实验2 高频谐振功率放大器

厚德博学追求卓越高频电子线路实验高频谐振功率放大器(2)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。学会电路设计方法。一、实验目的厚德博学追求卓越3．观察并测量外部特性（负载、Ecc、VEE、Vbm）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。厚德博学追求卓越三、实验应知知识(1)工作频率高，相对频带窄(2)采用选频网络作为负载回路(3)放大器一般工作在（丙）类工作状态，属于非线性电路(4)电路不能用线性模型电路分析，一般采用图解法分析和折线法分析在高频范围内，为了获得足够大的高频信号输出功率，必须采用高频谐振功率放大器，这是发射设备的重要组成部分。特点：厚德博学追求卓越1基本电路结构BT1、晶体管：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)；高频谐振功率放大器的电路构成，除电源和偏置电路外，主要由三个部分组成：ReCeRLN3N1N2CTTR2、输入激励电路：3、输出谐振回路：Ec提供功放所需激励信号电压；（1）滤波选频，（2）阻抗匹配Vi对高频功率放大器的一般要求同低频功放相同：输出功率大效率高工作丙类，集电极电流导通角：电路特点o90厚德博学追求卓越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可知：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.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ntItItIIiccos2coscoscmncm1cm1co若对ci分解为付里叶级数为：icωtθcθcic1ic2ic3IcoIcmaxBTEc-VBBRL+C-Uc1利用功放负载LC回路的选频功能,RL+C-Uc1适当选择LC的参数使之谐振与基波频率,故输出仍为不失真的正弦波.厚德博学追求卓越高频功放的工作状态：高频功放的工作状态有三种,分别是:(1)欠压工作状态特点：晶体管的工作范围在放大区和截止区。ic为尖顶余弦脉冲，集电极电压利用不充分。icCC(2)过压工作状态特点：晶体管的动态范围延伸到饱和区的波形顶部为下凹的余弦脉冲,功放效率高,但输出功率小ci(3)临界工作状态特点：ic为尖顶余弦脉冲,晶体管输出功率最大，效率最高.高功放通常选择这种工作状态。厚德博学追求卓越三、实验应知知识BTRE1RE2CER1RLN3N1N2CTTRLC1C2E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,丙类功放的电流导通角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。其基本电路组成如图所示:晶体管BT与选频网络L、CT组成丙类谐振功率放大器。丙类功放的基极偏置电压–VBE是利用发射极电流的直流分量IE0(IE0Ic0)在射极电阻Re上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。变压器的次级为输出回路:集电极基波电压的振幅:Vcm=IcmRL式中，Icm为集电极基波电流的振幅；RL为集电极负载阻抗。谐振功率放大器的原理同一般放大器的原理是类似的,即利用输入到基极的信号,来控制集电极的直流电源所供给的直流功率，使之转化为交流信号功率输出。为提高效率，增加输出功率,高频功放一般采用丙类放大。在丙类状态下,放大器集电极电流ic是脉冲状，因而包含很多谐波成分,有很大失真。但谐振功放的集电极电路内采用了并联谐振回路，当该回路谐振于基频，则它对基频呈现很大的纯电阻性阻抗,而对谐波的阻抗很小,可以看作短路。因此,并联谐振电路由于通过ic所从产生的压降vc也几乎只有基频。由于谐振回路的滤波作用,尽管ic的失真很大,仍然能够得到正弦波输出。厚德博学追求卓越三、实验应知知识（2）高功放的主要技术指标与外部特性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02C1m02ClmClmClmo212121RVRIIVP2CLLDC0CCPVRPIV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1）高功放的主要技术指标厚德博学追求卓越三、实验应知知识2）高功放的主要外部特性高频功率放大器的负载特性谐振功放的直流电源VBB、VCC及激励电压Vbm不变时，放大器的输出电流Ico、Icm1,输出电压Vcm及功率、效率随负载变化的特性，称为放大器负载特性。高频功率放大器的振幅特性谐振功放的直流电源VBB、VCC及负载RL不变时，激励电压Vbm变化时，放大器的输出电流Ico、Icm1,输出电压Vcm及功率、效率随Vbm变化的特性，称为放大器的振幅特性。高频功率放大器的调谐特性谐振功放的外部电流Ico、Ieo和输出电压Vcm及功率、效率随回路调谐电容（或电感）变化的特性，称为放大器的调谐特性。厚德博学追求卓越（3）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第一级甲类前置高频电压放大器第二级甲类前置高频电压放大器丙类谐振高频功率放大器实验用高频谐振功率放大器电路它由3级放大器组成。其中，BG1、BG2是两级甲类前置放大器，C2、C6用以调谐，A、B点用作为这两级的输出测试点。BG3为末级丙类功率放大器，当K4断开时可在C、D间串入万用表（直流电流档），以监测IC0值。同时，E点可近似作为集电极电流iC波形的测试点（R10=10O，C9=100pF，因而C9并未对R10构成充分的旁路）。K1-K3用以改变集电极负载电阻。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。逐步养成用右手进行单手操作的习惯。b、爱护仪器设备仪器在使用过程中，不必经常开关电源。切忌无目的的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。厚德博学追求卓越三、实验应会技能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“CD”与RL=120Ω选定并插上实验电路模块按下表所列要求，用万用表分别测量V1、V2、V3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。电源+12V功放模块万用表静态测量Vb(V)Ve(V)Vc(V)Vce(V)结论：BG1BG2BG3动态测量Vb(V)Ve(V)Vc(V)Vce(V)BG3厚德博学追求卓越三、实验应会技能2、两级甲类前置放大器的调整与测量测试电路框图如图所示。实验准备连接+12V电源与地断开“CD”；RL=120Ω选定并插上实验电路模块实验数据测量①Vi=6.5MHZ//80-100mVp-p等幅波加入IN与地之间。“CH1检测”②CH2分别测量缓冲放大器输出（A与B），并适当微调高信器频率，使放大器谐振。输出信号最大不失真。记录测量结果。③记录谐振时，两级前置放大器的谐振频率fo=?,并记录谐振时Vi与Vo信号波形。VitVotVi=函数式V0=函数式谐振时厚德博学追求卓越三、实验应会技能2、丙类谐振功放的调整与测量测试电路框图如图所示。实验准备连接+12V电源与地连接“CD”与RL=120Ω实验数据测量①Vi=fo/60-80mVp-p等幅波加入IN与地之间。“CH1检测”②CH2测量谐振功放输出（OUT），并适当微调高信器频率，使放大器谐振。输出信号最大不失真。记录此时的Fo=?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。VitVot谐振时Iet厚德博学追求卓越三、实验应会技能3、丙类谐振功放的调谐特性与测量测试电路框图如图所示。实验准备保持以上设置不变测试条件：Vcc=+12VRL=120Ω输入信号频率=谐振频率fo实验数据测量①使高功放处于最佳谐振状态。②按表所列要求，以谐振频率作标准，并以0.1MHZ为步进，改变高信器的输入信号的频率，保持输入信号幅度（V2的B点）不变，记录各频率点的输出电压值，得出结论。f(MHz)foVi(V)Vo(V)结论根据实验测量数据的结果，说明什么是高功放的调谐特性？厚德博学追求卓越三、实验应会技能4、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=120Ω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75Ω→50Ω。观察并记录不同负载时的电流波形。根据实验测量数据的结果，说明什么是高功放的负载特性？厚德博学追求卓越三、实验应会技能三、实验应会技能5、丙类功率放大器放大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=120Ω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旋钮，使放大器处于欠压工作状态，即Ie出现尖顶余弦脉冲，注意观测此时输出信号幅度随输入信号幅度变化的特点（输出信号与输入信号变化成正比）。④缓慢增大输入信号幅度，使放大器处于临界工作状态，即Ie由尖顶余弦脉冲变化到即将出现双峰的时刻，注意观测此时输出信号幅度与输入信号幅度变化的特点（输出信号最大）。⑤继续增大输入信号幅度。当输入信号幅度增大到一定程度时，放大器将由临界进入到过压工作状态，即Ie由尖顶余弦脉冲变化到集电极电流脉冲则出现凹陷的双峰，注意观测此时输出信号幅度与输入信号幅度变化的特点（输出电压振幅增长缓慢）。根据实验测量的结果，体会高功放的最佳工作状态？厚德博学追求卓越三、实验应会技能6、高频功率放大器输出功率、效率的测量与计算②按表所