高频实验4功放

1、高频电子线路实验高频电子线路实验 在通信系统中，谐振功率放大器通常位于通信发射机的末级，在通信系统中，谐振功率放大器通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。流功率转换成负载回路的交流功率的放大器。 高频谐振功率放大器，是无线电发射机的重要组成部高频谐振功率放大器，是无线电发射机的重要组成部分分, ,它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放

2、大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然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间, ,以实现用无线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：信道的方式完成信息的远距离传送。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。

3、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。测试方法。一、实一、实 验验 目目 的的4.4.学会电路设计方法。学会电路设计方法。3 3观察并测量外部负载特性变化对谐振功率放大器工作观察并测量外部负载特性变化对谐振功率放大器工作的影响。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、 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。 利用选频网络作为负载的功率放大器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。一般工作在丙称为谐振功率放大器。一般工作在丙类类, ,丙类功放的电流通角丙类功放的电流通角 90 90 ，效率可达到，效率可达到80%80%。它通常作为发射机的末级，。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。其电路主要由五个部分组成以获得较大的输出功率和较高的效率。其电路主要由五个部分组成: :1 1 基本电路结构与特点基本电路结构与特点1 1）集电极直流电源）集电极直流电源Ec2 2）基极偏置电路）基极偏

5、置电路（自给偏压）（自给偏压）Re Ce 3 3）大功率晶体管）大功率晶体管BT 大功率晶体管，能承受高电压，大电大功率晶体管，能承受高电压，大电流，流，一般工作时发射极反偏一般工作时发射极反偏( (丙类丙类) )；4 4）输入激励电路）输入激励电路ViVi提供功放所需激励信号提供功放所需激励信号电压；且要求幅度电压；且要求幅度较大，一般为较大，一般为0.5-5V。5 5）输出谐振回路）输出谐振回路RLN3N1N2CTTR滤波选频、阻抗匹配滤波选频、阻抗匹配电路特点电路特点工作于丙类，集工作于丙类，集电极电流通角：电极电流通角：o90对高频功率放大器的一般要对高频功率放大器的一般要求同低频功放

6、相同：求同低频功放相同：输出功率大输出功率大 效率高效率高2 2、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 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+ +U UBEBE _由晶体管的转移特性曲线由晶体管的转移特性曲线uBEic-UBBUBZubCCicCCUbmgC当当BZBEUu ，0 ci 当当BZBEUu ， BZBEccUugi 式式中中cg为为：折线的斜率折线的斜率有有 BZbmBBccUtUUgi

7、 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与输入信号相比：完全失真比：完全失真. .可知：可知：高功放为什么能不失真地放大信号呢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 若对若对ci分解为付里叶级数为：分解为付里叶级数为： ntItItIIic cos2coscoscmncm1cm1coiC频谱频谱 2 3LC回回路阻路阻抗抗 Rp0ictccic1ic2ic3IcoIcmax 由于功放负载为由于功放负载为LCLC并联谐振回

8、路，并联谐振回路，适当调节适当调节LCLC回路参数，使之对回路参数，使之对icic的的基波产生谐振，回路呈纯电阻性，基波产生谐振，回路呈纯电阻性，阻抗最大，输出电压最大；而对其阻抗最大，输出电压最大；而对其他谐波失谐阻抗很低，呈电容性；他谐波失谐阻抗很低，呈电容性；因而回路选出基波电压因而回路选出基波电压uc1,uc1,而滤除而滤除各次谐波电压。各次谐波电压。+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE _故故回回路路输输出出的的基基波波电电压压：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 而而晶晶体体管管集集电电极极的的输输出出电电压压：tUEucmCCE cos

9、uCEuctECubUBZUBBIcmaxuBEtibtictUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 故输出仍为不失故输出仍为不失真的正弦波真的正弦波. .2 3 3、高功放的主要技术性能指标、高功放的主要技术性能指标输出功率输出功率 ：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R RL L上得到的最大不失真上得到的最大不失真功率。也就是集电极的输出功率，即功率。也就是集电极的输出功率，即效率效率 常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，当集电极回路谐表示，当集电极回路谐振时，振时， 的值由下式计算：的值由

10、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P Po o与输入功率与输入功率P Pi i 之比称为功率增益，用之比称为功率增益，用A AP P( (单位：单位：dB)dB)表示。表示。pciAPPemcemcmcmcORURIUIp212111212121 。为为集集电电极极电电压压利利用用系系数数U UU U式式中中( () )g g2 21 1U UU UI II I2 21 1P PP PC CC Cc c1 1m mC CC C1 1C CC Cc c1 1m mc c0 0c c1 1m mE EO OC C4、高频功放的工作状态、高频功放的工作状态高频谐振功率放大器在

11、工作时，有三种工作状态。高频谐振功率放大器在工作时，有三种工作状态。 1 1、欠压状态、欠压状态 2 2、临界状态、临界状态 3 3、过压状态、过压状态 其不同工作状态的划分，是根据功放管在其不同工作状态的划分，是根据功放管在输入激励信输入激励信号的一个周期内晶体管是否进入输出特性曲线的饱和区来号的一个周期内晶体管是否进入输出特性曲线的饱和区来划分的划分的。由于高功放为获得大功率、高效率。一般工作在。由于高功放为获得大功率、高效率。一般工作在丙类，即非线性状态。故采用谐振功放的动态线或称交流丙类，即非线性状态。故采用谐振功放的动态线或称交流负载线来分析。负载线来分析。 放大器的三种工作状态之欠

12、压状态放大器的三种工作状态之欠压状态CiCCV0VdgmaxBEv相交与工作区时红色与负载线蓝色线当)()(maxBEv压状态”。我们称放大器处于“欠幅还没有到达最大值。因为此时的输出电压振CviCtCi欠压状态的为尖顶余弦脉冲为尖顶余弦脉冲负载线斜率负载线斜率 放大器的三种工作状态之临界状态放大器的三种工作状态之临界状态CvCiCCV0V的拐点时相交于红色与负载线蓝色线当maxmax)()(BEBEvv界状态”。我们称放大器处于“临。再大就进入饱和区了饱和区和工作区的边界此时输出电压振幅到达)(会降低。负载线的斜率绝对值就增大当,pRmaxBEviCtCi临界状态的仍为尖顶余弦脉冲仍为尖顶余

13、弦脉冲 放大器的三种工作状态之过压状态放大器的三种工作状态之过压状态CvCiCCV0V延长线相交与饱和区时红色与负载线蓝色线当)()(maxBEv压状态”。我们称放大器处于“过使三极管进入饱和区。大此时的输出电压振幅过,会更加降低。负载线的斜率绝对值就继续增大当,pRmaxBEviCt出现了凹顶过压状态的Ci三极管工作区三极管工作区三极管饱和区三极管饱和区5 5、丙类谐振功率放大器的外部特性、丙类谐振功率放大器的外部特性 高频谐振功率放大器要实现大的高频谐振功率放大器要实现大的功率功率P Po o输出，高的集电极效率输出，高的集电极效率c c，最终取决于功放电路中外部电路参数：，最终取决于功放

14、电路中外部电路参数：直流电源直流电源(U(UBBBB、U UCCCC) )、激励源激励源和和负载电阻负载电阻(R(RL L) )。当这些参数发生变化时，不仅会将会影响。当这些参数发生变化时，不仅会将会影响到功放的工作状态，也会改变输出功率与效率；另一方面可以通过到功放的工作状态，也会改变输出功率与效率；另一方面可以通过调整这些外部参量来改变功率放大器的性能。调整这些外部参量来改变功率放大器的性能。 将外部参量变化时对功率放大器工作状态及性能指标的影响的将外部参量变化时对功率放大器工作状态及性能指标的影响的相关参数，称为高功放的相关参数，称为高功放的外部特性外部特性，包括，包括负载特性负载特性-

15、RL的影响的影响放大特性放大特性- Uim 的影响的影响调制特性调制特性- UBB、 UCC的影响的影响 高频功放的负载特性高频功放的负载特性 如果高功放的如果高功放的V VCCCC、V VBBBB、V Vb b 3 3个参变量不变，则放大器的工作状态个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻就由负载电阻R Rp p决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随随R Rp p而变化的特性，就叫做而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。放大器的负载特性。vBEmaxicvC6 6、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

16、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R RL L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以由下式计算：2LLVoRP 在回路谐振时，高频电压表的读数应达在回路谐振时，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，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。示波器监测的波形为不失真基波。三、实验应会知识三、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实验用高频谐

17、振功率放大器实验电路组成 实验用高频谐振功率放大器电路由实验用高频谐振功率放大器电路由2 2 级放大器组成。其中，级放大器组成。其中，BG1 BG1 是甲类前置放大器，是甲类前置放大器，Ct1 Ct1 用以调谐，用以调谐，TP2 TP2 点为前置放大级的输出测试点。点为前置放大级的输出测试点。BG2BG2为末级丙类功率放大器，为末级丙类功率放大器，Ct2Ct2用用以调谐以调谐, ,当当K3K3断开时可串入万用表（直流电流档），以监测断开时可串入万用表（直流电流档），以监测IC0 IC0 值。同时，值。同时，TP3 TP3 点可近点可近似作为集电极电流似作为集电极电流i iC C 波形的测试点。

18、波形的测试点。SW1SW1用以改变集电极负载电阻。用以改变集电极负载电阻。OUTOUT点为功放输出点为功放输出测量点。测量点。第一级甲第一级甲类前置高类前置高频电压放频电压放大器大器丙类谐振高频丙类谐振高频功率放大器功率放大器甲放甲放IC测量测量功放输功放输入控制入控制功放功放IC测量测量SW1 实验用高频谐振功率放大器实验电路模块实验用高频谐振功率放大器实验电路模块 信号输入信号输入前级放大信号输出前级放大信号输出功放输出功放输出IC波形波形实验现场操作规程 a a、注意安全操作规程，确保人身安全、注意安全操作规程，确保人身安全请注意人身安全和仪器设备的安全！请注意人身安全和仪器设备的安全！

19、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电源。调换仪器时应切断实验台的电源。 逐步养成单手操作的习惯。逐步养成单手操作的习惯。 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。切忌切忌无目的地拨弄仪器面板上的开关和按钮。无目的地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，仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿请勿随便调换配件。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

20、超过！ 当被测量值的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，当被测量值的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。然后逐渐减小量程。c c、实验完成后实验完成后 请将所有设备电源关断，实验箱盖按号还原，连接线、工具请放回箱内，请将所有设备电源关断，实验箱盖按号还原，连接线、工具请放回箱内，并将实验台面清理干净，养成良好的习惯。并将实验台面清理干净，养成良好的习惯。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 连接+12V电源与地连接“K1、K2、K3”与RL=47

21、0（SW1“4”ON）选定并插上实验电路模块2.2.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Q1Q1、Q2Q2管的各极静态直流电压，并将测管的各极静态直流电压，并将测量数据填入表中量数据填入表中根据实验数据，分析甲类与丙类根据实验数据，分析甲类与丙类放大器直流静态区别，体会丙类放大器直流静态区别，体会丙类功放直流状态的特点。功放直流状态的特点。1.1.适当调整适当调整RW1RW1，使缓冲级，使缓冲级V VEQEQ=2.2V=2.2V四、实验内容与操作步骤四、实验内容与操作步骤2 2、甲类与丙类放大器的调整与动态测量、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

22、。测试电路框图如图所示。实实验验准准备备 保持以上基本保持以上基本设置状态不变设置状态不变RL=470实实验验数数据据测测量量 Vi=6.5 MHZ/150mVp-pVi=6.5 MHZ/150mVp-p等幅波加入等幅波加入TP1TP1与地之间。与地之间。“CH1CH1检测检测” CH2 CH2测量缓冲放大器输出（测量缓冲放大器输出（TP2TP2），并适当微调），并适当微调Ct1Ct1，使放大器谐，使放大器谐振振( (即输出信号最大且不失真即输出信号最大且不失真) )。 CH2 CH2测量谐振功放输出（测量谐振功放输出（OUTOUT），并适当微调），并适当微调Ct2Ct2或高信器频率，或高信器

23、频率，使放大器谐振（即输出信号最大不失真）。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记录谐振时，谐振功率放大器的谐振频率fo= ?, fo= ?, 并记录谐振时并记录谐振时ViVi与与VoVo、IeIe信号波形。信号波形。当功放谐振时，用三用表测量谐振功放的当功放谐振时，用三用表测量谐振功放的VEVE、VBVB、VCVC与与VCEVCE，将数，将数据记录于表中。据记录于表中。VitVot谐振时谐振时Iet3 3、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=+1

24、2V Vcc=+12V R RL L=470 =470 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，即使幅度，使放大器处于过压工作状态，即使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），使负载电阻改变负载（用连接线），使负载电阻依次变为依次变为240 240 75517551。观察