哈尔滨工程大学2013年高频丙类功率放大器实验讲义V2.0.doc

实验四 丙类功率放大器实验一、 实验目的1、 了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性，熟悉主要技术指标的测量方法。2、 了解高频功率放大器丙类工作过程以及当激励信号、负载、电源电压变化对功率放大器工作状态的影响，加深对欠压、过压、临界三种工作状态的理解。3、 掌握丙类放大器的计算与设计方法。二、 实验内容1、 测试丙类功放的调谐特性。2、 研究激励信号、电源电压、负载变化对工作状态的影响。三、 实验仪器1、 高频信号源 1台2、 双踪示波器 1台3、 直流稳压电源 1台4、 实验板 1块5、 万用表 1块四、 实验原理与电路（一）实验电路图图1 丙类功放实验原理图（二）实验原理放大器按照电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角越小，放大器的效率越高。甲类功率放大器的，效率最高只能达到50%，适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。非线性丙类功率放大器的电流导通角，效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。特点：非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1或更小)，基极偏置为负值，电流导通角，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。电路原理图如图1所示，其中L1、R2组成自给负偏置电路，T1为高频变压器，初级次级比为3:1（初级圈数为12圈），负载电阻可通过电阻R4、R5、RP1设置，可改变回路Q值，也可用来研究负载变化对工作状态的影响，R2为发射极电流的采样电阻，用来观察发射极电流的波形。下面介绍丙类功放的工作原理及基本关系式。2、丙类功率放大器1）基本关系式丙类功率放大器的基极偏置电压VBE是利用发射极电流的直流分量IEO（ICO）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流iC为余弦脉冲波。利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压vc1。图2画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式：式中，为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；为集电极基波电流振幅；为集电极回路的谐振阻抗。式中，PC为集电极输出功率式中，PD为电源VCC供给的直流功率；ICO为集电极电流脉冲iC的直流分量。放大器的效率为图2 丙类功放的基极/集电极电流和电压波形2）负载特性当放大器的电源电压VCC，基极偏压vb，输入电压(或称激励电压)vsm确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻Rq。谐振功率放大器的交流负载特性如图3所示。由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性转移点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降VCES，集电极电流脉冲接近最大值Icm。此时，集电极输出的功率PC和效率都较高，此时放大器处于临界工作状态。Rq所对应的值称为最佳负载电阻，用R0表示，即当RqR0时，放大器处于欠压状态，如C点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当RqR0时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极电压虽然比较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是：图3 谐振功放的负载特性6五、 实验步骤1、焊接电路焊接实验电路板，确认无误后接通直流电源（注意电源电压为5.0V，以万用表测量为准），取谐振功放输出负载电阻RL=300欧。2、调谐特性的测试（逐点法测量谐振频率）将高频信号发生器的输出峰峰值调至约1.8V，接至放大器的输入端。示波器连接功率放大器输出，测量输出电压大小。改变信号源输出频率，记录输出电压值，填入表1。表1 谐振特性测试（VCC=5.0V，RL=300） MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz3、研究激励电压变化对工作状态的影响将高频信号发生器的输出频率调至谐振频率，改变输出信号幅度，示波器接于测试点，观察集电极电流的脉冲形状，研究工作状态，记录三种状态下的信号源输出电压值，并测试在这三种状态下的效率，填入表2。表2 激励电压对工作状态影响（VCC=5.0V，RL=300）状态欠压临界过压4、研究负载特性对工作状态的影响在过压状态下（RL=300，高频信号源输出幅度为步骤3中过压状态下信号源输出幅度），示波器接于测试点，观察集电极电流的脉冲形状，改变负载电阻，研究工作状态，记录三种状态下的信号源输出电压值，并测量在这三种状态下的效率，填入表3。表3负载特性对工作状态影响（VCC=5.0V）状态欠压临界过压RL()电源输出电流电源输出功率输出功率集电极效率5、研究电源电压对工作状态的影响在过压状态下（RL=300，高频信号源输出幅度为步骤3中过压状态下信号源输出幅度），示波器接于测试点，观察集电极电流的脉冲形状，改变电源电压，研究工作状态，记录三种状态下的电源