實驗二高頻功率放大器

實驗二高頻功率放大器一、實驗目的1.

加深理解丙類功率放大器基本工作原理和調(diào)諧特性；2.

掌握輸入激勵電壓，集電極電源電壓及負載變化對放大器工作狀態(tài)影響；3.

通過實驗進一步了解調(diào)幅的工作原理。二、實驗原理放大器按照電流導通角θ的范圍可分為甲類、乙類及丙類等。功率放大器電流導通角θ越小，放大器的效率越高。１.工作原理由于丙類調(diào)諧功率放大器采用的是反向偏置，靜態(tài)時管子處于截止狀態(tài)。只有當激勵信號Ub足夠大，超過反偏壓Eb及晶體管起始導通電壓Ui之和時管子才導通。這樣管子只有在一個周期的一小部分時間內(nèi)導通。所以集電極電流是周期性的余弦脈沖。丙類功放工作狀態(tài)判斷。根據(jù)功率放大器在工作時是否進入飽和區(qū)，可將放大器分為欠壓、過壓和臨界三種工作狀態(tài)。若在整個周期內(nèi)，晶體管工作不進入飽和區(qū)，也即在任何時刻都工作在放大區(qū)，稱放大器工作在欠壓狀態(tài)；若剛剛進入飽和區(qū)的邊緣，稱放大器工作在臨界狀態(tài)；若晶體管工作時有部分時間進入飽和區(qū)，則稱放大器工作在過壓狀態(tài)。放大器的這三種工作狀態(tài)取決于電源電壓Ec、偏置電壓Eb、激勵電壓幅值Ubm以及集電極等效負載電阻Rc圖2-1

是調(diào)頻功率放大器原理電路，圖2-2是集電極調(diào)幅的基本電路。圖2-1

調(diào)頻功率放大器原理電路圖2-2

集電極調(diào)幅的基本電路（1）激勵電壓幅值Ubm對工作狀態(tài)的影響（偏置電壓Eb影響基本相同）當功放的電源電壓Ec、偏置電壓Eb和負載電阻Rc保持恒定時，激勵信號的振幅Ubm增大，Icmax、Ucm也增大；當Ubm增大到一定程度，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進入過壓，電流波形出現(xiàn)凹陷，但此時Ucm還會增大。（2）負載電阻Rc變化對放大器工作狀態(tài)的影響當Ec、Eb、Ubm保持恒定時，負載電阻Rc較小，Ucm也較小，集電極電流波形是余弦脈沖。隨著Rc增加，動態(tài)負載線的斜率逐漸減小，Ucm逐漸增大，放大器工作狀態(tài)由欠壓到臨界，此時電流波形仍為余弦脈沖，只是幅值比欠壓時略小。當Rc繼續(xù)增大，Ucm進一步增大，放大器進入過壓狀態(tài)，此后電流Ic隨Ucm沿飽和線下降，電流波形頂端下凹，呈馬鞍形。（3）集電極電源電壓Ec對放大器工作狀態(tài)的影響在Eb、Ubm、Rc保持恒定時，Ec變化，Ucemin也隨之變化，使得Ucemin和Uces的相對大小發(fā)生變化。當Ec較大時，Ucemin具有較大數(shù)值，且遠大于Uces，放大器工作欠壓狀態(tài)。隨著Ec減小，Ucemin也減小，當Ucemin等于Uces時，放大器工作在臨界狀態(tài)。Ec再減小，Ucemin小于Uces時，放大器工作在過壓狀態(tài)。當Ec由大變小時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進入過壓，ic波形也由余弦脈沖波形變?yōu)橹虚g凹陷的脈沖波。（二）實驗電路其電路原理圖如圖2-3所示。本實驗單元由兩級放大器組成，Q01是前置放大器級，工作在甲類線性狀態(tài)，以適應較小的輸入信號電平（保證丙類功放輸入為大信號）。TP01、TP02為該級輸入、輸出測量點。由于該級負載是電阻，對輸入信號沒有濾波和調(diào)諧作用，因而既可作為調(diào)幅放大，也可作為調(diào)頻放大。當K02置“右側(cè)”時，Q02為丙類高頻功率放大電路，其基極偏置電壓為零，通過發(fā)射極上的電壓構(gòu)成反偏。因此，只有在載波正半周且幅度足夠大時才能使功率管導通。其集電極負載為LC諧振回路，選擇基波（載波頻率），因此可獲得較大功率輸出。本實驗單元由級放兩大器組成，Q01是前置放大器級，工作在甲類線性狀態(tài)，以適應較小的輸入信號電平（保證丙類功放輸入為大信號）。TP01、TP02為該級輸入、輸出測量點。由于該級負載是電阻，對輸入信號沒有濾波和調(diào)諧作用，因而既可作為調(diào)幅放大，也可作為調(diào)頻放大。當K02置“右側(cè)”時，Q02為丙類高頻功率放大電路，其基極偏置電壓為零，通過發(fā)射極上的電壓構(gòu)成反偏。本實驗功放有兩個選頻回路：K04至右側(cè)，諧振回路頻率為2MHZ左右。此時可用于測量三種狀態(tài)（欠壓、臨界、過壓）下的電流脈沖波形。W02用來改變負載電阻的大小。W01用來調(diào)整功放集電極電源電壓的大?。ㄖC振回路頻率為2MHZ左右時）。當K04至左側(cè)時，諧振回路頻率為8.2MHZ左右，此時功放可用于構(gòu)成無線收發(fā)系統(tǒng)。圖2-3

高頻功率放大與發(fā)射電路原理圖高頻功率放大器在模塊中的單元標號為11，如圖2-4所示。圖2-4

高頻功率放大器子板卡在功放構(gòu)成系統(tǒng)時，K03至左側(cè)時，功放輸出通過天線發(fā)射，ANT01為天線接入端；K03至右側(cè)，功放通過P03輸出。P02為音頻信號輸入口，加入音頻信號時，可對功放進行基極調(diào)幅。TP03為功放集電極測試點，TP04為發(fā)射極測試點，可在該點測試電流脈沖波形，TP05用于測量負載電阻大小。當輸入信號為調(diào)幅波時，Q02不能工作在丙類狀態(tài)，因為調(diào)幅波在波谷時，幅度較小，Q02可能不導通，導致輸出嚴重失真。因此輸入信號為調(diào)幅波時，K02必須撥至左側(cè)，使Q02工作在甲類狀態(tài)。三、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.

測試負載變化時三種狀態(tài)（欠壓、臨界、過壓）的余弦電流波形；4.

觀察激勵電壓、集電極電壓變化時余弦電流脈沖的變化過程；5.

觀察功放基極調(diào)幅波形。四、實驗步驟（一）模塊上電將高頻功率放大器模塊接通電源。（二）激勵電壓、電源電壓及負載變化對丙類功放工作狀態(tài)的影響1.

激勵電壓Ub對放大器工作狀態(tài)的影響K04置右側(cè)（2MHz調(diào)諧），保持集電極電源電壓Ec=6V（用萬用表測TP03直流電壓，調(diào)W01），負載電阻RL=8K?（用萬用表測TP05電阻，調(diào)W02）不變。DDS信號源頻率2MHz左右，幅度500mV（峰-峰值），連接至功放模塊輸入端P01。示波器CH1接TP03，CH2接TP04。調(diào)整DDS信號源頻率，使功放諧振，輸出幅度TP03最大。改變信號源幅度（即改變激勵信號電壓Ub），觀察TP04電壓波形，應觀察到欠壓、臨界、過壓脈沖波形。其波形如圖2-5所示（如果波形不對稱，應微調(diào)DDS信號源頻率）。圖2-5

三種狀態(tài)下的電流脈沖波形2.

集電極電源電壓Ec對放大器工作狀態(tài)的影響保持激勵電壓Ub（TP01電壓為200mV峰-峰值），負載電阻RL=8K?不變，改變功放集電極電壓Ec（調(diào)整W01電位器，使Ec為5—10V變化），觀察TP04電壓波形。調(diào)整電壓Ec時，仍可觀察圖15-3的波形。但此時欠壓波形幅度比臨界時稍大。3.

負載電阻RL變化對放大器工作狀態(tài)的影響保持功放集電極電壓Ec=6V，激勵電壓（TP01點150mV峰-峰值）不變，改變負載電阻RL（調(diào)整W02電位器），觀察TP04電壓波形。同樣能觀察到圖2-5的脈沖波形，但欠壓時波形幅度比臨界時大，測出欠壓、臨界、過壓時負載電阻的大小。4.

功放調(diào)諧特性測試K04置左側(cè)（8.2MHz調(diào)諧），K02置右側(cè)（丙類功放）。前置級輸入信號幅度峰-峰值為600mV。頻率范圍從7.2MHz－9.2MHz，用示波器測出TP03的電壓值，并填入表2-1。表2-1

高頻功放大器的幅頻特性f（MHz）7.27.57.88.08.28.48.79.09.2Vc（Vp-p）12.613.413.412.611.610.69.68.27.45.

功放調(diào)幅波的觀察保持上述3的狀態(tài)，調(diào)整DDS信號源的頻率，使功放諧振，TP03點輸出幅度最大。然后從P02輸入音頻調(diào)制信號（將頻率設置在2KHz，峰峰值為2V，可看到后面描述和圖片中的波形），用示波器觀察TP03的波形。此時該點波形應為調(diào)幅波，改變音頻信號的幅度，輸出調(diào)幅波動調(diào)制度應發(fā)生變化。改變調(diào)制信號的頻率，調(diào)幅波的包絡亦隨之變化。實際觀測的調(diào)幅波如圖2-6所示。圖2-6

諧振狀態(tài)下各種調(diào)幅波放大后的波形五、實驗報告1.

認真整理實驗數(shù)據(jù)，對實驗參數(shù)和波形進行分析，說明輸入激勵電壓、集電極電源電壓，負載電阻對工作狀態(tài)的影響。

欠壓

臨界

弱過壓

過壓根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，輸入激勵電壓、集電極電源電壓、負載電阻會對放大器工作狀態(tài)有所影響。信號源幅度變化時，會觀察到欠壓、臨界、過壓三種脈沖波形；改變功放集電極電壓Ec時，仍可觀察到電流的輸出脈沖波形由欠壓-臨界-過壓變化，但此時欠壓波形幅度比臨界時稍大；該變負載電阻RL觀察TP04電壓波形，同樣能觀察到上述的脈沖波形，但欠壓時波形幅度比臨界時大。2.

用實測參數(shù)分析丙類功率放大器的特點