實驗二非線性丙類功率放大器實驗

1、實驗二 非線性丙類功率放大器實驗實驗學(xué)時：2實驗類型：驗證實驗要求：必修一、 實驗?zāi)康?.了解丙類功率放大器的基本工作原理，掌握丙類放大器的調(diào)諧特性以及負(fù)載改變時的動態(tài)特性。2.了解高頻功率放大器丙類工作的物理過程以及當(dāng)激勵信號變化對功率放大器工作狀態(tài)的影響。3.比較甲類功率放大器與丙類功率放大器的特點4.掌握丙類放大器的計算與設(shè)計方法。二、 實驗內(nèi)容1.觀察高頻功率放大器丙類工作狀態(tài)的現(xiàn)象，并分析其特點2.測試丙類功放的調(diào)諧特性3.測試丙類功放的負(fù)載特性4.觀察激勵信號變化、負(fù)載變化對工作狀態(tài)的影響三、 實驗儀器1.信號源模塊 1塊2.頻率計模塊 1塊3.8號板 1塊4.雙蹤示波器 1臺5.

2、頻率特性測試儀（可選） 1臺6.萬用表 1塊四、 實驗基本原理放大器按照電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型。功率放大器電流導(dǎo)通角越小，放大器的效率越高。甲類功率放大器的，效率最高只能達(dá)到50%，適用于小信號低功率放大，一般作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。非線性丙類功率放大器的電流導(dǎo)通角，效率可達(dá)到80%，通常作為發(fā)射機(jī)末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。特點：非線性丙類功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1或更小)，基極偏置為負(fù)值，電流導(dǎo)通角，為了不失真地放大信號，它的負(fù)載必須是LC諧振回路。電路原理圖如圖7-1(見P.48)所

3、示，該實驗電路由兩級功率放大器組成。其中Q3（3DG12）、T6組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)，其中RA3、R14、R15組成靜態(tài)偏置電阻，調(diào)節(jié)RA3可改變放大器的增益。W1為可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)W1可以改變輸入信號幅度，Q4（3DG12）、T4組成丙類功率放大器。R16為射極反饋電阻，T4為諧振回路，甲類功放的輸出信號通過R13送到Q4基極作為丙放的輸入信號，此時只有當(dāng)甲放輸出信號大于丙放管Q4基極射極間的負(fù)偏壓值時，Q4才導(dǎo)通工作。與撥碼開關(guān)相連的電阻為負(fù)載回路外接電阻，改變S1撥碼開關(guān)的位置可改變并聯(lián)電阻值，即改變回路Q值。下面介紹甲類功放和丙類功放的工作原理及基本關(guān)系式。1、甲類功率

4、放大器1) 靜態(tài)工作點如圖7-1所示，甲類功率放大器工作在線性狀態(tài)，電路的靜態(tài)工作點由下列關(guān)系式確定： 2) 負(fù)載特性如圖7-1所示，甲類功率放大器的輸出負(fù)載由丙類功放的輸入阻抗決定，兩級間通過變壓器進(jìn)行耦合，因此甲類功放的交流輸出功率P0可表示為： 式中，為輸出負(fù)載上的實際功率，為變壓器的傳輸效率，一般為0.750.85圖7-2為甲類功放的負(fù)載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點Q應(yīng)選在交流負(fù)載線AB的中點，此時集電極的負(fù)載電阻RH稱為最佳負(fù)載電阻。集電極的輸出功率PC的表達(dá)式為： 式中，Vcm為集電極輸出的交流電壓振幅；Icm為交流電流的振幅，它們的表達(dá)式分別為： 式中，VCES稱為

5、飽和壓降，約1V 圖7-2 甲類功放的負(fù)載特性如果變壓器的初級線圈匝數(shù)為N1，次級線圈匝數(shù)為N2，則 式中，為變壓器次級接入的負(fù)載電阻，即下級丙類功放的輸入阻抗。3) 功率增益與電壓放大器不同的是功率放大器有一定的功率增益，對于圖7-1所示電路，甲類功率放大器不僅要為下一級功放提供一定的激勵功率，而且還要將前級輸入的信號進(jìn)行功率放大，功率放大增益Ap的表達(dá)式為 其中，Pi為放大器的輸入功率，它與放大器的輸入電壓uim及輸入電阻Ri的關(guān)系為2、丙類功率放大器1）基本關(guān)系式丙類功率放大器的基極偏置電壓VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO（ICO）在射極電阻上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路

6、。當(dāng)放大器的輸入信號為正弦波時，集電極的輸出電流iC為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓vc1,電流ic1。圖7-3畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式： 式中，為集電極輸出的諧振電壓及基波電壓的振幅；為集電極基波電流振幅；為集電極回路的諧振阻抗。 式中，PC為集電極輸出功率 式中，PD為電源VCC供給的直流功率；ICO為集電極電流脈沖iC的直流分量。放大器的效率為 圖7-3 丙類功放的基極/集電極電流和電壓波形2）負(fù)載特性當(dāng)放大器的電源電壓VCC，基極偏壓vb，輸入電壓(或稱激勵電壓)vsm確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器

7、的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻Rq。諧振功率放大器的交流負(fù)載特性如圖7-4所示。由圖可見，當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移點A時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降VCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。此時，集電極輸出的功率PC和效率都較高，此時放大器處于臨界工作狀態(tài)。Rq所對應(yīng)的值稱為最佳負(fù)載電阻，用R0表示，即 當(dāng)RqR0時，放大器處于欠壓狀態(tài)，如C點所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。當(dāng)RqR0時，放大器處于過壓狀態(tài)，如B點所示，集電極電壓雖然比較大，但集電極電流波形有凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要

8、求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。判斷放大器是否為臨界工作狀態(tài)的條件是：五、 實驗步驟1.連線框圖如圖7-5所示圖7-5 非線性丙類功率放大電路連線框圖源端口目的端口連線說明信號源：RF1（Vp-p =300mV f=10.7M）8號板：J3射頻信號輸入信號源：RF2頻率計：RF IN頻率計實時觀察輸入頻率2.在前置放大電路中輸入J3處輸入頻率10.7MHz（Vp-p300mV）的高頻信號，調(diào)節(jié)W1使TP6處信號約為6V。調(diào)諧特性的測試將S1設(shè)為“0000”，以1MHz為步進(jìn)從9MHz15MHz改變輸入信號頻率，記錄TP6處的輸出電壓值，填入表7-1。fi9MHz10MHz11MHz1

9、2MHz13MHz14MHz15MHzV0表7-1負(fù)載特性的測試調(diào)節(jié)中周T4使回路調(diào)諧（調(diào)諧標(biāo)準(zhǔn)：TH4處波形為對稱雙峰）。將負(fù)載電阻轉(zhuǎn)換開關(guān)S1依次撥為“1000”，“0100”和“0010”，用示波器觀測相應(yīng)的Vc（TH5處觀測）值和Ve（TH4處觀測）波形，描繪相應(yīng)的ie波形，分析負(fù)載對工作狀態(tài)的影響。RL()820330100VcP-P(V)VeP-P(V)ie的波形表7-2 Vb6V f10.7MHz VCC5V3.觀察激勵電壓變化對工作狀態(tài)的影響（選做）先調(diào)節(jié)T4將ie波形調(diào)到凹頂波形，然后使輸入信號由大到小變化，用示波器觀察ie波形的變化（觀測ie波形即觀測Ve波形，ieVe/R16+R17），用示波器在TH4處觀察6、實驗數(shù)據(jù)（1）調(diào)諧特性在J3處輸入高頻信號（f10.7MHz，Vp-p=300mV），調(diào)節(jié)W1使TP6處信號約為1.8V。將S1設(shè)為“0000”，改變輸入信號頻率，記錄TP6處的輸出電壓值，填入下表：Fi / MHz8.79.710.711.712.713.714.7V0 / mV（2）負(fù)載特性在J3處輸入高頻信號（f10.7MHz，Vp-p=300mV），調(diào)節(jié)W1使TP6處信號約為1.8V。調(diào)節(jié)中周T4使回路調(diào)諧（調(diào)諧標(biāo)準(zhǔn)：T