高频实验4功放.

厚德博学追求卓越高频电子线路实验在通信系统中，谐振功率放大器通常位于通信发射机的末级，其目的就是使要输出的高频大信号能获得足够的高频功率。功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到把集电极电源的直流功率转换成负载回路的交流功率的放大器。厚德博学追求卓越高频谐振功率放大器，是无线电发射机的重要组成部分,它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大,然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间,以实现用无线信道的方式完成信息的远距离传送。通过本实验：1．掌握高频谐振功率放大器的电路结构特点、基本功能与工作原理。2．掌握高频谐振功率放大器的调谐方法和掌握高频谐振功率放大器的调谐特性，负载特性以及激励电压、偏置电压、电源电压变化时对其工作状态的影响。3.了解高频谐振功率放大器的主要性能指标意义，掌握测试方法。一、实验目的4.学会电路设计方法。厚德博学追求卓越3．观察并测量外部负载特性变化对谐振功率放大器工作的影响。1、高频谐振功率放大器（甲/丙类）静态工作状态的测量。2、高频谐振功放的谐振频率fo的调整与测定（调谐）。二、实验内容4．高频谐振功率放大器主要性能指标的测量。厚德博学追求卓越利用选频网络作为负载的功率放大器,称为谐振功率放大器。一般工作在丙类,丙类功放的电流通角θ90，效率可达到80%。它通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的效率。其电路主要由五个部分组成:1基本电路结构与特点1）集电极直流电源Ec2）基极偏置电路（自给偏压）ReCe3）大功率晶体管BT大功率晶体管，能承受高电压，大电流，一般工作时发射极反偏(丙类)；4）输入激励电路Vi提供功放所需激励信号电压；且要求幅度较大，一般为0.5-5V。5）输出谐振回路RLN3N1N2CTTR滤波选频、阻抗匹配电路特点工作于丙类，集电极电流通角：o90对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同：输出功率大效率高厚德博学追求卓越2、高频功率放大器的工作原理设输入信号电压:tUubmbcos则加到晶体管基极,发射级的有效电压为:tUUUuubmBBBBbBEcos+ub_BTEc-VBBRL+C-Uc1+UBE_由晶体管的转移特性曲线uBEic•-UBB•UBZubCCic•CCUbmgC当BZBEUu，0ci当BZBEUu，BZBEccUugi式中cg为：折线的斜率有BZbmBBccUtUUgicos常数ceuBEccuig功放输出的Ic为一连串不连续的余弦脉冲与输入信号相比：完全失真.可知：厚德博学追求卓越高功放为什么能不失真地放大信号呢?尖顶余弦脉冲的数学表达式ccmaxcccos1costcosii若对ci分解为付里叶级数为：ntItItIIiccos2coscoscmncm1cm1coiC频谱23LC回路阻抗Rp0icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmax由于功放负载为LC并联谐振回路，适当调节LC回路参数，使之对ic的基波产生谐振，回路呈纯电阻性，阻抗最大，输出电压最大；而对其他谐波失谐阻抗很低，呈电容性；因而回路选出基波电压uc1,而滤除各次谐波电压。+ub-RpCL+uCE-EC-UBB+uc1-ic+uBE_故回路输出的基波电压：tUtRIRiucmpcmpcccoscos111而晶体管集电极的输出电压：tUEucmCCEcosuCEuctECubUBZUBBIcmaxuBEtibtictUcmUbmuBEic•-UBB•UBZubCUbmgCC故输出仍为不失真的正弦波.2厚德博学追求卓越3、高功放的主要技术性能指标输出功率：高频功放的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率。也就是集电极的输出功率，即效率常将集电极的效率视为高频功放的效率，用表示，当集电极回路谐振时，的值由下式计算：功率增益功放的输出功率Po与输入功率Pi之比称为功率增益，用AP(单位：dB)表示。pciAPPemcemcmcmcORURIUIp212111212121。为集电极电压利用系数UU＝式中ξ(θ)ξg21UUII21PPηCCc1mCC1CCc1mc0c1mEOC厚德博学追求卓越4、高频功放的工作状态高频谐振功率放大器在工作时，有三种工作状态。1、欠压状态2、临界状态3、过压状态其不同工作状态的划分，是根据功放管在输入激励信号的一个周期内晶体管是否进入输出特性曲线的饱和区来划分的。由于高功放为获得大功率、高效率。一般工作在丙类，即非线性状态。故采用谐振功放的动态线或称交流负载线来分析。厚德博学追求卓越放大器的三种工作状态之欠压状态CiCCV0VdgmaxBEv相交与工作区时红色与负载线蓝色线当)()(maxBEv压状态”。我们称放大器处于“欠幅还没有到达最大值。因为此时的输出电压振CviCtCi欠压状态的为尖顶余弦脉冲负载线斜率厚德博学追求卓越放大器的三种工作状态之临界状态CvCiCCV0V的拐点时相交于红色与负载线蓝色线当maxmax)()(BEBEvv界状态”。我们称放大器处于“临。再大就进入饱和区了饱和区和工作区的边界此时输出电压振幅到达)(会降低。负载线的斜率绝对值就增大当,pRmaxBEviCtCi临界状态的仍为尖顶余弦脉冲厚德博学追求卓越放大器的三种工作状态之过压状态CvCiCCV0V延长线相交与饱和区时红色与负载线蓝色线当)()(maxBEv压状态”。我们称放大器处于“过使三极管进入饱和区。大此时的输出电压振幅过,会更加降低。负载线的斜率绝对值就继续增大当,pRmaxBEviCt出现了凹顶过压状态的Ci三极管工作区三极管饱和区厚德博学追求卓越5、丙类谐振功率放大器的外部特性高频谐振功率放大器要实现大的功率Po输出，高的集电极效率ηc，最终取决于功放电路中外部电路参数：直流电源(UBB、UCC)、激励源和负载电阻(RL)。当这些参数发生变化时，不仅会将会影响到功放的工作状态，也会改变输出功率与效率；另一方面可以通过调整这些外部参量来改变功率放大器的性能。将外部参量变化时对功率放大器工作状态及性能指标的影响的相关参数，称为高功放的外部特性，包括负载特性----RL的影响放大特性----Uim的影响调制特性----UBB、UCC的影响厚德博学追求卓越高频功放的负载特性如果高功放的VCC、VBB、Vb3个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻Rp决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随Rp而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。vBEmaxicvC厚德博学追求卓越6、高频功放的调谐测试电路示波器监测波形失真高频信号发生器提供激励信号电压与工作频率直流毫安表mA测量集电极的直流电流高频电压表V测量负载RL的端电压在集电极回路处于谐振状态时，放大器的输出功率可以由下式计算：2LLVoRP在回路谐振时，高频电压表的读数应达到最大值，直流毫安表的读数为最小值，示波器监测的波形为不失真基波。厚德博学追求卓越三、实验应会知识3、1实验用高频谐振功率放大器实验电路组成实验用高频谐振功率放大器电路由2级放大器组成。其中，BG1是甲类前置放大器，Ct1用以调谐，TP2点为前置放大级的输出测试点。BG2为末级丙类功率放大器，Ct2用以调谐,当K3断开时可串入万用表（直流电流档），以监测IC0值。同时，TP3点可近似作为集电极电流iC波形的测试点。SW1用以改变集电极负载电阻。OUT点为功放输出测量点。第一级甲类前置高频电压放大器丙类谐振高频功率放大器甲放IC测量功放输入控制功放IC测量SW1厚德博学追求卓越实验用高频谐振功率放大器实验电路模块信号输入前级放大信号输出功放输出IC波形厚德博学追求卓越实验现场操作规程a、注意安全操作规程，确保人身安全请注意人身安全和仪器设备的安全！！！为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。调换仪器时应切断实验台的电源。逐步养成单手操作的习惯。b、爱护仪器设备仪器在使用过程中，不必经常开关电源。切忌无目的地拨弄仪器面板上的开关和按钮。仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿随便调换配件。注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超过！当被测量值的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。c、实验完成后请将所有设备电源关断，实验箱盖按号还原，连接线、工具请放回箱内，并将实验台面清理干净，养成良好的习惯。厚德博学追求卓越1、甲类/丙类放大器直流工作状态与特点的测定测试电路框图如图所示。实验准备连接+12V电源与地连接“K1、K2、K3”与RL=470Ω（SW1“4”ON）选定并插上实验电路模块2.按下表所列要求，用万用表分别测量Q1、Q2管的各极静态直流电压，并将测量数据填入表中根据实验数据，分析甲类与丙类放大器直流静态区别，体会丙类功放直流状态的特点。静态测量Vb(V)Ve(V)Vc(V)Vce(V)结论：BG1(Q1)BG2(Q2)1.适当调整RW1，使缓冲级VEQ=2.2V四、实验内容与操作步骤厚德博学追求卓越2、甲类与丙类放大器的调整与动态测量测试电路框图如图所示。实验准备保持以上基本设置状态不变RL=470Ω实验数据测量Vi=6.5MHZ/150mVp-p等幅波加入TP1与地之间。“CH1检测”①CH2测量缓冲放大器输出（TP2），并适当微调Ct1，使放大器谐振(即输出信号最大且不失真)。②CH2测量谐振功放输出（OUT），并适当微调Ct2或高信器频率，使放大器谐振（即输出信号最大不失真）。③记录谐振时，谐振功率放大器的谐振频率fo=?,并记录谐振时Vi与Vo、Ie信号波形。④当功放谐振时，用三用表测量谐振功放的VE、VB、VC与VCE，将数据记录于表中。VitVot谐振时Iet动态测量Vb(V)Ve(V)Vc(V)BG2厚德博学追求卓越3、丙类功率放大器负载特性测定测试电路框图和实验测试条件同上：测试条件：Vcc=+12VRL=470Ω输入信号频率=谐振频率fo①使高功放处于最佳谐振状态。②用示波器“CH1”探头检测“高频功率放大器”实验板的“Ie”波形；用示波器”CH2”探头检测“高频功率放大器”实验板的“OUT”波形。③适当调整高频信号发生器的输出信号幅度，使放大器处于过压工作状态，即使Ie出现双峰，并记录此时的电流波形。④改变负载（用连接线），使负载电阻依次变为240→75Ω→51Ω。观察并记录不同负载时的Ie电流波形。根据实验测量数据的结果，说明什么是高功放的负载特性？厚德博学追求卓越4、高频功率放大器输出功率、效率的测量与计算测试条件：RL=75Ω输入信号频率=谐振频率fo①使高功放处于最佳谐振状态。（适当微调Ct1、Ct2,使输出不失真最大。)操作步骤与方法：②按表所列要求，测试并记录相应的数据。Vip-p(V)TP1Vop-p(V)OUT电压放大倍数③在功放工作在谐振状态时，适当加大输入信号的幅度，置功放输出信号最大且不失真时（即临界状态）。④按表所列要求，测试并记录相应的数据。Vcc(V)Ic(mA)Vop-p(V)依据实验测量数据分别计算电源直流PE输出Po损耗Pc效率ηPE=Vcc*IcPo=(Vop-p)2/8RLPc=PE-Poη=Po/PE*100%厚德博学追求卓越五、实验报告内容与思考题一、实验报告内容：1、写明实验目的.2、画出实验电路原理图并说明实验电路的工作原理。3、写明实验所用仪器。4、写明实验项目并整理实验数据。一、实验思考题：1、功放集电极馈电线路采用的是什么方式？2、对实验结果进行分析，说明集电极负载对谐振功率放大器工作的影响（工作状态，电压、电流波形，功率、效率）。3、说明功放电路欠压、过压与临界工作状态的特点？