實驗三丙類高頻功率放大器實驗

1、實驗三丙類高頻功率放大器實驗實驗?zāi)康?. 通過實驗，加深對于高頻諧振功率放大器工作原理的理解。2. 研究丙類高頻諧振功率放大器的負(fù)載特性，觀察三種狀態(tài)的脈沖電流波形。3. 了解基極偏置電壓、集電極電壓、激勵電壓的變化對于工作狀態(tài)的影響。4. 掌握丙類高頻諧振功率放大器的計算與設(shè)計方法。預(yù)習(xí)要求：1 .復(fù)習(xí)高頻諧振功率放大器的工作原理及特點。2. 熟悉并分析圖3所示的實驗電路，了解電路特點。實驗儀表設(shè)備1雙蹤示波器2. 直流電壓表3. 信號發(fā)生器4. TPE-GP4高頻綜合實驗箱實驗區(qū)域：高頻功放（調(diào)幅）及發(fā)射電路部分、LC與晶體振蕩器部分四電路特點及實驗原理簡介1 .電路特點本電路的核心是諧振

2、功率放大器，在此電路基礎(chǔ)上，將音頻調(diào)制信號加入集電極回路中，禾U用諧 振功率放大電路的集電極調(diào)制特性，完成集電極調(diào)幅實驗。當(dāng)電路的輸出負(fù)載為天線回路時，就可以 完成無線電發(fā)射的任務(wù)。為了使電路穩(wěn)定，易于調(diào)整，本電路設(shè)置了獨立的載波振蕩源。ic icocl皿Rlie圖3-2圖與i（U圖關(guān)系的關(guān)系Ub的關(guān)系2.高頻諧振功率放大器的工作原理Vbb Vbb Vcc Vcc 圖圖3圖高頻功放功放原理圖圖 電路工作原理如圖3-1所示。諧振功率放大器是以選頻網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載的功率放大器，它是在無線電發(fā)送中最為重要、最為難調(diào)的 單元電路之一。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類等類型。丙類功率放大器導(dǎo)通

3、 角BV 900，集電極效率可達 80% 一般用作末級放大，以獲得較大的功率和較高的效率。圖3-1中，Vbb為基極偏壓， V為集電極直流電源電壓。為了得到丙類工作狀態(tài)，Vbb應(yīng)為負(fù)值，即基極處于反向偏置。Ub為基極激勵電壓。圖3-2示出了晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，以便用折線法分析集電極電流與基極激勵電壓的關(guān)系。Vbz是晶體管發(fā)射結(jié)的起始電壓（或稱轉(zhuǎn)折電壓）。由圖可知，只有在Ub的正半周，并且大于Vb和Vbz絕對值之和時，才有集電極電流流通。 即在一個周期內(nèi)，集電極 電流ic只在-B+B時間內(nèi)導(dǎo)通。由圖可見，集電極電流是尖頂余弦脈沖，對其進行傅里葉級數(shù)分解 可得到它的直流、基波和其它各次諧波分量的值

4、，即：i c=I co+ I ClnCOSD t + IC2MCOS2d t + I CniCOSRO t +U bm圖3-3高頻功放（調(diào)幅）及發(fā)射電路原理圖求解方法在此不再敘述。為了獲取較大功率和有較高效率，一般取B=7080左右。完整的電路圖見圖 3-3。V3001為推動級，為末級功放電路提供足夠的激勵電壓。V3002構(gòu)成丙類諧振放大電路。R3006 C3007以及L3003等元件構(gòu)成了自給負(fù)偏置電路。RiR.3為負(fù)載電阻，在負(fù)載電阻和功放電路集電極之間采用變壓器電路，以完成負(fù)載和集電極之間阻抗變換。利用跳線端子SW3002可以方便地把不同的負(fù)載電阻分別接入電路中，以完成負(fù)載特性的實驗。

5、在功放輸出級電路中設(shè)置了跳線短路端子J3002和J3003。J3003可完成+12V電源和+69V可調(diào)電源之間的轉(zhuǎn)換，以觀察集電極調(diào)制特性和完成高電平調(diào)幅電路的實驗。J3002是為了在集電極回路中加入低頻調(diào)制信號而設(shè)置的。R005是取樣電阻，以便觀察脈沖電流波形。高頻信號由 P3001輸入，可以使用外接信號源（本實驗采用外接信號源的方式），也可以用實驗箱上的“ LC與晶體振蕩器”電路或“變?nèi)荻O管振蕩器”電路的輸出作信號源。3 高頻功放電路的調(diào)諧與調(diào)整原則理論分析表明，當(dāng)諧振功率放大器集電極回路對于信號頻率處于諧振狀態(tài)時（此時集電極負(fù)載為純電阻狀態(tài)），集電極直流電流IC0為最小，回路電壓 U最

6、大，且同時發(fā)生。然而，由于晶體管在高頻 工作狀態(tài)時，內(nèi)部電容 Cbc的反饋作用明顯，上述IC0最小、回路電壓 Ul最大的現(xiàn)象不會同時發(fā)生。因此，本實驗電路，不單純采用監(jiān)視IC0的方法，而采用同時監(jiān)視脈沖電流iC的方法調(diào)諧電路。由理論分析可知，當(dāng)諧振放大器工作在欠壓狀態(tài)時，i C是尖頂脈沖，工作在過壓狀態(tài)時，i C是凹頂脈沖，而當(dāng)處于臨界狀態(tài)下工作時，i c是一平頂或微凹陷的脈沖。這也正是高頻諧振功率放大器的設(shè)計原則， 即在最佳負(fù)載條件下，使功率放大器工作于臨界狀態(tài)，以獲取最大的輸出功率和較大工作效率。本電 路的最佳負(fù)載為 75Q。因此調(diào)試時也應(yīng)以此負(fù)載為調(diào)試基礎(chǔ)。五實驗內(nèi)容及步驟1. 按下高頻

7、功放電路的電源按鍵SW3001此時該電路的電源指示燈發(fā)光，表示電源已接通。用短路環(huán)分別短接跳線端子J3003的1、2端和跳線端子 J3002的2、4端，使+12V電源直接接入V3002的集電極。用跳線端子接通負(fù)載電阻Rl2 （ 75Q）,用電壓表測定 Ec約為12V。2. 電路調(diào)整：將示波器1通道測試探頭（衰減10倍，下同）連接至測試點M3001處，給定輸入信號頻率為10.7MHz, 幅度約為400mv,將示波器2通道測試探頭（衰減 10倍，下同）連接至測試點M3003處，觀察功放級的輸出波形。將示波器1通道測試探頭（衰減10倍，下同）改接至 M3004,用以檢測脈沖電流。3. 負(fù)載特性的觀察

8、a）保持信號源頻率和幅度不變，將負(fù)載分別接至R1（120 Q ）和Rl3（47 Q ），應(yīng)能觀察到過壓和欠壓狀態(tài)的脈沖電流形狀。若不能，則電路還需做細(xì)心調(diào)整，直至在保持信號源頻率和幅度不變得 情況下，隨著負(fù)載的改變可出現(xiàn)過壓、臨界、和欠壓的三種狀態(tài)的脈沖電流波形。b）三種狀態(tài)的脈沖電流波形大致如圖3-4所示。上述脈沖波形，描繪了放大器的負(fù)載特性，即隨著FC的增大，Ic隨之減小。放大狀態(tài)由欠壓狀態(tài)向過壓狀態(tài)過渡。c）當(dāng)觀察到負(fù)載特性后， 記錄三種負(fù)載條件下的負(fù)載上獲得的輸出電壓UO（p-p）,電源提供給功放管集電極的電壓 Ec,為了避免電壓表輸入阻抗對于輸出回路的影響，測量Ec應(yīng)當(dāng)在J4的2端測

9、試。測試三種狀態(tài)下的集電極直流電流時，既可以采用在J4的2、4兩點間接入直流電流表（200mA檔）直接讀數(shù)，也可以采用測量發(fā)射極電阻上的壓降再換算成電流的方法。但電流表接入回路中后，會對輸出及脈沖電流波形產(chǎn)生一定影響，所以推薦采用第二種方法測試集電極直流電流。換算方法：I妒Ve/Re（已知Re=10Q ）。最后將測試結(jié)果填入表3-1中。表3-1咼頻功放實驗數(shù)據(jù)記錄表R (Q)實測數(shù)據(jù)計算結(jié)果VV)I cQA)V）（p-p）（V）Ec(V)Po(mW)P1(mW)n (%)47751204. 集電極調(diào)制特性的觀察a）將負(fù)載置于47Q檔，輸入信號電壓及 Eb保持不變，用短路環(huán)將 Js的2、3端短接，用69V可調(diào)電源給功放管的集電極供電。調(diào)整鳥3,觀察發(fā)射極脈沖電流波形的變化，這些變化描述了丙類功放電路的集電極調(diào)制特性， 即隨著Vx增大，脈沖電流將會由過壓狀態(tài)向臨界再向欠壓狀態(tài) 變化。novEc=6V圖4-5 E c不同時的脈沖電流波形（Rl=39Q）b）放大特性的觀察保持Vcc、丘、R不變，改變輸入電壓的幅值，可以看出隨著信號幅度由小到大變化，脈沖 電流將由欠壓狀態(tài)向臨界狀態(tài)再向過壓狀態(tài)變化的現(xiàn)象。六問題思考1. 若諧振放大器工作在過壓狀態(tài)，為了使其工作在臨界狀態(tài)，可以改變哪些因素