高频功率放大器实验.pdf

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1、实验三高频功率放大器一、实验目的1、掌握丙类谐振功率放大器的基本工作原理；2、掌握丙类谐振功率放大器的负载特性和振幅特性；3、掌握丙类谐振功率放大器集电极效率的测试和计算方法。二、实验仪器1、示波器一台2、数字万用表一块3、频谱分析仪一套4、高频毫伏表一台4、信号发生器一台三、实验原理及其相关知识在通信系统中，谐振功率放大器经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

2、器。功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作效率还有丁类、戊类放大器。甲类、乙类功率放大器我们在上学期的实验都完成过，现在比较一下和它们丙类功率放大器的不同：甲类放大器：输入信号幅度小，输出信号不失真。但是其工作效率较低。乙类和丙类放大器：输入信号幅度大，工作效率较高，但是输出信号失真大。特别丙类谐振功率放大器，电压导通角较小，工作效率最高，通信发射机的高频末级功率放大器通常采用丙类工作方式。另外，对于谐振功率放大和小信号调谐放大器的对比：两种放大器的放大对象都为高频

3、信号，负载也均是谐振回路；不同之处主要在于激励信号的幅度大小不同，电路的静态工作点不同，动态范围不同。在实验过程中要认真体会。高频功率放大器与低频功率放大器的相同点：都是为了得到高输出功率和高转换效率，激励信号也同为大信号；不同点：⑴工作频率与相对频宽不同；⑵放大器的负载不同；⑶放大器工作状态不同。1、丙类谐振功率放大器的工作特点功率放大器的最终目的是：电路与系统中，如果具有相同直流功率，那么所设计放大器的转换效率越高，输出的交流功率就越大。丙类放大器就是这样一种放大器，如图3-1所示，这是一个典型

4、的丙类放大器的原理图：负载为LC谐振回路，基极偏置为负偏压，半通角θc＜90°，放大器的基极没有设置直流偏置电路，仅在晶体管基极设置了一个偏置电阻，从电路的形式来看，当没有载波信号输入时，放大器处于截止状态，集电极和发射级没有电流流过，集电极也没有交流信号输出。当输入大幅度信号时，输入信号加在放大器基极，在偏置电阻上产生自给偏压，放大器将随着输入信号的频率进行开关工作，放大器的集电极将输出放大的信号。ic+LiBvCEC–输出+vcvBE–+vb–iE––+–+VBBVCC图3-1谐振功率放大器的基

5、本电路如图3-1可以写出谐振功率放大器电路表达式：v=−v+vcoswt，=v−vcoswt，i=gv(−v)(3-1)BEBBbmCCcmccBEBZ根据3-1可以得到谐振功率放大器的电压、电流波形，如图3-2所示，vBEvBEVBZωt–VBBibωticωtvCEVcmVcmVCCωt(a)vCE=VCC–vc图3-2谐振功率放大器的电压、电流波形V+VBBBZ谐振功率放大器导通角满足：cosθ=(3-2)cVbm谐振功率放大器的功率关系：P−=Po+Pc(3-3)P是直流电源供给的直流功率；

6、P是交流输出信号功率；P是集电极耗散功率；−oc21Vcm12P=V⋅I，P=V⋅I==IR(3-4)−CCc0ocmcm1cm1p22R2p式中V为回路两端的基频电压；I为基频电流；R为回路的谐振阻抗。cmcm1p1V⋅IP2cmcm11o集电极效率η定义为：η===ξg(θ)(3-5)cc1cPVI2−CCc0VIcmcm1式中，ξ=，称为集电极电压利用系数，g(θ)=称为波形系数，θ为电流1ccVICCc0半导通角或截止角，θ越小，则g(θ)越大。η其表明晶体管放大器的功率转换能力。c1cc丙

7、类谐振功率放大器提高效率η的途径：c⑴使LC回路谐振在信号的基频上，即i的最大值对应v的最小值，那么，集电极耗cCE散功率会减小。⑵减小θ角，θ越小，则g(θ)越大，则集电极效率η越高；cc1cc2、非线性谐振功率放大器的工作状态非线性谐振功率放大器的工作状态通常理想化特性曲线采用近似分析法，如图3-3所示的晶体管的转移特性和输出特性的实际特性和近似折线，图中实线代表实际特性曲线，虚线代表近似折线。在放大区，集电极电流和基极电流不受集电极电压影响，而仅与基极电压成线性关系；在饱和区，集电极电流与集电

8、极电压成线性关系，而不受基极电压的影响。临界线icicg欠压区过压区crgvBEc理想化折线（虚线）0vBEVBZ0vCE(a)转移特性曲线(b)输出特性曲线图3-3晶体管实际特性和理想折线如图3-3，根据集电极是否进入饱和区，将放大器的工作状态分为三种：欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方，交流输出电压较低且变化较大；过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区，交流输出电压较高且变化不大；临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好