高频实验三 高频丙类谐振功率放大器实验报告

实验三高频功率放大器一、实验目的1、掌握丙类谐振功率放大器的基本工作原理;2、掌握丙类谐振功率放大器的负载特性和振幅特性;3、掌握丙类谐振功率放大器集电极效率的测试和计算方法。

二、实验仪器1、示波器一台2、数字万用表一块3、频谱分析仪一套4、高频毫伏表一台 4、信号发生器一台三、实验原理及其相关知识在通信系统中, 谐振功率放大器经常位于通信发射机的末级, 其目的就是使要输出的高频大信号能获得足够的高频功率。

功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制, 起到把集电极电源的直流功率转换成负载回路的交流功率的放大器。

功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式,为了进一步提高工作效率还有丁类、戊类放大器。

甲类、乙类功率放大器我们在上学期的实验都完成过, 现在比较一下和它们丙类功率放大器的不同:甲类放大器:输入信号幅度小,输出信号不失真。

但是其工作效率较低。

乙类和丙类放大器:输入信号幅度大,工作效率较高,但是输出信号失真大。

特别丙类谐振功率放大器, 电压导通角较小, 工作效率最高, 通信发射机的高频末级功率放大器通常采用丙类工作方式。

另外, 对于谐振功率放大和小信号调谐放大器的对比:两种放大器的放大对象都为高频信号, 负载也均是谐振回路; 不同之处主要在于激励信号的幅度大小不同, 电路的静态工作点不同,动态范围不同。

在实验过程中要认真体会。

高频功率放大器与低频功率放大器的相同点:都是为了得到高输出功率和高转换效率, 激励信号也同为大信号;不同点:⑴工作频率与相对频宽不同;⑵放大器的负载不同;⑶放大器工作状态不同。

1、丙类谐振功率放大器的工作特点功率放大器的最终目的是:电路与系统中, 如果具有相同直流功率, 那么所设计放大器的转换效率越高, 输出的交流功率就越大。

丙类放大器就是这样一种放大器, 如图 3-1所示, 这是一个典型的丙类放大器的原理图:负载为 LC 谐振回路, 基极偏置为负偏压, 半通角θc < 90°,放大器的基极没有设置直流偏置电路,仅在晶体管基极设置了一个偏置电阻,从电路的形式来看, 当没有载波信号输入时, 放大器处于截止状态, 集电极和发射级没有电流流过, 集电极也没有交流信号输出。

页眉内容实验二 丙类高频功率放大器实验一． 实验目的1．通过实验，加深对于高频谐振功率放大器工作原理的理解。

2．研究丙类高频谐振功率放大器的负载特性，观察三种状态的脉冲电流波形。

3．了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于工作状态的影响。

4．掌握丙类高频谐振功率放大器的计算与设计方法。

二。

预习要求：1．复习高频谐振功率放大器的工作原理及特点。

2．熟悉并分析图3所示的实验电路，了解电路特点。

三．电路特点及实验原理简介1．电路特点本电路的核心是谐振功率放大器，在此电路基础上，将音频调制信号加入集电极回路中，利用谐振功率放大电路的集电极调制特性，完成集电极调幅实验。

当电路的输出负载为天线回路时，就可以完成无线电发射的任务。

为了使电路稳定，易于调整，本电路设置了独立的载波振荡源。

2．高频谐振功率放大器的工作原理参见图1。

谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器，它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。

根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。

丙类功率放大器导通角θ＜900，集电极效率可达80%，一般用作末级放大，以获得较大的功率和较高的效率。

图1中，V bb 为基极偏压，V cc 为集电极直流电源电压。

为了得到丙类工作状态，V bb 应为负值，即基极处于反向偏置。

u b 为基极激励电压。

图2示出了晶体管的转移特性曲线，以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。

V bz 是晶体管发射结的起始电压（或称转折电压）。

由图可知，只有在u b 的正半周，并且大于V bb 和V bz 绝对值之图1 高频功放原理图cR LT和时，才有集电极电流流通。

即在一个周期内，集电极电流i c只在-θ～+θ时间内导通。

由图可见，集电极电流是尖顶余弦脉冲，对其进行傅里叶级数分解可得到它的直流、基波和其它各次谐波分量的值，即：i c=I C0+ I C1m COSωt + I C2M COS2ωt + … + I CnM COSnωt + …bm bbbz U VV COS +=θ求解方法在此不再叙述。

C。基极调制特性的观察 负载选Rp=75Ω，电源电压Vcc和输入信号幅度保持不变， 调整Rp2，观察脉冲电流的形状与幅值的变化，记录，并 描述放大器的基极调制特性。
D。放大特性的观察 保持Vcc,Vbb和RL不变,改变输入电压的幅值，观察当信号 幅度从小到大变化时，脉冲电流的变化。
A、负载特性的观察 1、调整到最理想状态，记录欠压，临界与过压三个状态下 的脉冲电流波形，并相应记下其对应输出放大波形其幅值。
P5
GND
1
1
石英晶体振荡 器—提供载波 信号
推动级—提 供足够的激 励电压
丙类功率放大器
• 理论分析表明,当放大器工作在谐振状态的时候，负载 为纯电阻状态，集电极直流电流最小，回路电压最大。 但由于实际电路中内部电容的反馈作用，导致这两种 现象不会同时发生。因此，在实验中，不仅要监视集 电极直流电流，同时要监视集电极的脉冲电流来调谐 电路。
COSq Vbz Vbb
U bm
或电压 电流
iC i vCE min
c max
0 qc
V BZ
vCE VCC Vcm coswt
V cm vCE
V CC
V BB
iC v bEmax
+ vb -
VBB
wt
V bm vBE
1
Pc T
T
0 iC vCEdt
1. iC 与vBE同相，与vCE反相；
v BE
理想效率
负载
应用
θc=1800 θc=900 900<θc<1800 θc<900
50％ 78.5％
电阻 推挽，回路
低频 低频、高频
50％<η<78.5%

表1高频功率放大器幅频特性
5.1
5.3
5.5
5.7
5.9
6.1
6.3
6.5
6.7
6.9
7.1
7.3
7.5
高频信号源按照表格上的频率变化，幅度峰-峰值为800mV左右（11TP01）,用示波器测量11TP03的电压值。测出与频率相对应的电压值填入表格，然后画出频率与电压的关系曲线。
四．实验报告
1．认真整理实验数据，对实验参数和波形进行分析，说明输入激励电压、集电极电源电压，负载电阻对工作状态的影响。
（1）高频功率放大器原理电路
图1高频功率放大器原理电路
（2）高频功率放大器实际电路
在实验箱主板上装上高频功率放大与射频发射模块，接通电源即可开始实验。实际电路如图2所示。
2．测试前置放大级输入、输出波形
高频信号源频率设置为6.3MHZ，幅度峰-峰值300mV左右，用铆孔线连接到11P01，模块上开关11K01至“OFF”，用示波器测试11P01和11TP02的波形的幅度，并计算其放大倍数。由于该级集电极负载是电阻，没有选频作用。
实际观察到的波形如下图：
4．功放调谐特性测试
11K01置“ON”,11KO2往下拨，11K03置“左侧”，拔掉11K05跳线器。高频信号源接入前置级输入端（11P01），峰-峰值800mV。以6.3MHZ的频率为中心点，以200KHZ为频率间隔，向左右两侧画出6个频率测量点，画出一个表格。设计的表格如下：
高频信号源频率1.9MHZ左右，幅度200mv（峰—峰值），连接至功放模块输入端（11P01）。示波器CH1接11TP03，CH2接11TP04。调整高频信号源频率，使功放谐振即输出幅度（11TP03）最大。改变信号源幅度，即改变激励信号电压 ，观察11TP04电压波形。信号源幅度变化时，应观察到欠压、临界、过压脉冲波形。其波形如图7-7所示（如果波形不对称，应微调高频信号源频率，如果高频信号源是DDS信号源，注意选择合适的频率步长档位）。