真正的考点只有一句话——负载网络能不能替你把丢掉的那半个波形补回来。想通这一层,甲、乙、丙、丁四类各自的适用场合都能顺着推出来。
相对带宽才是那条分水岭
衡量信号占用频带的一个关键比值叫相对带宽,等于带宽除以中心频率,也就是最高频率与最低频率之差同中心频率的比。音频话路按三百赫兹到三千赫兹算,最高频率是最低频率的十倍,带宽两千七百赫兹,中心频率约九百五十赫兹,相对带宽接近百分之三百,远远超过百分之百。
射频信号的样子完全不同。十四兆赫上的单边带话音,带宽约两千四百赫兹,相对带宽约万分之一点七。十四兆赫的等幅报更窄,按必要带宽公式估算,键控速率二十波特、系数取五,必要带宽约一百赫兹,相对带宽只有百万分之几。这个数量级的差别,决定了输出端能不能用一只谐振回路把波形重新拼回来。
选频回路怎样补回缺失的半周
乙类单管在一个信号周期里只导通半个周期,另半个周期管子截止,输出电流是一串半个正弦的脉冲。负载若是纯电阻,负载上就只有半波;负载若是谐振回路,也就是常说的槽路或选频网络,情况就变了:导通那半周里回路被激励、把能量存进电感和电容,截止那半周里回路按自身谐振频率继续自由振荡,把储存的能量交给负载,于是负载上得到连续的完整正弦波。
这种靠回路储能把空档填满的现象叫飞轮效应(flywheel effect)。它成立的前提是回路的储能时间常数远大于信号周期,换算成电路指标就是品质因数足够高、相对带宽足够窄。回路越窄,选频能力越强,基波被提出来、谐波被滤掉,缺失的半周还原得越干净。相对带宽一旦逼近甚至超过百分之百,品质因数掉到一以下,回路根本来不及储能,这套还原机制就彻底失效。
逐项辨析
选项 A 正确。常见射频信号的相对带宽显著小于百分之百,几千赫兹带宽的话音信号落在兆赫量级的载频上,比值常在万分之一量级,导通半周丢掉的波形完全可以由输出端选频网络以飞轮方式补回,所以乙类、甲乙类的单管线性射频功率放大器在原理上站得住。
选项 B 正确。这句话从反方向点破判据在带宽而不在音频还是射频。题目举的例子是一千赫兹上下各一百赫兹,带宽两百赫兹,相对带宽百分之二十,仍然远小于百分之百;配一只品质因数五左右的选频网络,同样能靠飞轮把半周补回来。所以音频信号不能单管乙类并不是原理上的禁令,只是常规音频信号太宽罢了。
选项 C 错误。射频同样在意失真。单边带、调幅这类信号的包络携带信息,放大器非线性会产生互调产物,落到邻近频道形成杂散发射与邻道干扰,既破坏通信质量,也违背无线电管理对有害干扰的禁止性规定。功率够劲而波形一塌糊涂,在射频频段是缺陷,不是特点。
选项 D 错误。单管射频线性放大器完全可以工作在乙类或甲乙类偏置上,本题问的就是这件事;说它必是甲类、否则肯定失真,等于把结论当成了前提。甲乙类偏置在短波线性功放里非常常见,配上输出槽路就能兼顾线性与效率。
甲乙丙丁的偏置各是什么样
甲类导通角三百六十度,全程导通,静态电流大,效率理论上限百分之五十,线性最好但发热厉害。乙类导通角一百八十度,静态电流近乎为零,效率理论上限约百分之七十八点五,代价是两管交接处有交越失真。甲乙类介于两者之间,静态电流很小而导通角略大于一百八十度,是音频功放与射频线性功放常用的折中。丙类导通角小于半周,靠槽路取基波,效率高而线性差。丁类按开关方式工作,输出方波再加低通滤波,效率最高、线性最差。
推挽的实质是把正负半周交给两只管子分别放大再合成,需要倒相与合成网络,成本、体积和配对筛选都上去了。射频单管之所以能省掉这一整套,靠的正是窄带负载网络的选频与储能。
应试要点
记两条硬判据:一看相对带宽,不看频段;二看负载网络能不能储能,窄带信号可以用选频网络补回丢失的半周,宽带信号只能用甲类。单边带线性功放用甲乙类单管加槽路,宽带线性放大只剩甲类,推挽与单管的差别在于有没有第二只管子分担负半周,而不是能不能线性放大。