实验2高频谐振功率放大器ppt课件

1、高频电子线路实验高频电子线路实验 高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器(2)(2) 高频谐振功率放大器，是无线电发射机的重要组成部分高频谐振功率放大器，是无线电发射机的重要组成部分, ,它的它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大, , 然后经天线将其转然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间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：离传送。通过本实验：1 1掌握高频谐振功率放大器的电路结构特点、基本功能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。与工作原理。2 2

2、掌握高频谐振功率放大器的调谐方法和掌握高频谐振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。电压、电源电压变化时对其工作状态的影响。3.3.了解高频谐振功率放大器的主要性能指标意义，掌握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。测试方法。学会电路设计方法。一、实一、实 验验 目目 的的3 3观察并测量外部特性负载、观察并测量外部特性负载、EccEcc、VEEVEE、VbmVbm变化对变化对谐振功率放大器工作的影响。谐振功率放大器

3、工作的影响。 1 1、高频谐振功率放大器甲、高频谐振功率放大器甲/ /丙类静态工作状态的测量。丙类静态工作状态的测量。2 2、高频谐振功放的谐振频率、高频谐振功放的谐振频率fofo的调整与测定调谐）。的调整与测定调谐）。二、实二、实 验验 内内 容容4 4高频谐振功率放大器主要性能指标的测量。高频谐振功率放大器主要性能指标的测量。 三、实验应知知识三、实验应知知识(1)(1)工作频率高，相对频带窄工作频率高，相对频带窄(2)(2)采用选频网络作为负载回路采用选频网络作为负载回路(3)(3)放大器一般工作在丙类工作状态，属于放大器一般工作在丙类工作状态，属于 非线性电路非线性电路 (4)(4)电

4、路不能用线性模型电路分析，一般采用图解法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。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：特点：1 1 基本电路结构基本电路结构BT1、晶体管：、晶体管： 大功率晶体管，能承受高电压，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大电流，一般工作时发射极反偏(丙丙类类)； 高频谐振功率放大器的电路构成，除电源和偏置电路外，高频谐振功率放大器的电路

5、构成，除电源和偏置电路外，主要由三个部分组成：主要由三个部分组成：Re Ce RLN3N1N2CTTR2 2、输入激励电路：、输入激励电路： 3 3、输出谐振回路：、输出谐振回路：Ec提供功放所需激励信号电压；提供功放所需激励信号电压；（1 1滤波选频，滤波选频，（2 2阻抗匹配阻抗匹配ViVi对高频功率放大器的一对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同：般要求同低频功放相同：输出功率大输出功率大 效率高效率高工作丙类，工作丙类，集电极电流集电极电流导通角：导通角：电路特点电路特点o90高频功率放大器的工作原理高频功率放大器的工作原理 设输入信号电压设输入信号电压: : tUubmb cos

6、则加到晶体管基极则加到晶体管基极, ,发射级的有效电压为发射级的有效电压为: :tUUUuubmBBBBbBE cos +ub_BTEc-VBBRL+C-Uc1+ +UBE UBE _ _由晶体管的转移特性曲线可知：由晶体管的转移特性曲线可知： uBEic-UBBUBZubCCicCCUbmgC当当BZBEUu ，0 ci 当当BZBEUu ， BZBEccUugi 式中式中cg为：为：折折线线的的斜斜率率有有 BZbmBBccUtUUgi cos 常常数数 ceuBEccuig功放输出的功放输出的IcIc为一为一连串不连续的余弦连串不连续的余弦脉冲脉冲与输入信号相比与输入信号相比完全失真完全

7、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尖顶余弦脉冲的数学表达式ccmaxcccos1costcosii ntItItIIic cos2coscoscmncm1cm1co若对若对ci分解为付里叶级数为：分解为付里叶级数为：ictccic1ic2ic3IcoIcmaxBTEc-VBBRL+C-Uc1利用功放负载利用功放负载LCLC回路的选频功能回路的选频功能, ,RL+C-Uc1适当选择适当选择LCLC的参的参数使之谐振与基数使之谐振与基波频率波频率, ,故输出仍为不失故输出仍为不失真的正弦波真的正弦波. .高频功放的工作状态：高频功放的工作状态：高频功放的工作状态有

8、三种高频功放的工作状态有三种, ,分别是分别是: :(1) (1) 欠压工作状态欠压工作状态特点：特点： 晶体管的工作范围在放大区和截止区。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。为尖顶余弦脉冲，集电极电压利用不充分。icCC(2) (2) 过压工作状态过压工作状态特点：特点： 晶体管的动态范围延伸到饱和区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的波形顶部为下凹的余弦脉冲, ,功放效率高功放效率高, ,但输出但输出功率小功率小 ci(3)(3)临界工作状态临界工作状态特点：特点： ic为尖顶余弦脉冲为尖顶余弦脉冲,晶体管输出功率最大，效晶体

9、管输出功率最大，效率最高率最高.高功放通常选择这种工作状态。高功放通常选择这种工作状态。三、实验应知知识三、实验应知知识BTRE1RE2CER1RLN3N1N2CTTRLC1C2E 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丙类功放的基极偏置电压压VBEVBE是利用发射极电是利用发射极电流的直流分量流的直流分量IE0(IE0IE0(IE0Ic0)Ic0)在射极电在射极电

10、阻阻ReRe上产生的压降来提上产生的压降来提供的，故称为自给偏压供的，故称为自给偏压电路。电路。变压器的次级为输出回路变压器的次级为输出回路:集电极基波电压的振幅集电极基波电压的振幅: Vcm=Icm RL式中，式中，Icm为集电极基波电流的振幅；为集电极基波电流的振幅；RL为集电极负载阻抗。为集电极负载阻抗。谐振功率放大器的原理同谐振功率放大器的原理同一般放大器的原理是类似一般放大器的原理是类似的的, ,即利用输入到基极的信即利用输入到基极的信号号, ,来控制集电极的直流电来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使源所供给的直流功率，使之转化为交流信号功率输之转化为交流信号功率输出。为提高效

11、率，增加输出。为提高效率，增加输出功率出功率, ,高频功放一般采用高频功放一般采用丙类放大。在丙类状态下丙类放大。在丙类状态下, ,放大器集电极电流放大器集电极电流icic是脉是脉冲状，因而包含很多谐波冲状，因而包含很多谐波成分成分, ,有很大失真。但谐振有很大失真。但谐振功放的集电极电路内采用功放的集电极电路内采用了并联谐振回路，当该回了并联谐振回路，当该回路谐振于基频，则它对基路谐振于基频，则它对基频呈现很大的纯电阻性阻频呈现很大的纯电阻性阻抗抗, ,而对谐波的阻抗很小而对谐波的阻抗很小, ,可以看作短路。因此可以看作短路。因此, ,并联并联谐振电路由于通过谐振电路由于通过icic所从所从

12、产生的压降产生的压降vcvc也几乎只有也几乎只有基频。由于谐振回路的滤基频。由于谐振回路的滤波作用波作用, ,尽管尽管icic的失真很大的失真很大, ,仍然能够得到正弦波输出。仍然能够得到正弦波输出。三、实验应知知识三、实验应知知识（2 2高功放的主要技术指标与外部特性高功放的主要技术指标与外部特性输出功率输出功率 高频功放的输出功率是指放大器的负载高频功放的输出功率是指放大器的负载RLRL上得上得到的最大不失真功率。也就是集电极的输出功率，即到的最大不失真功率。也就是集电极的输出功率，即02C1m02ClmClmClmo212121RVRIIVP2CLLDC 0C CPVRPIV效率效率 常

13、将集电极的效率视为高频功放的效率，用常将集电极的效率视为高频功放的效率，用 表示，表示，当集电极回路谐振时，当集电极回路谐振时， 的值由下式计算：的值由下式计算： 功率增益功率增益 功放的输出功率功放的输出功率Po与输入功率与输入功率Pi 之比称为功率之比称为功率增益，用增益，用AP(单位：单位：dB)表示。表示。pciAPP1高功放的主要技术指标三、实验应知知识三、实验应知知识2 2高功放的主要外部特性高功放的主要外部特性高频功率放大器的负载特性高频功率放大器的负载特性 谐振功放的直流电源谐振功放的直流电源VBBVBB、VCCVCC及激励电压及激励电压VbmVbm不变时，不变时，放大器的输出

14、电流放大器的输出电流IcoIco、Icm1,Icm1,输出电压输出电压VcmVcm及功率、效率及功率、效率随负载变化的特性，称为放大器负载特性。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高频功率放大器的振幅特性 谐振功放的直流电源谐振功放的直流电源VBBVBB、VCCVCC及负载及负载RLRL不变时，激不变时，激励电压励电压VbmVbm变化时，放大器的输出电流变化时，放大器的输出电流IcoIco、Icm1,Icm1,输出电输出电压压VcmVcm及功率、效率随及功率、效率随VbmVbm变化的特性，称为放大器的振变化的特性，称为放大器的振幅特性。幅特性。高频功率放大器的调谐特性

15、高频功率放大器的调谐特性 谐振功放的外部电流谐振功放的外部电流IcoIco、IeoIeo和输出电压和输出电压VcmVcm及功及功率、效率随回路调谐电容或电感变化的特性，称率、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。为放大器的调谐特性。（3 3高频功放的调谐测试电路高频功放的调谐测试电路示波器监测波形失真示波器监测波形失真高频信号发生器提供激励信高频信号发生器提供激励信号电压与工作频率号电压与工作频率直流毫安表直流毫安表mAmA测测量集电极的直流量集电极的直流电流电流高频电压表高频电压表V V测量负测量负载载RLRL的端电压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

16、以由下式计算：2LLVoRP 在回路谐振时，在回路谐振时，高频电压表的读高频电压表的读数应达到最大值，数应达到最大值，直流毫安表的读直流毫安表的读数为最小值，示数为最小值，示波器监测的波形波器监测的波形为不失真基波。为不失真基波。三、实验应会知三、实验应会知识识3、1 实验用高频谐振功率放大器实验电路组成实验用高频谐振功率放大器实验电路组成 第一级甲类前置第一级甲类前置高频电压放大器高频电压放大器第二级甲类前置第二级甲类前置高频电压放大器高频电压放大器丙类谐振高频功丙类谐振高频功率放大器率放大器 实验用高频谐振功率放大器电路它由3 级放大器组成。其中，BG1、BG2 是两级甲类前置放大器，C2

17、、C6 用以调谐，A、B 点用作为这两级的输出测试点。BG3 为末级丙类功率放大器，当K4 断开时可在C、D 间串入万用表直流电流档），以监测IC0 值。同时，E 点可近似作为集电极电流iC 波形的测试点R10=10O，C9=100pF，因而C9 并未对R10 构成充分的旁路）。K1-K3 用以改变集电极负载电阻。实验现场操作规程 a a、注意安全操作规程，确保人身安全、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。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

18、电源。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。逐步养成用右手进行单手操作的习惯。 b b、爱护仪器设备、爱护仪器设备仪器在使用过程中，不必经常开关电源。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。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。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！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，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

19、减小量程。然后逐渐减小量程。三、实验应会技三、实验应会技能能1 1、甲类、甲类 丙类放大器直流工作状态与特点的测定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。测试电路框图如图所示。实实验验准准备备 衔接+12V电源与地衔接“CD与RL=120选定并插上实验电路模块 按下表所列要求，用万用表分别测量按下表所列要求，用万用表分别测量V1、V2、V3管的各极静态直流电压，并管的各极静态直流电压，并将测量数据填入表中将测量数据填入表中 根据实验数据，分析甲类根据实验数据，分析甲类与丙类放大器直流静态区别，与丙类放大器直流静态区别，体会丙类功放直流状态的特体会丙类功放直流状态的特点。点。电源

20、电源+12V功放模块功放模块万用表万用表静态测量Vb(V)Ve(V)Vc(V)Vce(V)结论：BG1BG2BG3动态测量Vb(V)Ve(V)Vc(V)Vce(V)BG3三、实验应会技三、实验应会技能能2 2、两级甲类前置放大器的调整与测量、两级甲类前置放大器的调整与测量 测试电路框图如图所示。测试电路框图如图所示。实实验验准准备备 衔接衔接+12V+12V电源与地电源与地断开“CD”；RL=120选定并插上实验电路模块选定并插上实验电路模块实实验验数数据据测测量量 Vi=6.5 MHZ/80-100mVp-p Vi=6.5 MHZ/80-100mVp-p等幅波加入等幅波加入ININ与地之间。

21、与地之间。“CH1CH1检测检测” CH2 CH2分别测量缓冲放大器输出分别测量缓冲放大器输出A A与与B B），并适当微），并适当微调高信器频率，使放大器谐振。输出信号最大不失真。记调高信器频率，使放大器谐振。输出信号最大不失真。记录测量结果。录测量结果。 记录谐振时，两级前置放大器的谐振频率记录谐振时，两级前置放大器的谐振频率fo= ?, fo= ?, 并记录谐振时并记录谐振时ViVi与与VoVo信号波形。信号波形。VitVotVi= Vi= 函数式函数式 V0= V0= 函数式函数式 谐振时谐振时三、实验应会技三、实验应会技能能2 2、丙类谐振功放的调整与测量、丙类谐振功放的调整与测量

22、测试电路框图如图所示。测试电路框图如图所示。实实验验准准备备 衔接+12V电源与地衔接“CD与RL=120实实验验数数据据测测量量 Vi=fo/60-80mVp-p Vi=fo/60-80mVp-p等幅波加入等幅波加入ININ与地之间。与地之间。“CH1CH1检测检测” CH2 CH2测量谐振功放输出测量谐振功放输出OUTOUT），并适当微调高信），并适当微调高信器频率，使放大器谐振。输出信号最大不失真。记录此时器频率，使放大器谐振。输出信号最大不失真。记录此时的的Fo= ?Fo= ? 记录谐振时，谐振功率放大器的谐振频率记录谐振时，谐振功率放大器的谐振频率fo= ?, fo= ?, 并记录谐

23、振时并记录谐振时ViVi与与VoVo、IeIe信号波形。信号波形。VitVot谐振时谐振时Iet三、实验应会技三、实验应会技能能3 3、丙类谐振功放的调谐特性与测量、丙类谐振功放的调谐特性与测量 测试电路框图如图所示。测试电路框图如图所示。实实验验准准备备 保持以上设置不变保持以上设置不变测试条件：测试条件：Vcc=+12V Vcc=+12V RL =120 RL =120 输入信号频率输入信号频率= =谐振频率谐振频率fofo实实验验数数据据测测量量 使高功放处于最佳谐振状态。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，并以按表所列要求，以谐振频率作标准，并以0.1MHZ0.

24、1MHZ为步进为步进，改变高信器的输入信号的频率，保持输入信号幅度，改变高信器的输入信号的频率，保持输入信号幅度V2V2的的B B点不变，记录各频率点的输出电压值，得出结论。点不变，记录各频率点的输出电压值，得出结论。f(MHz)foVi(V)Vo(V)结论 根据实验测量数据的结果，说明什么是高功放的调谐特性？三、实验应会技三、实验应会技能能4 4、丙类功率放大器负载特性测定、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：测试电路框图和实验测试条件同上：测试条件：测试条件：Vcc=+12V Vcc=+12V RL =120 RL =120 输入信号频率输入信号频率= =谐振频率谐振

25、频率fofo 使高功放处于最佳谐振状态。使高功放处于最佳谐振状态。 用示波器用示波器“ “ CH1CH1探头检测探头检测“高频功率放大器高频功率放大器实验板的实验板的“IeIe波形；用示波器波形；用示波器CH2CH2探头检测探头检测“高频功率放大器高频功率放大器实实验板的验板的“OUTOUT波形。波形。 适当调整高频信号发生器的输出信号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，即幅度，使放大器处于过压工作状态，即使使IeIe出现双峰，并记录此时的电流波形。出现双峰，并记录此时的电流波形。 改变负载用连接线），使负载电改变负载用连接线），使负载电阻依次变为阻依次变为7550

26、7550。观察并记录不。观察并记录不同负载时的电流波形。同负载时的电流波形。 根据实验测量数据的结果，说明什么是高功放的负载特性？ 三、实验应会技三、实验应会技能能三、实验应会技三、实验应会技能能5 5、丙类功率放大器放大特性测定、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：测试电路框图和实验测试条件同上：测试条件：测试条件：Vcc=+12V Vcc=+12V RL =120 RL =120 输入信号频率输入信号频率= =谐振频率谐振频率fofo 使高功放处于最佳谐振状态。使高功放处于最佳谐振状态。 用示波器用示波器“ “ CH1CH1探头检测探头检测“高频功率放大器高频功率放大

27、器实验板的实验板的“IeIe波形；用波形；用示波器示波器CH2CH2探头检测探头检测“高频功率放大器高频功率放大器实验板的实验板的“OUTOUT波形。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，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，即即IeIe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）。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，即缓慢增大输入信号幅度，使放大器处于临界工作状态

28、，即IeIe由尖顶余弦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）。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）。 根据实验测量的结果，体会高功放的最佳工作状态？三、实验应会技三、实验应会技能能6 6、高频功率放大器输出功率、效率的测量与计算、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。按表所列要求，测试并记录相应的数据。测试条件：测试条件：V