高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、丙類高頻諧振功率放大器與基極調(diào)幅實(shí)驗(yàn)報(bào)告 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握丙類高頻諧振功率放大器的構(gòu)成及工作原理。2了解丙類諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)及負(fù)載特性、調(diào)制特性、放大特性和調(diào)諧特性。3. 掌握丙類諧振功率放大器的輸出功率、直流功率、集電極效率測(cè)量方法。4. 掌握用頻譜儀觀測(cè)信號(hào)頻譜、頻率及調(diào)制度的方法。二實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1調(diào)幅與調(diào)頻接收模塊。2直流穩(wěn)壓電壓GPD-3303D3F20A型數(shù)字合成函數(shù)發(fā)生器/計(jì)數(shù)器4DSO-X 2014A數(shù)字存儲(chǔ)示波器5SA1010頻譜分析儀三實(shí)驗(yàn)原理1.工作原理高頻諧振功率放大器是通信系統(tǒng)重要的組成電路，用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)。主要任務(wù)是高效率的輸出最大高頻功率，饋

2、送到天線輻射出去。為了提高效率，晶體管發(fā)射結(jié)采用負(fù)偏置，使放大器工作于丙類狀態(tài)（導(dǎo)通角90O）。高頻諧振功率放大器基本構(gòu)成如圖1.4.1所示， （a）原理電路 （b）等效電路圖1.4.1 高頻功率放大器 丙類諧振功率放大器屬于大信號(hào)非線性放大器，工程上常采用折線分析法，各級(jí)電壓、電流波形如圖1.4.2所示。（a） （b）圖1.4.2 各級(jí)電壓、電流波形圖1.4.1中，晶體管放大區(qū)的轉(zhuǎn)移（內(nèi)部靜態(tài)）特性折線方程為： 1.4.1放大器的外電路關(guān)系為： 1.4.2 1.4.3當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)，晶體管截止，集電極電流；當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，由式1.4.1、1.4.2和1.4.3得集電極電流為： 1.4

3、.4式中，為晶體管開啟電壓，為轉(zhuǎn)移特性的斜率。以上分析可知，晶體管的集電極輸出電流為尖頂余弦脈沖，可用傅里葉級(jí)數(shù)展開為： 1.4.5其中，為的直流分量，、分別為的基波分量、二次諧波分量、。集電極余弦脈沖電流及各次諧波的波形如圖1.4.3所示，其頻譜如圖1.4.4所示。圖1.4.3 集電極余弦脈沖電流及各次諧波的波形圖1.4.4 集電極余弦脈沖電流的頻譜由于晶體管集電極電流為尖頂余弦脈沖，為了不失真的放大信號(hào)，晶體管集電極負(fù)載回路必須采用具有選頻濾波特性的LC并聯(lián)諧振回路。當(dāng)回路調(diào)諧于輸入信號(hào)頻率（基波頻率）時(shí)，高頻功率放大器的輸出信號(hào)為： 1.4.6 1.4.7 1.4.8式中，為諧振回路的端

4、電壓；為回路的等效諧振電阻；為集電極余弦脈沖電流的最大值；為脈沖電流的直流分量；為脈沖電流基波分量的振幅；、為余弦脈沖分解系數(shù)；為余弦脈沖電流的導(dǎo)通角，為了兼顧高的輸出功率和高的集電極效率，諧振功率放大器導(dǎo)通角常取= 60 80。2. 丙類諧振功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo) 輸出高頻交流功率： 1.4.9 電源電壓提供的直流功率： 1.4.10 集電極效率： 1.4.11式中，為輸出電壓振幅, 為輸出電壓有效值，為負(fù)載電阻。3. 丙類高頻諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)諧振功率放大器的工作狀態(tài)應(yīng)同時(shí)滿足內(nèi)部特性和外電路特性。由于諧振功率放大器為丙類狀態(tài)，不存在直流工作點(diǎn)，只存在動(dòng)態(tài)（交流）工作點(diǎn)，動(dòng)態(tài)點(diǎn)

5、的軌跡稱為動(dòng)態(tài)特性或動(dòng)態(tài)線，如圖1.4.5所示。圖1.4.5 高頻功率放大器動(dòng)態(tài)特性 當(dāng)晶體管確定后，四個(gè)外部電路參量EC、EB、Ubm和RP不同，使電路分別工作在欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)，同時(shí)也影響電路的性能，當(dāng)EC、EB、Ubm和RP一定時(shí)，工作狀態(tài)及性能也就唯一地確定了。4.負(fù)載對(duì)工作狀態(tài)的影響及負(fù)載特性維持EC、EB、Vbm不變，放大器的工作狀態(tài)和性能隨負(fù)載RP變化的特性，稱為負(fù)載特性。，圖1.4.6 負(fù)載RP對(duì)工作狀態(tài)的影響圖1.4.7 負(fù)載特性三種工作狀態(tài)比較： 臨界狀態(tài)達(dá)到最大，也較高，是最佳工作狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的諧振電阻稱為諧振功率放大器的最佳匹配電阻。 過(guò)壓狀態(tài)效率較高，回路端電壓基本

6、不變，近似恒壓源，常用于需要維持電壓比較穩(wěn)定的場(chǎng)合，集電極調(diào)幅就工作于過(guò)壓狀態(tài)。 欠壓狀態(tài)比較小，也比較低，故很少采用，基極調(diào)幅需要工作于欠壓狀態(tài)。5. 電源電壓Ec對(duì)工作狀態(tài)的影響及集電極調(diào)制特性維持EB、Ubm、RP不變，放大器的工作狀態(tài)和性能隨EC變化的特性，稱為集電極調(diào)制特性。圖1.4.8 EC對(duì)工作狀態(tài)的影響圖1.4.9 集電極調(diào)制特性圖1.4.10 集電極調(diào)幅6. 輸入信號(hào)振幅對(duì)工作狀態(tài)的影響及基極調(diào)制特性與放大特性圖1.4.11 對(duì)工作狀態(tài)的影響及放大（或基極調(diào)制）特性圖1.4.12 基極調(diào)幅7.調(diào)諧特性圖1.4.13 調(diào)諧特性四實(shí)驗(yàn)電路簡(jiǎn)介丙類高頻諧振功率放大器與基極調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電

7、路如圖1.4.14所示。高頻等幅信號(hào)由1Q23或1TP25輸入，晶體管1BG8對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行電壓放大，為功率放大管1BG9提供足夠的激勵(lì)信號(hào)。1BG9的負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路，由變壓器T的初級(jí)電感和電容1C56組成。調(diào)節(jié)變壓器的磁芯，使初級(jí)回路諧振于6MHz，通過(guò)變壓器耦合至負(fù)載RL或天線1TP00。調(diào)節(jié)天線回路的諧振電容1C55，當(dāng)回路諧振時(shí)，天線上可以獲得最大的輻射功率。圖1.4.14中，1TP25為放大器高頻等幅輸入信號(hào)測(cè)試點(diǎn)；1TP27為功率放大級(jí)（1BG9）輸入信號(hào)（基極）測(cè)試點(diǎn)；1TP28為功率放大級(jí)集電極諧振回路端電壓測(cè)試點(diǎn)；1TP29為余弦電流脈沖的波形測(cè)試點(diǎn)（實(shí)際是射級(jí)電壓的

8、波形）。1TP30為放大器的輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。由1TP26或1P26輸入調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)基極調(diào)幅。圖1.4.14 丙類高頻功率放大器實(shí)驗(yàn)電路五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀測(cè)放大器的工作狀態(tài)及集電極調(diào)制特性、放大（或基極調(diào)制）特性、負(fù)載特性 電源電壓EC對(duì)工作狀態(tài)的影響及集電極調(diào)制特性 將調(diào)幅與調(diào)頻模塊接電源電壓EC=+7V，打開模塊中功率放大器電源開關(guān)，（電源指示燈點(diǎn)亮）；放大器輸入端（1Q23）接高頻等幅信號(hào)6MHz，1VPP（由信號(hào)源F20A提供）；用示波器1、2、3、4通道分別觀測(cè)放大器輸入信號(hào)電壓（測(cè)試點(diǎn)1TP25）、第一級(jí)輸出信號(hào)電壓（測(cè)試點(diǎn)1TP27）、功率輸出級(jí)1BG9的集電極回路端電壓（測(cè)試點(diǎn)

9、1TP28）和集電極余弦脈沖電流的波形（測(cè)試點(diǎn)1TP29，實(shí)際是射極電壓波形）；同時(shí)用萬(wàn)用表觀測(cè)1TP29測(cè)試點(diǎn)的直流電壓；RL=50（由數(shù)碼開關(guān)1SW6設(shè)置）。 測(cè)量的可得=0.133V。 調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅度，同時(shí)用無(wú)感起子調(diào)節(jié)變壓器T的磁芯，使1TP29測(cè)試點(diǎn)的余弦脈沖電流()的波形出現(xiàn)凹陷，如圖1.4.15中（7V）所示（注：凹陷不能太深）。圖1.4.15 EC對(duì)工作狀態(tài)的影響調(diào)節(jié)變壓器T使波形如下圖： 按圖1.4.15中改變電源電壓EC，記錄或存儲(chǔ)()的波形。同時(shí)將和的值填入表1.4.1中（測(cè)量過(guò)程中若的波形凹陷不對(duì)稱時(shí)，可調(diào)節(jié)變壓器T）。表1.4.1EC（V）7V8V9V10V11V1

10、2V（V）13.515.516.818.118.418.5（V）0.12330.14860.17360.20790.19220.1955按表1.4.1中數(shù)據(jù)繪制集電極調(diào)制特性和（）。注意：這里的 ，都是峰峰值。畫圖可得：關(guān)系圖 輸入信號(hào)振幅對(duì)工作狀態(tài)的影響及放大（或基極調(diào)制）特性 EC=+12V，其余電路連接不變。 按圖1.4.16中改變輸入信號(hào)幅度，記錄或存儲(chǔ)()的波形。同時(shí)將和的值填入表1.4.2中（當(dāng)出現(xiàn)的波形凹陷不對(duì)稱時(shí)，可調(diào)節(jié)變壓器T）。圖1.4.16 Vbm對(duì)工作狀態(tài)的影響表1.4.2（V）700mV800mV900mV1V1.1V1.2V1.3V1.4V1.5V（V）3.67.6

11、10.513.316.518.120.122.122.5（V）0.04230.05850.08710.11830.15360.19170.22010.25780.2727實(shí)驗(yàn)中得到的各下的圖像（處理后）： 按表1.4.2中數(shù)據(jù)計(jì)算，繪制放大（或基極調(diào)制）特性曲線和。圖像圖像 負(fù)載電阻RL對(duì)工作狀態(tài)的影響及負(fù)載特性 EC=+12V，RL=150，其余電路連接不變。 調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅度，同時(shí)用無(wú)感起子調(diào)節(jié)變壓器T的磁芯，使余弦脈沖電流()的波形出現(xiàn)凹陷，如圖1.4.17中所示（注：凹陷不能太深）。圖1.4.17 負(fù)載RL對(duì)工作狀態(tài)的影響 用數(shù)碼開關(guān)1SW6按表1.4.3中設(shè)置負(fù)載RL的阻值，記錄或存

12、儲(chǔ)()的波形，同時(shí)將和的值填入表1.4.3中（當(dāng)出現(xiàn)凹陷不對(duì)稱時(shí)，可調(diào)節(jié)T）。表1.4.3RL（）150755030（V）23.322.120.117.3（V）0.18400.21650.22250.2250可得ic圖像如下（處理后）： 按表1.4.3中數(shù)據(jù)計(jì)算，繪制負(fù)載特性曲線和。圖像如下：圖像如下：2. 丙類諧振功率放大器的調(diào)諧及等幅輸入信號(hào)下的輸出功率、效率的測(cè)量（1）EC=+12V，輸入信號(hào)6MHz、1VPP，RL=75。（2）用示波器觀測(cè)輸入信號(hào)、輸出信號(hào)及()的波形，用萬(wàn)用表觀測(cè)直流電壓?？蓽y(cè)得=0.1158V（3）反復(fù)微調(diào)輸入信號(hào)幅度及調(diào)節(jié)變壓器T，使放大器集電極負(fù)載回路諧振并工

13、作于臨界狀態(tài)（波形凹陷剛剛消失且最大）。測(cè)量和，計(jì)算：電源供給的功率： 放大器輸出功率： 放大器實(shí)際效率： 集電極耗散功率： 臨界狀態(tài)時(shí)=8.0V =0.2132得到和的圖像如下：（4）用頻譜儀測(cè)量余弦脈沖電流()的頻譜圖 按【Preset】頻譜儀復(fù)位；按【FREQ】輸入6MHz；按【AMPT】并使用【旋鈕】調(diào)節(jié)參考電平，使圖形顯示在屏幕中；按【Peak】最大值搜索。 將頻譜儀射頻輸入連接放大器測(cè)試點(diǎn)1TP29，按【SPAN】輸入100MHz，記錄或存儲(chǔ)余弦脈沖電流()的頻譜及頻率。頻譜圖像如下：3. 基極調(diào)制的應(yīng)用，即基極調(diào)幅及其測(cè)量（1）在上述放大器的臨界工作狀態(tài)下，減小輸入高頻等幅信號(hào)幅

14、度，使丙類諧振功率放大器處于欠壓狀態(tài)（輸出高頻等幅信號(hào)，即載波）的幅度大約3.3VPP左右）。（2）從測(cè)試點(diǎn)1TP26接入1KHz調(diào)制信號(hào)（用示波器WaveGen提供），調(diào)節(jié)的幅度，使輸出已調(diào)信號(hào)波形出現(xiàn)過(guò)調(diào)制，記錄或存儲(chǔ)輸出波形（示波器用作為觸發(fā)源）。（3）調(diào)節(jié)的幅度，使輸出已調(diào)波的調(diào)制度m為20 80，如圖1.4.18所示。記錄或存儲(chǔ)輸出波形。然后，按圖中所示測(cè)量已調(diào)信號(hào)的調(diào)制度m。圖1.4.18 普通波調(diào)幅及調(diào)制度測(cè)量示意圖可得到如下的波形：A=12.6875B=3.7500可計(jì)算得：m=54.37%（4）用頻譜儀觀測(cè)已調(diào)波頻譜、載波頻率和幅度、邊頻或的頻率和幅度、調(diào)制度m、調(diào)制頻率及調(diào)

15、制信號(hào)波形。 按【Preset】頻譜儀復(fù)位；按【FREQ】輸入6MHz；按【AMPT】，調(diào)節(jié)【旋鈕】使圖形顯示在屏幕中；按【SPAN】輸入3KHz；按【Marker】激活頻標(biāo)1，按【Trace】設(shè)置最大保持，讀取頻標(biāo)1的（載波）頻率和幅度。 按【Trace】刷新；按【Marker】頻標(biāo)1 2 3 激活頻標(biāo)2常態(tài)頻標(biāo)，調(diào)節(jié) 頻標(biāo)1 頻標(biāo)2【旋鈕】使頻標(biāo)2位于邊頻或，讀取邊頻的頻率和幅度，如圖1.4.19所示。 圖1.4.19 頻譜儀測(cè)量普通波調(diào)幅調(diào)制度示意圖計(jì)算調(diào)制度：為載波與邊頻的幅度差。 直接測(cè)量調(diào)制信號(hào)頻率 按【Marker】頻標(biāo)差值，調(diào)節(jié)旋鈕移動(dòng)頻標(biāo)至載波與邊頻或，記錄調(diào)制頻率。 直接觀測(cè)調(diào)制信號(hào)按【Preset】