實驗二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特別提示：1本電路的核心是諧振功率放大器，因此，實驗前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)有關(guān)教材，熟悉諧振功率放大器本，中調(diào)整過程，無一不是以理論為基礎(chǔ)的。2 認(rèn)真閱讀本實驗指導(dǎo)書，是對于畫有波浪線的文字，實驗中要給與關(guān)注。一. 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。二. 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。三.

2、 實驗儀表設(shè)備1. 雙蹤示波器2. 數(shù)字萬用表3. TPE-GP5通用實驗平臺4. G1N實驗?zāi)K5. G2N實驗?zāi)K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，利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。2 高頻諧振功率放大器的工作原理參見圖1。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

3、型。丙類功率放大器導(dǎo)通角900，集電極效率可達(dá)80%，一般用作末級放大，以獲得較大的功率和較高的效率。圖1中，Vbb為基極偏壓，Vcc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Vbb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-+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(jìn)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

4、值，即：ic=IC0+ IC1mCOSt + IC2MCOS2t + + ICnMCOSnt + 圖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=700800左右。完整的電路圖見圖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。RL1RL3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。在功放輸出級電路中設(shè)置了跳

5、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。R3005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，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。1.2.3.a)i.1.2.3. 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UL最大，且同時發(fā)生。然而，由于晶

6、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，iC是尖頂脈沖，工作在過壓狀態(tài)時，iC是凹頂脈沖，而當(dāng)處于臨界狀態(tài)下工作時，iC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75。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 實驗?zāi)K的緊固與連接取出G1N與G2N實驗?zāi)K，并將其

7、正確固定在TPE-GP5通用實驗平臺的實驗區(qū)上，建議將G1N置于左上角實驗區(qū)，G2N置于與其相連的實驗區(qū)（右上角）。這樣做的目的是為了便于實驗電路之間的連接。2 載波振蕩源的調(diào)整：(1) 接通實驗平臺總電源，并在G1N模塊上找到“LC與晶體振蕩器”，按下該電路的電源按鍵SW1001，此時該電路的電源指示燈發(fā)光，表示電源已接通。(2) 將該電路連接成晶體振蕩器的形式，即，用短路環(huán)短接跳線端子J1001，并使S1001、S1003和S1004開路，S1002作適當(dāng)連接。用示波器在M1001處測試其輸出波形，調(diào)整Rp1001和Rp1002使振蕩器穩(wěn)定輸出，幅度大約為0.4V（頻率為10.7MHz）。

8、用短接線將該信號連接至P3001（G2N小板高頻功放電路的輸入端）。3 功放電路的調(diào)整：(1) 按下高頻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（75）。(2) 推動級的調(diào)整：將示波器1通道測試探頭（衰減10倍，下同）連接至M3001，靈敏度置于0.2V/DIV檔（由于探頭有10倍衰減，故實際相當(dāng)于2V/DIV）, 用以監(jiān)測推動級的輸出電壓波形。仔細(xì)調(diào)整CT3001，使推動級的輸出電壓最大（約3.54VP-P）。(

9、3) 丙類功放的調(diào)整：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，靈敏度置于0.2V/DIV檔（由于探頭有10倍衰減，故實際相當(dāng)于2V/DIV），用以監(jiān)測功放級的輸出波形。將示波器1通道測試探頭（衰減10倍，下同）改接至M3004，靈敏度置于10mV/DIV或20mV/DIV，用以檢測脈沖電流。仔細(xì)調(diào)整CT3003，使輸出回路諧振，且實現(xiàn)負(fù)載到集電極間的阻抗轉(zhuǎn)換。觀察M3003處的波形，應(yīng)能得到失真最小的正弦波形。同時觀察M3004處的波形，是否得到了一個臨界狀態(tài)的脈沖電流波形（略有凹陷的波形）。若未能觀察到臨界狀態(tài)的脈沖電流，則需要仔細(xì)調(diào)整CT3001、CT3002和

10、CT3000，使功放級的輸入達(dá)到較好的匹配狀態(tài)，必要時還需適當(dāng)?shù)卣{(diào)整載波信號源的輸出幅度。正常情況下，在 M3001處觀察到的輸出波形幅度應(yīng)不低于9.4V。4 負(fù)載特性的觀察(1) 保持信號源頻率和幅度不變，將負(fù)載分別接至RL1(120)和RL3(47)，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。(2) 三種狀態(tài)的脈沖電流波形大致如圖所示。RL=120 RL=75 RL=47圖4 不同負(fù)載下的脈沖電流波形上述脈沖波形，描繪了放大器的負(fù)載特性，即隨著Rc的增大，Ic

11、隨之減小。放大狀態(tài)由欠壓狀態(tài)向過壓狀態(tài)過渡。(3) 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UL(P-P)，電源提供給功放管集電極的電壓UC，為了避免電壓表輸入阻抗對于輸出回路的影響，測量UC應(yīng)當(dāng)在J3002的2端測試。測試三種狀態(tài)下的集電極直流電流時，既可以采用在J3002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：IC0=VE/RE(已知RE=10)。最后將測試結(jié)果填入表中表1 高頻功放實驗數(shù)據(jù)記錄表

12、RL（）實測數(shù)據(jù)計算結(jié)果ICO(A)VL(P-P)(V)VC(V)PS(mW)PL(mW)(%)39751205 集電極調(diào)制特性的觀察(1) 將負(fù)載置于47檔，輸入信號電壓及Eb保持不變，用短路環(huán)將J3003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Rp3002,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Vcc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。EC=10V EC=6V 圖5 EC不同時的脈沖電流波形（RL=39）(2) 放大特性的觀察保持Vcc、Eb、RL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