湖南大學(xué)非線性丙類功率放大器實驗報告.doc

實驗七 非線性丙類功率放大器實驗一、 實驗?zāi)康?1、 了解丙類功率放大器的基本工作原理，掌握丙類放大器的調(diào)諧特性以及負載改變時的動態(tài)特性。 2、 了解高頻功率放大器丙類工作的物理過程以及當(dāng)激勵信號變化對功率放大器工作狀態(tài)的影響。 3、 比較甲類功率放大器與丙類功率放大器的特點 4、 掌握丙類放大器的計算與設(shè)計方法。 二、實驗內(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 2、 測試丙類功放的調(diào)諧特性 3、 測試丙類功放的負載特性 4、 觀察激勵信號變化、負載變化對工作狀態(tài)的影響 三、 實驗儀器 1、 信號源模塊 1塊 2、 頻率計模塊 1塊 3、 8 號板 1塊 4、 雙蹤示波器 1臺 5、 頻率特性測試儀（可選） 1臺 6、 萬用表 1塊 四、實驗基本原理 放大器按照電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型。功率放大器電流導(dǎo)通角越小，放大器的效率越高。甲類功率放大器的，效率最高只能達到50%，適用于小信號低功率放大，一般作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。 非線性丙類功率放大器的電流導(dǎo)通角，效率可達到80%，通常作為發(fā)射機末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。特點：非線性丙類功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1或更小)，基極偏置為負值，電流導(dǎo)通角，為了不失真地放大信號，它的負載必須是LC諧振回路。 電路原理圖如圖7-1(見P.48)所示，該實驗電路由兩級功率放大器組成。其中N4、T5 組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)，其中R14、R15、R16 組成靜態(tài)偏置電阻。N4、T6 組成丙類功率放大器。R18 為射極反饋電阻，T6 為諧振回路，甲類功放的輸出信號通過R17 送到N4 基極作為丙放的輸入信號，此時只有當(dāng)甲放輸出信號大于丙放管N4 基極射極間的負偏壓值時，Q4 才導(dǎo)通工作。與撥碼開關(guān)相連的電阻為負載回路外接電阻，改變S1 撥碼開關(guān)的位置可改變并聯(lián)電阻值，即改變回路Q 值。 下面介紹甲類功放和丙類功放的工作原理及基本關(guān)系式。1、甲類功率放大器 1) 靜態(tài)工作點 如圖7-1 所示，甲類功率放大器工作在線性狀態(tài)，電路的靜態(tài)工作點由下列關(guān)系式確定2) 負載特性 如圖7-1 所示，甲類功率放大器的輸出負載由丙類功放的輸入阻抗決定，兩級間通過變壓器進行耦合，因此甲類功放的交流輸出功率P0 可表示為：式中， 為輸出負載上的實際功率， 為變壓器的傳輸效率，一般為0.750.85 圖7-2 為甲類功放的負載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點Q 應(yīng)選在交流負載線AB 的中點，此時集電極的負載電阻RH 稱為最佳負載電阻。集電極的輸出功率PC 的表達式為： 式中，Vcm 為集電極輸出的交流電壓振幅；Icm 為交流電流的振幅，它們的表達式分別為：式中，VCES 稱為飽和壓降，約1V如果變壓器的初級線圈匝數(shù)為N1，次級線圈匝數(shù)為N2，則式中， 為變壓器次級接入的負載電阻，即下級丙類功放的輸入阻抗。 3) 功率增益 與電壓放大器不同的是功率放大器有一定的功率增益，對于圖7-1 所示電路，甲類功率放大器不僅要為下一級功放提供一定的激勵功率，而且還要將前級輸入的信號進行功率放大， 功率放大增益Ap 的表達式為其中，Pi 為放大器的輸入功率，它與放大器的輸入電壓uim 及輸入電阻Ri 的關(guān)系為2、丙類功率放大器 1）基本關(guān)系式 丙類功率放大器的基極偏置電壓VBE 是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO（ICO）在射極電阻上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號為正弦波時，集電極的輸出電流iC為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓vc1,電流ic1。圖7-3 畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式式中， 為集電極輸出的諧振電壓及基波電壓的振幅； 為集電極基波電流振幅； 為集電極回路的諧振阻抗。式中，PC 為集電極輸出功率式中，PD 為電源VCC 供給的直流功率；ICO 為集電極電流脈沖iC 的直流分量。放大器的效率為 h2）負載特性 當(dāng)放大器的電源電壓VCC，基極偏壓vb，輸入電壓(或稱激勵電壓)vsm 確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負載電阻Rq。諧振功率放大器的交流負載特性如圖7-4 所示。 由圖可見，當(dāng)交流負載線正好穿過靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移點A 時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降VCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。此時，集電極輸出的功率PC 和效率都較高，此時放大器處于臨界工作狀態(tài)。Rq 所對應(yīng)的值稱為最佳負載電阻，用R0 表示，即 h當(dāng)RqR0 時，放大器處于欠壓狀態(tài)，如C 點所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。當(dāng)RqR0 時，放大器處于過壓狀態(tài)，如B 點所示， 集電極電壓雖然比較大，但集電極電流波形有凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。判斷放大器是否為臨界工作狀態(tài)的條件是：五、實驗步驟 1、 連線框圖如圖7-5 所示 2、 在前置放大電路輸入端P5 處輸入頻率10.7MHz（測試點TP7，Vp-p300mV） 的高頻信號， 調(diào)節(jié)中周T5，使TP15 處信號約為3.5V。調(diào)節(jié)T6，使TP9 幅度最大。 調(diào)諧特性的測試 將S1 設(shè)為“0000”，以0.5MHz 為步進從9MHz15MHz 改變輸入信號頻率，記錄TP9 處的輸出幅度，填入表7-1。負載特性的測試 將信號源調(diào)至10.7M，RF 幅度為300mV。8 號板負載電阻轉(zhuǎn)換開關(guān)S1(第4 位沒用到)依次撥為“1110”，“0110”和“0100”，用示波器觀測相應(yīng)的Vc（TP9處觀測）值和Ve（TP8處觀測）波形，描繪相應(yīng)的ie波形，分析負載對工作狀態(tài)的影響。表中的R19=18歐，R20=51歐，R21=100歐。3、 觀察激勵電壓變化對工作狀態(tài)的影響 先將 TP8 調(diào)成對稱的凹陷波形，然后使輸入信號由大到小變化，用示波器觀察 ie波形的變化（觀測 ie波形即觀測 Ve波形，ieVe/R16+R17），用示波器在 TP8 處觀察 六、實驗報告要求 1、 整理實驗數(shù)據(jù)，并填寫表 7-1、7-2。 2、 對實驗參數(shù)和波形進行分析，說明輸入激勵電壓、負載電阻對工作狀態(tài)的影響。3、 分析丙類功率放大器的特點、 1、表7-1 Fi 9MHZ 9.5MHZ 10MHZ10.5MHZ 11MHZ11.5MHZ 12MHZ V0 200mV 1.1V 4.5V 4.3V 1.2V 200mV 200mV表7-2 等效負載 R19/R20/R21 R20/R21 R20 RL() 11.74 33.77 51 VcP-P(V) 1.45 2.70 3.06 VeP-P(V)ie 0.9 0.79 0.76觀察激勵電壓變化對工作狀態(tài)的影響 先將 TP8 調(diào)成對稱的凹陷波形，然后使輸入信號由大到小變化，2、 激勵電壓越大，功率低但是效率高。激勵電壓越低，功率低效率低。負載電阻越大，輸出功率低但是效率高。電阻小輸出功率和效率都低3、 丙類功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的 1或更小)，基極偏置為負值，電流導(dǎo)通角小于9