高頻實驗4功放課件

1、高頻電子線路實驗高頻電子線路實驗 在通信系統(tǒng)中，諧振功率放大器通常位于通信發(fā)射機的末級，在通信系統(tǒng)中，諧振功率放大器通常位于通信發(fā)射機的末級，其目的就是使要輸出的高頻大信號能獲得足夠的高頻功率。功率放其目的就是使要輸出的高頻大信號能獲得足夠的高頻功率。功率放大器是依靠激勵信號對放大管電流的控制，起到把集電極電源的直大器是依靠激勵信號對放大管電流的控制，起到把集電極電源的直流功率轉(zhuǎn)換成負載回路的交流功率的放大器。流功率轉(zhuǎn)換成負載回路的交流功率的放大器。 高頻諧振功率放大器，是無線電發(fā)射機的重要組成部高頻諧振功率放大器，是無線電發(fā)射機的重要組成部分分, ,它的主要功用是實現(xiàn)對高頻已調(diào)波信號的功率放

2、大它的主要功用是實現(xiàn)對高頻已調(diào)波信號的功率放大, , 然后經(jīng)天線將其轉(zhuǎn)化為電磁波輻射到空間然后經(jīng)天線將其轉(zhuǎn)化為電磁波輻射到空間, ,以實現(xiàn)用無線以實現(xiàn)用無線信道的方式完成信息的遠距離傳送。通過本實驗：信道的方式完成信息的遠距離傳送。通過本實驗：1 1掌握高頻諧振功率放大器的電路結(jié)構(gòu)特點、基本功能掌握高頻諧振功率放大器的電路結(jié)構(gòu)特點、基本功能與工作原理。與工作原理。2 2掌握高頻諧振功率放大器的調(diào)諧方法和掌握高頻諧振掌握高頻諧振功率放大器的調(diào)諧方法和掌握高頻諧振功率放大器的調(diào)諧特性，負載特性以及激勵電壓、偏置功率放大器的調(diào)諧特性，負載特性以及激勵電壓、偏置電壓、電源電壓變化時對其工作狀態(tài)的影響。

3、電壓、電源電壓變化時對其工作狀態(tài)的影響。3.3.了解高頻諧振功率放大器的主要性能指標意義，掌握了解高頻諧振功率放大器的主要性能指標意義，掌握測試方法。測試方法。一、實一、實 驗驗 目目 的的4.4.學會電路設(shè)計方法。學會電路設(shè)計方法。3 3觀察并測量外部負載特性變化對諧振功率放大器工作觀察并測量外部負載特性變化對諧振功率放大器工作的影響。的影響。 1 1、高頻諧振功率放大器（甲、高頻諧振功率放大器（甲/ /丙類）靜態(tài)工作狀態(tài)的測量。丙類）靜態(tài)工作狀態(tài)的測量。2 2、高頻諧振功放的諧振頻率、高頻諧振功放的諧振頻率fofo的調(diào)整與測定（調(diào)諧）。的調(diào)整與測定（調(diào)諧）。二、實二、實 驗驗 內(nèi)內(nèi) 容容4

4、 4高頻諧振功率放大器主要性能指標的測量。高頻諧振功率放大器主要性能指標的測量。 利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載的功率放大器利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載的功率放大器, ,稱為諧振功率放大器。一般工作在丙稱為諧振功率放大器。一般工作在丙類類, ,丙類功放的電流通角丙類功放的電流通角 90 90 ，效率可達到，效率可達到80%80%。它通常作為發(fā)射機的末級，。它通常作為發(fā)射機的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的效率。其電路主要由五個部分組成以獲得較大的輸出功率和較高的效率。其電路主要由五個部分組成: :1 1 基本電路結(jié)構(gòu)與特點基本電路結(jié)構(gòu)與特點1 1）集電極直流電源）集電極直流電源Ec2 2）基極偏置電路）基極偏

5、置電路（自給偏壓）（自給偏壓）Re Ce 3 3）大功率晶體管）大功率晶體管BT 大功率晶體管，能承受高電壓，大電大功率晶體管，能承受高電壓，大電流，流，一般工作時發(fā)射極反偏一般工作時發(fā)射極反偏( (丙類丙類) )；4 4）輸入激勵電路）輸入激勵電路ViVi提供功放所需激勵信號提供功放所需激勵信號電壓；且要求幅度電壓；且要求幅度較大，一般為較大，一般為0.5-5V。5 5）輸出諧振回路）輸出諧振回路RLN3N1N2CTTR濾波選頻、阻抗匹配濾波選頻、阻抗匹配電路特點電路特點工作于丙類，集工作于丙類，集電極電流通角：電極電流通角：o90對高頻功率放大器的一般要對高頻功率放大器的一般要求同低頻功放

6、相同：求同低頻功放相同：輸出功率大輸出功率大 效率高效率高2 2、高頻功率放大器的工作原理、高頻功率放大器的工作原理 設(shè)輸入信號電壓設(shè)輸入信號電壓: : tUubmb cos 則加到晶體管基極則加到晶體管基極, ,發(fā)射級的有效電壓為發(fā)射級的有效電壓為: :tUUUuubmBBBBbBE cos +ub_BTEc-VBBRL+C-Uc1+ +U UBEBE _由晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線由晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線uBEic-UBBUBZubCCicCCUbmgC當當BZBEUu ，0 ci 當當BZBEUu ， BZBEccUugi 式式中中cg為為：折線的斜率折線的斜率有有 BZbmBBccUtUUgi

7、 cos 常常數(shù)數(shù) ceuBEccuig功放輸出的功放輸出的IcIc為一為一連串不連續(xù)的余弦連串不連續(xù)的余弦脈沖脈沖與輸入信號相與輸入信號相比：完全失真比：完全失真. .可知：可知：高功放為什么能不失真地放大信號呢高功放為什么能不失真地放大信號呢? ?尖頂余弦脈沖的數(shù)學表達式尖頂余弦脈沖的數(shù)學表達式ccmaxcccos1costcosii 若對若對ci分解為付里葉級數(shù)為：分解為付里葉級數(shù)為： ntItItIIic cos2coscoscmncm1cm1coiC頻譜頻譜 2 3LC回回路阻路阻抗抗 Rp0ictccic1ic2ic3IcoIcmax 由于功放負載為由于功放負載為LCLC并聯(lián)諧振回

8、路，并聯(lián)諧振回路，適當調(diào)節(jié)適當調(diào)節(jié)LCLC回路參數(shù)，使之對回路參數(shù)，使之對icic的的基波產(chǎn)生諧振，回路呈純電阻性，基波產(chǎn)生諧振，回路呈純電阻性，阻抗最大，輸出電壓最大；而對其阻抗最大，輸出電壓最大；而對其他諧波失諧阻抗很低，呈電容性；他諧波失諧阻抗很低，呈電容性；因而回路選出基波電壓因而回路選出基波電壓uc1,uc1,而濾除而濾除各次諧波電壓。各次諧波電壓。+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE _故故回回路路輸輸出出的的基基波波電電壓壓：tUtRIRiucmpcmpcc coscos111 而而晶晶體體管管集集電電極極的的輸輸出出電電壓壓：tUEucmCCE cos

9、uCEuctECubUBZUBBIcmaxuBEtibtictUcmUbmuBEic-UBBUBZubC UbmgCC 故輸出仍為不失故輸出仍為不失真的正弦波真的正弦波. .2 3 3、高功放的主要技術(shù)性能指標、高功放的主要技術(shù)性能指標輸出功率輸出功率 ：高頻功放的輸出功率是指放大器的負載高頻功放的輸出功率是指放大器的負載R RL L上得到的最大不失真上得到的最大不失真功率。也就是集電極的輸出功率，即功率。也就是集電極的輸出功率，即效率效率 常將集電極的效率視為高頻功放的效率，用常將集電極的效率視為高頻功放的效率，用 表示，當集電極回路諧表示，當集電極回路諧振時，振時， 的值由下式計算：的值由

10、下式計算： 功率增益功率增益 功放的輸出功率功放的輸出功率P Po o與輸入功率與輸入功率P Pi i 之比稱為功率增益，用之比稱為功率增益，用A AP P( (單位：單位：dB)dB)表示。表示。pciAPPemcemcmcmcORURIUIp212111212121 。為為集集電電極極電電壓壓利利用用系系數(shù)數(shù)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、高頻功放的工作狀態(tài)、高頻功放的工作狀態(tài)高頻諧振功率放大器在

11、工作時，有三種工作狀態(tài)。高頻諧振功率放大器在工作時，有三種工作狀態(tài)。 1 1、欠壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài) 2 2、臨界狀態(tài)、臨界狀態(tài) 3 3、過壓狀態(tài)、過壓狀態(tài) 其不同工作狀態(tài)的劃分，是根據(jù)功放管在其不同工作狀態(tài)的劃分，是根據(jù)功放管在輸入激勵信輸入激勵信號的一個周期內(nèi)晶體管是否進入輸出特性曲線的飽和區(qū)來號的一個周期內(nèi)晶體管是否進入輸出特性曲線的飽和區(qū)來劃分的劃分的。由于高功放為獲得大功率、高效率。一般工作在。由于高功放為獲得大功率、高效率。一般工作在丙類，即非線性狀態(tài)。故采用諧振功放的動態(tài)線或稱交流丙類，即非線性狀態(tài)。故采用諧振功放的動態(tài)線或稱交流負載線來分析。負載線來分析。 放大器的三種工作狀態(tài)之欠

12、壓狀態(tài)放大器的三種工作狀態(tài)之欠壓狀態(tài)CiCCV0VdgmaxBEv相交與工作區(qū)時紅色與負載線藍色線當)()(maxBEv壓狀態(tài)”。我們稱放大器處于“欠幅還沒有到達最大值。因為此時的輸出電壓振CviCtCi欠壓狀態(tài)的為尖頂余弦脈沖為尖頂余弦脈沖負載線斜率負載線斜率 放大器的三種工作狀態(tài)之臨界狀態(tài)放大器的三種工作狀態(tài)之臨界狀態(tài)CvCiCCV0V的拐點時相交于紅色與負載線藍色線當maxmax)()(BEBEvv界狀態(tài)”。我們稱放大器處于“臨。再大就進入飽和區(qū)了飽和區(qū)和工作區(qū)的邊界此時輸出電壓振幅到達)(會降低。負載線的斜率絕對值就增大當,pRmaxBEviCtCi臨界狀態(tài)的仍為尖頂余弦脈沖仍為尖頂余

13、弦脈沖 放大器的三種工作狀態(tài)之過壓狀態(tài)放大器的三種工作狀態(tài)之過壓狀態(tài)CvCiCCV0V延長線相交與飽和區(qū)時紅色與負載線藍色線當)()(maxBEv壓狀態(tài)”。我們稱放大器處于“過使三極管進入飽和區(qū)。大此時的輸出電壓振幅過,會更加降低。負載線的斜率絕對值就繼續(xù)增大當,pRmaxBEviCt出現(xiàn)了凹頂過壓狀態(tài)的Ci三極管工作區(qū)三極管工作區(qū)三極管飽和區(qū)三極管飽和區(qū)5 5、丙類諧振功率放大器的外部特性、丙類諧振功率放大器的外部特性 高頻諧振功率放大器要實現(xiàn)大的高頻諧振功率放大器要實現(xiàn)大的功率功率P Po o輸出，高的集電極效率輸出，高的集電極效率c c，最終取決于功放電路中外部電路參數(shù)：，最終取決于功放

14、電路中外部電路參數(shù)：直流電源直流電源(U(UBBBB、U UCCCC) )、激勵源激勵源和和負載電阻負載電阻(R(RL L) )。當這些參數(shù)發(fā)生變化時，不僅會將會影響。當這些參數(shù)發(fā)生變化時，不僅會將會影響到功放的工作狀態(tài)，也會改變輸出功率與效率；另一方面可以通過到功放的工作狀態(tài)，也會改變輸出功率與效率；另一方面可以通過調(diào)整這些外部參量來改變功率放大器的性能。調(diào)整這些外部參量來改變功率放大器的性能。 將外部參量變化時對功率放大器工作狀態(tài)及性能指標的影響的將外部參量變化時對功率放大器工作狀態(tài)及性能指標的影響的相關(guān)參數(shù)，稱為高功放的相關(guān)參數(shù)，稱為高功放的外部特性外部特性，包括，包括負載特性負載特性-

15、RL的影響的影響放大特性放大特性- Uim 的影響的影響調(diào)制特性調(diào)制特性- UBB、 UCC的影響的影響 高頻功放的負載特性高頻功放的負載特性 如果高功放的如果高功放的V VCCCC、V VBBBB、V Vb b 3 3個參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)個參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負載電阻就由負載電阻R Rp p決定。此時，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等決定。此時，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨隨R Rp p而變化的特性，就叫做而變化的特性，就叫做放大器的負載特性。放大器的負載特性。vBEmaxicvC6 6、高頻功放的調(diào)諧測試電路、高頻功放的調(diào)諧測試電路示波器監(jiān)測波形失真

16、示波器監(jiān)測波形失真高頻信號發(fā)生器提供激勵信高頻信號發(fā)生器提供激勵信號電壓與工作頻率號電壓與工作頻率直流毫安表直流毫安表mAmA測測量集電極的直流量集電極的直流電流電流高頻電壓表高頻電壓表V V測量負測量負載載R RL L的端電壓的端電壓在集電極回路處于諧振狀態(tài)時，放大器的輸出功率可以由下式計算：2LLVoRP 在回路諧振時，高頻電壓表的讀數(shù)應達在回路諧振時，高頻電壓表的讀數(shù)應達到最大值，直流毫安表的讀數(shù)為最小值，到最大值，直流毫安表的讀數(shù)為最小值，示波器監(jiān)測的波形為不失真基波。示波器監(jiān)測的波形為不失真基波。三、實驗應會知識三、實驗應會知識3、1 實驗用高頻諧振功率放大器實驗電路組成實驗用高頻諧

17、振功率放大器實驗電路組成 實驗用高頻諧振功率放大器電路由實驗用高頻諧振功率放大器電路由2 2 級放大器組成。其中，級放大器組成。其中，BG1 BG1 是甲類前置放大器，是甲類前置放大器，Ct1 Ct1 用以調(diào)諧，用以調(diào)諧，TP2 TP2 點為前置放大級的輸出測試點。點為前置放大級的輸出測試點。BG2BG2為末級丙類功率放大器，為末級丙類功率放大器，Ct2Ct2用用以調(diào)諧以調(diào)諧, ,當當K3K3斷開時可串入萬用表（直流電流檔），以監(jiān)測斷開時可串入萬用表（直流電流檔），以監(jiān)測IC0 IC0 值。同時，值。同時，TP3 TP3 點可近點可近似作為集電極電流似作為集電極電流i iC C 波形的測試點。

18、波形的測試點。SW1SW1用以改變集電極負載電阻。用以改變集電極負載電阻。OUTOUT點為功放輸出點為功放輸出測量點。測量點。第一級甲第一級甲類前置高類前置高頻電壓放頻電壓放大器大器丙類諧振高頻丙類諧振高頻功率放大器功率放大器甲放甲放IC測量測量功放輸功放輸入控制入控制功放功放IC測量測量SW1 實驗用高頻諧振功率放大器實驗電路模塊實驗用高頻諧振功率放大器實驗電路模塊 信號輸入信號輸入前級放大信號輸出前級放大信號輸出功放輸出功放輸出IC波形波形實驗現(xiàn)場操作規(guī)程 a a、注意安全操作規(guī)程，確保人身安全、注意安全操作規(guī)程，確保人身安全請注意人身安全和儀器設(shè)備的安全！請注意人身安全和儀器設(shè)備的安全！

19、為了防止器件損壞，在切斷實驗電路板上的電源后才能改接電路。為了防止器件損壞，在切斷實驗電路板上的電源后才能改接電路。調(diào)換儀器時應切斷實驗臺的電源。調(diào)換儀器時應切斷實驗臺的電源。 逐步養(yǎng)成單手操作的習慣。逐步養(yǎng)成單手操作的習慣。 b b、愛護儀器設(shè)備、愛護儀器設(shè)備儀器在使用過程中，不必經(jīng)常開關(guān)電源。儀器在使用過程中，不必經(jīng)常開關(guān)電源。切忌切忌無目的地撥弄儀器面板上的開關(guān)和按鈕。無目的地撥弄儀器面板上的開關(guān)和按鈕。儀器設(shè)備出現(xiàn)問題，請向老師尋求幫助，儀器設(shè)備出現(xiàn)問題，請向老師尋求幫助，請勿請勿隨便調(diào)換配件。隨便調(diào)換配件。注意儀表允許安全電壓（或電流），切勿超過！注意儀表允許安全電壓（或電流），切勿

20、超過！ 當被測量值的大小無法估計時，應從儀表的最大量程開始測試，當被測量值的大小無法估計時，應從儀表的最大量程開始測試，然后逐漸減小量程。然后逐漸減小量程。c c、實驗完成后實驗完成后 請將所有設(shè)備電源關(guān)斷，實驗箱蓋按號還原，連接線、工具請放回箱內(nèi)，請將所有設(shè)備電源關(guān)斷，實驗箱蓋按號還原，連接線、工具請放回箱內(nèi)，并將實驗臺面清理干凈，養(yǎng)成良好的習慣。并將實驗臺面清理干凈，養(yǎng)成良好的習慣。1 1、甲類、甲類/ /丙類放大器直流工作狀態(tài)與特點的測定丙類放大器直流工作狀態(tài)與特點的測定測試電路框圖如圖所示。測試電路框圖如圖所示。實實驗驗準準備備 連接+12V電源與地連接“K1、K2、K3”與RL=47

21、0（SW1“4”O(jiān)N）選定并插上實驗電路模塊2.2.按下表所列要求，用萬用表分別測量按下表所列要求，用萬用表分別測量Q1Q1、Q2Q2管的各極靜態(tài)直流電壓，并將測管的各極靜態(tài)直流電壓，并將測量數(shù)據(jù)填入表中量數(shù)據(jù)填入表中根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析甲類與丙類根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析甲類與丙類放大器直流靜態(tài)區(qū)別，體會丙類放大器直流靜態(tài)區(qū)別，體會丙類功放直流狀態(tài)的特點。功放直流狀態(tài)的特點。1.1.適當調(diào)整適當調(diào)整RW1RW1，使緩沖級，使緩沖級V VEQEQ=2.2V=2.2V四、實驗內(nèi)容與操作步驟四、實驗內(nèi)容與操作步驟2 2、甲類與丙類放大器的調(diào)整與動態(tài)測量、甲類與丙類放大器的調(diào)整與動態(tài)測量 測試電路框圖如圖所示

22、。測試電路框圖如圖所示。實實驗驗準準備備 保持以上基本保持以上基本設(shè)置狀態(tài)不變設(shè)置狀態(tài)不變RL=470實實驗驗數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)測測量量 Vi=6.5 MHZ/150mVp-pVi=6.5 MHZ/150mVp-p等幅波加入等幅波加入TP1TP1與地之間。與地之間。“CH1CH1檢測檢測” CH2 CH2測量緩沖放大器輸出（測量緩沖放大器輸出（TP2TP2），并適當微調(diào)），并適當微調(diào)Ct1Ct1，使放大器諧，使放大器諧振振( (即輸出信號最大且不失真即輸出信號最大且不失真) )。 CH2 CH2測量諧振功放輸出（測量諧振功放輸出（OUTOUT），并適當微調(diào)），并適當微調(diào)Ct2Ct2或高信器頻率，或高信器

23、頻率，使放大器諧振（即輸出信號最大不失真）。使放大器諧振（即輸出信號最大不失真）。記錄諧振時，諧振功率放大器的諧振頻率記錄諧振時，諧振功率放大器的諧振頻率fo= ?, fo= ?, 并記錄諧振時并記錄諧振時ViVi與與VoVo、IeIe信號波形。信號波形。當功放諧振時，用三用表測量諧振功放的當功放諧振時，用三用表測量諧振功放的VEVE、VBVB、VCVC與與VCEVCE，將數(shù)，將數(shù)據(jù)記錄于表中。據(jù)記錄于表中。VitVot諧振時諧振時Iet3 3、丙類功率放大器負載特性測定、丙類功率放大器負載特性測定測試電路框圖和實驗測試條件同上：測試電路框圖和實驗測試條件同上：測試條件：測試條件：Vcc=+1

24、2V Vcc=+12V R RL L=470 =470 輸入信號頻率輸入信號頻率= =諧振頻率諧振頻率fofo 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。 用示波器用示波器“ CH1CH1”探頭檢測探頭檢測“高頻功率放大器高頻功率放大器”實驗板的實驗板的“IeIe”波形；用示波器波形；用示波器”CH2CH2”探頭檢測探頭檢測“高頻功率放大器高頻功率放大器”實驗板的實驗板的“OUTOUT”波形。波形。 適當調(diào)整高頻信號發(fā)生器的輸出信號適當調(diào)整高頻信號發(fā)生器的輸出信號幅度，使放大器處于過壓工作狀態(tài)，即使幅度，使放大器處于過壓工作狀態(tài)，即使IeIe出現(xiàn)雙峰，并記錄此時的電流波形。出現(xiàn)雙峰，并記錄此時的電流波形。 改變負載（用連接線），使負載電阻改變負載（用連接線），使負載電阻依次變?yōu)橐来巫優(yōu)?40 240 75517551。觀察