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1、实验三丙类高频功率放大器实验图1高频功放原理图特别提示：1.本电路的核心是谐振功率放大器，因此，实验前必须认真预习有关教材，熟 悉谐振功率放大器的基本特性，实验中所有调整过程，无一不是以理论为基 础的。.实验目的1 .通过实验，加深对于高频谐振功率放大器工作原理的理解。2 .研究丙类高频谐振功率放大器的负载特性，观察三种状态的脉冲电流波形。3 . 了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于工作状态的影响。4 .掌握丙类高频谐振功率放大器的计算与设计方法。O预习要求：1 .复习高频谐振功率放大器的工作原理及特点。2 .熟悉并分析图3所示的实验电路，了解电路特点。.电路特点及实验原理简介在高
2、频范围内为获得足够大的高频输出功率，必须采用高频放大器，高频功率放大 器主要用于发射机的未级和中间级，它将振荡产生的信号加以放大，获得足够高频功率 后，再送到天线上辐射出去。另外，它也用于电子仪器作未级功率放大器。高频功率放大器要求效率高，输出功率大。丙类放大器它是紧紧围绕如何提高它的效率而进行的。高频功率放大器的工作频率范围一般为几百kHz 几十MHz。一般都采用LC谐振网络作负载，且一般都是工作于丙类状态，如果要进一步提高效率，也可工 作于丁类或戊类状态。1 .电路特点本电路的核心是谐振功率放大器，在此电路基础上，将音频调制信号加入集电极回路中，利用谐振功率放大电路的集电极调制特性，完成集
3、电极调幅实验。 当电路的输出负载为天线回路时， 就可以完成无线电发射的任务。为了使电路稳定，易于调整，本电路设置了独立的载波振荡源。2 .高频谐振功率放大器的工作原理谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器，它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙 类等类型。丙类功率放大器导通角900,集电极效率可达 80% 一般用作末级放大， 以获得较大的功率和较高的效率。图1中，Vbb为基极偏压，Vcc为集电极直流电源电压。为了得到丙类工作状态，Vbb应为负值，即基极处于反向偏置。Ub为基极激励电压。图 2示出了晶体管的转移特性曲线，以便用折线
4、法分析集电极电流与基极激励电压的关系。5是晶体管发射结的起始电压（或称转折电压）。由图可知，只有在 Ub的正半周，并且大于 Vbb和W绝对值之 和时，才有集电极电流流通。即在一个周期内，集电极电流i c只在-。+。时间内导通。由图可见，集电极电流是尖顶余弦脉冲， 对其进行傅里叶级数分解可得到它的直流、 基波和其它各次谐波分量的值，即：ic = Ico+ I ClnGOSo t + I C2mOOS2d t + + I CnQOS t + cosVbzVbbUbm求解方法在此不再叙述。为了获取较大功率和有较高效率，一般取。=700800左右。完整的电路图见图3。J5R6L4L53 30VccP1
5、01C31 000 PR41R5V24 70 PV12c6P；860C2 12C1 1.0 1GNDD1P4P34-Vb b P216T263 30-K9.01GND12J3221R116C1 80.0 1Rp 3 2.2 Kl1|1 J4 3AVinDU1 G7 80 5Vo utC1 9.01GNDC221 0C2 00.0 1R1 81.8 KGNDD2LE DM1R11。Im”-r2 0pK*2p *L2FicC C1C1 2.0 1CT211 5V3C96 80 01 6 671 0.2 KR1 230C1 4,4p *GNDM3P1020pL1 3.9 u，CT1T700 pR1
6、40K*C1R0111L32R1 6C1 6.52020 pl2 13P *0.0 1.5 2*C1P90K*34P6)7P8TRANS-1RL11 20RL2DRL2。75 LP12 1GNDC2411)0 0p *RL339P5P11ANTE NA图3高频功放（调幅）及发射电路原理图图中，M、V2构成了独立的石英晶体振荡电路，为实验提供了稳定的载波信号，大大方便了电路的调整。V3为推动级，为末级功放电路提供足够的激励电压。V4构成丙类谐振放大电路。为了能较好的演示功放电路的负载特性，较为方便的观察脉冲电流，本电路采用了独立的偏置电路，由RP2、R15、R4构成的分压器对-12V进行分压，为
7、功放级提供适当的负偏压， 确保工作在丙类状态。Rl为负载电阻，在负载电阻和功放电路集电 极之间采用变压器电路， 以完成负载和集电极之间阻抗变换。在功放输出级电路中设置了三个跳线短路端子 J2、J3和J4。J3可完成+12V电源和+69V可调电源之间的转换， 以观察集电极调制特性以及完成调幅电路的实验。J2是为了观察负载特性而设置的，当J2断开时，在 R6上可直接观察到脉冲电流波形，从而可较为直观的观察到负载特性， 便于加深对于谐振功率放大电路的理解。而J2短接时，可得到稍大一些的输出电压。J4是为了在集电极回路中加入低频调制信号而设置的。3 .高频功放电路的调谐与调整原则理论分析表明，当谐振功
8、率放大器集电极回路对于信号频率处于谐振状态时（此时集电极负载为纯电阻状态），集电极直流电流Ic0为最小，回路电压 UL最大，且同时 发生。然而，由于晶体管在高频工作状态时，内部电容Qc的反馈作用明显，上述 IC0最小、回路电压 UL最大的现象不会同时发生。因此，本实验电路，不单纯采用监视Ico的方法，而采用同时监视脉冲电流ic的方法调谐电路。由理论分析可知，当谐振放大器工作在欠压状态时，ic是尖顶脉冲，工作在过压状态时，ic是凹顶脉冲，而当处于临界状态下工作时，i c是一平顶或微凹陷的脉冲。这也正是高频谐振功率放大器的设 计原则，即在最佳负载条件下，使功率放大器工作于临界状态，以获取最大的输出
9、功 率和较大工作效率。本电路的最佳负载为 75Qo因此调试时也应以此负载为调试基础。四.实验仪表设备1 .双踪示波器2 .万用表3 .高频电路学习机4 .高频功放（调幅）及发射实验电路板（G2F）五.实验内容及步骤1 .按图连接好实验电路板所需电源（土12V）。-Vbb接-12V2 .功放级静态工作点的调整A.用短路环将J3的1、2端和J4的2、4端短路，以使+12V电源直接提供给功放输 出级的集电极回路。（注意：此时一定要使 J5或J1保持开路状态，否则，静态 工作点将受到本振电压的影响。）B.用万用表测试 V4的基极电压。调整 B2,使V4b=-0.3V左右。3 .调整载波振荡源接通J5,
10、以给载波振荡电路加电。J1仍保持开路状态，然后在测试点M1处接入示波器，以观察振荡波形。调整 Rp1,使载波振荡源输出 U=1V左右。4 .推动级的调整用短路环短接 J1,使载波振荡信号f o=6.5MHz, UO= 1V（p-p）通过C9接至晶体管 V3的基极。在M2端用示波器观察推动级的输出波形，由于功放级输入端阻抗元件 的影响，波形为一失真的正弦波，此时不必做很多调整工作，只要证实推动级已经 工作即可。5 .脉冲电流及放大特性的观察保持前面的电路连接不变，将J2的短路环取下，使 。6开路。 将负载电阻接至75QO将示波器1通道测试探头（衰减.10.倍一下同）连接至 V4的发射极电阻上（即
11、 J2 的1端），灵敏度置于 20mV/DIV档（由于探头有 10倍衰减，故实际相当于 200mV/DIV）,用以监测脉冲电流。 将示波器2通道测试探头（衰减10,.T1） 连接至测试点 M3处，灵敏度置于0.2V/DIV档（由于探头有10倍衰减，故实际相 当于2V/DIV）,用以监测功放级的输出波形。A.负载特性的观察1 .仔细调整CT,.使输出回路谐振,.且实现负载到集电极间的阻抗转换。观察 M3 处的波形，应能得到失真最小的正弦波形。同时观察V4的发射极（取样）电阻上的波形，是否得到了一个临界状态的脉冲电流波形（略有凹陷的波形）。若未一能观察到临界状态的脉冲电流，则需要仔细调整CT2、C
12、T3,使功放级的输入达到较好的匹配状态，必要时还需适当地调整载波信号源的输出幅度。正常情况下,在M3处观察到的输出波形幅度应不低于9.4V。ii .保持信号源频率和幅度不变，将负载分别接至120 和39 ,应能观察到过压和欠压状态的脉冲电流形状。若不能，则电路还需做细心调整， 直至在保持信号源频率和幅度不变得情况下，随着负载的改变可出现过压、临界、和欠压的三种状态的脉冲电流波形。三种状态的脉冲电流波形大致如图所示。上述脉冲波形，描绘了放大器的负载特性，即随着R的增大，Ic随之减小。放大状态由欠压状态向过压状态过渡。iii .当观察到负载特性后，记录三种负载条件下的负载上获得的输出电压UL（p-
13、p）,电源提供给功放管集电极的电压UC,为了避免电压表输入阻抗对于输出回路的影响，测量UC应当在J4的2端测试。测试三种状态下的集电极直流电流时，既可 以采用在J4的2、4两点间接入直流电流表（200mA档）直接读数，也可以采用测 量发射极（取样）电阻上的压降再换算成电流的方法。但电流表接入回路中后， 会对输出及脉冲电流波形产生一定影响，所以推荐采用第二种方法测试集电极 直流电流。换算方法：Ico=V/Re（已知R=1Q）。最后将测试结果填入表中。表1高频功放实验数据记录表RL ()实测数据计算结果I cdA)V_(P-P)(V)VC(V)PS(mW)Pi(mW)刀(%)3975120B.集电
14、极调制特性的观察将负载置于39档，输入信号电压及 Eb保持不变，用短路环将J3的2、3端短接, 用69V可调电源给功放管的集电极供电。调整观察发射极脉冲电流波形的变化，这些变化描述了丙类功放电路的集电极调制特性，即随着 W增大，脉冲电流将会由过压状态向临界再向欠压状态变化。C.基极调制特性的观察将负载置于75Q,电源电压 Vcc=12V,输入信号幅度保持不变，调整鼻2,仔细观察脉冲电流的形状与幅值的变化，它描述了谐振功率放大器的基极调制特性。D.放大特性的观察保持Vcc、 Eb、 RL 不变，改变输入电压的幅值，可以看出随着信号幅度由小到大变化，脉冲电流将由欠压状态向临界状态再向过压状态变化的现象。六问题思考1 若谐振放大器工作在过压状态，为了使其工作在临界状态，可以改变哪些因素？2设计一自给偏压工作方式的丙类谐振放大器。七附录1 效率的计算与计算公式说明利用下面提供的公式和前述表中的测试结果计算三种负载条件下的效率，并将结果填入表中。电源提供给功放级的总功率：Ps=I coX Vd负载上得到的功率： PL=VOP-P2 8RL功率放大级的总效率：Y = Pl/Ps本电路的总效率一般可达到65%左右，实际上集电极效率可达80%左右。