非线性丙类功率放大器实验

XX学院实验报告实验名称：非线性丙类功率放大器实验实验室名称：通信虚拟仿真实验室实验时间：20XX年12月10日实验设备及环境：1、21、2、3、4、5、6、块块块台台块频率计模块8号板双踪示波器频率特性测试仪（可选）万用表实验目的：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以及负载改变时的动态特性。2、 了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化对功率放大器工作状态的影响。3、 比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点4、 掌握丙类放大器的计算与设计方法。实验原理及内容：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、 测试丙类功放的负载特性4、 观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响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。甲类功率放大器的村180°,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。＜90°,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7-1所示，该实验电路由两级功率放大器组成。其中M、Ts组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中Rm、R见R】6组成静态偏置电阻。N4、T6组成丙类功率放大器。R】8为射极反馈电阻，T6为谐振回路，甲类功放的输岀信号通过R”送到M基极作为丙放的输入信号，此时只有当甲放输出信号大于丙放管N4基极一射极间的负偏压值时，Q4才导通工作。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变Si拨码开关的位置可改变并33^3

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MVRh式中，岳/为变压器次级接入的负载电阻，即下级丙类功放的输入阻抗。3）功率增益与电压放大器不同的是功率放大器有一定的功率增益，对于图7-1所示电路，甲类功率放大器不仅要为下一级功放提供一定的激励功率，而且还要将前级输入的信号进行功率放大,功率放大增益Ap的表达式为其中，Pi为放大器的输入功率，它与放大器的输入电压U讪及输入电阻Ri的关系为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上。（Rlc。）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X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Vci,电流icio图7-3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：火由=妇我式中，为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；L彼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；lc。为集电极电流脉冲ic的直流分量。放大器的效率〃为2Vcc图7-3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7-4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Icmo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Ro表示，即R_（农■知）2当Rq<Ro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Rq>Ro时，放大器处于过压状态，如B点所示，1O.5MH11.5MH11MHz12MHz#♦以1■厶bt(2-23)At- (2-23)(4)放大器的效率Pc1UcE矿亍后石丄竺-物」匕撰)‘W2 -屮) (2-24)式中，S二以M%”称为电压利用系数。功率放大器的设计原则是在高效率下获得较大的输出功率。在实际运用中，为兼顾高输出功率和高效率原则，通常取§=負'一3扌。3、偏置电路及耦合回路偏置电路丙类谐振功率放大器常用的三种偏置电路如图2-7所示。图2-7(a)是利用基极电流在基区体电阻s上的降压作为偏置电压。其电路简单，但偏压小，且易随晶体管s而变，不能保持稳定的电压，因此一般用于大功率丙类谐振功放。图(b)是利用基极电流的直流分量在草上的降压得到偏置电压，(上为高频旁路电容。其优点是偏置电压随输入信号的大小自动调节。图(c)是利用发射极电流的直流分量在匕上建立偏压，仁为高频旁路电容。为了避免氏上产生交流负反馈，需设置时间常数它可以自动维持放大器稳定工作，当激励信号加大时，负偏压加大，似的方相对增加量减小。这实质上就是直流负反馈的作用，可以是放大器工作状态变化不大。缺点是由于《上建立了一定大小的直流偏压，减小了电源电压利用率。因此区不宜取得过大，以免影响放大器的输出功率。而且在高频工作时，发射极很难完全接地，故在频率很高的丙类功放中使用较少。耦合电路输入耦合冋路的作用是自前级取得最大的激励功率，而输出耦合回路则是保证放大器的输出功率能有效地加到负载上。如图2-1所示，丙类谐振功放的输出冋路釆用变压器耦合方式，其作用可以归纳为:①实现阻抗匹配，使负载电阻•'••能与放大器的最佳负载人万匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大。②与谐振冋路配合，抑制工作频带范围以外的频率分量，使负载上只有基波分量及频带内频谱分量存在。耦合电路形式很多，本实验采用变压器耦合方式，其等效电路如图2-6所示。为了减小晶体管输出阻抗对耦合回路的影响，变压器初级采用部分接入方式耦合。回路的谐振频率为— . 70-/ (2-25)5厄或辰(2-25)谐振阻抗与变压器线圈匝数比为(2-26)此_\sx：L二\1Ki (2-27)六、实验内容及步骤1.电路如图3-1(见电路板)按图接好实验板所需