高頻電子線路實(shí)驗(yàn)

高頻電子線路實(shí)驗(yàn)

孝感學(xué)院電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

二OO五年十二月

目錄

實(shí)驗(yàn)一高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器..............................1

實(shí)驗(yàn)三高頻諧振功率放大器................................9

實(shí)驗(yàn)四正弦振蕩實(shí)驗(yàn)..............................19

實(shí)驗(yàn)五集電極調(diào)幅與放大信號(hào)檢波.........................27

實(shí)驗(yàn)六變?nèi)荻O管調(diào)頻...................................35

實(shí)驗(yàn)七集成電路模擬乘法器的應(yīng)用.........................41

實(shí)驗(yàn)八模擬鎖相環(huán)應(yīng)用實(shí)驗(yàn).................................55

實(shí)驗(yàn)九小功率調(diào)頻（遙控）發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì).......................62

實(shí)驗(yàn)十調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì).....................................66

附圖

圖G1變?nèi)荻O管調(diào)頻、功放及發(fā)射實(shí)驗(yàn)...........................71

圖G2由MCI496構(gòu)成的混頻及平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn).......................72

圖G3由MC1496構(gòu)成的同步檢波及鑒頻實(shí)驗(yàn)........................73

圖G4由NE564構(gòu)成的鎖相解調(diào)及鎖相倍頻實(shí)驗(yàn)......................74

圖G5正弦振蕩實(shí)驗(yàn)..............................................75

圖G6小信號(hào)放大及接收實(shí)驗(yàn)......................................76

圖G7二極管開關(guān)混頻、集電極調(diào)幅及二極管包絡(luò)檢波實(shí)驗(yàn)............77

圖G8音頻信號(hào)發(fā)生器............................................78

實(shí)驗(yàn)一高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

小信號(hào)調(diào)諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路，主要用于高頻小信號(hào)或

微弱信號(hào)的線性放大。在本實(shí)驗(yàn)中，通過對(duì)諧振回路的調(diào)試，對(duì)放大器處于諧振時(shí)

各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試（電壓放大倍數(shù)，通頻帶，矩形系數(shù)），進(jìn)一步掌握高頻小信號(hào)

調(diào)諧放大器的工作原理。學(xué)會(huì)小信號(hào)調(diào)諧放大器的設(shè)計(jì)方法。

二、實(shí)驗(yàn)原理

圖1」所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。它不僅要放大

高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回

路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會(huì)影響放大器

輸出信號(hào)的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RBLRB2及RE決定，其計(jì)算方

法與低頻單管放大器相同。

放大器在高頻情況下的等效電路如圖1?2所示，晶體管的4個(gè)y參數(shù)y,icyoc

yfc及y?分別為

8

yie-b-e----------b-c

輸入導(dǎo)納12beJWCbe(1-1)

gMb"Che

輸出導(dǎo)納(1⑵

13bSbe頤

8m

yfe

正向傳輸導(dǎo)納(1-3)

1比

rbbgjwc

yre-------------------

反向傳輸導(dǎo)納(1-4)

1WC

"沼b'eJbe

BC

Uipjyou二

Ui

信號(hào)源-晶體管負(fù)載回路

圖1-2放大器的高頻等效回路

式中，gm一一晶體管的跨導(dǎo)，與發(fā)射極電流的關(guān)系為

ImA

---------S(1-5)

26

gb'c一—發(fā)射結(jié)電導(dǎo)，與晶體管的電流放大系數(shù)B及IE有關(guān),

ImA

1

其關(guān)系為----------S(1-6)

rb-e26

Fb'b-----基極體電阻,一般為幾十歐姆；

Cb'c一一集電極電容,一般為幾皮法；

Cb，e一一發(fā)射結(jié)電容,一股為幾十皮法至幾百皮法。

2

由此可見，晶體管在高頻情況下的分布參數(shù)除了與靜態(tài)工作電流IE,電流放大

系數(shù)B有關(guān)外，還與工作頻率⑴有關(guān)。晶體管手冊(cè)中給出的分布參數(shù)一般是在測(cè)試

條件一定的情況下測(cè)得的。如在fo=3OMHz.IE=2mA,UCE=8V條件下測(cè)得3DG6C

的y參數(shù)為：

gieJ-2mSCit\2pFg—250ms

ieoeYQ?

Coe4pF40〃2s\yK\350〃S

如果工作條件發(fā)生變化，上述參數(shù)則有所變動(dòng)。因此，高頻電路的設(shè)計(jì)計(jì)算一

般采用工程估算的方法。

圖1?2中所示的等效電路中，pi為晶體管的集電極接入系數(shù)，即

[NJN?(1-7)

式中，N2為電感L線圈的總匝數(shù)(N2即是T原邊(初級(jí))的總匝數(shù))。

P2為輸出變壓器T的副邊與原邊的匝數(shù)比，即

g明/%(1-8)

式中，N3為副邊(次級(jí))的總匝數(shù)。

gL為調(diào)諧放大器輸出負(fù)載的電導(dǎo)，m=1/R。通常小信號(hào)調(diào)諧放大器的下一級(jí)仍

為晶體管調(diào)諧放大器，貝IJgL將是下一級(jí)晶體管的輸入導(dǎo)納gi啦

由圖1?2可見，并聯(lián)諧振回路的總電導(dǎo)g的表達(dá)式為

gP\8oeJWC二一G

jwL

PrgoeP22gLjWC--G(1-9)

JWL

式中，G為L(zhǎng)C回路本身的損耗電導(dǎo)。諧振時(shí)L和C的并聯(lián)回路呈純阻，其阻

值等于1/G,并聯(lián)諧振電抗為無限大，則jwC與1/(jwL)的影響可以忽略。

三、調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測(cè)量方法

表征高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率fc,諧振電壓放大倍數(shù)

Aw,放大器的通頻帶BW及選擇性(通常用矩形系數(shù)K10.來表示)等。

放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測(cè)揖方法如下：

1、諧振頻率

3

放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fi)稱為放大器的詣?wù)耦l率，對(duì)于圖1-1

所示電路(也是以下各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)電路)，fi)的表達(dá)式為

(1-10)

式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；

C為調(diào)諧回路的總電容，C的表達(dá)式為

CCP+C比P+Cie(1-11)

式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。

諧振頻率￡的測(cè)量方法是：

用掃頻儀作為測(cè)量?jī)x器，用掃頻儀測(cè)出電路的幅頻特性曲線，調(diào)變壓器T的磁

芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點(diǎn)￡。

2、電壓放大倍數(shù)

放大器的諧振回路諧振時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Avo稱為調(diào)諧放大器的電壓

放大倍數(shù)。Avo的表達(dá)式為

%上，叱⑴⑵

UigP\goePlSieG

式中，g.為諧振回路諧振時(shí)的總電導(dǎo)。因?yàn)長(zhǎng)C并聯(lián)回路在諧振點(diǎn)時(shí)的L和C

均并聯(lián)電抗為無限大，因此可以忽略其電導(dǎo)。但要注意的是yfc本身也是一個(gè)復(fù)數(shù)，

所以諧振時(shí)輸出電壓U點(diǎn)輸入電壓U相位差為(180F①fe)。

Avo的測(cè)量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時(shí)，用高頻電壓表測(cè)量圖1-1中

RL兩端的電壓u成輸入信號(hào)u的大小，則電壓放大倍數(shù)A'由下式計(jì)算：

AVo=u0/Ui或Avo=201g(u0/ui)dB(1-13)

3、通頻帶

由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大倍

數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)Av下降到諧振電壓放大倍數(shù)Av的0.707倍時(shí)所對(duì)

應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶Bw,其表達(dá)式為

BW=2Afb,7=fd/QL(1-14)

式中，QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。

分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Avo與通頻帶B曲關(guān)系為

AvoBW(1-15)

2C

上式說明，當(dāng)晶體管選定即丫足確定，且回路總電容C為定值時(shí)，諧振電壓放大

4

倍數(shù)Avo與通頻帶BW的乘積為一常數(shù)。這與低頻放大器中的增益帶寬積為一常數(shù)

的概念是相同的。

通頻帶BW的測(cè)量方法：是通過測(cè)量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測(cè)量方法可

以是掃頻法，也可以是逐點(diǎn)法。逐點(diǎn)法的測(cè)量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使

其諧振，記下此時(shí)的諧振頻率fo及電壓放大倍數(shù)Avo然后改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻

率(保持其輸出電壓us不變)，并測(cè)出對(duì)應(yīng)的電壓放大倍數(shù)Ava由于回路失諧后電

壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-3

所示。

由式(M4)可得

BWfHfL2f(1-16)

0.7

通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要

想得到一定寬度的通頻寬，同時(shí)又能提高放大器

2Afb.l的電壓增益，由式(1-15)可知，除了選用丫比較

圖1-3諧振曲線大的晶體管外，還應(yīng)盡量減小調(diào)諧回路的總電容

量C,。如果放大器只用來放大來自接收天線的某

一固定頻率的微弱信號(hào)，則可減小通頻帶，盡量

提高放大器的增益。

4、選擇性一一矩形系數(shù)

調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)KvO.l來表示，如圖(1-3)所示

的諧振曲線，矩形系數(shù)KvO.l為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移與電

壓放大倍數(shù)下降到0.707Avo時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率偏移之比，即

KvO.l=2△九］/2△壇.7=2△九JBW(1

-17)

上式表明，矩形系數(shù)KvO.l越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，

反之亦然。一般單級(jí)調(diào)諧放大器的選擇性較差(矩形系數(shù)KvO.l遠(yuǎn)大于1),為提高

放大器的選擇性，通常采用多級(jí)單調(diào)諧回路的諧振放大器?？梢酝ㄟ^測(cè)量調(diào)諧放大

器的諧振曲線來求矩形系數(shù)KvO.l。

四、實(shí)驗(yàn)參考電路

1、主要技術(shù)指標(biāo)：諧振頻率020.945MHz,諧振電壓放大倍數(shù)Av^lO-15dB,

通頻帶B^lMHz,矩形系數(shù)Kmf10。因f比工作頻率f太(5-10)倍，所以選

用3DG6C,選B=50,工作電壓為12V,查手冊(cè)得兀，=70,Cb<=3pF,當(dāng)k=L5mA

時(shí)Cbc為25pF,取L-2.4UH,變壓器初級(jí)N至20匝，接入系數(shù)P予刈.25。

5

2、確定電路為單級(jí)調(diào)諧放大器，如上圖1?4。

3、確定電路參數(shù)。

1）設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)

由于放大器是工作在小信號(hào)放大狀態(tài)，放大器工作電流ICQ一般選取0.8—2mA

為宜，現(xiàn)取I^L5mA,UEQ=3V,UCEQ=9VO

貝IJRE=UEQ/IE=2K。則RA4=2KQ

取流過RA3的電流為基極電流的7倍，則有：

RA3=UBQ/7IBQ^UBQXB/7IE^17.6KQ取18KQ

貝IJRAIWAX-3〃1840K

3.7

則取RA2=5.1KWAI選用50K的可調(diào)電阻以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。

2）計(jì)算諧振回路參數(shù)，-

S

由式(1-6)得be2631.15mS

ImA

gm———S58〃2s

由式(1-5)得26

由式（1?1）（1-4）得4個(gè)y參數(shù)

yie1.373103s72.88103s

6

由于yiFg/jwc

ie

貝IJ有g(shù)ie=1.373mSr=l/g=728。

ieie

萬2.88mss「

Cie---------22)pF

w

2"小

jwcbe0.216msj\.3linS

1MgbejWCbc

因yoe=goe+jwC°e則有

goe=0.216mSCoe=1.37ms/W^10.2pF

計(jì)算回路總電容C,由(1-10)得

11

cnPF

6

2f.2L23.410.71062210

由(1-H)cCR2cM丹C舒得

22

CCP^CoePrCie1200.2522.50.2510.2\\9pF

則有CA3=119pF取標(biāo)稱值120pF

由式(1-7).G-8)得

N、PN20.25205匝

MPN2025205匝

3）確定耦合電容及高頻濾波電容

高頻電路中的耦合電容及濾波電容一般選取體積較小的瓷片電容，現(xiàn)取耦合電

容CA2=0.01uF,旁路電容CA4=0.1nF,濾波電容CA5=0.1口F

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

參考所附電路原理圖G6。先調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)，然后再調(diào)諧振回路。

1）按照所附電原理圖G6,將JA2用連接器連好，按下開關(guān)KA1,接通12V電

源，此時(shí)LEDA1點(diǎn)亮。

2）調(diào)整晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)：

在不加輸入信號(hào)（即Ui=0）,將測(cè)試點(diǎn)TTA1接地，用萬用表直流電壓檔（20V

檔）測(cè)量電阻RA4的電壓，調(diào)整可調(diào)電阻WA1,使UEQ=2.25V（IE=1.5mA）,記下

7

比時(shí)的UBQUCEQUEQK.IEQ值。

3）調(diào)諧放大器的諧振回路使它諧振在20.945MHz

方法是用BT-3頻率特性測(cè)試儀的掃頻電壓輸出端和檢波探頭，分別接電路的信

號(hào)輸入端TTA1及測(cè)試端TTA2,通過調(diào)節(jié)y軸，放大器的“增益”旋紐和“輸出衰

減”旋紐于合適位置，調(diào)節(jié)中心頻率度盤，使熒光屏上顯示出放大器的“幅頻諧振

特性曲線”，根據(jù)頻標(biāo)指示用絕緣起子慢慢旋動(dòng)變壓器的磁芯，使中心頻率

fi）=20.945MHz所對(duì)應(yīng)的幅值最大。

如果沒有頻率特性測(cè)試儀，也可用示波器來觀察調(diào)諧過程，方法是：在TTA1處

用高頻信號(hào)發(fā)生器注入頻率為20.945MHz,大小為25mV的信號(hào)，用示波器探頭在

TTA2處測(cè)試（在示波器上看到的是正弦波），調(diào)節(jié)變壓器磁芯使示波器波形最大（即

調(diào)好后，磁芯不論往上或往下，波形幅度都減小）。

4）測(cè)量電壓增益Avo

用頻率特性測(cè)試儀測(cè)Avo

在測(cè)量前，先要對(duì)測(cè)試儀的y軸放大器進(jìn)行校正，即零分貝校正，調(diào)節(jié)“輸出

衰減”和“y軸增益”旋紐，使屏幕上顯示的方框占有一定的高度，記下此時(shí)的高度

和此時(shí)“輸出衰減”的讀數(shù)NMB,然后接入被測(cè)放大器，在保持y軸增益不變的前

提下，改變掃頻信號(hào)的“輸出衰減”旋紐，使諧振曲線清晰可見。記下此時(shí)的“輸

出衰減”的值NzdB,則電壓增益為

Avo=（N2-NI）dB

或者在TTA1處用高頻信號(hào)發(fā)生器注入頻率為20.945MHz,大小為25mV的信

號(hào)，使調(diào)諧回路處于諧振狀態(tài)，用高頻毫伏表測(cè)量RL（RAS）兩端的電壓u?,并利用式

（1-13）來計(jì)算Avo

若用示波器測(cè)，則為輸出信號(hào)的大小比輸入信號(hào)的大小之比。如果Avo較小，

可以通過調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)來解決（即IE增大）o

5）測(cè)量通頻帶Bw

用掃頻儀測(cè)量Bw

先調(diào)節(jié)“頻率偏移”（掃頻寬度）旋紐，使相鄰兩個(gè)頻標(biāo)在橫軸上占有適當(dāng)?shù)母?/p>

數(shù)，然后接入被測(cè)放大器，調(diào)節(jié)“輸出衰減”和y軸增益，使諧振特性曲線在縱軸

占有一定高度，測(cè)出其曲線下降3dB處兩對(duì)稱點(diǎn)在橫軸上占有的寬度，根據(jù)內(nèi)頻標(biāo)

就可以近似算出放大器的通頻帶

BW=Bo.7=100kHzX（寬度）

或者利用描點(diǎn)法來測(cè)量。

6）測(cè)量放大器的選擇性

放大器選擇性的優(yōu)劣可用放大器諧振曲線的矩形系數(shù)Km表示。

8

用5）中同樣的方法測(cè)出Bo」即可

D

0I2九」

后?！苟鷡—

0.72/0.7

由于處于高頻區(qū)，分布參數(shù)的影響存在，放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求

后的文件參數(shù)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏差，所以在調(diào)試時(shí)要反復(fù)仔細(xì)調(diào)整才能使

諧振回路處于諧振狀態(tài)。在測(cè)試要保證接地良好。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1、整理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用方格紙畫出幅特性曲線。

2、思考：引起小信號(hào)諧振放大器不穩(wěn)的原因是什么？如果實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)自激現(xiàn)

象，應(yīng)該怎樣消除？

七、實(shí)驗(yàn)儀器

1、BT-3G型頻率特性測(cè)試儀一臺(tái)（選項(xiàng)）

2、示波器（雙蹤20MHz）一臺(tái)

3、數(shù)字萬用表一塊

4、調(diào)試工具一套

實(shí)驗(yàn)三高頻諧振功率放大器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、進(jìn)一步理解諧振功率放大器的工作原理及負(fù)載阻抗，激勵(lì)電壓和集電極電源

電壓變化對(duì)其工作狀態(tài)的影響。

2、掌握諧振功率放大器的調(diào)諧特性和負(fù)載特性。

二、電路的基本原理

利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器，這是無線電發(fā)

射機(jī)中的重要組成部分。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角e的范圍可分為甲類、乙類、丙類

及丁類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角。愈小，放大器的效率n愈高。如甲

9

類功放的0=180,效率n最高也只能達(dá)到50%,而丙類功放的3V90°,效率n可達(dá)

到80%,甲類功率放大器適合作為中間級(jí)或輸出功率較小的末級(jí)功率放大器。丙類

功率放大器通常作為末級(jí)功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。

圖3-1高頻功率放大器

圖3-1為由兩級(jí)功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中v「組成甲類功

率放大器，晶體管VT2組成丙類諧振功率放大器，這兩種功率放大器的應(yīng)用十分廣

泛，下面介紹它們的工作原理及基本關(guān)系式。

1、甲類功率放大器

1）靜態(tài)工作點(diǎn)

如圖3-1所示，晶體管V、組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)°其中

RBHRB2為基極偏置電阻；REI為直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。RFI

為交流負(fù)反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由

下列關(guān)系式確定：

UEQ=IEQ(RFI+REI)MR(3-1)

CQEl

式中，RFI一般為幾歐至幾十歐。

【CQ=B1BQ(3-2)

UBQ=UEQ-0.7V(3-3)

UCEQ=UCC-ICQ(RFI+REI)(3-4)

2）負(fù)載特性

io

如圖3-1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(jí)間

通過變壓器進(jìn)行耦合，因此甲類功放的交流輸出功率P?？杀硎緸椋?/p>

Po=PHZ/n(3-5)

式中，PH'為輸出負(fù)載上的實(shí)際務(wù)率，RB為變壓器的傳輸效率，一般為

圖3-2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(diǎn)Q應(yīng)選

在交流負(fù)載線AB的中點(diǎn)，此時(shí)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：

1Ur

m(3-6)

2RH

式中，Rm為集電極輸出的交流電壓振幅，Lm為交流電流的振幅，它們的表達(dá)式

分別為

Ucm=Ucc-ICQREI-UCES(3-7)

式中，UCES稱為飽和壓降，約IV

Icm=【CQ(3-8)

如果變壓器的初級(jí)線圈匝數(shù)為N1,次級(jí)線圈匝數(shù)為N2,則

上牌39)

式中，RH'為變壓器次級(jí)接入的負(fù)載電阻，即下級(jí)丙類功放的輸入阻抗。

3)功率增益

11

與電壓放大器不同的是功率放大器應(yīng)有一定的功率增益，對(duì)于圖4.3.1所示電路，

甲類功率放大器不僅要為下一級(jí)功放提供一定的激勵(lì)功率，而且還要將前級(jí)輸入的

信號(hào)，進(jìn)行功率放大，功率增益Ap的表達(dá)式為

Ap=Po/P(3-10)

其中，Pl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R的關(guān)系

為

%機(jī)方(3-11)

式中，&又可以表示為

R產(chǎn)％+(l+hfc)RFI(3-12)

式中，鼠為共發(fā)接法晶體管

的輸入電阻，高頻工作時(shí)，可認(rèn)

為它近似等于晶體管的基極體電

阻「bb。卜能為晶體管共發(fā)接法電

流放大系數(shù)，在高頻情況下它是

復(fù)數(shù)，為方便起見可取晶體管直

流放大系數(shù)8。

2、丙類功率放大器

1)基本關(guān)系式

如圖3/所示，丙類功率放大

器的基極偏置電壓UBE是利用發(fā)射

極電流的直流分量IEO(gIc&在

射極電阻RE2上產(chǎn)生的壓降來提供

豹，故稱為自給偏壓電路c當(dāng)放大

器的輸入信號(hào)Ui'為正弦波時(shí)，則

圖3-3丙類功放的基極、集電極電流和

集電極的輸出電流ic為余弦脈沖電壓波形

波。利用諧振回路L。3的選頻作

用可輸出基波諧振電壓Uc,電流iH圖3?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：

Uclm=IclmRo(3-13)

式中,“Im為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；

為集電極基波電流振幅；R°為集電極回路的諧振阻抗。

Pc%eJem/鵬。(3-14)

2Z。Z唳AO

12

式中，Pc為集電極輸出功率

PD^ccIeO(3-15)

式中，PD為電源u8供給的直流功率；

Ico為集電極電流脈沖ic的直流分量。

電流脈沖i經(jīng)傅立葉級(jí)數(shù)分解，可得峰值Ic點(diǎn)分解系數(shù)〃G的關(guān)系式

下，*())(3-16)

，c0cm。

0.6

分解系數(shù)4與。的關(guān)系0.5

0.4

如圖3-4所示。0.3

02

放大器集電極的耗散功率Pc'為

P'=PD-P(3-17)

廢大器的效金n為

圖3-4電流脈沖的分解系數(shù)

Pp］。cltn

F27T

D

〃aa

1yc^nJ_J

(3-18)

2Uccao2a0

式中：稱為電壓利用系數(shù)。

圖3-5輸入電壓〃尿與集電極電流i,波形

圖3-5為功放管特性曲線折線化后的輸入電壓UR與集電極電流脈沖，的波形

13

關(guān)系。由圖可得：

COS(3-19)

式中：可為晶體管導(dǎo)通電壓(硅管約為0.6V,楮管約為0.3V)

Ubm為輸入電壓(或激勵(lì)電壓)的振幅。

UB為基極直流偏壓。

u=-ICOREZ(3-20)

B

當(dāng)輸入電壓Ube大于導(dǎo)通電壓U時(shí)，晶體管導(dǎo)通，工作在放大狀態(tài)，則基極電流

脈沖1b闔集電極電流脈沖I口成線性關(guān)系，即滿足

Icm=hfelbm5^BIbm(3-21)

因此基極電流脈沖的基波幅度Ibh次直流分量I也可以表示為

【blm1蕭()

(3-22)

基極基波輸入功率Pi為

(3-23)

放大器的功率增益Ap為

Ap與或Ap101g^-dB

(3-24)

Pjp

丙類功率放大器的輸出回路采用了變壓器耦合方式，其等效電路如圖3?6

所示，集電極諧振回路為部分接入，

諧振頻率為

wo蜥一(3-25)

4LC2反

諧振阻抗與變壓器線圈匝數(shù)比為

N2jwoL

式中，N1為集電極接入初級(jí)匝數(shù)。

N2為初級(jí)線圈總匝數(shù)。

N3為次級(jí)線圈總匝數(shù)。

QL為初級(jí)回路有載品質(zhì)因數(shù)，一般取2?10。

兩類功率放大器的輸入回路亦采用變壓器耦合方式，以使輸入阻抗與前級(jí)輸出阻

14

抗匹配。分析表明，這種耦合方式的輸入阻抗?J為

r

bb

(3-27)

0COS)。［()

式中，為晶體管基極體電阻LF25Q。

2）負(fù)載特性

當(dāng)功率放大器的電源電壓+Ucc,基極偏壓Ub輸入電壓C或稱激勵(lì)電壓US確定

后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器的工作狀態(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3-7所示，由圖可見，當(dāng)交流負(fù)載線正

好穿過靜態(tài)特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A時(shí)，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降

UCES,集電極電流脈沖接近最大值Icm

圖3?7諧振功放的負(fù)載特性

此時(shí)，集電極輸出的功率Pc和效率n都較高，此時(shí)放大器處于臨界工作狀態(tài)。

Rq所對(duì)應(yīng)的值稱為最佳負(fù)載電阻值，用R裱示，即

（WU\2

R。"8）（3-28）

2”

當(dāng)Rq<Ro放大器處于欠壓工作狀態(tài)，如C點(diǎn)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)R格時(shí)），放大器處于過壓狀

態(tài)，如B點(diǎn)所示，集電極電壓雖然較大，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求，諧振功率放大器通常選擇在

15

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：

Ucc-Ucm=U(329)

CES

式中，Ucm集電極輸出電壓幅度。MES晶體管飽和壓降。

三、主要技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法

1、輸出功率

高頻功率放大器的輸出功率是指放大器的負(fù)載RL上得到的最大不失真功率。對(duì)

于圖3-1所示的電路中，由于負(fù)載RL與丙類功率放大器的諧振回路之間采用變壓器

耦合方式，實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，則集電極回路的諧振阻抗網(wǎng)上的功率等于負(fù)載RL上

的功率，所以將集電極的輸出功率視為高頻放大器的輸出功率：即

2

Pc；人/。大牛

ZZZAo

測(cè)量功率放大器的主要技術(shù)的連接電路如圖3-8所示，其中高頻信號(hào)發(fā)生器提供

激勵(lì)信號(hào)電壓與諧振頻率，示波器監(jiān)測(cè)波形失真，直流毫安表mA測(cè)量集電極的直

流電流，高頻電壓表V測(cè)量負(fù)載RL的端電壓。只有在集電極回路處于諧振狀態(tài)時(shí)才

能進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量?？梢酝ㄟ^高頻電壓表V及直流毫安表mA的指針來判

斷集電極回路是否諧振，即電壓表V的指示為最大，毫安表mA的指示為最小時(shí)集

電極回路處于諧振。當(dāng)然用掃頻儀測(cè)量回路的幅頻特性曲線，使中心頻率處的幅值

最大也可以。

圖3-8高頻功放的測(cè)試電路

放大的輸出功率可以由下式計(jì)算：

(3-30)

式中，UL為高頻電壓表V的測(cè)量值。

2、效率

16

高頻功率放大器的總效率由晶體管集電極的效率和輸出網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率決定。而

輸出網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率通常是由電感、電容在高頻工作時(shí)產(chǎn)生一定損耗而引起的。放

大器的能量轉(zhuǎn)換效率主要由集電極的效率所決定。所以常將集電極的效率視為高頻

功率放大器的效率，用n表示，即

今(3-31)

D

利用圖3?8所示電路，可以通過測(cè)量來計(jì)算功率放大器的效率，集電極回路諧振

時(shí)，n的值由下式計(jì)算：

DCOCC

式中，UL為高頻電壓表的測(cè)量值；ICO為直流毫安表的測(cè)量值。

3、功率增益

放大器的輸出功率「痣輸入功率P之比稱為功率增益，用A6單位：dD)表示，

[見式(3-10)]o

四、電路的確定

1、本實(shí)驗(yàn)由兩級(jí)組成：激勵(lì)級(jí)由甲類功放組成，功放級(jí)由丙類功放組成，電源

供電為12V,甲類功放使用3DG12C,丙類由于輸出功率要求不很大也用3DG12C,

3DG12C主要參數(shù)如下：

Pcm=700mw,Icm=300rnA,fr2150MHz,uWO.6V

CES

本實(shí)驗(yàn)主要技術(shù)指標(biāo)：輸出功率PoN125mw,工作中心頻率f5=20.945MHz,

負(fù)載RL=50。。

2、確定電路和參數(shù)

激勵(lì)級(jí)Q91采用甲類放大，因此基極偏壓采用固定偏壓形式，靜態(tài)工作點(diǎn)

IcQ=7mAo直流負(fù)反饋電阻為300Q,交直流負(fù)反饋電阻為10。.集電極輸出由變壓

器耦合輸出到下一級(jí)。諧振電容取22P,根據(jù)前面的理論推導(dǎo)，變壓器T91的參數(shù)

為

N初現(xiàn)?N次級(jí)=2.56,初級(jí)取18匝，次級(jí)取7匝。

功放級(jí)Q92采用丙類放大。導(dǎo)通角為70°,基極偏壓采用發(fā)射極電流的直流分量

IEO在發(fā)射極偏置電阻Re上產(chǎn)生所需要的VBB,其中直流反饋電阻為20。，交直流

反饋電阻為10Q,集電極諧振回路電容為68P,負(fù)載為50。，輸出由變壓器耦合輸

出，采用中間抽頭，以利于阻抗匹配。它們的匝數(shù)分別為

N3=2匝Nl=7匝N2=21匝

最終電路如附圖G1所示。

17

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

參看附圖G1

1、調(diào)節(jié)W91,使Q91的靜杰工作點(diǎn)為UEQ=2.17V,UCEQ=9.83V。

2、使用BT—3型頻率特性測(cè)試儀，調(diào)整T91、T92,T91初級(jí)與C97,T92初級(jí)

與C94諧振在20.945MHz,同時(shí)測(cè)試整個(gè)功放單元的幅頻特性曲線，使峰值在

20.945MHz處。

3、連接J92J93J94J95,從1N91處輸入20.945MHZ信號(hào)，信號(hào)大小為70mV,

用示波器探頭在TT91處觀察輸出波形，微調(diào)T9LT92,使輸出波形不失真且最大。

4、從IN91處輸入信號(hào)，信號(hào)大小從70mV開始增加，用示波器探頭在TT92上觀

察電流波形，直至觀察到有下凹的電流波形為止。此時(shí)，將示波器探頭放在TT91處，

微調(diào)T91、T92,使輸出波形不失真且最大。然后改變輸入信號(hào)大小，觀察Q92發(fā)射

極上的電流波形，使功放處于臨界工作狀態(tài)。

5、觀察放大器的三種工作狀態(tài)

回路諧振后，輸入信號(hào)大小不變，改變負(fù)載RL會(huì)使R6發(fā)生變化，分別連接

J93、J94、J95,使負(fù)載電阻依次為51。-75c-168Q-240Qf560Q依次變化，

并用示波器探頭在TT92上觀察不同負(fù)載時(shí)的電流波形。同時(shí)，在TT92處觀察不同

負(fù)載時(shí)的輸出電壓波形。

6、測(cè)量負(fù)載特性

用高頻電壓表測(cè)量負(fù)載電阻上的電壓，改變負(fù)載電阻RL（參照步驟4）,記下相

應(yīng)的電流相防口電壓VL并且計(jì)算當(dāng)RR1Q時(shí)的功率和效率。

7、改變激勵(lì)電壓的幅度，觀察對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。

使RL=560Q（連J95）,用示波器觀察Q92發(fā)射極上的電流波形，改變輸入信號(hào)

大小，觀察放大器三種狀態(tài)的電流波形。

六、熨驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

1、畫出放大器三種工作狀態(tài)的電流波形。

2、計(jì)算當(dāng)RL=51。和560Q時(shí)，放大器的輸出功率和效率。

3、繪出負(fù)載特性曲線。

七、實(shí)驗(yàn)儀器

1、BT-3G頻率特性測(cè)試儀（選項(xiàng)）一臺(tái)

2、高頻電壓表（選項(xiàng)）一臺(tái)

3、雙蹤示波器（40MHz）一臺(tái)

4、萬用表一塊

5、調(diào)試工具一套

6、高頻信號(hào)源（最大功率最高頻率30MHz）一臺(tái)

18

實(shí)驗(yàn)四正弦振蕩實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握晶體管(振蕩管)工作狀態(tài)，反饋大小，負(fù)載變化對(duì)振蕩幅度與波形的

影響。

2、掌握改進(jìn)型電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器的工作原理及振蕩性能的測(cè)量方法。

3、研究外界條件變化對(duì)振蕩頻率穩(wěn)定度的影響。

4、比較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度，加深對(duì)晶體振蕩器頻率穩(wěn)定為

何高的理解。

二、實(shí)驗(yàn)原理與線路

正弦波振蕩器是指振蕩波形接近理想正弦波的振蕩器，這是應(yīng)用非常廣泛的一

類電路，產(chǎn)生正弦信號(hào)的振蕩電路形式很多，但歸納起來，不外是RC、LC和晶體

振蕩器三種形式，在本實(shí)驗(yàn)中，我們研究的主要是LC三端式振蕩器及晶體振蕩器。

LC三端式振蕩器的基本電路如圖(4-1)所示：

根據(jù)相位平衡條件，圖中構(gòu)成振

蕩電路的三個(gè)電抗中間，Xi、X2必須為同

性質(zhì)的電抗，X3必須為異性質(zhì)的電抗，且

它們之間應(yīng)滿足下列關(guān)系式：

X3=-(X]+X2)(4-1)

這就是LC三端式振蕩器相位平衡條件的

判斷準(zhǔn)則。

若X]和X2均為容抗，治為感抗，則

為電容三端式振蕩電路；若Xi和X2均為

感抗，X3為容抗，則為電感三端式振蕩器。

下面以電容三端式振蕩器為例分析其

圖三端式振蕩器的交流等效電路

4-1原理。

1、電容三端式振蕩器

共基電容三端式振蕩器的基本電路如圖4?2所示。圖中C3為耦合電容。由圖可

見：與發(fā)射極連接的兩個(gè)電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件C1和C2；與基極連

接的為兩個(gè)異性質(zhì)的電抗元件C2和L,根據(jù)前面所述的判別準(zhǔn)則，該電路滿足相位

條件。若要它產(chǎn)生正弦波，還須滿足振幅，起振條件，即：

Ao?F>1(4-2)

19

式中A。為電路剛起振時(shí)，振蕩管工作狀態(tài)為小信號(hào)時(shí)的電壓增益；F是反饋系

數(shù)，只要求出A。和F值，便可知道電路有關(guān)參數(shù)與它的關(guān)系。為此，我們畫出圖

4?2的簡(jiǎn)化，y參數(shù)等效電路如圖4?3所示，其中設(shè)y舒。y畬0,圖中G為振蕩

回路的損耗電導(dǎo)，GL為負(fù)載電導(dǎo)。

由圖可求出小信號(hào)電壓增益A。和反饋系數(shù)F分別為

VoZijx\

20