高頻實(shí)驗(yàn)2-高頻諧振功率放大器

1、高頻電子線路實(shí)驗(yàn),高頻諧振功率放大器，是無線電發(fā)射機(jī)的重要組成部分,它的主要功用是實(shí)現(xiàn)對高頻已調(diào)波信號的功率放大, 然后經(jīng)天線將其轉(zhuǎn)化為電磁波輻射到空間,以實(shí)現(xiàn)用無線信道的方式完成信息的遠(yuǎn)距離傳送。通過本實(shí)驗(yàn)：,1掌握高頻諧振功率放大器的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本功能與工作原理。,2掌握高頻諧振功率放大器的調(diào)諧方法和掌握高頻諧振功率放大器的調(diào)諧特性，負(fù)載特性以及激勵電壓、偏置電壓、電源電壓變化時(shí)對其工作狀態(tài)的影響。,3.了解高頻諧振功率放大器的主要性能指標(biāo)意義，掌握測試方法。學(xué)會電路設(shè)計(jì)方法。,一、實(shí) 驗(yàn) 目 的,3觀察并測量外部特性（負(fù)載、Ecc、VEE、Vbm）變化對諧振功率放大器工作的影響。,1

2、、高頻諧振功率放大器（甲/丙類）靜態(tài)工作狀態(tài)的測量。,2、高頻諧振功放的諧振頻率fo的調(diào)整與測定（調(diào)諧）。,二、實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容,4高頻諧振功率放大器主要性能指標(biāo)的測量。,(1)工作頻率高，相對頻帶窄,(2)采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路,(3)放大器一般工作在（丙）類工作狀態(tài)，屬于 非線性電路,(4)電路不能用線性模型電路分析，一般采用圖解法 分析和折線法分析,在高頻范圍內(nèi)，為了獲得足夠大的高頻信號輸出功率，必須采用高頻諧振功率放大器，這是發(fā)射設(shè)備的重要組成部分。,特點(diǎn)：,1 基本電路結(jié)構(gòu),1、晶體管：,大功率晶體管，能承受高電壓，大電流，一般工作時(shí)發(fā)射極反偏(丙類)；,高頻諧振功率放大器的電路構(gòu)成

3、，除電源和偏置電路外，主要由三個(gè)部分組成：,2、輸入激勵電路：,3、輸出諧振回路：,提供功放所需激勵信號電壓；,（1）濾波選頻，,（2）阻抗匹配,對高頻功率放大器的一般要求同低頻功放相同：,輸出功率大,效率高,工作丙類，集電極電流導(dǎo)通角：,電路特點(diǎn),高頻功率放大器的工作原理,設(shè)輸入信號電壓:,則加到晶體管基極,發(fā)射級的有效電壓為:,+ UBE _,由晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線可知：,ub,功放輸出的Ic為一連串不連續(xù)的余弦脈沖,與輸入信號相比完全失真.,高功放為什么能不失真地放大信號呢?,尖頂余弦脈沖的數(shù)學(xué)表達(dá)式,ic,利用功放負(fù)載LC回路的選頻功能,適當(dāng)選擇LC的參數(shù)使之諧振與基波頻率,故輸出仍為

4、不失真的正弦波.,高頻功放的工作狀態(tài)：,高頻功放的工作狀態(tài)有三種,分別是:,(1) 欠壓工作狀態(tài),特點(diǎn)：,晶體管的工作范圍在放大區(qū)和截止區(qū)。,ic為尖頂余弦脈沖，集電極電壓利用不充分。,(2) 過壓工作狀態(tài),特點(diǎn)：,晶體管的動態(tài)范圍延伸到飽和區(qū),的波形頂部為下凹的余弦脈沖,功放效率高,但輸出功率小,(3)臨界工作狀態(tài),特點(diǎn)：,ic為尖頂余弦脈沖,晶體管輸出功率最大，效率最高.高功放通常選擇這種工作狀態(tài)。,利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載的功率放大器,稱為諧振功率放大器。一般工作在丙類,丙類功放的電流導(dǎo)通角 90，效率可達(dá)到80%。它通常作為發(fā)射機(jī)的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的效率。其基本電路組成如圖

5、所示:,晶體管BT與選頻網(wǎng)絡(luò)L、CT組成丙類諧振功率放大器。,丙類功放的基極偏置電壓VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IE0(IE0Ic0)在射極電阻Re上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。,變壓器的次級為輸出回路: 集電極基波電壓的振幅: Vcm=Icm RL 式中，Icm為集電極基波電流的振幅；RL為集電極負(fù)載阻抗。,諧振功率放大器的原理同一般放大器的原理是類似的,即利用輸入到基極的信號,來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉(zhuǎn)化為交流信號功率輸出。為提高效率，增加輸出功率,高頻功放一般采用丙類放大。在丙類狀態(tài)下,放大器集電極電流ic是脈沖狀，因而包含很多諧波成分,有很大失真。但

6、諧振功放的集電極電路內(nèi)采用了并聯(lián)諧振回路，當(dāng)該回路諧振于基頻，則它對基頻呈現(xiàn)很大的純電阻性阻抗,而對諧波的阻抗很小,可以看作短路。因此,并聯(lián)諧振電路由于通過ic所從產(chǎn)生的壓降vc也幾乎只有基頻。由于諧振回路的濾波作用,盡管ic的失真很大,仍然能夠得到正弦波輸出。,（2）高功放的主要技術(shù)指標(biāo)與外部特性,輸出功率 高頻功放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。也就是集電極的輸出功率，即,效率 常將集電極的效率視為高頻功放的效率，用 表示，當(dāng)集電極回路諧振時(shí)， 的值由下式計(jì)算：,功率增益 功放的輸出功率Po與輸入功率Pi 之比稱為功率增益，用AP(單位：dB)表示。,1）高功放的主要

7、技術(shù)指標(biāo),2）高功放的主要外部特性,高頻功率放大器的負(fù)載特性 諧振功放的直流電源VBB、VCC及激勵電壓Vbm不變時(shí)，放大器的輸出電流Ico、Icm1,輸出電壓Vcm及功率、效率隨負(fù)載變化的特性，稱為放大器負(fù)載特性。,高頻功率放大器的振幅特性 諧振功放的直流電源VBB、VCC及負(fù)載RL不變時(shí)，激勵電壓Vbm變化時(shí)，放大器的輸出電流Ico、Icm1,輸出電壓Vcm及功率、效率隨Vbm變化的特性，稱為放大器的振幅特性。,高頻功率放大器的調(diào)諧特性 諧振功放的外部電流Ico、Ieo和輸出電壓Vcm及功率、效率隨回路調(diào)諧電容（或電感）變化的特性，稱為放大器的調(diào)諧特性。,（3）高頻功放的調(diào)諧測試電路,示波

8、器監(jiān)測波形失真,高頻信號發(fā)生器提供激勵信號電壓與工作頻率,直流毫安表mA測量集電極的直流電流,高頻電壓表V測量負(fù)載RL的端電壓,在集電極回路處于諧振狀態(tài)時(shí)，放大器的輸出功率可以由下式計(jì)算：,在回路諧振時(shí)，高頻電壓表的讀數(shù)應(yīng)達(dá)到最大值，直流毫安表的讀數(shù)為最小值，示波器監(jiān)測的波形為不失真基波。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會知識,3、1 實(shí)驗(yàn)用高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路組成,第一級甲類前置高頻電壓放大器,第二級甲類前置高頻電壓放大器,丙類諧振高頻功率放大器,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場操作規(guī)程,a、注意安全操作規(guī)程，確保人身安全,注意人身安全和儀器設(shè)備的安全,為了防止器件損壞，在切斷實(shí)驗(yàn)電路板上的電源后才能改接電路。,調(diào)換儀器時(shí)應(yīng)切斷

9、實(shí)驗(yàn)臺的電源。,逐步養(yǎng)成用右手進(jìn)行單手操作的習(xí)慣。,b、愛護(hù)儀器設(shè)備,儀器在使用過程中，不必經(jīng)常開關(guān)電源。,切忌無目的的撥弄儀器面板上的開關(guān)和按鈕。,儀器設(shè)備出現(xiàn)問題，請向老師尋求幫助，請勿隨便調(diào)換配件。,注意儀表允許安全電壓（或電流），切勿超過！ 當(dāng)被測量的大小無法估計(jì)時(shí)，應(yīng)從儀表的最大量程開始測試，然后逐漸減小量程。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會技能,1、甲類丙類放大器直流工作狀態(tài)與特點(diǎn)的測定,測試電路框圖如圖所示。,實(shí) 驗(yàn) 準(zhǔn) 備,連接+12V電源與地,連接“CD”與RL=120,選定并插上實(shí)驗(yàn)電路模塊,按下表所列要求，用萬用表分別測量V1、V2、V3管的各極靜態(tài)直流電壓，并將測量數(shù)據(jù)填入表中,三、實(shí)驗(yàn)

10、應(yīng)會技能,2、兩級甲類前置放大器的調(diào)整與測量,測試電路框圖如圖所示。,實(shí) 驗(yàn) 準(zhǔn) 備,連接+12V電源與地,斷開“CD”；RL=120,選定并插上實(shí)驗(yàn)電路模塊,實(shí) 驗(yàn) 數(shù)據(jù)測量, Vi=6.5 MHZ/80-100mVp-p等幅波加入IN與地之間?！癈H1檢測”, CH2分別測量緩沖放大器輸出（A與B），并適當(dāng)微調(diào)高信器頻率，使放大器諧振。輸出信號最大不失真。記錄測量結(jié)果。, 記錄諧振時(shí)，兩級前置放大器的諧振頻率fo= ?, 并記錄諧振時(shí)Vi與Vo信號波形。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會技能,2、丙類諧振功放的調(diào)整與測量,測試電路框圖如圖所示。,實(shí) 驗(yàn) 準(zhǔn) 備,連接+12V電源與地,連接“CD”與RL=120

11、,實(shí) 驗(yàn) 數(shù)據(jù)測量, Vi=fo/60-80mVp-p等幅波加入IN與地之間。“CH1檢測”, CH2測量諧振功放輸出（OUT），并適當(dāng)微調(diào)高信器頻率，使放大器諧振。輸出信號最大不失真。記錄此時(shí)的Fo= ?, 記錄諧振時(shí)，諧振功率放大器的諧振頻率fo= ?, 并記錄諧振時(shí)Vi與Vo、Ie信號波形。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會技能,3、丙類諧振功放的調(diào)諧特性與測量,測試電路框圖如圖所示。,實(shí) 驗(yàn) 準(zhǔn) 備,保持以上設(shè)置不變,測試條件：Vcc=+12V RL =120 輸入信號頻率=諧振頻率fo,實(shí) 驗(yàn) 數(shù)據(jù)測量, 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。, 按表所列要求，以諧振頻率作標(biāo)準(zhǔn)，并以0.1MHZ為步進(jìn)，改變高信器的

12、輸入信號的頻率，保持輸入信號幅度（V2的B點(diǎn)）不變，記錄各頻率點(diǎn)的輸出電壓值，得出結(jié)論。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會技能,4、丙類功率放大器負(fù)載特性測定,測試電路框圖和實(shí)驗(yàn)測試條件同上：,測試條件：Vcc=+12V RL =120 輸入信號頻率=諧振頻率fo, 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。, 用示波器“ CH1”探頭檢測“高頻功率放大器”實(shí)驗(yàn)板的“Ie”波形；用示波器”CH2”探頭檢測“高頻功率放大器”實(shí)驗(yàn)板的“OUT”波形。, 適當(dāng)調(diào)整高頻信號發(fā)生器的輸出信號幅度，使放大器處于過壓工作狀態(tài)，即使Ie出現(xiàn)雙峰，并記錄此時(shí)的電流波形。, 改變負(fù)載（用連接線），使負(fù)載電阻依次變?yōu)?550。觀察并記錄不同負(fù)載時(shí)的電

13、流波形。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會技能,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會技能,5、丙類功率放大器放大特性測定,測試電路框圖和實(shí)驗(yàn)測試條件同上：,測試條件：Vcc=+12V RL =120 輸入信號頻率=諧振頻率fo, 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。, 用示波器“ CH1”探頭檢測“高頻功率放大器”實(shí)驗(yàn)板的“Ie”波形；用示波器”CH2”探頭檢測“高頻功率放大器”實(shí)驗(yàn)板的“OUT”波形。, 適當(dāng)調(diào)整高頻信號發(fā)生器的輸出信號幅度旋鈕，使放大器處于欠壓工作狀態(tài)，即Ie出現(xiàn)尖頂余弦脈沖，注意觀測此時(shí)輸出信號幅度隨輸入信號幅度變化的特點(diǎn)（輸出信號與輸入信號變化成正比）。, 緩慢增大輸入信號幅度，使放大器處于臨界工作狀態(tài)，即Ie由尖頂余弦脈

14、沖變化到即將出現(xiàn)雙峰的時(shí)刻，注意觀測此時(shí)輸出信號幅度與輸入信號幅度變化的特點(diǎn)（輸出信號最大）。, 繼續(xù)增大輸入信號幅度。當(dāng)輸入信號幅度增大到一定程度時(shí)，放大器將由臨界進(jìn)入到過壓工作狀態(tài)，即Ie由尖頂余弦脈沖變化到集電極電流脈沖則出現(xiàn)凹陷的雙峰，注意觀測此時(shí)輸出信號幅度與輸入信號幅度變化的特點(diǎn)（輸出電壓振幅增長緩慢）。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會技能,6、高頻功率放大器輸出功率、效率的測量與計(jì)算, 按表所列要求，測試并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。,測試條件：Vcc=+12V RL =75 輸入信號頻率=諧振頻率fo, 使高功放處于最佳諧振狀態(tài)。, 依據(jù)測試數(shù)據(jù)，計(jì)算出本諧振功率放大器的主要性能指標(biāo)。,五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容與思考題,一、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容： 1、寫明實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 2、畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖并說明實(shí)驗(yàn)電路的工作原理。 3、寫明實(shí)