高頻電子線路課程實(shí)驗(yàn)四高頻功率放大器

1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院高頻電子線路課程 實(shí)驗(yàn)報告 專業(yè)班級 測控13-2 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 溫濤 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 實(shí)驗(yàn)報告 實(shí)驗(yàn)四 高頻功率放大器 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解和掌握丙類高頻諧振功率放大器的構(gòu)成及工作原理。 2了解丙類諧振功率放大器的三種工作狀態(tài)及負(fù)載特性、調(diào)制特性、放大特性和調(diào)諧特性。 3. 掌握丙類諧振功率放大器的輸出功率oP、直流功率DP、集電極效率Ch測量方法。 4. 掌握用頻譜儀觀測信號頻譜、頻率及調(diào)制度的方法。 二實(shí)驗(yàn)原理 高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件，它也是一種

2、以諧振電路作負(fù)載的放大器。它和小信號調(diào)諧放大器的主要區(qū)別在于：小信號調(diào)諧放大器的輸入信號很小，在微伏到毫伏數(shù)量級，晶體管工作于線性區(qū)域。小信號放大器一般工作在甲類狀態(tài)，效率較低。而功率放大器的輸入信號要大得多，為幾百毫伏到幾伏，晶體管工作延伸到非線性區(qū)域截止和飽和區(qū)，這種放大器的輸出功率大，效率高，一般工作在丙類狀態(tài)。 一高頻功率放大器的原理電路 高頻功放的電原理圖如圖 7-1 所示（共發(fā)射極放大器） 它主要是由晶體管、LC 諧振回路、直流電源 Ec 和 Eb 等組成， Ub 為前級供給的高頻輸出電壓，也 稱激勵電壓。 二高頻功率放大器的特點(diǎn) 1.高頻功率放大器通常工作在丙類（C 類）狀態(tài)。

3、通角q 的定義：集電極電流流通角度的一半叫通角q 。 甲類（A 類）q =180 度，效率約 50%； 乙類（B 類）q =90 度，效率可達(dá) 78%； 甲乙類（AB 類）90 q 180 度，效率約 50% h 78%； 丙類（C 類）q E C 2 時，放大器工作在欠壓狀態(tài)；E C = E C 2 時，放大器工作在臨界狀態(tài)； E C E C 2 時，放大器工作在過壓狀態(tài)。即當(dāng) E C 由大變小時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn) 入過壓， i c 波形也由余弦脈沖波形變?yōu)橹虚g凹陷的脈沖波。 三實(shí)驗(yàn)電路 高頻功率放大器實(shí)驗(yàn)電路如圖7-6所示。 本實(shí)驗(yàn)單元由兩級放大器組成，11BG02是前置放大級，工

4、作在甲類線性狀態(tài)，以適應(yīng)較小的輸入信號電平。高頻信號由鉚孔11P01輸入，經(jīng)11R10、11C09加到11BG02的基極。11TP01、11TP02為該級輸入、輸出測量點(diǎn)。由于該級負(fù)載是電阻，對輸入信號沒有濾波和調(diào)諧作用，因而既可作為調(diào)幅放大，也可作為調(diào)頻放大。當(dāng)11K05跳線去掉時，11BG01為丙類高頻功率放大電路，其基極偏置電壓為零，通過發(fā)射極上的電壓構(gòu)成反偏。因此，只有在載波的正半周且幅度足夠大時才能使功率管導(dǎo)通。其集電極負(fù)載為LC選頻諧振回路，諧振在載波頻率上以選出基波，因此可獲得較大的功率輸出。本實(shí)驗(yàn)功放有兩個選頻回路，由11K03來選定。當(dāng)11K03撥至左側(cè)（1、2,4、5接通）

5、時，所選諧振回路由11L02、11C01和11C1組成，其諧振頻率為6.3MHZ左右，此時的功放可用于構(gòu)成無線收發(fā)系統(tǒng)。當(dāng)11K03撥至右側(cè)時（2、3,5、6接通），諧振回路由11L04、11C15組成，其諧振回路諧振頻率為2MHZ左右。此時可用于測量三種狀態(tài)（欠壓、臨界、過壓）下的電流脈沖波形，因頻率較低時測量效果較好。11K04用于控制負(fù)載電阻的接通與否，11W02電位器用來改變負(fù)載電阻的大小。11W01用來調(diào)整功放集電極電源電壓的大?。ㄖC振回路頻率為2MHZ左右時）。在功放構(gòu)成系統(tǒng)時，11K02控制功放是由天線發(fā)射輸出還是直接通過鉚孔輸出。 當(dāng)11K02往上撥時，功放輸出通過天線發(fā)射，1

6、1TP00為天線接入端。11K02往下?lián)軙r，功放通過11P03輸出。11P02為音頻信號輸入口，加入音頻信號時可對功放進(jìn)行基極調(diào)幅。11TP03為功放集電極測試點(diǎn)，11TP04為發(fā)射極測試點(diǎn)，可在該點(diǎn)測量電流脈沖波形。11TP06用于測量負(fù)載電阻大小。當(dāng)輸入信號為調(diào)幅波時，11BG01不能工作在丙類狀態(tài)，因?yàn)楫?dāng)調(diào)幅波在波谷時幅度較小，11BG01可能不導(dǎo)通，導(dǎo)致輸出波形嚴(yán)重失真。因此，輸入信號為調(diào)幅波時，11K05跳線器必須插上，使11BG01工作在甲類狀態(tài)。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、觀察高頻功率放大器丙類工作狀態(tài)的現(xiàn)象，并分析其特點(diǎn)； 2、測試丙類功放的調(diào)諧特性； 3、測試負(fù)載變化時三種狀態(tài)（欠壓

7、、臨界、過壓）的余弦電流波形； 4、觀察激勵電壓、集電極電壓變化時余弦電流脈沖的變化過程； 5、觀察功放基極調(diào)幅波形。 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 在實(shí)驗(yàn)箱主板上裝上高頻功率放大與射頻發(fā)射模塊，接通電源即可開始實(shí)驗(yàn)。 2、測試前置放大級輸入、輸出波形 高頻信號源頻率設(shè)置為6.3MHZ，幅度峰-峰值300mV左右，用鉚孔線連接到11P01，模塊上開關(guān)11K01至“OFF”，用示波器測試11P01和11TP02的波形的幅度，并計(jì)算其放大倍數(shù)。由于該級集電極負(fù)載是電阻，設(shè)有選頻作用。3、 激勵電壓、 電源電壓及負(fù)載變化對丙類功放工作狀態(tài)的影響（1） 激勵電壓Ub對放大器工作狀態(tài)的影響，開關(guān)11K01

8、置“on”，11K03置“右側(cè)”，11K02往下?lián)?。保持集電極電源電壓Ec=6V（用萬用表測11TP03直流電壓，調(diào)11W01等于6V），負(fù)載電阻RL=8K(11K04置“off”,用萬用表測11TP06電阻，調(diào)11W02使其為8K，然后11K04置“on”)不變。高頻信號源頻率1.9MHZ左右，幅度200mV(峰-峰值)，連接至功放模塊輸入端（11P01）。示波器CH1接11TP03，CH2接11TP04。調(diào)整高頻信號源頻率，使功放諧振即輸出幅度（11TP03）最大。改變信號幅度源，即改變激勵信號電壓Ub，觀察11TP04電壓波形。信號源幅度變化時，應(yīng)觀察到欠壓、臨界、過壓脈沖波形。其波形如

9、圖7-7所示（如果波形不對稱，應(yīng)微調(diào)高頻信號源頻率，如果高頻信號源是DDS信號源，注意選擇合適的頻率步長檔位）。 欠壓臨界弱過壓過壓 圖7-7 三種狀態(tài)下的電流脈沖波形實(shí)際觀察到的波形如下圖：欠壓狀態(tài)波形 臨界狀態(tài)波形 過壓狀態(tài)波形（2） 集電極電源電壓Ec對放大器工作狀態(tài)的影響 保持激勵電壓Ub（11TP01電壓為200mv峰-峰值）、負(fù)載電阻RL=8K不變，改變功放集電極電壓Ec時，仍可以觀察到圖7-7的波形，但此時欠壓波形幅度比臨界時稍大。實(shí)際觀察到的波形如下圖：欠壓狀態(tài)波形 臨界狀態(tài)波形 過壓狀態(tài)波形（3）負(fù)載電阻RL保持變化對放大器工作狀態(tài)的影響保持功放集電極電壓Ec=6V,激勵電壓

10、（11TP01點(diǎn)電壓、150mv峰峰值）不變，改變負(fù)載電阻RL（調(diào) 整11W02電位器，注意11K04至“ON”），觀察11TP04電壓波形。同樣能觀察到圖7-7的脈沖波形，但欠壓時波形幅度比臨界時大。測出欠壓、臨界、過壓時負(fù)載電阻的大小。測試電阻時必須將11K04撥至“OFF”，測完后再撥至“on”。實(shí)際觀察到的波形如下圖： 欠壓狀態(tài)波形 臨界狀態(tài)波形 過壓狀態(tài)波形4功放調(diào)諧特性測試 11K01置“ON”,11KO2往下?lián)埽?1K03置“左側(cè)”，拔掉11K05跳線器。高頻信號源接入前置級輸入端（11P01），峰-峰值800mV。以6.3MHZ的頻率為中心點(diǎn)，以200KHZ為頻率間隔，向左右兩

11、側(cè)畫出6個頻率測量點(diǎn)，畫出一個表格。設(shè)計(jì)的表格如下：f ( MHZ )5.25.55.86.06.26.46.77.07.3Vc(VP - P)4.415.135.695.815.795.414.794.013.37 高頻信號源按照表格上的頻率變化，幅度峰-峰值為800mV左右（11TP01）,用示波器測量11TP03的電壓值。測出與頻率相對應(yīng)的電壓值填入表格，然后畫出頻率與電壓的關(guān)系曲線。 5.功放調(diào)幅波的觀察 保持上述4的狀態(tài)，調(diào)整高頻信號源的頻率，使功放諧振，即使11TP03點(diǎn)輸出幅度最大。然后從11P02輸入音頻調(diào)制信號，用示波器觀察11TP03的波形。此時該點(diǎn)波形應(yīng)為調(diào)幅波，改變音頻

12、信號的幅度，輸出調(diào)幅波的調(diào)制度應(yīng)發(fā)生變化。改變調(diào)制信號的頻率，調(diào)幅波的包絡(luò)亦隨之變化。 實(shí)際觀測的調(diào)幅波如下圖： 正弦波調(diào)幅 三角波調(diào)幅 方波調(diào)幅 六實(shí)驗(yàn)報告 1認(rèn)真整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)參數(shù)和波形進(jìn)行分析，說明輸入激勵電壓、集電極電源電壓，負(fù)載電阻對工作狀態(tài)的影響。 （1）激勵電壓Ub對放大器工作狀態(tài)的影響 高頻信號源頻率1.9MHZ左右，幅度200mv（峰峰值），連接至功放模塊輸入端（11P01）。示波器CH1接11TP03，CH2接11TP04。調(diào)整高頻信號源頻率，使功放諧振即輸出幅度（11TP03）最大。改變信號源幅度，即改變激勵信號電壓Ub，觀察11TP04電壓波形。信號源幅度變化時，

13、應(yīng)觀察到欠壓、臨界、過壓脈沖波形。 （2）集電極電源電壓Ec對放大器工作狀態(tài)的影響 保持激勵電壓Ub（11TP01電壓為200mv峰峰值）、負(fù)載電阻RL=8K不變，改變功放集電極電壓Ec（調(diào)整11W01電位器，使Ec為510V變化），觀察11TP04電壓波形。調(diào)整電壓Ec時，仍可觀察到圖10-6的波形，但此時欠壓波形幅度比臨界時稍大。 （3）負(fù)載電阻RL變化對放大器工作狀態(tài)的影響 保持功放集電極電壓Ec=6V，激勵電壓（11TP01點(diǎn)電壓、150mv峰峰值）不變， 改變負(fù)載電阻RL（調(diào)整11W02電位器，注意11K04至“on”），觀察11TP04電壓波形。同樣能觀察到圖10-6的脈沖波形，但欠壓時波形幅度比臨界時大。測出欠壓、臨界、過壓時負(fù)載電阻的大小。測試 電阻時必須將11K04撥至“off”，測完后再撥至”on”。 2用實(shí)測參