丙类高频功率放大器实验.docx

实验二 丙类高频功率放大器实验特别提示：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2. 认真阅读本实验指导书，特别是对于画有波浪线的文字，实验中要给与关注实验目的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，了解电路特点三．电路特点及实验原理简介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 参见图 1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8 <900，集电极效率可达80%, —般用作末级放大,以获得较大的功率和较高的效率图 1 中， V 为基极偏压， V 为集电极直流电源电压为了得到丙类工作状态， Vbb cc bb 应为负值，即基极处于反向偏置 u 为基极激励电压图 2 示出了晶体管的转移特性 b 曲线，以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系 V 是晶体管发射结的起 bz始电压（或称转折电压）由图可知，只有在u的正半周，并且大于V和V绝对值之 b bb bz和时，才有集电极电流流通即在一个周期内，集电极电流i只在-e〜+e时间内导C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：i =1 + I COSw t + I COS2w t + …+ I COSnw t + …c C0 C1m C2M CnMV + VCOS） =—bz bbUbm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e =700〜80图 3 高频功放（调幅）及发射电路原理图完整的电路图见图30K*C96 80 0P1 6 67 注»3C2 00. 01GND3Vin Vo utTr_D7 8051R1 81. 8Kp图中，v「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。

V为推动级，为末级功放电路提供足够的激励电压V构成丙类 34 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R、R、R构成的分压器对-12V进行分压，为功放级 P2 15 14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J、J和JJ可完成+12V电源和+6〜9V可调电源之间的转换， 2 3 4 3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 J 断开时，在 R 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， 2 16便于加深对于谐振功率放大电路的理解而 J 短接时，可得到稍大一些的输出电压J是为了在集电极回路中加入低频调制信号而设置的43．高频功放电路的调谐与调整原则理论分析表明，当谐振功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 I 为最小，回路电压 U 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C的反馈作用明显，上述I bc C0最小、回路电压U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， i 是尖顶脉冲，工作在过压状态时， i 是凹顶脉冲，而当处于 临界状态下工作时，ic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，以获取最大的输出功 率和较大工作效率本电路的最佳负载为75Q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．直流电压表3．直流电流表4．高频电路学习机5•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（±12V）［-Vbb接-12V］ 2．功放级静态工作点的调整A. 用短路环将J的1、2端和J的2、4端短路，以使+12V电源直接提供给功放输34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V的基极电压调整R，使V =-0.3V左右4 P2 4B3．调整载波振荡源接通J5,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Uo=1V左右4． 推动级的调整用短路环短接J1,使载波振荡信号［f0=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J的短路环取下，使C开路将负载电阻接至 21675Q♦将示波器1通道测试探头（.衰减丄0.倍,…下.同）连接至V的发射极电阻上（即J4 2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倍，下同） 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i. 仔细调整CT4，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 能观察到临界状态的脉冲电流，则需要仔细调整CT2、CT3，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9.4Vii. 保持信号源频率和幅度不变，将负载分别接至120Q和39Q，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R=120Q R=75Q R=39Q上述脉冲波形，描绘了放大器的负载特性，即随着R的增大，I随之减小放大 cc 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U ，电L（P-P）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：I =V/R （已知R=1Q ）最后将测试结果填入表中C0EEE表 1 高频功放实验数据记录表R (Q )L实测数据计算结果I (A)COV (V)L(P-P)VC(V)P (mW)P (mW)n (%)3975120B.集电极调制特性的观察将负载置于39Q档，输入信号电压及E保持不变，用短路环将J的2、3端短接,b3用6〜9V可调电源给功放管的集电极供电调整Rp3，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V增大，脉冲电CC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V =12V,输入信号幅度保持不变，调整R，仔细观cc P2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cc b L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：P=|oXVD 负载上得到的功率： PL=VOP-P2／8RL功率放大级的总效率： n = P /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。