实验二 高频功率放大器

实验二高频功率放大器一、实验目的1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载变化时的动态特性。2、了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化和电源电压Vcc变化时对功率放大器工作状态的影响。3、比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点、功率、效率。二、实验内容1、观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点。2、测试饼类功放的调谐特性。3、测试丙类功放的负载特性。4、观察电源电压变化对丙放工作状态的影响及激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。三、实验基本原理功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等工作方式，功率放大器通常作为发射机末级功放，以获得较大的输出功率和较高的效率，并将大功率的输出信号馈送到天线幅射出去。功率放大器实际是一个能量转换器，即把电源共给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为放大器的效率。为了获得较大的输出功率和效率，其工作状态通常为丙类工作状态。功率放大器的主要特征是三价钴胺工作在非线性状态。为了不失真地放大信号，它的负载必须是谐振回路。集电极负载是一个高Q的LC并联震荡贿赂。直流供电电路为各级提供适当的工作状态和能源。由于基极未提供直流偏置电压，其工作状态为丙类工作状态。集电极电流为余弦脉冲状，但由于在集电极电路内采用的是并联谐振回路使回路谐振于基频，那么它对基频呈现很大的纯电阻阻抗，而对谐波的阻抗很小，可视为短路，因此并联谐振电路由于通过集电极电流所产生的电位降Vc也几乎只含有基频。这样，集电极电流的失真虽然很大，但由于下周六的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。本实验单元模块电路如图2-1所示。该实验电路由两级功率放大器组成。其中VT1（3DG12）、XQ1与C15组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R2、R12、R13为静态偏置电阻。XQ2与CT2、C6组成的负载回路与VT3（3DG12）组成丙类放功率大器。甲类功放的输出信号作为丙放的输入信号（由短路块J5连通）。VR6为设计反馈电阻，调节VR6可改变丙放增益。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S5拨码开关的位置可改变并联在谐振回路两端的电阻值，即改变回路Q值。以改变放大电路的增益和通频带。当短路块J5置于开路位置时则丙放无输入信号，此时丙放功率管VT3截止，只有当甲放输出信号大于丙放管VT3be间的导通电压值时，VT3才导通工作。图2-1高频功率放大电路四、实验步骤将功率放大模块电源短路块J84、J85置于下划线处，接通功率放大器模块的电源。1、了解丙类工作状态的特点（该步骤的目的是了解丙类工作状态的特点，仅用示波器观察波形，无需在表格中记录数据）对照电路图2-1，了解实验板上各元件的位置与作用。其中VT1（3DG12）、Q1与C15组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R2、R12、R13为静态偏置电阻。XQ2与CT2、C6组成的负载回路与VT3（3DG12）组成丙类放功率大器。将功放电源开关S1拨向左端（+12V），S17拨向GF，以选择功率放大功能，负载电阻转换开关S5全部拨向开路，示波器开路电缆接于J13（BF.OUT）与地之间，若有高频信号源，则将短路块J4断开，高频信号源从J7处输入0.8V左右，10MHz高频信号，短路块J5、J10均连在下横线处连通，调整电位器VR6使J13输出功率得到放大的信号。调整线圈XQ1、XQ2和可变电容CT2使J13处输出的信号幅度最大，即使得回路谐振。改变射极电阻电位器VR6的大小，以改变丙放的放大倍数，这样可以观察到丙放输出端J13的输出信号的大小随之改变。此时也可改变输入信号大小，示波器上也可看到放大输出信号振幅也随之变化，当输入电压振幅减小到一定值时，输出电压为0，记下此时输入电压幅值。此时丙放未导通工作。也可将短路块J5断开，使激励信号Ub=0，则Uo为0，此时负偏压也为0，由此可看出丙类工作状态的特点。若没有高频信号源，可将正弦波振荡器模块中S4开关“4”拨向“ON”，即工作在晶体振荡状态，将前置放大模块的短路块J15（FD.IN）连通在“ZD”下横线处，以使得从正弦波振荡模块输出的正弦波得到放大。调整振荡器模块VR5使J24处10MHz信号幅度为0.3V左右，即从前置放大器模块输入端J24处输入0.3V、10MHz信号；将J4短路块连通，以使得由前置放大模块输出的经过放大的10MHz的高频信号输入功率放大模块的甲放的输入端，短路块J5、J10均连在下横线处，通过调整VR10，使J7处即甲放的输入端输入的信号幅度为0.6V~0.8V。此时，调节VR5或VR10改变输入信号大小，示波器上可看到J13处放大输出信号振幅也随之变化，或改变丙放射极电阻VR6的大小，以改变丙放的放大倍数，此时也可在示波器上看到J13处的输出信号的振幅随之变化，当输入电压振幅减小到一定值时，可看到输出电压为0，记下此时输入电压幅值。也可将短路块J5断开，使激励信号Ub=0，则Uo为0，此时负偏压也为0，由此可看出丙类工作状态的特点。2、测试调谐特性使电路正常工作。从高频信号源输出0.3V左右的高频信号，将该高频信号接入甲放输入端（JF.IN），短路块J5】J10连接在下划线处，拨码开关S5仍全部开路，注意：拨码开关的使用方法是打在“ON”是连通，反之是开路。调整射极电阻VR6使丙放得到何时的放大倍数，调整线圈XQ1、XQ2和可变电容CT2使J13处输出信号幅度最大，即使回路谐振。改变输入信号频率从9MHz~11.5MHz，记下输出电压值。f值也可以根据实测值确定。表2.1f(MHz)9MHz9.5MHz10MHz10.5MHz11MHz11.5MHzUc(V)3、测试负载特性为使丙放工作在过压区，以观察此时的凹顶脉冲，将功放电源开关S1拨向+5V端，使Vcc=5V，S17拨向GF，选择功率放大功能。负载电阻转换开关S5全部拨向开路，将J5，J10短路块置于下划线处，J5短路块的作用是将甲放的输出端的信号接入丙放的输入端，J10短路块的作用是把丙放的三极管VT3接入电路，以使丙放正常工作。该功放模块接入激励信号源的方法是：若有高频信号源则从甲放输入端J7处输入来自高频信号源的0.6—0.8V10MHz的信号（（此时需将J7处短路块断开），若无高频信号源，则从前置放大模块输出0.6—0.8V10MHz的正弦波并将J7处短路块连通。调节射极电阻VR6，调整线圈XQ1、XQ2和可变电容CT2使J13处输出信号幅度最大，此时J13输出信号幅度为15V左右且保证波形不失真，继续调节可变电容CT2，直到在示波器上可看到J3处输出的波形会出现双峰凹顶脉冲，并以出现双峰凹顶脉冲为调谐标准，这表明此时丙放工作在过压区。此时若将电源开关拨向+12V端，又可看到双峰凹顶脉冲变成尖顶脉冲，这表明此时丙放工作在欠压区。由此即可观察到丙放工作在过压区和欠压区时集电极电流的波形。然后将负载电阻转换开关S5一次从拨动，开关3闭合时对应负载电阻680Ω，开关2闭合时对应负载电阻150Ω，开关4闭合时对应负载电阻51Ω。用示波器测量相应的集电极J13处输出的正弦波的峰峰值和发射极J3处输出的电压波形，以此描绘相应的集电极电流波形，并分析负载对工作状态的影响。负载对工作状态的影响是通过改变贿赂的增益和通频带实施的。只有丙放的放大倍数足够大，丙放的输出信号的振幅足够大，才可以使丙放工作在过压区，从而看到集电极电流出现凹顶脉冲将得到的数据填写在表2.2中。表2.2g=10MHzVcc=5VRL(Ω)68015051Uc(V)P-PUe(V)P-PUe的波形4、观察激励电压变化对工作状态的影响按照上述方法先将J3电压调到凹顶脉冲，然后改变丙放输入端电压由大到小变化，用示波器观察J3电压的变化。5、观察电源电压Vcc变化对工作状态的影响按照上述方法先将J3电压调到凹顶脉冲，拨动开关改变Vcc从5V到12V变化，用示波器观察J3电压的变化。6、实测功率效率计算将Vcc调为12V，测量丙放各参量填入表2.3，并进行功率、效率计算。表2.3f=10MHz实测计算VeVceUiUoIoIcP=PoPcηVcc=12V甲放丙放RL=150ΩRL=∞其中：Ui：输入电压峰-峰值Uo：输出电压峰-峰值Ic：发射极直流电压÷发射极电阻值P∞：电源给出直流功率（P==Vcc*Io）Pc：为管子损耗功率（Pc=IcVcc）Po：输出功率（Po=12(Uo/2)2RL）η=Po/P=五、实验报告要求1、根据实验测量结果，计算各种情况下Ic、Po、P=、η。2、说明电源电压、输入激励电压、负载电阻对丙类功率放大器的工作状态的影响，并用实验参数和波形进行分析说明。3、用实测参数分析丙类功率放大器的特点。