非线性丙类功率放大器实验.docx

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1、XX学院实验报告实验名称：非线性丙类功率放大器实验实验室名称：通信虚拟仿真实验室实验时间：20XX年12月10日实验设备及环境: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改变时的动态特性。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4、掌握丙类放大器的计算与设计方法。实验原理及内容：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、 测试丙类功放的调谐特性3、 测试丙类功放的负载特性4、 观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响放大器按照电流导通角的范围可

2、分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角。越小，放大器的效率越高。甲类功率放大器的以1801效率最高只能达到50乐适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。非线性丙类功率放大器的电流导通角。90。，效率可达到80%,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。特点：非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号（信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小）,基极偏置为负值，电流导通角B组成静态偏置电阻。N八T6组成丙类功率放大器。R18为射极反馈电阻，T6为谐振回路，甲类功放的输出信号通过R”送到W基极作为丙放的输入信号，此时只有当甲放输出

3、信号大于丙放管W基极一射极间的负偏压值时，Q4才导通工作。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S1拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q值。图71下面介绍甲类功放和丙类功放的工作原理及基本关系式。1、甲类功率放大器D静态工作点如图7-1所示，甲类功率放大器工作在线性状态，电路的静态工作点由下列关系式确定:V应IeQ=yfBQ=丫电+-力yf3Q=vcc-2）负载特性如图7-1所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定，两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P。可表示为：品=立%式中，片为输出负载上的实际功率，为变压器的传输效率，一般为砧=0.750.85

4、图7-2为甲类功放的负载特性。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点，此时集电极的负载电阻RH称为最佳负载电阻。集电极的输出功率PC的表达式为：1 1V2莅=Yq=成式中，Q为集电极输出的交流电压振幅；1为交流电流的振幅，它们的表达式分别为：式中，VCES称为饱和压降，约IV式中，7为变压器次级接入的负载电阻，即下级丙类功放的输入阻抗。3)功率增益与电压放大器不同的是功率放大器有一定的功率增益，对于图7-1所示电路，甲类功率放大器不仅要为下一级功放提供一定的激励功率，而且还要将前级输入的信号进行功率放大,功率放大增益Ap的表达式为其中，B为放大器的输入功率，它与放大器

5、的输入电压U加及输入电阻Ri的关系为2、丙类功率放大器D基本关系式丙类功率放大器的基极偏置电压VBE是利用发射极电流的直流分量IEO(Q1co)在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。利用谐振回路1C的选频作用可输出基波谐振电压Vm电流idO图73画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式：%.=式中，二1为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；4皿为集电极基波电流振幅；%为集电极回路的谐振阻抗。坛=;11=;几%二;1式中，PC为集电极输出功率PD=V（X8式中，PD为电源VCC

6、供给的直流功率；Ico为集电极电流脉冲ic的直流分量。放大器的效率为=1%戏【a2V(X18图7-3丙类功放的基极/集电极电流和电压波形2）负载特性当放大器的电源电压+V（,基极偏压Vb,输入电压（或称激励电压）Vsm确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻Rq。谐振功率放大器的交流负载特性如图7-4所示。由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性转移点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降Vces,集电极电流脉冲接近最大值国。此时，集电极输出的功率PC和效率都较高，此时放大器处于临界工作状态。Rq所对应的值称为最佳负载电阻，用Ro表示，即2屁当RqRo

7、时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极电压虽然比较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是：-2实验步骤及数据记录:2、在前置放大电路输入端P5处输入频率/=IO.7MHZ（测试点TP7,VP-P=30OmV）的高频信号，调节中周T5,使TP15处信号约为3.5V。调节T6,使TP9幅度最大。调谐特性的测试将S1设为“0000”，以0.5MHZ为步进从9MHz15MHz改变输入信号频率，记录TP9处的输出幅度，填入表Fi9MHz9.5MHzIOMHz10.5MHZI1M

8、Hz11.5MHZ12MHzV0240mv320mv400mv4.08v2.32v400v320mv表7-1负载特性的测试将信号源调至107M,RF幅度为300mV08号板负载电阻转换开关S1（第4位没用到）依次拨为“1110”,O11Ow和“0100”,用示波器观测相应的Vc（TP9处观测）值和Ve（TP8处观测）波形，描绘相应的ie波形，分析负载对工作状态的影响。表中的R19=51欧，R20=75欧，R21=100欧，RIoO=300欧。等效负载R19/R20R19（轻欠压）R20(临界)R21（轻过压）R1OO（重过压）R1(Q)30.365175100300Vcp-P(V)22.643

9、.043.203.36Vep-p(mV)512mv456mv352mv288mv256mvie的波形Wi甄W1表7-2Vb=6Vf=10.7MHzVcc=5V3、观察激励电压变化对工作状态的影响先将TP8调成对称的凹陷波形，然后使输入信号由大到小变化，用示波器观察ie波形的变化（观测ie波形即观测Ve波形，ie=VeR16+R17），用示波器在TP8处观察实验报告要求：1、 对实验参数和波形进行分析，说明输入激励电压、负载电阻对工作状态的影响。（1）当增大输入激励电压Vbb时，放大器工作状态由欠压状态f临界状态f过压状态过渡。高频功率放大器工作在欠压状态时，基波电压振幅UC与基极偏置电压Ubb

10、成线性变化。（2）随着R从小变大，放大器将由欠压状态一临界状态一过压状态过渡。过压区与欠压区，集电极输出功率都比较小，要使高频功率放大器给出足够大的功率，只有工作在临界状态才能保持最好的能量关系。2、 分析丙类功率放大器的特点。（1）功放管的发射结处于反偏下。（2）功放管的导通角小于180度。（3）输出的电压不会产生失真。（4）电路有较强的选频特性，放大器的通频带较窄。实验总结：通过这次实验，我了解了在丙类谐振功率放大器中，根据晶体管工作是否进入饱和区，可将其分为欠压、临界和过压工作状态。临界状态输出功率最大，效率也较高，通常应选择在此状态工作。过压状态的特点是效率高、损耗小，并且输出电压受负

11、载电阻R1的影响小，近似为交流恒压源特性。欠压状态时电流负载电阻R1的影响小，近似为交流恒流源特性，但由于效率低、集电极损耗大。成绩评定:实验丙类高频谐振功率放大器利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，它是无线电发射机中的重要单元电路。根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管集电极电流导通角的范围可分为甲类、甲乙类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角O越小，放大器的效率n越高。如甲类功放的O=180,效率n最高也只能达到50%,而丙类功放的090,其效率n可达85%。甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器，丙类功率放大器通常作为末级功放以获

12、得较大的输出功率和较高的效率。本次实验主要研究以甲类谐振功率放大器为推动级，以丙类谐振功率放大器为末级的混合功率放大器。一、实验目的1、熟悉丙类高频功率放大器的工作原理，初步了解工程估算的方法。2、学习丙类高频谐振功率放大器的电路调谐及测试技术。3、研究丙类高频谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。4、理解基极偏置电压、集电极电源电压、激励电压对放大器工作状态的影响。5、了解丙类高频谐振功率放大器的设计方法。二、实验仪器1台1台1台1台1、高频实验箱2、高频信号发生器3、双踪高频示波器4、扫频仪5、万用表1块6、高频功率放大器实验板1块三、预习要求1、复习高频谐振功率的工作原理及四种特性。2、分

13、析实验电路，理解各元件的作用及各组成部分的工作原理。四、实验内容1、电路调谐及调整（调谐技术）。2、静态测试（测试静态工作点）。3、动态测试（研究负载特性）。五、实验原理实验电路如图2-1所示，它是由两级小信号谐振放大器组成的推动级和末级丙类谐振功率放大器构成，其中VTI和VT2组成甲类功率放大器，晶体管VT3组成丙类谐振功率放大器，这两类功率放大器的应用十分广泛，下面简要介绍它们的工作原理及基本计算方法。（一）、甲类功率放大器1、静态工作点1-CC出+心如图2-1所示，晶体管VT1组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。其中R1和R2为基极偏置电阻；R5为直流负反馈电阻；它们共同组成分压式偏

14、置电路以稳定放大器的静态工作点。R4为交直流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。电路的静态工作点由下列关系式确定：(2-1)(2-3)(2-4)(2-2).7,-H-17JE2、动态特性所谓动态特性，指放大器在激励信号作用下的工作状态，这里以负载特性为主要研究对象。如图2-1所示，前级放大器的负载由后级放大器的输入阻抗决定。以第一级甲类功放为例，它与第二级甲类功放通过变压器进行耦合，因此其交流输出功率可表示为：R1*(2-5)式中，4为输出负载上的实际功率为变压器的传输效率，一般为即一乃图2-2为甲类功放的负载特性。为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q应选在交流负载线AB的中点，此时集电极的负载电阻八方称为最佳匹配负载。集电极的输出功率Fu的表达式为(2-6)式中，1为集电极输出的交流电压振幅，,为交流电流的振幅，它们的表达式分别为(2-7)(2-8)(2-9)Udm-C-1CQiA4+&5)-1JQn式中，F称为饱和压降，一般为Iv左右。ITnMIcq如果变压器的初级线圈匝数为Ni,次级线圈匝数为N2,由式(2-5)、(2-6)可得M_isR77