高频电子线路实验高频功率放大器文档格式.docx

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二、高频功率放大器的特点

1、高频功率放大器通常工作在丙类（C类）状态。

通角θ的定义：

集电极电流流通角度的一半叫通角θ。

甲类（A类）θ=180度，效率约50%；

乙类（B类）θ=90度，效率可达78%；

甲乙类（AB类）90<

θ<

180度，效率约50%<

ŋ<

78%;

丙类（C类）θ<

90度

可以推测，继续减小θ，使θ工作到小于90度，丙类效率将继续提高。

2、高频功放率放大器通常采用谐振回路作集电极负载

由于工作在丙类时集电极电流

是余弦脉冲，因此集电极电流负载不能采用纯电阻，而必须接一个

LC振荡回路，从而在集电极得到一个完整的余弦（或正弦）电压波。

可用傅里叶级数展开：

式中，

、

为基波和各次谐波的振幅。

W为集电极余弦脉冲电流（也就是输入信号）的角频率。

LC振荡回路起到了选频和滤波的作用：

选出基波，滤除直流和各次谐波。

LC振荡回路的另一个作用是阻抗匹配。

也就是可以改变回路（电感）的接入参数，使功放管得到最佳的负载阻抗，从而输出最大的功率。

三、丙类调谐功率放大器基本原理

由于丙类调谐功率放大器采用的是反向偏置，在静态时，管子处于截止状态。

只有当激励信号

足够大，超过反偏压

及晶体管起始导通电压

之和时，管子才导通。

这样，管子只有在一周期的一小部分时间内导通。

所以集电极电流是周期性的余弦脉冲，波形如图7-2所示。

根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱和区，即可将放大器分为欠压，过压和临界三种工作状态。

若在整个周期内，晶体管工作不进入饱和区，也即在任何时刻都工作在放大区，称放大器工作在欠压状态；

若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临界状态；

若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，则称放大器工作在过压状态。

放大器的这三种工作状态取决于电源电压

、偏置电压

、激励电压幅值

以及集电极等效负载电阻

。

（1）激励电压幅值

变化对工作状态的影响

当调谐功率放大器的电源电压

和负载电阻

保持恒定时，激励振幅

变化对放大器工作的影响如图7-3所示。

由图可以看出，当

增大时，

也增大；

当

增大到一定程度，放大器的工作状态由欠压进入过压，电流波形出现凹陷，但此时

还会增大（如

）。

（2）负载电阻Rc变化对放大器工作状态的影响

当Ec、Eb、Ubm保持恒定时，改变集电极等效电阻Rc对放大器工作状态的影响，如图7-4所示。

表示在三种不同负载电阻Rc时，做出的三条不同动态特性曲线QA1、QA2、QA3A3’.其中QA1对应于欠压状态，QA2对应于临界状态,QA3A3’对应于过压状态。

.

（3）电源电压Ec变化对放大器工作状态的影响

在Eb、Ubm、Rc保持恒定时，集电极电源电压Ec变化对放大器工作状态的影响如图7-5所示

由图可见，Ec变化，Ucemin也随之变化，使得Ucemin和Uces的相对大小发生变化。

当Ec较大时，Ucemin具有较大数值，且远小于Uces，放大器工作在欠压状态。

随着Ec再减小，Ucemin小于Uces时，放大器工作于过压状态。

图7-5中，Ec>

Ec2时，放大器工作于欠压状态；

Ec=Ec2时，放大器工作于临界状态；

Ec<

Ec2时，放大器工作于过压状态。

即当Ec由大变小时，放大器的工作状态由欠压进入过压，

波形也由余弦脉冲波形变为中间凹陷的脉冲波。

7-2高频功率放大器实验电路

高频功率放大器实验电路如图7-6所示。

7-3高频功率放大器实验内容和实验步骤

一、实验内容

1、观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点；

2、测试丙类功放的调谐特性；

3、测试负载变化时三种状态（欠压、临界、过压）的余弦电流波形；

4、观察激励电压、集电极电压变化时余弦电流脉冲的变化过程；

5、观察功放基极调幅波形。

二、实验步骤

1、实验准备

在实验箱主板上装上高频放大与射频发射模块，接通电源即可开始实验。

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，幅值峰-峰值300mV左右，用铆孔连接到11p01，模块上开关11k01至“OFF”，用示波器测试11p01和11TP02的波形的幅值，并计算其放大倍数。

由于该集电极负载是电阻，设有选频作用。

3、激励电压、电源电压及负载变化对丙类功放工作状态的影响

（1）激励电压Ub对放大器工作状态的影响

开关11k01置“on”，11k03置“右侧”，11k02往下拨。

保持集电极电源电压Ec=6v，负载电阻

=8KΩ不变。

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Ub，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。

波形如图7-7所示

实际观察到的波形如下图：

（上11TOP03,下11TOP04）

过压状态波形弱过压状态波形

欠压状态波形临界状态波形

（2）集电极电源电压Ec对放大器工作状态的影响

保持激励电压Ub（11TP01电压为200mv峰-峰值）、负载电阻

=8KΩ不变，改变功放集电极电压Ec（调整11w01电位器，是Ec为5-10v变化），观察11TP04电压波形。

调整电压Ec时，任可观察到图

7-7的波形，但此欠压波形幅度比临界时稍大。

实际观察到的波形如下图：

（上11TOP03,下11TOP04）

欠压状态波形临界状态波形

过压状态波形

（3）负载电阻

变化对放大器工作状态的影响

保持功放集电极电压Ec=6v，激励电压（11TP01电压为150mv峰-峰值）不变，改变负载电阻

（调整11w02电位器，注意11k04至“ON”）,观察11TP04电压波形。

欠压时的波形幅度比临界时大。

测出欠压、临界、过压时负载电阻的大小。

测试电阻时必须将11k04拨至“OFF”，测试后再拨至“on”。

欠压状态波形临界状态波形

4.功放调谐特性测试

11k01置“ON”，11k02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：

f（MHZ）

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

Vc（Vp-p）/V

4.00

4.63

5.03

4.67

4.23

0.228

4.07

3.83

3.75

3.72

3.68

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。

3、实验结果分析

（1）①电源电压对工作状态的影响:

当Vcc↓时,放大器工作状态由欠压状态→临界状态→过压状态过渡。

高频功率放大器工作在过压状态时，基波电压振幅UC与集电极电源电压Vcc成线性变化。

增加Vcc可以提高集电极电压利用系数，提升集电极电压输出功率。

②当增大输入激励电压Vbb时，放大器工作状态由欠压状态→临界状态→过压状态过渡。

高频功率放大器工作在欠压状态时，基波电压振幅UC与基极偏置电压Ubb成线性变化。

③随着R从小变大，放大器将由欠压状态→临界状态→过压状态过渡。

过压区与欠压区，集电极输出功率都比较小，要使高频功率放大器给出足够大的功率，只有工作在临界状态才能保持最好的能量关系。

结合数据和图形可以看出：

RL↓→UC↓，Ve基本保持不变。

基波电压UC为余弦波，当RL下降到一定值时，输出端波形开始产生失真。

当RL在过压区时，UC变化减小，随着RL的增大仍有所增加。

（2）丙类功率大器是指其集电极电流导通时间小于半个周期的放大状态，导通角小于90度 

丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。

且随着RL的增大，输出功率也有所增加。

丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。

由测得调谐特性数据可知：

工作频率高，由实验数据得B=1.3MHZ可知：

相对频带很窄。

四、实验总结

通过这次高频功率放大器的实验，我了解了它的高频功率放大器工作原理，在丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者，当然在实验操作中因为有太多外界因素，和我自身对仪器不熟悉，操作不熟练导致的最终结果不太理想，我以后会继续努力的。