第一篇：实验一 高频丙类功率放大器要点
实验一 高频丙类功率放大器
在高频范围内为获得足够大的高频输出功率, 必须采用高频放大器, 高频功率放大器主 要用于发射机的未级和中间级, 它将振荡产生的信号加以放大, 获得足够高频功率后, 再送 到天线上辐射出去。另外,它也用于电子仪器作未级功率放大器。
高频功率放大器要求效率高, 输出功率大。丙类放大器它是紧紧围绕如何提高它的效率 而进行的。高频功率放大器的工作频率范围一般为几百 kHz — 几十 MHz。一般都采用 LC 谐 振网络作负载, 且一般都是工作于丙类状态, 如果要进一步提高效率, 也可工作于丁类或戊 类状态。
一、实验目的及要求(一 实验目的
1.进一步了解高频丙类功率放大器的工作原理和调试技术。2.熟悉负载变化对放大器工作状态的影响及各指标的测试方法。
3.掌握输入激励电压, 集电极电压, 基极偏置电压变化对放大器工作状态的影响。(二 实验要求
1.认真阅读本实验教材及有关教材内容。2.熟悉本实验步骤,并画出所测数据表格。3.熟悉本次实验所需仪器使用方法。(三 实验报告要求
1.写出本次实验原理及原理图。
2.认真整理记录的测试数据及绘出相应曲线图。
3.对测试结果与理论值进行比较分析,找出产生误差的原因,提出减少实验误差 的方法。
4.详细记录在调谐和测试过程中发生的故障和问题,并进行故障分析,说明排除 过程和方法。
5.本次实验收获,体会以及改进意见。
二、实验仪器及实验板 1.双踪示波器(CA8020 一台 2.高频信号发生器(XFG-7 一台
3.晶体管直流稳压电源 一台 4.数字万用表 一块 5.超高频毫伏表(DA22 一台 6.直流毫安表 一块 7.高频丙类功率放大器实验板 一块
三、实验原理及公式推导
高频谐振放大器的主要作用是使电路输出功率大, 效率高;主要特点是用谐振回路来实 现阻抗变换,并且为了提高效率常工作在丙类状态。
高频功率放大器一般有两种:窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。前者由于频 带比较窄, 故常用选频网络作为负载回路, 所以又称为谐振功率放大器。而宽带高频功率放 大器的输出电路则是传输线变压器或其它宽带高频功率放大器, 以高效率, 小失真得到较大 输出功率。因此一般都工作在丙类状态。其导通角小于 π,其通角小于 π/2。
如图 1所示是丙类功率放大器原理图。图中 LC 谐振回路为集电极的负载, c E 为集电极 直流电源, b E 为基极负偏置电源。b U 是高频输入信号, t U U bm b ωcos =
可见,只有输入信号电压足够大时,即 b b b E E U '+>(b E '为晶体管截止偏压 时晶体管 才导通。显然电流的通角 <π/2, 集电极电流 C I 呈脉冲形状, 这个电流经集电极谐振回路选 出 C I 的基波分量 1C I ,再经过变压器耦合,在 L R 上得到一个放大的基波功率,从而实现了 丙类功率放大。
高频功率放大器是由输入回路,晶体管、负载和电源几部分组成。1.高频丙类功率放大器的输出功率和效率。
为了便于计算脉冲电流 c i , 将晶体管的动态转移特性曲线 be c U i-用折线 m g 表示。如图 2所示。
由图 2可知: cos('(b b bm m b be m c E E t U g E U g i '-+=-=ω(1 m g 为跨导。当 θω=t 时, 0=c i =θc o s bm b b U E E-'(2 当 0=t ω时 , 1((max bm b b bm m b b bm m c c U E E U g E E U g i i-'-='-+== = cos 1(θ-bm m U g(3 由(1(2(3式得出 :θ
θ
ωcos 1cos cos max--⋅ =t i i c c(4 因为丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲,是以 ω为角频率的周期性函数。故 可用付里叶级数求系数方法来表示它的直流、基波分量,各次谐波分量的数值。
由付氏级数的系数求得: cos 1(cos sin 21max 0θπθ θθωπ π π--== ⎰-c c c i t d i I cos 1(cos sin cos 1 max 1θπθ θθωωπ
π π--== ⎰-c c m c i t td i I ] cos 1(1([ cos cos(sin2cos 1 2max θπθθθωωπ π π---== ⎰-n n n n n i t td n i I c c cnm 上述三 式可写成:(0max 0θαc c i I =(1max 1θαc m c i I =(max θαn c cnm i I =(,(,(10θαθαθαn 为余弦脉冲电流 c i 的分解系数。因此 c i 分解为付氏级数为:
t n I t I t I I i cnm m c m c c c ωωωcos 2cos cos 210++++=
在功率放大器中, 主要研究它的输出功率和效率。为什么要工作于丙类状态, 从三极管 输出功率来看: dt E i P c c ⎰-= θ θπ 210 直流电源供给功率:0c c dc I E P = 三级管输出功率:e m c e m c out R U R I P 2 121212 1== e R 为 L R 折合到集电极谐振回路初级的阻抗。集电极效率:(2 1 2121101011θξεηg I I I I E U P P c m c c m c c m c dc out ====
m c U 1为集电极基波电压振幅,(1θg 为波形参数, ξ为集电极电源电压利用系数。为
了得到足够大的输出功率,应使它工作在临界状态。使 c m c E U =1,即 1=ξ。θ θθθ θθξ
ηcos sin cos sin 21212 1 0101--= =⋅=c m c c m c I I I I 可以看出减少管耗 c P , 或者提高 ξ和(1θg 都可以提高放大器的效率。这是因为:(1要减少集电极损耗功率 c P ,则要求减少 ce U。当管内有较大电流 c i 时, ce U 应尽 量减少,最好在 c i 整个流通时间内 ce U 均很小,或者当 ce U 较大时,要尽量减少集电极电流
c i。
(2要提高集电极效率,则要求提高集电极电压利用系数 ξ。m c U 1增大, ξ可增大, 因为 m c U 1增大使 ce U 减小。(t U E U m c c ce ωcos 1-= ,所以,当 c i 较大时, ce U 的减少使 得管子集电极损耗 c P 减少,从而提高效率。
图 3 甲、乙、丙类三种工作状态
(3要提高效率,也可增大(1θg。θ的减少,可使(1θg 增大,于是提高效率。θ减 少,意味着减少 c i 与 ce U 均不为零的时间,这可用甲、乙、丙 3种工作状态的集电极电压、电流波形来说明,如图 3所示。
甲类在一个周期中都有 c i 流通,因而 ce U 正半周,也有 c i ,所以管耗大,效率低。乙类 c i 只有半个周期流通,而且,当放大器的负载为电阻时, c i 流通半周正好与 ce U 负
半周相对应,此时, ce U 小,因而效率比甲类高。
丙类工作时波形, c i 流通时间小于半个周期, 当集电极谐振回路对激励信号谐振时, c i 仅在 ce U 负半周瞬时值较大时流过,此时 ce U 较小,所以丙类比乙类效率高。当 2π
θ<,是否可能接近于零,得到最高效率呢?
当 θ→ 0时,使得输出功率也显著下降,为了兼顾输出功率和不使激励功率过大,因而 θ不能太小,从而限制效率提高。一般情况下 ππθ18
73-= 时,相应的集电极效率较大, η在 80%-90%之间。
2.丙类功率放大器的负载特性 丙类功率放大器的负载特性是指在 c E、b E、bm U 不变的条件下,各种电流输出电压, 功率和效率等随 e R 变化的曲线。
因为高频功率放大器的工作状态取决于 e R、bm U、b E 和 c E 四个参数。如果保持 bm U、b E 和 c E 不变,则工作状态仅取决于 e R。(1负载变化对工作状态的影响
如果保持 bm U、b E 和 c E 不变则 e R 变化影响工作状态的变化如图 4所示。
从图 4看出: ① 动特性表示 e R 较小时,这时 m c U 1也较小,动态负载线 1A 在线性放大区,这种状态 称为欠压状态。在欠压状态, c i 呈余弦脉冲。
② 动特性随 e R 增加,动态负载线 2A 在临界线上,称这种状态为临界状态,此时 c i 还 是呈余弦脉冲。
③ 动特性随 e R 继续增大, 3A 进入饱和区,此时 c i 呈凹脉冲,这种状态称过压状态, 在过压状态,随 e R 增大, c i 的幅度也迅速下降,但它的基波输出电压振幅基本不变,即 c m c E U ≈1。
(2负载 e R 变化对 0c I、cm I、m c U
1、out P、0P 和 η的影响。当维持 bm U、b E 和 c E 不变时, 放大器 0c I、cm I、m c U
1、out P、0P 和 η随负载阻抗 e R 变化。因为 e m c m c R I U 11=。如图 5:
在欠压区:m c I 1与 0c I 基本不变, 仅随 e R 增加略有下降, m c U 1也随 e R 增加而直线增加, c P 管耗下降。把放大器看成恒流源。
在过压区:m c U 1几乎不变, 0c I 和 m c I 1则随 e R 的增大也急剧下降。把放大器看成恒压 源。
从图 5看出:集电极电源输入功率 00c c I E P =。由于 c E 不变,因而 0P 与 e R 关系曲线 和 0c I 曲线的形状相同。放大器输出功率 m c m c out U I P 112 1= , out P 与 e R 关系是根据 m c U
1、m c I 1两条曲线相乘求出 来。
在临界状态时, out P 达到最大值,放大器效率也较高。这就是希望放大器工作在临界工 作状态的原因。
集电极损耗功率 out c P P P-=0,故 c P 曲线由 0P 与 out P
曲线相减得出。
在欠压区,当 e R 减小, c P 上升很快;当 e R =0时, c P 达到最大值, 可能使晶体管烧坏。(这种情况是短路放大器的效率 0 P P out =η,在欠压状态时, 0P 变化小,所以 η随 out P 增加 而增加,到临界状态后, out P 下降没有 0P 快,在过压状态时, out P 主要是随 m c I 1急剧下降而 下降,因而 η也略有下降,故在靠近临界的弱过压状态 η出现最大值。
3.放大器各级电压对工作状态的影响(1 bm U 对工作状态的影响
在讨论激励电压幅度 bm U 的变化对放大器工作状态影响,设 c E、b E、e R 不变。当 bm U 较小时, bm b be U E U +=max 也较小,从 be c U i-动态特性看出:放大器工作在欠 压状态,集电极电流为尖顶余弦脉冲。
当 bm U 增大时, max c I、m c I 1也增大,引起 e m c c ce R I E U 1-=的减少。从而使放大器由 欠压状态过渡到过压状态。
如图 6所示:
(a 为 be c U i-此称平面上 c i 的动特性。(b 为集电极电流脉冲波形。
(c m c I1、0c I、bm m c U U-1的关系。
从图 6可看出:在欠压状态时,随着 bm U 的增加,将引起 max c i 增加,于是 m c I1、0c I 和 m c U 1与 bm U 几乎成正比增加。在过压状态时,随着 bm U 的继续增加,虽然电流脉冲高度继 续增大,但其凹度增大。所以 m c I1、0c I 在过压区增加不大。在欠压区, m c U 1与 bm U 成线性 关系。
(2 b E 变化对工作状态影响(设 c E、bm U、e R 不变
由于 bm b be U E U +=max。所以 b E 变化与 bm U 变化一样,都要引用 max be U 的变化。当 c E、bm U、e R 不变时, b E 减小相当于 bm U 的增大。这样,当 b E 反向偏置向正向偏置变化 时, max c i 增大,放大器从欠压状态转入过压状态。因此, b E 变化对集电极电流脉冲波以及 0c I , m c I 1和 m c U 1的影响与 bm U 变化
引起的影响类似。如图 7,在欠压状态改变 b E , 可控制 高频输出电压,这就是基极偏压调幅的原理。
54321b b b b b E E E E E <<<<
(3集电极电源 c E 对放大器的影响
设 b E、bm U、e R 不变。当 b E、bm U 不变时, bm b be U E U +=max 也不变,若 e R 不变, 则 ce c U i-坐标平面上的 c i 的动特性的斜率也不变。
假设放大器原来工作在临界状态,则当 c E 增大, c i 动特性向右平行移动,放大器将工 作与欠压状态。反之, c E 减小, c i 动特性向左平行移动,放大器工作于过压状态。如图 8所示。
当 2c c E E >时,放大器工作在欠压状态。由于 max be U 不变,所以 c E 减小而使得 cem U 减小 时, max c i 略有下降, θ变化也很小,故 m c I1、0c I 随 c E 减小而略有下降。这样,欠压状态, c E 对 m c I 1不能有效控制。
当 2c c E E <时, 工作在过压状态。集电极电流脉冲的凹度就越深, 这样, m c I1、0c I 随 c E 降低而明显减小, 并且 c E =0时, m c I1、0c I 均为 0。由于过压状态改变 c E 能明显改变 m c I 1的 大小,从而也能改变高频输出电压 m c U 1,这就是集电极调幅的原理。
通过上述分析,得出下列结论: 第一.在欠压区,输出功率随 e R 增大而增大,集电极损耗功率随 e R 减小而增大,(out c P P P-=0 , 当 e R 较小时,有可能使 c P 上升超过晶体管的最大管耗 max c P 而损坏晶体 管,因此, 在调试放大器功率电路时,为了防止集电极谐振回路失谐而损坏晶体管,常采用 降低电源电压 c E 值的办法便于放大器工作在过压状态下进行调试。
第二.在过压区, 0c I 随 e R 的减少而迅速增加,这对集电极谐振回路的调谐提供了一个标 准。在调谐时,适当降低 c E 的值,使放大器工作在过压状态。调节谐振回路,当 0c I 为最小 时,说明电路谐振于工作频率。
四、实验电子线路
如图 9所示,输入信号频率为 4MHz ,电源电压为 c
E =15V,输入信号由高频信号发生器 产生,经过 BG1,BG2三极管放大推动未级功放管 BG3。BG1集电极输出信号经 L1、C7、C8组成的 T 型匹配电路接 BG3基极。输出是由 L 和 C10组成的谐振回路,谐振于 4MHz 频率。当开关 K1拨在“天线”时 , 其负载就是天线。当开关 K1拨到 R 时,表示以电阻作为输出负
载。本实验要求在 75Ω负载电阻上,使信号 b U =0.6V,输出功率最大值。
五、实验内容及步骤(一仔细阅读本实验线路图;(二熟悉需测试点的位置,高频信号发生器输出 bm U 信号的幅度选在 0.6V 左右;(三丙类功放工作状态的调整
1.将开关 K1拨到“ R ”时, K2拨到“ 4” , 75Ω电阻作为输出负载,电源 c E =15V减少 到 10V ,适当的减小输入信号幅度,先分别谐振输出和输入耦合电路,使放大器满足谐振和 匹配,可用观察 0c I 为最小或 L R 上的输出信号幅度为最大的办法进行调谐。
2.若电路已调到谐振,则可将 c E 加大至 15V ,并增加输入信号幅度或 b U =0.6V,使得
输出功率最大。L L L R U P 2 =。
(四 研究直流电源电压 c E 对 L P 的影响。
保持 1c E =12V, 输入 bm U =0.6V幅度不变。将 c E 由 3V 逐渐增加至 15V, 测出相应的 L V 值。填入下表。并作出 c L E P-曲线分析图与 0c c I E-曲线分析图。
(五 研究输入信号幅度 bm U 对 L P 和集电极效率 η的影响。
L R =75Ω、c E =15V不变,改变 bm U 值,测出相应的 L V 和 0c I 值;根据测出的结果作出
bm U-L P 和 bm U-η曲线图,并进行定性分析。
(六研究 L R 对 L P 的影响
保持 bm U 不变 =0.6V。将开关 K2从“ 1”-“ 8”顺次转动;此时 L R 值从小到大,测出相 应的 L V 值 , 填入下表并画 R L-P L 曲线图。
﹡(七观察高频辐射现象
将开关 K1拨至天线,用 75Ω天线代替, 75Ω负载电阻,观察天线靠近和远离示波器输 入端。增大或减小输出功率(改变 bm U 和 c E 时高频辐射现象。
六、预习要求及思考题:
(一复习高频丙类功率放大器的工作原理。(二认真阅读本实验指导内容(三回答下列问题: 1.判断本实验电路是属于窄带还是宽带高频功率放大器,判断的依据是什么? 2.本实验电路应工作于 3.高频功率放大器的工作状态取决于 , , 4.输入电压为正弦波时, 输入电流为 输出电流为 输出电压为 5.丙类功放有 , 状态称为恒压区, 称为恒流区。
6.调谐时, LC 的谐振频率应调到为。
7.调谐时即 R L 变化,其它条件不变时,三极管管耗在(欠、过压状态下较大,为保 护三极管的安全工作,一般采用(减小,增加 Ec 的方法使放大器工作于(欠, 过压状态。调谐时,负载两端电压 U L 为(最大,最小时,或直流电流 Ic(最 大,最小时,指示调谐完毕,可恢复电源电压正常工作值。
8.在其它条件不变时, Ec 逐渐增加, 放大器的工作状态将由 状态变化。(过压,欠压,临界。在过压状态时,负载两端的电压 U L 将随 Ec 的增加而(增 加,减小,基本不变。在欠压状态时,负载两端的电压 U L 将随 Ec 的增加而(增 大,减小,基本不变。Ico 随 Ec 的增加而(增大,减小,基本不变。
9.其他条件不变, Ubm 增大时,放大器的工作状态由 状态(过 压,欠压,临界。在过压状态时,负载两端的电压 U L 随 Ubm 的增加而(增加,减 小,基本不变。Ico 的值随 Ubm 的增加而(增加,减小,基本不变。在欠压状态 下, U L 随 Ubm 的增加而(增加,减小,基本不变。Ico 的值随 Ubm 的增加而(增加,减小,基本不变。
10.其它条件不变时, R L 变化, 放大器的工作状态由 到 状态(过 压,欠压,临界。
七、实验报告要求: 1.分别列出所测数据(表格形式。并用坐标纸画出所对应的曲线。
2.对所得出的曲线的特性进行分析, ,即变化参数对工作状态的影响。3.对实验中所遇到的问题进行分析,总结。
第二篇：丙类功率放大器实验
实验三 丙类功率放大器实验
一、实验目的：
1.了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程；
2.了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。
二、实验电路说明：
本实验电路如图3-1所示。
图3-1 本电路由两级组成：Q1等构成前级推动放大，Q2为负偏压丙类功率放大器，R4、R5提供基极偏压（自给偏压电路），L1为输入耦合电路，主要作用是使谐振功放的晶体三极管的输入阻抗与前级电路的输出阻抗相匹配。L2为输出耦合回路，使晶体三极管集电极的最佳负载电阻与实际负载电阻相匹配。R14为负载电阻。
四、实验仪器： 1.双踪示波器 2.万用表
3.实验箱及丙类功率放大模块 4．高频信号发生器
五、实验内容及步骤；
1.将开关拨到接通R14的位置，万用表选直流毫安的适当档位，红表笔接P2，黑表笔接P3；
2.检查无误后打开电源开关,调整W使电流表的指示最小（时刻注意监控电流不要过大，否则损坏晶体三极管）；
3.将示波器接在TP1和地之间，在输入端P1接入8MHz幅度约为500mV的高频正弦信号，缓慢增大高频信号的幅度，直到示波器出现波形。这时调节L1、L2，同时通过示波器及万用表的指针来判断集电极回路是否谐振，即示波器的波形为最大值，电流表的指示I0为最小值时集电极回路处于谐振状态。用示波器监测此时波形应不失真。4.根据实际情况选两个合适的输入信号幅值，分别测量各工作电压和峰值电压及电流，并根据测得的数据分别计算：
1）电源给出的总功率； 2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率； 4）放大器的效率。
六、实验报告要求：
1.根据实验测量的数值，写出下列各项的计算结果: 1）电源给出的总功率；
2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率；
4）放大器的效率。
2.说明电源电压、输出电压、输出功率的关系。
第三篇：实验七 丙类功率放大器实验
实验七 丙类功率放大器实验
一、实验目的：
1.了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程；
2.了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。
二、预习要求：
1.复习谐振功率放大器的原理及特点；
2.分析图7-7所示的实验电路，说明各元件的作用。
三、实验电路说明：
本实验电路如图7-7所示。
图7-7 本电路由两级组成：Q1等构成前级推动放大，Q2为负偏压丙类功率放大器，R4、R5提供基极偏压（自给偏压电路），L1为输入耦合电路，主要作用是使谐振功放的晶体三极管的输入阻抗与前级电路的输出阻抗相匹配。L2为输出耦合回路，使晶体三极管集电极的最佳负载电阻与实际负载电阻相匹配。R14为负载电阻。
四、实验仪器： 1.双踪示波器 2.万用表
3.实验箱及丙类功率放大模块 4．高频信号发生器
五、实验内容及步骤；
1.将开关拨到接通R14的位置，万用表选直流毫安的适当档位，红表笔接P2，黑表笔接P3；
2.检查无误后打开电源开关,调整W使电流表的指示最小（时刻注意监控电流不要过大，否则损坏晶体三极管）；
3.将示波器接在TP1和地之间，在输入端P1接入8MHz幅度约为500mV的高频正弦信号，缓慢增大高频信号的幅度，直到示波器出现波形。这时调节L1、L2，同时通过示波器及万用表的指针来判断集电极回路是否谐振，即示波器的波形为最大值，电流表的指示I0为最小值时集电极回路处于谐振状态。用示波器监测此时波形应不失真。4.根据实际情况选两个合适的输入信号幅值，分别测量各工作电压和峰值电压及电流，并根据测得的数据分别计算：
1）电源给出的总功率； 2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率； 4）放大器的效率。
六、实验报告要求：
1.根据实验测量的数值，写出下列各项的计算结果: 1）电源给出的总功率；
2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率； 4）放大器的效率。
2.说明电源电压、输出电压、输出功率的关系。
第四篇：高频功率放大器实验
实验报告
课程名称：
高频电子线路实验
指导老师：
韩杰、龚淑君
成绩：__________________ 实验名称：
高频功率放大器
实验类型：
验证型实验
同组学生姓名：
_
一、实验目的和要求（必填）
二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）
四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理
六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的
1、了解高频功率放大器的主要技术指标——输出功率、中心频率、末级集电极效率、稳定增益或输入功率、线性动态范围等基本概念，掌握实现这些指标的功率放大器基本设计方法，包括输入、输出阻抗匹配电路设计，回路及滤波器参数设计，功率管的安全保护，偏置方式及放大器防自激考虑等。
2、掌握高频功率放大器选频回路、滤波器的调谐，工作状态（通角）的调整，输入、输出阻抗匹配调整，功率、效率、增益及线性动态范围等主要技术指标的测试方法和技能。
二、实验原理
高频功率放大器实验电路原理图如下图图1所示。电路中电阻、电容元件基本上都采用贴片封装形式。放大电路分为三级，均为共射工作，中心频率约为10MHz。
图1 高频功率放大器
第一极（前置级）管子T1采用9018或9013，工作于甲类，集电极回路调谐于中心频率。第二级（驱动级）管子T2采用3DG130C，其工作状态为丙类工作，通角可调。通角在45°~60°时效率最高。调整RW1时，用示波器在测试点P2可看到集电极电流脉冲波形宽度的变化，并可估测通角的大小。第二级集电极回路也调谐于中心频率。第三级（输出级）管子T3也采用3DG130C，工作于丙类，通角调在60°~70°左右。输出端接有T形带通滤波器和π型阻抗变换器，具有较好的基波选择性、高次谐波抑制和阻抗匹配性能。改变短路器开关K1~K4可观看滤波器的失谐状态，为保证T3管子安全，调整时应适当降低电源电压或减小激励幅度。改变K5、K6可影响T3与51Ω负载的匹配状态。匹配时，51Ω负载上得到最大不失真功率为200mW左右，二次谐波抑制优于20dB，三级总增益不小于20dB，末级集电极到负载上的净效率可达30%左右，考虑滤波匹配网络的插入损耗，集电极效率可达40%以上。开关K8只有在接通后才能使功放达到预定效率，但实验时，为了使R16对末级管子T3起到限流保护作用，K8不要接通，而R16上的电压降也不必扣除，这只使功放总效率略有降低。电源开关K7用于防止稳压电源开机或关机时电压上冲导致末级功放管损坏。
三、主要仪器设备
10MHz高频功率放大器实验板、BT3C（或NW1252）扫频仪、高频信号发生器（QF1056B或EE1461）、示波器、超高频毫伏表（DA22）、直流稳压电源（电压5~15V连续可调，电流1A）、500型万用表（或数字万用表
四、实验内容和步骤
主要测试指标：功率、效率、线性动态范围 实验准备与仪器设置
1、实验板：
开关K7用于防止稳压电源开机或关机时电压上冲导致末级功放管损坏，所以稳压电源开机或关机前，开关K7必须置于关闭（向下）；
短路开关置于K1、K3、K6、K9、K10，否则滤波器失谐，影响T3与51Ω负载的匹配状态，从而影响实验结果。
2、电源：
为保证T3管子安全，电源电压最高不超过+15V，实验时设置为+14.5V~+15V。
实验内容与步骤
4）用信号源及示波器测功放输出功率及功率增益
（1）适当改变信号幅度（200~300mV左右），使51Ω负载上得到额定功率200mW。
（2）在测试点P2观察电流脉冲，宽度应为周期的1/3左右。
（3）从输入输出信号幅度求得功放的（转换）功率增益。
（4）比较滤波器输入输出幅度，估计滤波器插入衰减。
5）用双踪示波器观察电流电压波形
（1）比较功放末级发射极电流脉冲波形和负载上基波电压波形的相位。（2）比较功放第二级发射极电流脉冲波形与集电极电压基波波形的相位，并分别画出波形。
6）高频功放效率（主要是末级）的调试与测量
（1）用示波器观看第二级发射极电阻电流脉冲宽度。
（2）用示波器在第三级功放发射极电阻上观看其电流脉冲波形。
8）功放线性观察
(1)调幅波通过功率放大器
将中心频率为10MHz、调制度为60%的调幅信号电压加到功放输入端，适当调整输入信号幅度（200mV），使51Ω负载上输出调幅波峰值功率不超过功放额定功率200mW，用双踪
示波器比较输入、输出调幅波的波形并加以说明。
(2)调频波通过功率放大器
将中心频率为10MHz的调频波（频偏60KHz）输入功放，调节信号幅度使负载上调频信号功率不超过功放额定功率，比较输入、输出调频波的波形并加以说明。
五、实验数据记录和处理
1、用信号源及示波器测功放输出功率及功率增益
（1）适当改变信号幅度（200~300mV左右），使51Ω负载上得到额定功率200mW。
本次实验采用的电路板，当输入信号幅度为350mv时，51Ω负载上可以达到200mW的额定功率，此时负载两端输出电压峰峰值为9.02V。
当输入信号幅度为350mW时，负载两端波形如下所示：
由图可知此时波形峰峰值为9.02V，与理论计算的9.03V十分接近，所以实验数据可靠。
（2）测试点P2的电流脉冲： 已测：频率为10MHz，周期为T=100ns，电流脉冲宽度为43ns，约为周期的1/3。
（3）功放的（转换）功率增益：
∵VPP-in=300mV*2=0.6V
Vpp-out=9.03V
又输入输出阻抗匹配
2Vpp9.032out∴功率增益：A10lg210lg23.55dB2Vppin0.6
上述结果满足实验原理中三级总增益不小于20dB的结论。
（4）比较滤波器输入输出幅度，估计滤波器插入衰减。
滤波器输入：信号峰峰值= 2.01V
滤波器之后的输出峰峰值=1.27V 插入损耗为：20*lg（1.27/2.01）=-3.99db
2、用双踪示波器观察电流电压波形。
（1）功放末级发射极电流脉冲波形的相位与负载上基波电压波形的相位比较：
由上图可知，两者之间的相位差约为180度。
（2）功放第二级发射极电流脉冲波形与集电极电压基波波形的相位比较：
根据波形比较可知，两者之间的波形相位相差180度。
3、高频功放频率（主要是末级）的调试与测量
（1）第二级发射极电阻电流脉冲宽度：
第二级发射极电流脉冲宽度约为42ns
（2）第三级功放发射极电阻上观察电流脉冲波形：
4、功放线性观察：
（1）输入、输出调幅波的波形：
如图可以看出，输出调幅波与输入调幅波相比较，可知输入调幅波通过高频功放之后波形产生了很大的失真。
（2）输入、输出调频波的波形：
如图所示，通过高频功率放大器之后调频波的输入输出波形并没有太大的差别（均为正弦波），只是输出波形稍微有些失真，但是并不明显。
六、实验结果与分析
1、用信号源及示波器测功放输出功率及功率增益
实验中，通过调节变阻器的值调节电路，最终当输入信号幅度取到300mV时，51Ω负载上得到的功率为200mW。由于实验中T2管子工作状态为丙类，即为C类高频功放，导通角约为60度，因此在发射极P2测试点测得的电流脉冲为周期T的1/3左右（60°/180°=1/3）。比较滤波器的输入输出波形可以看出，功率增益为23.55dB，满足三级功放的功率增益不小于20dB，插入的滤波器可以将C类放大器引起的非线性失真补偿，这是因为T形带通滤波器和π型阻抗变换器具有较好的基波选择性、高次谐波抑制和阻抗匹配性能，但同时付出了增加插入损耗的代价。实验中测得滤波器的插入损耗为
dB。
2、用双踪示波器观察电流电压波形
比较功放第2级发射极P2电流脉冲波形与集电极P3电压基波波形的相位，发现相位差约为180度，这与三极管的反相特性吻合；当比较功放末级发射极P4电流脉冲波形与负载上基波电压波形的相位，发现相差也为180度。
3、高频功放频率的调试与测量
通过观察高频功放末级发射极上电流脉冲波形，发现仍然存在失真，脉冲宽度约为一周期的0.4，但是信号的幅度与第二级发射极电流脉冲来讲已经被放大了。
4、功放线性观察
试验中分别观察了调幅波通过高频功放与调频波通过高频功放之后的失真，发现调幅失真度比调频的失真度要大很多，这是因为实验中T2T3均为C类放大器，是属于非线性放大器，不适合放大为非恒定包络的已调信号。对于普通调幅波信号，C类放大器对幅度不同的输入信号的导通角不同，输出电流基波分量的幅度与导通角成非线性关系，使得输出电压幅度的包络与输入电压包络不成正比，从而产生较大失真，而调频信号适合使用C类高频功放，因此输入输出波形没有太大差别。
八、思考题
1、简述放大器分类以及各类放大器的区别与应用？
答：功率放大器根据输出功率与效率不同，分为A、B、C、D、E等几类。
按照信号一周期内晶体管的导通情况，即按导通角的大小，功率放大器可分为A、B、C三类。在信号一周期内管子均导通，导通角为180°，称为A类放大器，理想效率为50%，负载为电阻。一周期内只有一半导通的称为B类放大器，导通角为90°，理想效率为78.5%，电路一般采用两个管子轮流导通的推挽形式。AB类放大器介于A、B类两者之间，导通角为90°~180°，理想效率为50%~78.5%，电路同样采用推挽形式。而导通时间小于一半周期的成为C类放大器，即导通角小于90°，理想效率大于78.5%。
如果按照晶体管的等效电路分，则A、B、C属于一大类，它们的晶体管都等效为一个受控电流源。而D、E属于另一类功放，它们的晶体管被等效为受输入信号控制的开关，导通角都近似为90°，都属于高效率的非线性功率放大器。
对于音频功率放大器，目前使用最多的是AB 类功放，这类功放优点是音质较好，缺点是它的平均效率不高，大约40%左右，在大音量时整机温升较高。因此许多电子工作者设计了其他种类的音频功率放大器，如G类功放。G类功率放大器设计基本思想是，当功放输出幅度较小时功放末级供电采用低电压，当输出幅度升高时功放末级供电采用较高一些电压，如输出幅度继续升高时，功放末级供电再用更高一些电压，这样就减小了信号小幅度下的管耗，大大提高了整机效率。采用数字切换电源方式的G类功放的功率管功耗很低，带来的好处是整机发热大大降低，提高了电路的可靠性，减小了电源的功率和功率管散热片的大小，而音质又与AB 类功放差不多，是很值得推广的一种音频功率放大器。
2、当高频功放负载电阻发生短路或开路时，功放管会发生什么危险？
答：当负载短路时会使功放管烧毁，当负载开路时会使功放管击穿。
3、当高频功放集电极回路或滤波器电路严重失谐时，功放管可能出现什么危险，为什么？
答：功放管可能因集电极电流过大而烧毁，也可能因集电极脉冲电压过大而击穿。具体情况与激励幅度、信号频率、回路或滤波器阻抗、Q值、失谐量、阻抗变换比、电源电压等因素有关。
4、当高频功放激励幅度过大或过小时，会产生什么不良后果？
答：若高频功放管激励幅度过小时，则输出功率太小，观察不明显，容易与噪声混淆。若输入信号激励过大时则可能会产生波形的失真、模糊等现象，即出现寄生调制，间歇振荡或高频自激等，从而可能使得功放管烧毁或击穿。
5、调节RW1减小功放第二级导通角时，功放总幅频特性会发生什么变化，为什么？导通角改变对功放管安全性有什么影响？
答：当调节RW1减小功放第二级导通角时，可能使功放总特性输出幅度升高，而带宽变窄，并在中心频率的1/
2、1/
3、1/4……处产生增益。因为导通角减小时，管子阻抗升高，从而使得贿赂的损耗减小，Q值升高，进而使得功放级等效阻抗升高，电压增益升高，线性动态范围减小，因而出现严重非线性失真，即在中心频率1/
2、1/3……处出现明显的高次谐波输出。这会使得末级功放容易被击穿，并可能在带外产生严重的杂波辐射，对其他射频信号产生干扰。
6、高频功放电源电压应如何选定？若外接负载固定为50Ω，为得到最大输出功率，甲类、乙类高频功放的输出阻抗匹配应如何考虑？
答：高频功放电源电压一般小于BVCEO/2（30/2V=15V），并尽可能采用通用标准直流电压，即功放调谐后，电源电压最高不超过15V。为了提高功率，功放末级管子T3采用3DG130C，工作于丙类，通角在60°~70°左右，此时集电极匹配负载阻抗约为（2.5~3）BVCEO/ICM，再将50Ω负载阻抗转换成这个值即可。末级功放甲类、乙类工作时，上述阻抗括号内数字为1和2。
8、如何提高高频功放的稳定功率增益？
答：根据公式
功放管稳定功率增益与管子的工作点及稳定系数大小有关，当满足绝对稳定条件： |K|>
1、|S11|<
1、|S22|<1时，只要输入输出端满足阻抗共轭匹配，即可达到最大稳定功率增益。然而大多数管子不满足绝对稳定条件，因而通常只在输入端实行共轭匹配，而输出端失配，失配负载阻抗可能有两个值，也可能有一个值或者没有值。如有两个值，则可根据其他指标作出选择；如只有一个值，则没有选择余地；如没有稳定失配阻抗值，则应改变工作点，电源电压或跟换管子。稳定失配负载电阻为：
式子中Vsat为管子高频饱和压降（比直流饱和压降大很多，测试方法为：输入额定功率，监视输出电压或功率，逐渐降低VCC至电压或功率开始下跌时，记下VCC值，并测出输出电压幅值Vom，则Vsat=、VCC-Vom。
9、高频功放的实际功率增益如何测量？
答：高频功放的实际功率增益测量,主要是不匹配输入阻抗实部Rin的测量。方法有开路(高阻为近似开路)法,等效 阻抗置换法及电流取样法等。
1）开路法最简单信号源内阻Rs通常为50Ω已知，加上额定激励幅度Uin（注意输入回路调谐），再断开后测信号源开路电势E，则Rin=UinRs/（E-Uin），Pin=Uin/Rin，实际功率增益Kp=Pout/Pin。
2）等效阻抗置换法稍麻烦，既要保证管子输入端回路
调谐，又要调整等效电阻大小，使电阻上电压与管子额定输入电压幅度相等。
3）电流取样法需要在输入端调谐后串接一个小电阻R，测出电阻两端电压差Vin-Vin，求出电流Iin=（Vin-Vin）/R，则Pin=VinIin，实际功率增益Kp=Pout/Pin=PoutR/Uin（Vin-Vin）。
10、怎样防止高频功放自激？
答：预防功放自激措施如下所示。
1）选择合适的管子参数（功率PcM、电流IcM、频率fT、耐压BVce0等； 2）选择合适的工作状态（电源电压、导通角（60~70º））； 3）正确选择电路形式；
4）正确设计电路参数，特别是回路阻抗、带宽及扼流圈电感量等，并根据绝对稳定条件，充分留有稳定性余量；
5）准确测出管子S参数，并适当修正设计参数；
6）正确设计结构布局，充分缩短电路走线和元件引线（特别是管子发射极引线）长度，减少元件之间的分布电容，级间双电容宽带去耦、级间及总体屏蔽，采用大面积地线及就近接地；
7）准确调谐频率和调整信号激励幅度；
8）微带功放要采用较薄、高 εr的氧化铍陶瓷基板，采用加散热器、风冷等稳定措施，进行低频滤波，采用低频短路负载等。
11、用3DG130C管设计一个5MHz高频功放，负载为50Ω，输出功率200mW，功率增益大于20dB，二次谐波抑制优于20dB，末级放大器到负载净效率大于35%，电源电压为12~15V。
答：电路的设计与本次实验及其类似，但是几个元器件的工作参数发生了变换，具体参数如下： 1.第一级
1）管子：9013（fT 300MHz，PcM 700mW，BVce0实测 ≥30V）2）工作状态：甲类 2.第二级
1）管子：3DG130C（fT≥300MHz，IcM≥300mA，PcM≥700mW，BVce0≥30V，实测≥30V）
2）工作状态：丙类-乙类-甲乙类-甲类连续可调。3.第三级
1）管子： 3DG130C（参数同第二级）2）工作状态：
丙类通角：60~70°
集电极负载：300Ω
最大输出功率：约300mW
集电极效率：约35% 3）滤波器 ：
最平型带通T型3级（视谐波抑制指标而定）
中心频率：
5MHz
相对带宽（2Δf/f。）：约0.05~0.1
终端阻抗:
200~300Ω
插入损耗:
约3~5dB 4)π型导纳变换器:
特征阻抗:
约50Ω
第五篇：《高频实验》实验二 高频功率放大器
实验二 高频功率放大器
一、实验目的：
l．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和电源电压 Vcc变化时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、功率、效率。
二、实验内容：
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．观察电源电压变化对丙放工作状态的影响及激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。
三、实验基本原理：
丙类功率放大器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。本实验单元模块电路如图2—l所示。该实验电路由两级功率放大器组成。其中 VT1（3DG12）、XQ1与C15 组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中 R2、R12、R13、VR4组成静态偏置电阻，调节VR4可改变放大器的增益。XQ2与CT2、C6组成的负载回路与VT3（3DG12）组成丙类功率放大器。甲类功放的输出信号作为丙放的输入信号（由短路块J5连通）。VR6为射极反馈电阻，调节VR6可改变丙放增益。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S5拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q值。当短路块J5置于开路位置时则丙放无输入信号，此时丙放功率管VT3截止，只有当甲放输出信号大于丙放管 VT3 be间的负偏压值时，VT3才导通工作。
四、实验步骤：
1．了解丙类工作状态的特点
1）对照电路图2—l，了解实验板上各元件的位置与作用。2）将功放电源开关S1拨向右端（＋12V），负载电阻转换开关S5全部拨向 开路，示波器电缆接于J13与地之间，将振荡器中 S4开关“4”拨向“ON”，即工作在晶体振荡状态，将振幅调制部分短路块J11连通在下横线处，将前置放大 部分短路块J15连通在“ZD”下横线处，将短路块J4、J5、J10均连在下横线处，调 整VR5、VR11、VR10使J7处为0.8伏，调VR4、VR6，在示波器上可看到放大后 的高频信号。（或从J7处输入0.8V，10MHZ高频信号，调节甲放VR4使JF.OUT（J8）为6伏左右。）从示波器上可看到放大输出信号振幅随输入电压振幅变化，当输入电压 振幅减小到一定值时，可看到输出电压为0，记下此时输入电压幅值。也可将短路环J5断开，使激励信号Ub＝0，则Uo为0，此时负偏压也为0，由此可看出丙类工作状态的特点。
2．测试调谐特性
使电路正常工作，从前置放大模块中J24处输入0.2V左右的高频信号，使功
放管输入信号为 6伏左右，S5仍全部开路，改变输入信号频率从4MHZ—16MHZ，记下输出电压值。
3．测试负载特性
将功放电源开关拨向左端（＋5V），使Vcc＝5V，S5全断开，将J5短路环断开,用信号源在J9输入Vb＝6伏左右f0＝10MHZ的高频信号，调整回路电容CT2使回路调谐（以示波器显示J13处波形为对称的双峰为调谐的标准）。
然后将负载电阻转换开关S5依次从l—4拨动，用示波器测量相应的Vc值和Ve波形，描绘相应的ie波形，分析负载对工作状态的影响。
4．观察激励电压变化对工作状态的影响
将示波器接入VT3管发射极J3处，开关S1拨向十5V，调整VR6和VR4，使J3处ie波形为凹顶脉冲。（此时S5全部开路）。然后改变Ub由大到小变化（即减小输入信号），用示波器观察ie波形的变化。5．观察电源电压VcC变化对工作状态的影响
将ie波形调到凹顶脉冲波形，用示波器在J3处可观察ie电流波形，此时可比较S1拨向十5V或十12V两种不同的情况下ie波形的变化。
6．实测功率、效率计算：
将 VCC调为12V，测量丙放各参量填入表 2—3，并进行功率、效率计算。
其中：Vi 输入电压峰-峰值
Vo：输出电压峰-峰值
Io ：发射极直流电压÷发射极电阻值
P=：电源给出直流功率（P==VCC*I。）
Pc：为管子损耗功率（Pc ＝Ic*Vce）
Po：输出功率（Po＝1/2*(Vo/2)2/RL）
五、实验报告要求
1．根据实验测量结果，计算各种情况下Io、Po、P=、η。
2．说明电源电压、输入激励电压、负载电阻对工作状态的影响，并用实验参 数和波形进行分析说明。
3．用实测参数分析丙类功率放大器的特点
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