高頻功率放大器實驗報告

文檔從網(wǎng)絡(luò)中收集，已重新整理排版.word版本可編輯?歡迎下載支持.高頻功率放大器實驗報告篇一：高頻諧振功率放大器實驗實驗報告丙類高頻諧振功率放大器與基極調(diào)幅實驗報告一．實驗?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Po、直流功率PD、集電極效率?C測量方法。4.掌握用頻譜儀觀測信號頻譜、頻率及調(diào)制度的方法。二．實驗儀器及設(shè)備1?調(diào)幅與調(diào)頻接收模塊。2?直流穩(wěn)壓電壓GPD-3303DF20A型數(shù)字合成函數(shù)發(fā)生器/計數(shù)器4.DSO-XXXA數(shù)字存儲示波器5.SA1010頻譜分析儀三.實驗原理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)射機的末級。主要任務(wù)是高效率的輸出最大高頻功率，饋送到天線輻射出去。為了提高效率，晶體管發(fā)射結(jié)采用負偏置，使放大器工作于丙類狀態(tài)（導(dǎo)通角ev90）。高頻諧振功率放大器基本構(gòu)成如圖1.4.1所示，O(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非線性放大器，工程上常采用折線分析法，各級電壓、電流波形如圖1.4.2所示。a)(b) (圖1.4.2各級電壓、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：iC?gC(vBE?UBZ)1.4.1放大器的外電路關(guān)系為：uBE?EB?Ubmcos?t1.4.2uCE?EC?Ucmcos?t1.4.3當(dāng)輸入信號ub?EB?UBZ時，晶體管截止，集電極電流iC?0；當(dāng)輸入信號ub?EB?UBZ時，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iC為：iC?iCmcos?t?aco?s1?co?s1.4.4式中，UBZ為晶體管開啟電壓，gC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ic為尖頂余弦脈沖，可用傅里葉級數(shù)展開為：ic(t)?IC0?IC1mcos?t?IC2mcos2?t?IC3mcos3?t??1.4.5其中，IC0為iC的直流分量，IClm、IC2m、…分別為ic的基波分量、二次諧波分量、…。集電極余弦脈沖電流iC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iC及各次諧波的波形圖1?4.4集電極余弦脈沖電流iC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，晶體管集電極負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)諧于輸入信號頻率(基波頻率)時，高頻功率放大器的輸出信號為：uc(t)?IC1mRPcos?t1.4.6IC0?ICmax?0(?)1.4.7IC1m?ICmax?1(?)1.4.8式中，uc(t)為諧振回路的端電壓；RP為回路的等效諧振電阻；ICmax為集電極余弦脈沖電?0(?)、?1(?)流的最大值；IC0為脈沖電流的直流分量；IClm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?二60。。 ?80°丙類諧振功率放大器的主要技術(shù)指標⑴輸出高頻交流功率：Po?Uom2RL2?UormsRL21.4.9⑵電源電壓提供的直流功率PD：PD?ECIC01.4.10⑶集電極效率?C： ?c?PoPD1.4.11式中，Uom為輸出電壓振幅，Uorms為輸出電壓有效值，RL為負載電阻。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，只存在動態(tài)（交流）工作點（uBE、iC、uCE），動態(tài)點的軌跡稱為動態(tài)特性或動態(tài)線，如圖1.4.5所示。圖1.4.5高頻功率放大器動態(tài)特性iC?f（uBE，uCE）當(dāng)晶體管確定后，四個外部電路參量EC、EB、Ubm和RP不同，使電路分別工作在欠壓、（Ucm、ICO、IClm；PD、PO、PC、？C）臨界和過壓狀態(tài)，同時也影響電路的性能，當(dāng)EC、EB、Ubm和RP—定時，工作狀態(tài)及性能也就唯一地確定了。負載對工作狀態(tài)的影響及負載特性（Ucm、ICO、IClm；PD、PO、PC、？C）維持EC、EB、Vbm不變，放大器的工作狀態(tài)和性能隨負載RP變化的特性，稱為負載特性。圖1.4.6負載RP對工作狀態(tài)的影響三種工作狀態(tài)比較：⑴臨界狀態(tài)圖1.4.7負載特性PO達到最大，？C也較高，是最佳工作狀態(tài)，對應(yīng)的諧振電阻RP稱為諧振功率放大器的最佳匹配電阻。⑵過壓狀態(tài)效率?C較高，回路端電壓Ucm基本不變，近似恒壓源,常用于需要維持電壓比較穩(wěn)定的場合，集電極調(diào)幅就工作于過壓狀態(tài)。⑶欠壓狀態(tài)PO比較小，？c也比較低，故很少采用，基極調(diào)幅需要工作于欠壓狀態(tài)。電源電壓Ec對工作狀態(tài)的影響及集電極調(diào)制特性（Ucm、ICO、IClm；PD、PO、PC、？C）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1.4.8EC對工作狀態(tài)的影響篇二：高頻實驗三高頻丙類諧振功率放大器實驗報告實驗三高頻丙類諧振功率放大器實驗一、實驗?zāi)康倪M一步掌握高頻丙類諧振功率放大器的工作原理。掌握丙類諧振功率放大器的調(diào)諧特性和負載特性。掌握激勵電壓、集電極電源電壓及負載變化對放大器工作狀態(tài)的影響。4.掌握測量丙類功放輸出功率，效率的方法。二、實驗使用儀器1.丙類諧振功率放大器實驗板2.200MH泰克雙蹤示波器3.FLUKE萬用表4.高頻信號源5.掃頻儀（安泰信）三、實驗基本原理與電路1.高頻諧振功率放大器原理電路高頻諧振功率放大器研究的主要問題是如何獲得高效率、大功率的輸出。放大器電流導(dǎo)通角。愈小，放大器的效率n愈高。如甲類功放的0=180,效率n最高為50%，而丙類功放的0V90。，效率n可達到80%。諧振功率放大器采用丙類功率放大器，采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載回路的丙類功率放大器稱為高頻諧振功率放大器。iL高頻諧振功率放大器電壓和電流關(guān)系在集電極電路中，LC振蕩回路得到的高頻功率為P0?12Ic1mU?12Ic1mRe?21U2cmcm2Re集電極電源EC供給的直流輸入功率為PE?ECIC0集電極效率nP0PE1Ic1mUC為輸出高頻功率Po與直流輸入功率PE之比，即?C?cm2IC0EC靜態(tài)工作點、輸入激勵信號幅度、負載電阻，集電極電源電壓發(fā)生變化，諧振功率放大器的工作狀態(tài)將發(fā)生變化。如圖3-3所示，當(dāng)C點落在輸出特性（對應(yīng)uBEmax的那條）的放大區(qū)時，為欠壓狀態(tài)；當(dāng)C點正好落在臨界點上時，為臨界狀態(tài)；當(dāng)C點落在飽和區(qū)時，為過壓狀態(tài)。諧振功率放大器的工作狀態(tài)必須由集電極電源電壓EC、基極的直流偏置電壓EB、輸入激勵信號的幅度Ubm、負載電阻Re四個參量決定，缺一不可，其中任何一個量的變化都會改變C點所處的位置，工作狀態(tài)就會相應(yīng)地發(fā)生變化。2.實驗電路高頻諧振功率放大器實驗電路四、實驗內(nèi)容1．丙類諧振功率放大器實驗電路的調(diào)整。2.丙類諧振功率放大器的激勵調(diào)制特性測試---激勵電壓變化對放大器工作狀態(tài)的影響測試。3．諧振功率放大器的負載特性測試---負載變化對放大器工作狀態(tài)的影響測試。4．集電極電源電壓變化對諧振功率放大器工作狀態(tài)的影響（集電極調(diào)制特性）的測試。五、實驗步驟及數(shù)據(jù)記錄與分析1．高頻諧振功率放大器實驗電路的調(diào)整｛用高頻信號源提供10.7MHz的輸入信號由IN1端接入高頻諧振功率放大器實驗電路，幅度在1V左右。調(diào)整電位器RW1和微調(diào)CV1、CV2、B1、B2,在OUT端用示波器，觀測到放大后的不失真的輸入信號。當(dāng)輸出信號幅度最大，失真最小時，認為功放已經(jīng)調(diào)諧了。｝調(diào)諧中發(fā)現(xiàn)CV1、CV2對波形影響更顯著，故先調(diào)整CV1、CV2使得有較為理想的輸出波形，再配合上Bl、B2一起進行微調(diào)。2.丙類諧振功率放大器的激勵調(diào)制特性測試｛逐步增加基極輸入激勵信號的幅度，保持電源電壓Ec=12V（測量TP5點），負載RL不變，觀察射極電壓波形,看是否出現(xiàn)凹陷，當(dāng)出現(xiàn)凹陷時，可以認為進入了過壓工作狀態(tài)。當(dāng)激勵信號的幅度逐漸增加時，觀察對集電極輸出電壓波形、集電極電流波形的影響、測量集電極輸出電壓Uo、由TP3處測量直流電壓Ve，發(fā)射極平均電流IC0二Ve/R7，根據(jù)前面的關(guān)系式，計算電源消耗的總功率，效率，輸出功率。分別在欠壓，零界和過壓三種狀態(tài)下，選取一點測量電源消耗的總功率，效率，輸出功率，并記錄。｝電路消耗的總功率P輸出功率P0效率？?P0P?Ec?Ico?Ec?VeR7?Vcm22RP實驗測得R7?29.9?,Ec=10.378V。在實際實驗箱上進行實驗時，Ec無法達到要求的12V,由于實驗箱元件都為固定元件，通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)使得Ec最大只能調(diào)到10.378V,所以采用10?378V進行實驗。此處Uo測量的為峰峰值，在代入計算時除以2作為Vcm。由數(shù)據(jù)能夠看出，隨著激勵信號幅度的增大，集電極輸出電壓幅度越來越大，輸出功率越來越大，效率也越來越高，工作狀態(tài)也由欠壓變成臨界再變成過壓。原因是當(dāng)EB增大時，會引起*、iCmax增大，從而引起IC0、Iclm、Ucm增大。由于EC不變，UCEmin=EC-Ucm則會減小，這樣勢必導(dǎo)致工作狀態(tài)由欠壓變到臨界再進入過壓。進入過壓狀態(tài)后，集電極電流脈沖高度雖仍有增加，但凹陷也不斷加深。由測得數(shù)據(jù)繪制曲線如下：由曲線中可以看出，在激勵信號為420mV即0.42V點處，曲線斜率發(fā)生明顯變化，該點為臨界狀態(tài)，左邊為欠壓狀態(tài)，右邊為過壓狀態(tài)。在激勵信號幅度小于0.1V的幾個點出現(xiàn)不符合曲線走勢的狀況，可能是由于激勵信號幅度過小，所以集電極輸出電壓幅值也很小，儀器測量精度無法準確分辨而帶來的誤差。篇三：高頻功率放大器實驗實驗報告課程名稱：高頻電子線路實驗指導(dǎo)老師：韓杰、龔淑君成績： 實驗名稱：高頻功率放大器實驗類型：驗證型實驗同組學(xué)生姓名：_一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、實驗?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康?、了解高頻功率放大器的主要技術(shù)指標——輸出功率、中心頻率、末級集電極效率、穩(wěn)定增益或輸入功率、線性動態(tài)范圍等基本概念，掌握實現(xiàn)這些指標的功率放大器基本設(shè)計方法，包括輸入、輸出阻抗匹配電路設(shè)計，回路及濾波器參數(shù)設(shè)計，功率管的安全保護，偏置方式及放大器防自激考慮等。2、掌握高頻功率放大器選頻回路、濾波器的調(diào)諧，工作狀態(tài)（通角）的調(diào)整，輸入、輸出阻抗匹配調(diào)整，功率、效率、增益及線性動態(tài)范圍等主要技術(shù)指標的測試方法和技能。二、實驗原理高頻功率放大器實驗電路原理圖如下圖圖1所示。電路中電阻、電容元件基本上都采用貼片封裝形式。放大電路分為三級，均為共射工作，中心頻率約為10MHz。圖1高頻功率放大器第一極（前置級）管子T1采用9018或9013,工作于甲類，集電極回路調(diào)諧于中心頻率。第二級（驅(qū)動級）管子T2采用3DG130C，其工作狀態(tài)為丙類工作，通角可調(diào)。通角在45°~60°時效率最高。調(diào)整RW1時，用示波器在測試點P2可看到集電極電流脈沖波形寬度的變化，并可估測通角的大小。第二級集電極回路也調(diào)諧于中心頻率。第三級（輸出級）管子T3也采用3DG130C，工作于丙類，通角調(diào)在60°~70°左右。輸出端接有T形帶通濾波器和n型阻抗變換器，具有較好的基波選擇性、高次諧波抑制和阻抗匹配性能。改變短路器開關(guān)K1~K4可觀看濾波器的失諧狀態(tài)，為保證T3管子安全，調(diào)整時應(yīng)適當(dāng)降低電源電壓或減小激勵幅度。改變K5、K6可影響T3與51Q負載的匹配狀態(tài)。匹配時，51Q負載上得到最大不失真功率為200mW左右，二次諧波抑制優(yōu)于20dB，三級總增益不小于20dB，末級集電極到負載上的凈效率可達30%左右，考慮濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的插入損耗，集電極效率可達40%以上。開關(guān)K8只有在接通后才能使功放達到預(yù)定效率，但實驗時，為了使R16對末級管子T3起到限流保護作用，K8不要接通，而R16上的電壓降也不必扣除，這只使功放總效率略有降低。電源開關(guān)K7用于防止穩(wěn)壓電源開機或關(guān)機時電壓上沖導(dǎo)致末級功放管損壞。三、 主要儀器設(shè)備10MHz高頻功率放大器實驗板、BT3C（或NW1252）掃頻儀、高頻信號發(fā)生器（QF1056B或EE1461）、示波器、超高頻毫伏表（DA22）、直流穩(wěn)壓電源（電壓5~15V連續(xù)可調(diào)，電流1A）、500型萬用表（或數(shù)字萬用表四、 實驗內(nèi)容和步驟主要測試指標：功率、效率、線性動態(tài)范圍實驗準備與儀器設(shè)置1、實驗板：?開關(guān)K7用于防止穩(wěn)壓電源開機或關(guān)機時電壓上沖導(dǎo)致末級功放管損壞，所以穩(wěn)壓電源開機或關(guān)機前，開關(guān)K7必須置于關(guān)閉（向下）；?短路開關(guān)置于KI、K3、K6、K9、K10，否則濾波器失諧，影響T3與51Q負載的匹配狀態(tài)，從而影響實驗結(jié)果。2、電源：?為保證T3管子安全，電源電壓最高不超過+15V，實驗時設(shè)置為+14?5V~+15V。實驗內(nèi)容與步驟用信號源及示波器測功放輸出功率及功率增益適當(dāng)改變信號幅度(200~300mV左右)，使51Q負載上得到額定功率200mW。在測試點P2觀察電流脈沖，寬度應(yīng)為周期的1/3左右。(3)從輸入輸出信號幅度求得功放的(轉(zhuǎn)換)功率增、人益。(4)比較濾波器輸入輸出幅度，估計濾波器插入衰減。用雙蹤示波器觀察電流電壓波形(1)比較功放末級發(fā)射極電流脈沖波形和負載上基波電壓波形的相位。(2)比較功放第二級發(fā)射極電流脈沖波形與集電極電壓基波波形的相位，并分別畫出波形。高頻功放效率(主要是末級)的調(diào)試與測量(1)用示波器觀看第二級發(fā)射極電阻電流脈沖寬度。(2)用示波器在第三級功放發(fā)射極電阻上觀看其電流脈沖波形。8)功放線性觀察(1)調(diào)幅波通過功率放大器將中心頻率為10MHz、調(diào)制度為60%的調(diào)幅信號電壓加到功放輸入端，適當(dāng)調(diào)整輸入信號幅度(200mV),使51Q負載上輸出調(diào)幅波峰值功率不超過功放額定功率200mW，用雙蹤示波器比較輸入、輸出調(diào)幅波的波形并加以說明。(2)調(diào)頻波通過功率放大器將中心頻率為10MHz的調(diào)頻波(頻偏60KHz)輸入功放，調(diào)節(jié)信號幅度使負載上調(diào)頻信號功率不超過功放額定功率，比較輸入、輸出調(diào)頻波的波形并加以說明。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1、用信號源及示波器測功放輸出功率及功率增益(1)適當(dāng)改變信號幅度(