實(shí)驗(yàn)二丙類高頻功率放大器實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三 丙類高頻功率放大器實(shí)驗(yàn) 一 . 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過實(shí)驗(yàn),加深對(duì)于高頻諧振功率放大器工作原理的理解。2. 研究丙類高頻諧振功率放大器的負(fù)載特性,觀察三種狀態(tài)的脈沖電流波形。 3. 了解基極偏置電壓、集電極電壓、激勵(lì)電壓的變化對(duì)于工作狀態(tài)的影響。 4. 掌握丙類高頻諧振功率放大器的計(jì)算與設(shè)計(jì)方法。二 . 預(yù)習(xí)要求:1. 復(fù)習(xí)高頻諧振功率放大器的工作原理及特點(diǎn)。 2. 熟悉并分析圖 3所示的實(shí)驗(yàn)電路,了解電路特點(diǎn)。三 . 實(shí)驗(yàn)儀表設(shè)備1. 雙蹤示波器 2. 數(shù)字萬(wàn)用表3. TPE-GP5通用實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 4. G1N 實(shí)驗(yàn)?zāi)K 5. G2N 實(shí)驗(yàn)?zāi)K四 . 電路特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介1. 電路特點(diǎn)

2、本電路的核心是諧振功率放大器,在此電路基礎(chǔ)上,將音頻調(diào)制信號(hào)加入集電極回 路中,利用諧振功率 放大電路的集電極調(diào) 制特性,完成集電極調(diào)幅實(shí)驗(yàn)。當(dāng)電路的 輸出負(fù)載為天線回路 時(shí),就可以完成無(wú)線 電發(fā)射的任務(wù)。為了使電路穩(wěn)定,易于調(diào) 整,本電路設(shè)置了獨(dú) 立的載波振蕩源。2. 高頻諧振功率放大器的工作原理參見圖 1。諧振功率放大器是以選頻網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載的功率放大器,它是在無(wú)線電發(fā)送中最為重 要、 最為難調(diào)的單元電路之一。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、 乙類、丙類等類型。 丙類功率放大器導(dǎo)通角 <900,集電極效率可達(dá) 80%, 一般用作末級(jí)放大,以 獲得較大的功率和較高的效率。圖 1中,

3、V bb 為基極偏壓, V cc 為集電極直流電源電壓。為了得到丙類工作狀態(tài), V bb 應(yīng)為負(fù)值,即基極處于反向偏置。 u b 為基極激勵(lì)電壓。圖 2示出了晶體管的轉(zhuǎn)移特性 曲線,以便用折線法分析集電極電流與基極激勵(lì)電壓的關(guān)系。 V bz 是晶體管發(fā)射結(jié)的起 始電壓(或稱轉(zhuǎn)折電壓 。由圖可知,只有在 u b 的正半周,并且大于 V bb 和 V bz 絕對(duì)值之 和時(shí),才有集電極電流流通。即在一個(gè)周期內(nèi),集電極電流 i c 只在 -+時(shí)間內(nèi)導(dǎo) 通。 由圖可見, 集電極電流是尖頂余弦脈沖, 對(duì)其進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解可得到它的直流、 基波和其它各次諧波分量的值,即:i c =IC0+ IC1m CO

4、S t + IC2M COS2t + + ICnM COSn t + bm bbbz U VV COS +=圖 3 高頻功放(調(diào)幅及發(fā)射電路原理圖求解方法在此不再敘述。為了獲取較大功率和有較高效率,一般取 =700800左右。 完整的電路圖見圖 3。V 3001為推動(dòng)級(jí), 為末級(jí)功放電路提供足夠的激勵(lì)電壓。 V 3002構(gòu)成丙類諧振放大電路。 R3006、 C3007以及 L3003等元件構(gòu)成了自給負(fù)偏置電路。 R L1R L3為負(fù)載電阻,在負(fù)載 電阻和功放電路集電極之間采用變壓器電路, 以完成負(fù)載和集電極之間阻抗變換。 利用 跳線端子 SW3002可以方便地把不同的負(fù)載電阻分別接入電路中,以

5、完成負(fù)載特性的實(shí) 驗(yàn)。在功放輸出級(jí)電路中設(shè)置了跳線短路端子 J 3002和 J 3003。 J 3003可完成 +12V電源和 +6 9V 可調(diào)電源之間的轉(zhuǎn)換,以觀察集電極調(diào)制特性和完成高電平調(diào)幅電路的實(shí)驗(yàn)。 J 3002是為了在集電極回路中加入低頻調(diào)制信號(hào)而設(shè)置的。 R 3005是取樣電阻,以便觀察脈沖電 流波形。高頻信號(hào)由 P3001輸入,可以使用外接信號(hào)源,也可以用實(shí)驗(yàn)箱上的“ LC 與 晶體振蕩器”電路或“變?nèi)荻O管振蕩器”電路的輸出作信號(hào)源。3. 高頻功放電路的調(diào)諧與調(diào)整原則 理論分析表明,當(dāng)諧振功率放大器集電極回路對(duì)于信號(hào)頻率處于諧振狀態(tài)時(shí)(此時(shí) 集電極負(fù)載為純電阻狀態(tài) ,集電極直

6、流電流 I C0為最小,回路電壓 U L 最大,且同時(shí)發(fā) 生。 然而, 由于晶體管在高頻工作狀態(tài)時(shí), 內(nèi)部電容 C bc 的反饋?zhàn)饔妹黠@, 上述 I C0最小、 回路電壓 U L 最大的現(xiàn)象不會(huì)同時(shí)發(fā)生。 因此, 本實(shí)驗(yàn)電路, 不單純采用監(jiān)視 I C0的方法, 而采用同時(shí)監(jiān)視脈沖電流 i C 的方法調(diào)諧電路。由理論分析可知,當(dāng)諧振放大器工作在 欠壓狀態(tài)時(shí), i C 是尖頂脈沖,工作在過壓狀態(tài)時(shí), i C 是凹頂脈沖,而當(dāng)處于臨界狀態(tài) 下工作時(shí), i C 是一平頂或微凹陷的脈沖。這也正是高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)原則, 即在最佳負(fù)載條件下,使功率放大器工作于臨界狀態(tài),以獲取最大的輸出功率和較大 工

7、作效率。本電路的最佳負(fù)載為 75。因此調(diào)試時(shí)也應(yīng)以此負(fù)載為調(diào)試基礎(chǔ)。五 . 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)K的緊固與連接取出 G1N 與 G2N 實(shí)驗(yàn)?zāi)K, 并將其正確固定在 TPE-GP5通用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)區(qū)上, 建議將 G1N 置于左上角實(shí)驗(yàn)區(qū), G2N 置于與其相連的實(shí)驗(yàn)區(qū)(右上角 。這樣做的目 的是為了便于實(shí)驗(yàn)電路之間的連接。2. 載波振蕩源的調(diào)整:(1接通實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總電源,并在 G1N 模塊上找到“ LC 與晶體振蕩器” ,按下該電路 的電源按鍵 SW1001,此時(shí)該電路的電源指示燈發(fā)光,表示電源已接通。(2將該電路連接成晶體振蕩器的形式,即,用短路環(huán)短接跳線端子 J1001,并使 S10

8、01、 S1003和 S1004開路, S1002作適當(dāng)連接。用示波器在 M1001處測(cè)試其 輸出波形,調(diào)整 Rp1001和 Rp1002使振蕩器穩(wěn)定輸出,幅度大約為 0.4V (頻率 為 10.7MHz 。用短接線將該信號(hào)連接至 P3001(G2N 小板高頻功放電路的輸入 端 。3. 功 放電路的調(diào)整:(1按下高頻功放電路的電源按鍵 SW3001,此時(shí)該電路的電源指示燈發(fā)光,表示電 源已接通。 用短路環(huán)分別短接跳線端子 J3003的 1、 2端和跳線端子 J3002的 2、 4端, 使 +12V電源直接接入 V3002的集電極。 用跳線端子接通負(fù)載電阻 RL2(75 。(2推動(dòng)級(jí)的調(diào)整:將示

9、波器 1通道測(cè)試探頭 (衰減 10倍, 下同 連接至 M3001, 靈敏度置于 0.2V/DIV 檔(由于探頭有 10倍衰減,故實(shí)際相當(dāng)于 2V/DIV , 用以監(jiān)測(cè)推動(dòng)級(jí)的輸出 電壓波形。仔細(xì)調(diào)整 CT3001,使推動(dòng)級(jí)的輸出電壓最大(約 3.54V P-P 。 (3丙類功放的調(diào)整:將示波器 2通道測(cè)試探頭(衰減 10倍,下同連接至測(cè)試點(diǎn) M3003處,靈敏 度置于 0.2V/DIV 檔(由于探頭有 10倍衰減,故實(shí)際相當(dāng)于 2V/DIV ,用以監(jiān)測(cè) 功放級(jí)的輸出波形。 將示波器 1通道測(cè)試探頭 (衰減 10倍, 下同 改接至 M3004, 靈敏度置于 10mV/DIV或 20mV/DIV,

10、用以檢測(cè)脈沖電流。仔細(xì)調(diào)整 CT3003,使輸出回路諧振,且實(shí)現(xiàn)負(fù)載到集電極間的阻抗轉(zhuǎn)換。觀 察 M3003處的波形, 應(yīng)能得到失真最小的正弦波形。 同時(shí)觀察 M3004處的波形, 是否得到了一個(gè)臨界狀態(tài)的脈沖電流波形(略有凹陷的波形界狀態(tài)的脈沖電流,則需要仔細(xì)調(diào)整 CT3001、 CT3002和 CT3000,使功放級(jí)的 輸入達(dá)到較好的匹配狀態(tài), 必要時(shí)還需適當(dāng)?shù)卣{(diào)整載波信號(hào)源的輸出幅度。 正常4. 負(fù) 載特性的觀察(1保持信號(hào)源頻率和幅度不變,將負(fù)載分別接至 RL1(120 和 RL3(47 ,應(yīng)能 觀察到過壓和欠壓狀態(tài)的脈沖電流形狀。若不能,則電路還需做細(xì)心調(diào)整,直 至在保持信號(hào)源頻率和

11、幅度不變得情況下, 隨著負(fù)載的改變可出現(xiàn)過壓、 臨界、 和欠壓的三種狀態(tài)的脈沖電流波形。(2三種狀態(tài)的脈沖電流波形大致如圖所示。R L =120 RL =75 RL =47圖 4 不同負(fù)載下的脈沖電流波形上述脈沖波形, 描繪了放大器的負(fù)載特性, 即隨著 R c 的增大, I c 隨之減小。 放大 狀態(tài)由欠壓狀態(tài)向過壓狀態(tài)過渡。(3當(dāng)觀察到負(fù)載特性后,記錄三種負(fù)載條件下的負(fù)載上獲得的輸出電壓 U L(P-P,電 源提供給功放管集電極的電壓 U C ,為了避免電壓表輸入阻抗對(duì)于輸出回路的影 響,測(cè)量 U C 應(yīng)當(dāng)在 J3002的 2端測(cè)試。測(cè)試三種狀態(tài)下的集電極直流電流時(shí), 既可以采用在 J300

12、2的 2、 4兩點(diǎn)間接入直流電流表 (200mA檔 直接讀數(shù),也可 以采用測(cè)量發(fā)射極電阻上的壓降再換算成電流的方法。 但電流表接入回路中后, 會(huì)對(duì)輸出及脈沖電流波形產(chǎn)生一定影響,所以推薦采用第二種方法測(cè)試集電極 直流電流。換算方法:I C0=VE /RE (已知 R E =10 。最后將測(cè)試結(jié)果填入表中表 1 高頻功放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 5. 集 電極調(diào)制特性的觀察(1將負(fù)載置于 47檔,輸入信號(hào)電壓及 E b 保持不變,用短路環(huán)將 J3003的 2、 3端短接,用 69V 可調(diào)電源給功放管的集電極供電。調(diào)整 Rp3002, 觀察發(fā)射極脈 沖電流波形的變化, 這些變化描述了丙類功放電路的集電極調(diào)制特性, 即隨著 V cc 增大,脈沖電流將會(huì)由過壓狀態(tài)向臨界再向欠壓狀態(tài)變化。E C =10V EC =6V圖 5 EC 不同時(shí)的脈沖電流波形(R L =39(2放大特性的觀察保持 V cc 、 E b 、 R L 不變, 改變輸入電壓的幅值,可以看出隨著信號(hào)幅度由小到大變化,脈沖電流將由欠壓狀態(tài)向臨界狀態(tài)再向過壓狀態(tài)變化的現(xiàn)象。六 . 問題思考1. 若諧振放大器工作