《通信电子线路》高频实验.ppt

高频电子线路实验 高频谐振功率放大器 是无线电发射机的重要组成部分 它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大 然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间 以实现用无线信道的方式完成信息的远距离传送 通过本实验 1 掌握高频谐振功率放大器的电路结构特点 基本功能与工作原理 2 掌握高频谐振功率放大器的调谐方法和掌握高频谐振功率放大器的调谐特性 负载特性以及激励电压 偏置电压 电源电压变化时对其工作状态的影响 3 了解高频谐振功率放大器的主要性能指标意义 掌握测试方法 学会电路设计方法 一 实验目的 3 观察并测量外部特性 负载 Ecc VEE Vbm 变化对谐振功率放大器工作的影响 1 高频谐振功率放大器 甲 丙类 静态工作状态的测量 2 高频谐振功放的谐振频率fo的调整与测定 调谐 二 实验内容 4 高频谐振功率放大器主要性能指标的测量 1 工作频率高 相对频带窄 2 采用选频网络作为负载回路 3 放大器一般工作在 丙 类工作状态 属于非线性电路 4 电路不能用线性模型电路分析 一般采用图解法分析和折线法分析 在高频范围内 为了获得足够大的高频信号输出功率 必须采用高频谐振功率放大器 这是发射设备的重要组成部分 特点 1基本电路结构 1 晶体管 大功率晶体管 能承受高电压 大电流 一般工作时发射极反偏 丙类 高频谐振功率放大器的电路构成 除电源和偏置电路外 主要由三个部分组成 2 输入激励电路 3 输出谐振回路 提供功放所需激励信号电压 1 滤波选频 2 阻抗匹配 对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同 输出功率大 效率高 工作丙类 集电极电流导通角 电路特点 高频功率放大器的工作原理 设输入信号电压 则加到晶体管基极 发射级的有效电压为 UBE 由晶体管的转移特性曲线可知 ub 功放输出的Ic为一连串不连续的余弦脉冲 与输入信号相比完全失真 高功放为什么能不失真地放大信号呢 尖顶余弦脉冲的数学表达式 ic 利用功放负载LC回路的选频功能 适当选择LC的参数使之谐振与基波频率 故输出仍为不失真的正弦波 高频功放的工作状态 高频功放的工作状态有三种 分别是 1 欠压工作状态 特点 晶体管的工作范围在放大区和截止区 ic为尖顶余弦脉冲 集电极电压利用不充分 2 过压工作状态 特点 晶体管的动态范围延伸到饱和区 的波形顶部为下凹的余弦脉冲 功放效率高 但输出功率小 3 临界工作状态 特点 ic为尖顶余弦脉冲 晶体管输出功率最大 效率最高 高功放通常选择这种工作状态 利用选频网络作为负载的功率放大器 称为谐振功率放大器 一般工作在丙类 丙类功放的电流导通角 90 效率可达到80 它通常作为发射机的末级 以获得较大的输出功率和较高的效率 其基本电路组成如图所示 晶体管BT与选频网络L CT组成丙类谐振功率放大器 丙类功放的基极偏置电压 VBE是利用发射极电流的直流分量IE0 IE0 Ic0 在射极电阻Re上产生的压降来提供的 故称为自给偏压电路 变压器的次级为输出回路 集电极基波电压的振幅 Vcm IcmRL式中 Icm为集电极基波电流的振幅 RL为集电极负载阻抗 谐振功率放大器的原理同一般放大器的原理是类似的 即利用输入到基极的信号 来控制集电极的直流电源所供给的直流功率 使之转化为交流信号功率输出 为提高效率 增加输出功率 高频功放一般采用丙类放大 在丙类状态下 放大器集电极电流ic是脉冲状 因而包含很多谐波成分 有很大失真 但谐振功放的集电极电路内采用了并联谐振回路 当该回路谐振于基频 则它对基频呈现很大的纯电阻性阻抗 而对谐波的阻抗很小 可以看作短路 因此 并联谐振电路由于通过ic所从产生的压降vc也几乎只有基频 由于谐振回路的滤波作用 尽管ic的失真很大 仍然能够得到正弦波输出 2 高功放的主要技术指标与外部特性 输出功率高频功放的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率 也就是集电极的输出功率 即 效率常将集电极的效率视为高频功放的效率 用表示 当集电极回路谐振时 的值由下式计算 功率增益功放的输出功率Po与输入功率Pi之比称为功率增益 用AP 单位 dB 表示 1 高功放的主要技术指标 2 高功放的主要外部特性 高频功率放大器的负载特性谐振功放的直流电源VBB VCC及激励电压Vbm不变时 放大器的输出电流Ico Icm1 输出电压Vcm及功率 效率随负载变化的特性 称为放大器负载特性 高频功率放大器的振幅特性谐振功放的直流电源VBB VCC及负载RL不变时 激励电压Vbm变化时 放大器的输出电流Ico Icm1 输出电压Vcm及功率 效率随Vbm变化的特性 称为放大器的振幅特性 高频功率放大器的调谐特性谐振功放的外部电流Ico Ieo和输出电压Vcm及功率 效率随回路调谐电容 或电感 变化的特性 称为放大器的调谐特性 3 高频功放的调谐测试电路 示波器监测波形失真 高频信号发生器提供激励信号电压与工作频率 直流毫安表mA测量集电极的直流电流 高频电压表V测量负载RL的端电压 在集电极回路处于谐振状态时 放大器的输出功率可以由下式计算 在回路谐振时 高频电压表的读数应达到最大值 直流毫安表的读数为最小值 示波器监测的波形为不失真基波 三 实验应会知识 3 1实验用高频谐振功率放大器实验电路组成 第一级甲类前置高频电压放大器 丙类谐振高频功率放大器 实验现场操作规程 a 注意安全操作规程 确保人身安全 注意人身安全和仪器设备的安全 为了防止器件损坏 在切断实验电路板上的电源后才能改接电路 调换仪器时应切断实验台的电源 逐步养成用右手进行单手操作的习惯 b 爱护仪器设备 仪器在使用过程中 不必经常开关电源 切忌无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮 仪器设备出现问题 请向老师寻求帮助 请勿随便调换配件 注意仪表允许安全电压 或电流 切勿超过 当被测量的大小无法估计时 应从仪表的最大量程开始测试 然后逐渐减小量程 1 甲类 丙类放大器直流工作状态与特点的测定 测试电路框图如图所示 实验准备 连接 12V电源与地 连接 K1 K2 K3 与RL 470 SW1 4 ON 选定并插上实验电路模块 2 按下表所列要求 用万用表分别测量Q1 Q2管的各极静态直流电压 并将测量数据填入表中 1 适当调整RW1 使缓冲级VEQ 2 2V 四 实验内容与操作步骤 2 甲类与丙类放大器的调整与动态测量 测试电路框图如图所示 实验准备 保持以上基本设置状态不变 实验数据测量 Vi 6 5MHZ 150mVp p等幅波加入TP1与地之间 CH1检测 CH2测量缓冲放大器输出 TP2 并适当微调Ct1 使放大器谐振 即输出信号最大且不失真 CH2测量谐振功放输出 OUT 并适当微调Ct2或高信器频率 使放大器谐振 即输出信号最大不失真 记录谐振时 谐振功率放大器的谐振频率fo 并记录谐振时Vi与Vo Ie信号波形 当功放谐振时 用三用表测量谐振功放的VE VB VC与VCE 将数据记录于表1中 当功放谐振时 断开K2 并记录此时谐振功放的Vo与Ie信号波形 3 丙类谐振功放的调谐特性与测量 测试电路框图如图所示 实验准备 保持以上设置不变 测试条件 Vcc 12VRL 240 输入信号频率 谐振频率fo 150mVp p 实验数据测量 使高功放处于最佳谐振状态 按表所列要求 以谐振频率作标准 并以0 1MHZ为步进 改变高信器的输入信号的频率 保持输入信号幅度 V2的B点 不变 记录各频率点的输出电压值 得出结论 4 丙类功率放大器负载特性测定 测试电路框图和实验测试条件同上 测试条件 Vcc 12VRL 输入信号频率 谐振频率fo 使高功放处于最佳谐振状态 用示波器 CH1 探头检测 高频功率放大器 实验板的 Ie 波形 用示波器 CH2 探头检测 高频功率放大器 实验板的 OUT 波形 适当调整高频信号发生器的输出信号幅度 使放大器处于过压工作状态 即使Ie出现双峰 并记录此时的电流波形 改变负载 用连接线 使负载电阻依次变为470 240 75 51 观察并记录不同负载时的IC电流波形 5 丙类功率放大器放大特性测定 测试电路框图和实验测试条件同上 测试条件 Vcc 12VRL 120 输入信号频率 谐振频率fo 使高功放处于最佳谐振状态 用示波器 CH1 探头检测 高频功率放大器 实验板的 Ie 波形 用示波器 CH2 探头检测 高频功率放大器 实验板的 OUT 波形 适当调整高频信号发生器的输出信号幅度旋钮 使放大器处于欠压工作状态 即Ie出现尖顶余弦脉冲 注意观测此时输出信号幅度随输入信号幅度变化的特点 输出信号与输入信号变化成正比 缓慢增大输入信号幅度 使放大器处于临界工作状态 即Ie由尖顶余弦脉冲变化到即将出现双峰的时刻 注意观测此时输出信号幅度与输入信号幅度变化的特点 输出信号最大 继续增大输入信号幅度 当输入信号幅度增大到一定程度时 放大器将由临界进入到过压工作状态 即Ie由尖顶余弦脉冲变化到集电极电流脉冲则出现凹陷的双峰 注意观测此时输出信号幅度与输入信号幅度变化的特点 输出电压振幅增长缓慢 6 高频功率放大器输出功率 效率的测量与计算 按表所列要求 测试并记录相应的数据 测试条件 Vcc 12VRL 75 输入信号频率 谐振频率fo 使高功放处于最佳谐振状态 依据测试数据 计算出本谐振功率放大器的主要性能指标 五 实验报告内容与思考题 一 实验报告内容 1 写明实验目的 2 画出实验电路原理图并说明实验电路的工作原理 3 写明实验所用仪器 4 写明实验项目并整理实验数据 一 实验思考题 1 当分别改变激励信号和电源电压时 功放级电流如何变化 2 功放集电极馈电线路采用的是什么方式 五 实验报告内容与思考题 一 实验报告内容 1 写明实验目的 2 画出实验电路原理图并说明实验电路的工作