第一篇：宽带高频功率放大器要点
5.4 宽带高频功率放大器
以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，因其相对通频带只有百分之几甚至千分之几，因此又称为窄带高频功率放大器。这种放大器比较适用于固定频率或频率变换范围较小的高频设备，如专用的通讯机、微波激励源等。除了LC谐振回路以外，常用于高频功放电路负载还有普通变压器和传输线变压器两类。这种以非谐振网络构成的放大器能够在很宽的波段内工作且不需调谐，称之为宽带高频功率放大器。
以高频变压器作为负载的功率放大器最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急剧下将，这不符合高频电路的要求，因此很少使用。以传输线变压器作为负载的功率放大器，上限频率可以达到几百兆赫乃至上千兆赫，它特别适合要求频率相对变化范围较大和要求迅速更换频率的发射机，而且改变工作频率时不需要对功放电路重新调谐。本节重点分析传输线变压器的工作原理，并介绍其主要应用。
5.4.1 传输线变压器
1.传输线变压器的结构及工作原理
传输线变压器是将传输线（双绞线、带状线、或同轴线）绕在高导磁率铁氧体的磁环上构成的。如图5-24（a）所示为1:1传输线变压器的结构示意图。
传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合元件，它是 以传输线方式和变压器方式同时进行能量传输。对于输入信号的高频频率分量是以传输线方式为主进行能量传输的；对于输入信号的低频频率分量是以变压器方式为主，频率愈低，变压器方式愈突出。
如图5-24(b)为传输线方式的工作原理图，图中，信号电压从1、3端输入，经传输线变压器的传输，在2、4端将能量传到负载RL上。如果信号的波长与传输线的长度相比拟，两根导线固有的分布电感和相互间的分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路，如图5-24(d)所示。若认为分布参数为理想参数，信号源的功率全部被负载所吸收，而且信号的上限频率将不受漏感、分布电容及高导磁率磁芯的限制，可以达到很高。
图5-24 1:1传输线变压器的结构示意图及等效电路
在以变压器方式工作时，信号电压从1、2端输入，3、4端输出。如图5-24(c)所示为变压器方式的工作原理图。由于输入、输出线圈长度相同，由图5-24（c）可知，这是一个1:1的倒相变压器。
由上分析可见，传输线变压器具有良好的宽频带特性。2.传输线变压器的应用
上面我们对传输线变压器的结构及工作原理做了分析和讨论，下面介绍几种常用的传输线变压器，按照变压器的工作方式，传输线变压器常用作极性变换，平衡－不平衡变换和阻抗变换等。
（1）极性变换
传输线变压器作极性变换电路，就是前面提到的1:1的倒相传输线变压器,如图5-24(c)所示。在信号源的作用下，初级绕组1、2端有电压U1, 其极性1端为正，2端为负；在U1的作用下，通过电磁感应，在变压器次级3、4端产生电压U2，且U1＝U2，极性为3端为正，4端为负。由于3端接地，所以负载电阻RL上的电压与3、4端电压U2的极性相反，即实现了倒相作用。
（2）平衡－不平衡变换
如图4.26是传输线用作平衡－不平衡变换电路。图5-25（a）为平衡输入变换为不平衡输出电路。输入端两个信号源的电压和内阻均相等，分别接在地线的两旁，称这种接法为平衡。输出端负载只是单端接地，称为不平衡。图5-25（b）为不平衡输入变换为平衡输出电路。
（3）阻抗变换
为了使放大器阻抗匹配，传输线变压器必须具有阻抗变换作用。由于传输线变压器的结构的特殊性，它不能象普通变压器那样，依靠改变初、次级绕组的匝数比可以实现任何阻抗比的变换，而只能完成某些特定阻抗比的变换，如4:
1、9:
1、16:1等，或1: 4、1: 9、1: 16
图5-25 平衡－不平衡变换电
等。所谓4:1，是指传输线变压器的输入电阻Ri是负载电阻RL的四倍，,即Ri=4RL；而Ri＝RL/4，则称为1: 4的阻抗变换。图5-26（a）、(b)分别为4:1和1: 4的传输线变压器的阻抗变换电路，图5-26（c）、(d)分别为与其相应的普通变压器形式的等效电路。
图5-26
4:1和1:4传输线变压器变换电路
下面简要分析4:1阻抗变换原理。由图5-26（a）、(c)可知，若负载电阻上的电压为U,流过的电流为2I；则信号源的端电压为2U，流出的电流为I，信号源两端的输入阻抗Ri以及传输线变压器的特性阻抗ZC分别为：
2UU44RL
（5-27）I2IUU22RL
（5-28）
ZCI2I
Ri可见，输入阻抗为负载的四倍，即实现了4:1阻抗变换。
为了说明传输线变压器在放大器中应用，图5-27给出了一个两级宽带高频功率放大器电路。其中T1、T2和T3均为4:1阻抗变换传输线变压器，T1和T2串联后作为第一级功放的输出匹配网络，总阻抗比为16:1；实现第一级功放的高输出阻抗与第二级低输入阻抗之间匹配；第二级功放输出与负载天线（50）采用4:1阻抗变换传输线变压器，实现第二级功放输出与负载天线之间的匹配。
图5-27 两级宽带高频功率放大器电路
5.4.2 功率合成电路
目前，由于技术上的原因，单个高频晶体管的输出功率一般只限于几十瓦至几百瓦。当需要更大的输出功率时，目前广泛应用的方法就是采用功率合成电路。
所谓功率合成电路，就是利用多个高频晶体管同时对输入信号进行放大，然后将各功放输出的功率在一个公共负载上相加。如图5-28所示为常用的一种功率合成电路组成方框图。
图5-28 功率合成电路原理方框图
图中除信号源和负载外，还采用了两种基本组件：一种是用三角形表示的晶体管功率放大器；另一种是用菱形表示的功率分配与合成电路。其中的分配与合成电路，就是利用前面介绍的传输线变压器构成的混合网络。图中虚线方框中所示为功率合成器的基本组成单元。
图5-29为功率合成电路基本单元的一种线路，称为同相合成器。图中Tr1是功率分配网络，它的作用是将信号源输入的功率平均分配，供给A、B端同相激励功率。Tr1是功率合成网络，它的作用是将晶体管输出至A、B两端同相功率合成供给负载。当V1、V2两晶
‘体管输入电阻相等时，有UA= UB=U1，而Rd12RA2RB4RS。正常工作时，两管输出电压相同，且等于负载电压，即UA= UB=UL，由于负载上的电流加倍，故负载上的功率是两管输出功率之和，即PL1UA(2Ic1)2P, 此时平衡电阻上无损耗功率。2
图5-29 同相功率合成电路
（a）原理图
（b）等效电路
当两个晶体管因各种因素造成输出电压变化而不平衡时，相当于图5-29（b）等效电路中UB和RB'发生变化。根据传输线变压器原理，UA'由UA产生，UB'由 UB 产生，UB'变化不会引起UA'的变化。当UB'＝0时，负载电流减半，功率则减小为原来的1/4，V1管输
图5-30 反向功率合成电路
出的另一半功率消耗在平衡电阻Rd上。这样即使一管损坏，负载功率下降为原来的1/4，但另一管仍能正常工作，这时晶体管并联工作无法实现的。
图5-30所示为反向功率合成电路原理图。图中，Tr1为功率分配网络，Tr2为功率合成网络。这种电路的工作原理与推挽功率放大器类似。其工作原理留给读者自己分析。
第二篇：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。
第三篇：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
第四篇：高频小信号功率放大器
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摘 要
在无线通信中，发射与接收的信号应当适合于空间传输。所以，被通信设备处理和传输的信号是经过调制处理过的高频信号。高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。高频小信号放大器广泛用于广播、电视、通信、测量仪器等设备中。它的主要功能是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。关键词：通信；小信号；功率；放大器
Abstract
In wireless communications, launching and receiving the signal should be adapted to the transmission.Therefore, the communications equipment processing and transmission of the signal is modulated high-frequency signal processing.HF communications equipment is commonly used in small-signal amplifier circuit functions.it magnified hundreds kHz to several MHz frequency signal.High-frequency small-signal amplifier is the function of the high frequency signal is weak fidelity amplification from the content spectrum signal, the output signal after amplification of input signal spectrum and the spectrum are the same.Small-signal amplifier widely used in high-frequency radio, television, telecommunications, measuring instruments and other equipment.Its main function is to receive from the many signals, and to be elected useful signal amplification, the signal useless.signal, signal noise suppressor, to improve signal reception quality and anti-jamming capability.Key words: Communications;Small signal ；power;Amplifier
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目 录
引言..........................................................................................................................................................1 1 理论知识............................................................................................................................................2 1.1 高频小信号功率放大器概述.........................................................................................................2 1.2基本性能指标..................................................................................................................................2 1.3 晶小信号放大器的有关知识.........................................................................................................3 1.3.1串并联谐振回路的特性......................................................................................................3 1.3.2串并联阻抗的等效互换......................................................................................................3 1.3.3并联谐振回路的耦合联结与接入系数..............................................................................4 2 电路的制作........................................................................................................................................7 2.1 电路原理图及说明：.....................................................................................................................7 2.2 放大器具体分析.............................................................................................................................7 2.2.1放大器的技术指标..............................................................................................................7 2.2.2 稳定性...............................................................................................................................10 2.3 PCB.................................................................................................................................................15 2.3.1PCB图..................................................................................................................................15 2.3.2高频PCB设计的布局布线................................................................................................15 3 调试..................................................................................................................................................16 3.1 调试...............................................................................................................................................16 结论........................................................................................................................................................16 谢 辞....................................................................................................................错误！未定义书签。参考文献................................................................................................................................................18 附 录....................................................................................................................................................19
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引言
本文介绍的高频小信号功率放大器的设计制作电路，高频小信号放大器又称为小信号放谐振放大器。本制作主要功能是：这个电路是两级放大电路，输入信号：100mVpp输出负载：51Ω谐振电压放大倍数:AUO≧30dB，通频带带宽为4MHz。
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共 19 页 理论知识
1.1 高频小信号功率放大器概述
高频小信号放大器的功用就是放大各种无线电设备中的高频小信号，如常见的无线电接收机中高频和中频放大器。
高频：频率范围从几百kHz到几百MHz。
小信号：所用的非线性放大元件（如晶体管或场效应管）可近似看成线性元件，工作在线性范围，可等效成四端网络。高频小信号放大器的基本组成是：由“放大部分+选频滤波部分”按“级联”方式构成。
具体分为：先放大后选频，先选频后放大，以及选频、放大、再选频的三种基本模式。
放大部分的核心：晶体管、场效应管、集成运放或专用集成放大器等。
选频滤波部分的核心：LC谐振回路或固定滤波器。
1.2基本性能指标
高频小信号放大器的基本性能指标如下：
（1）增益
增益定义为放大器的输出信号电量与输入信号电量的比值，用A加下标（类似于低频放大器的增益）来表示。
图3-1（b）为一典型增益的幅频特性曲线。
（2）通频带
通频带定义为放大器的增益比最大增益下降3dB时的上限截止频率fH 与下限截止频率fL之差，用BW0.7 = fH-fL 表示。（3）选择性
选择性表示放大器对通频带以外的各种干扰信号及其噪声的滤除能力，或者说，从各种干扰中选出有用信号的能力。放大电路的选择性主要由选频电路来决定。衡量选择性的具体指标是矩形系数Kr0.1。
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（4）工作稳定性
这是指选频放大器中的非线性放大元器件的偏置，交流参数，以及其它电路元件参数发生变化时，电路性能（如增益、通频带、矩形系数等）的稳定程度。（5）噪声系数
与低频放大器一样，选频放大器的输出噪声也来源于输入端和放大电路本身。通常用信噪比来表示噪声对信号的影响，电路中某处信号功率与噪声功率之比称信噪比。信噪比越大，信号质量越好。
噪声系数是用来反映电路本身噪声大小的技术指标。其定义为输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值。噪声系数越接近于1，说明放大器的抗噪能力越强，输出信号的质量越好。
以上五项性能指标，相互间有联系也有矛盾。如增益和稳定性，通频带和选择性等。因此，应根据要求决定主次和取舍。1.3 晶小信号放大器的有关知识 1.3.1串并联谐振回路的特性
1.3.2串并联阻抗的等效互换 由图：
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图 2-1 等效互换电路 可知
(2-2)得：
(2-3)根据品质因数的定义，串连电路的品质因数为
代入上式得
可见等效结果 Q 不变。即
若回路品质因数较高，由式（2-3）可得
(2-4)
(2-5)此时可得：串联电路转换为并联电路后，R2 为串联电路 r1 的 电路X1相同，保持不变。
1.3.3并联谐振回路的耦合联结与接入系数
当并连谐振回路作为放大器的负载时，其连接的方式将直接影响放大器的性能。一般来看直接接入是不适用的，因为晶体管的输出阻抗低，会降低谐振回路的品质因数Q。通常，多采用部分接入方式，以完成阻抗变换的要求。
倍，而X2与串联
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我们定义：接入系数p为转换前的圈数（或容抗）与转换后的圈数（或容抗）的比值。由此定义我们分别可得：
（1）变压器耦合联接的变比关系
图 2-2 变压器耦合联接的变换 根据功率关系，故
（2-6）
根据变压器的电压变换关系，即
可得
(2-7)（2）自耦变压器耦合联接的变比关系
图 2-3 自耦变压器耦合联接的变换
上图是自耦变压器耦合联接形式，其变比关系的分析与变压器耦合相同。同理可得
(2-8)（3）双电容分压耦合联结的变比关系
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图 2-4 双电容分压耦合联结的变换
其变比关系可以应用串并联等效互换的关系求得，首先将 Rl 与 2 组成的并联支路等效为串联支路。其中X不变 , 电阻 RLS 为
再将 R LS、C 1、C 2 组成的串联支路等效为并联支路。而电阻
又因为：
所以
(2-9)上面以电阻 R L 的等效变换推导了各种联结形式的变比关系。可以得到电阻转换通式为
(2-10)为了以后分析电路时运用方便，可将上述变化关系推广到电导、电抗、电流和电压源的等效变比关系上去，可得
（2-11）
利用上式可以很方便地进行各种变换，这对我们以后分析电路是非常有用的。同学们一定要理解和牢记。
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共 19 页 电路的制作
2.1 电路原理图及说明：
高频小信号谐振放大器是由放大电路（由晶体管、场效应管或集成电路组成）与选频电路（主要是LC谐振回路）组成，作用是将微小的高频信号进行线性放大，选出中心频率（输入信号对应）的信号，并滤除不需要的干扰频率信号。原理图如下：
L3330uFC3103R122KCT15-20PC2L522K3.3uFGNDGNDL2C92.2uF22KC4103GNDL4330uFC5103GNDGNDC6103C11100uFGNDJ21234CON4CT25-20PC10C8J312CON2100P4321CON4GNDR26.2KR333L6330uFR4101102T29018J1C1T19018102J4CON1C7103RL51GNDGNDGNDGNDGNDGND 本放大器由共发射极组态的晶体管和并联谐振回路组成，如图，其直流偏置由R1、R2、Re来实现，CT1，C2，L5和 CT2，C9，L2 分别组成L、C谐振回路。C7为高频旁路电容。若晶体管用y参数等效电路等效，信号源用Is和Ys等效。变压器次级的负载为下一级放大器的输入导纳Yie2。2.2 放大器具体分析 2.2.1放大器的技术指标
（1）电压增益 根据定义，由上图得
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从等效关系可知
则
(2-26)放大器谐振时，对应的谐振频率为
(2-27)则
通常，在电路计算时，电压增益用其模表示，即
可表示为
（2）谐振曲线
放大器的谐振曲线是表示放大器的相对电压增益与输入信号频率的关系。
(2-28)由式（2-28）可得
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对谐振放大器来讲，通常讨论的 f 与 f 0 相差不大，可认为 f 在 f 0 附近变化，则
(2-29)式中，令，称为一般失谐。，称为广义失谐。代入上式得
(2-30)取模得
(2-31)下图是谐振特性的两中表示形式 :
图2-11放大器的谐振特性（3）放大器的通频带 通频带的定义是
时所对应的
为放大器的通频带。根据定义得
则
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故
(2-32)（4）放大器的矩形系数 矩形系数的定义是
其中，是
时所对应的频带宽度，即
故
根据矩形系数的定义得
(2-33)由此可以看出，单调谐回路放大器的矩形系数远大于1。也就是它的谐振曲线与矩形相差较远，选择性差。
2.2.2 稳定性
(1)谐振放大器存在不稳定的原因
前面分析电路曾假定晶体管的yre=0。但是，在实际运用中，晶体管存在着反向传输导纳yre，放大器的输出电压可通过晶体管的yre反向作用到输入端，引起输入电流的变化，这种反馈作用将可能引起放大器产生自激等不良后果。
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图2-12等效输入电路
由上图可见：输入导纳Yi为 Yi=yie+YF 其中，YF =gF+jbF为反馈导纳。负载导纳影响输入导纳，输入导纳影响负载导纳。值得注意的是，YF是频率的函数，在某些频率上，gF有可能为负值，还会使放大器自激振荡；bF使回路失谐，中心频率偏移。(2)放大器的稳定系数及稳定增益
①放大器的稳定系数
下图是调谐放大器的等效电路。当信号源提供输入电压后，通过晶体管得到，而
通过 y re 反馈到输入端得
图 2-13 调谐放大器等效电路
如果反馈电压在相位和幅度上Ui′与Ui相同，这就意味着放大器要产生自激振荡。现将Ui与Ui′的比值定义为稳定系数，即
(2-39)S 越大，放大器越稳定； S=1 为维持自激振荡的条件。
由于，Y s 是信号源的内导纳，它是有前级放大器的谐振回路等效而得，即
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(2-40)式中，用幅值与相角表示
(2-41)其中
同理，输出回路也可用相同形式表示，即
(2-42)其中，通常，放大器的输入贿回路和输出回路相同，即，则，(2-43)根据相位相同的条件，可得
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代入得
(2-44)②单级调谐放大器的稳定增益
所谓稳定增益，是指晶体管不加任何稳定措施，而满足稳定系数 S 要求时，放大器工作于谐振频率的最大电压增益。从图 2-9 所示等效电路可求得放大器的电压增益。设各级放大器的参数相同，且晶体管接入系数为 p 1，下级负载接入为 p 2，则单级电压增益为
由于各级参数相同，从输出电压 Uo 处向放大器输出端看，可认为其等效导纳为，故可得
于是
则
当回路谐振时，谐振电压为
故稳定电压增益为
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(2-45)③提高谐振放大器稳定性的措施
由于yre的反馈作用，晶体管是一个双向器件。使晶体管的反馈作用消除的过程称为单向化，其目的是提高放大器的稳定性。单向化的方法有中和法和失配法。
（一）中和法
所谓中和，是在晶体管放大器的输出与输入之间引入一个附加的外部反馈电路，以抵消晶体管内部yre的反馈作用。
图 2-14 具有中和电路的放大器
应该注意的是，严格的中和很难达到。因晶体管的 yre 是随频率变化的。
（二）失配法
所谓失配是指信号源内阻不与晶体管的输入阻抗匹配，晶体管输出端的负载不与本级晶体管的输出阻抗匹配。
失配法的实质是降低放大器的电压增益，以确保满足稳定的要求。可以选用合适的接入系数p1、p2或在谐振回路两端并联阻尼电阻来实现降低电压增益。在实际运用中，较多的是采用共射-共基级联放大器，其等效电路如下：
图2-15共射-共基级联放大器
从图中可以看出，输入回路与晶体管采用部分接入，而输出回路与晶体管直接接入，这是由于共基晶体管输出电阻很大，不用部分接入。
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2.3 PCB 2.3.1PCB图 如下图：
2.3.2高频PCB设计的布局布线
（1）高频微波板的基本要求
① 基材 电讯工程师在设计时，已经根据实际阻抗的需要，选择了指定的介电常数、介质厚度、铜箔厚度，因此，在接受订单时，要认真核对，一定要满足设计要求。② 传输线制作精度要求 高频信号的传输，对于印制导线的特性阻抗要求十分严格，即对传输线的制作精度要求一般为±0.02mm(±0.01mm精度传的输线也很常见)，传输线的边缘要非常整齐，微小的毛刺、缺口均不允许产生。
③ 镀层要求 高频微波板传输线的特性阻抗直接影响微波信号的传输质量。而特性阻抗的大小与铜箔的厚度有一定的关系，特别对于孔金属化的微波板，镀层厚度不仅影响总的铜箔厚度，而且影响蚀房刻后导线的精度，因此，镀层厚度的大小及均匀性，要严格控制。
④ 机械加工方面的要求 首先高频微波板的材料与印制板的环氧玻璃布材料在机加工方面有很大的不同；其次是高频微波板的加工精度比印制板的要求高很多，一般外形公差为±0.1mm（精度高的一般为±0.05mm或者为0~-0.1mm）。
⑤ 特性阻抗的要求 前面已经谈到了有关特性阻抗的内容，它是高频微波板最基本的要求，不能满足特性阻抗的要求，一切都是徒劳的。（2）高频微波板生产中应注意的问题
① 工程资料的处理：对客户的文件进行CAM处理时，一定要把握两方面的内容，一是要认真吃透传输线的制作精度要求；二是根据精度要求并结合本厂的制程能力，作出适当的工艺补偿。
② 下料：通常印制板下料均使用剪板机或自动开料机，但对于微波介质材料则不能一概而论，要根据不同的介质特性，而选择不同的下料方法，多以铣、割为主，以免影响材料的平整度以及板面的质量。
③ 钻孔：对于不同的介质材料，不仅钻孔的参数有所不同，而且对钻头的顶角、刃长、螺旋角等都有其特殊的要求，对于铝基、铜基的微波介质材料，钻孔时加工方式也有所
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不同，以避免毛刺的产生。
④ 导通孔接地：一般情况下，导通孔采用化学沉铜的方法接地，化学沉铜时通常使用化学法或等离子法进行处理，从安全方面考虑，我们采用等离子法，效果很好；而对于铝基的微波介质材料，若使用通常的化学沉铜，有相当大的难度，一般建议采用金属导电材料灌孔接地的方法较为合适，但孔电阻一般小于20m?。
⑤ 图形转移：本工序是保证图形精度的一个重要工序。在选择光刻胶、湿膜、干膜等感光材料时，必须满足图形精度的要求；同时光刻机或曝光机的光源也必须满足制程的需要。
⑥ 蚀刻：本工序要严格控制蚀刻的工艺参数，如：蚀刻液各成份的含量、蚀刻液的温度、蚀刻速度等。确保导线边缘整齐，无毛刺、缺口，导线精度在公差要求的范围内。要切切实实做好这一点，需要细功夫，是非常必要的。
⑦ 涂镀：高频微波板导线上最后涂层一般有锡铅合金、锡铟合金、锡锶合金、银、金等。但以电镀纯金较为普遍。
⑧ 成形：高频微波板的成形与印制板一样，以数控铣为主。但铣削的方法对于不同的材料，是有很大区别的。金属基微波板的铣削需要使用中性冷却液进行冷却，而且铣削的参数也有相当大的差异。
总之，高频微波板的生产中，除了要注意以上的一些问题，还必须小心热风整平时锡缸温度、风压的大小及周转、装夹过程中的压痕和划伤。只有认真仔细地注意每一个环节，才能真正做出合格的产品来。调试
3.1 调试
调试时，可先检查印制板及焊接的质量是否符合要求，有无虚焊点及线路间有无短路、断路。然后用万用表测试或通电检测，检查无误后，可通12V电压，在加入100mv,11.9MHZ（我个人的学号的后三位）的信号，先调节第一级的，使得其输出频率为11.9MHZ，在调节第二级的，最后使得输出电压大于2V以上，频率为11.9MHZ，这样就成功了。我这次做电路板运气比较好，接入电源和信号，随便调节一下就得了。
结论
次此设计不但复习巩固了三年来所学习的专业知识，而且让我门更进一步掌握我们的所学知识。此过程对我们的动手能力又有进一步的提高。首先掌握高频小信号放大器的电路组成、晶体管工作的内部物理机制、高频参数、高频等效电路、参数等效电路。其次掌握高频小信号放大器放大倍数、输入阻抗、出入阻抗的计算公式的推导与使用方法。再次掌握高频小信号放大器阻抗匹配、接入系数的概念与基本计算方法。所以次此设计将对我们以后的工作起到不可磨灭的作用。此次设计还让我明白了，做什么事情都要认真仔细，来不得半点马虎，此次制作达到了我预期的结果。
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参考文献
[1] 沈伟慈.通信电路.西安电子科技大学出版社，2004 [2] 曾兴雯.高频电子线路.高等教育出版社，2004 [3] 懂尚斌.高频电子线路实验指导.武汉大学电子信息学院，2003 18
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附 录
正确使用电烙铁
1、选用合适的焊锡，应选用焊接电子元件用的低熔点焊锡丝。
2、助焊剂，用25%的松香溶解在75%的酒精（重量比）中作为助焊剂。
3、电烙铁使用前要上锡，具体方法是：将电烙铁烧热，待刚刚能熔化焊锡时，涂上助焊剂，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头均匀的吃上一层锡。
4、焊接方法，把焊盘和元件的引脚用细砂纸打磨干净，涂上助焊剂。用烙铁头沾取适量焊锡，接触焊点，待焊点上的焊锡全部熔化并浸没元件引线头后，电烙铁头沿着元器件的引脚轻轻往上一提离开焊点。
5、焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。
6、焊点应呈正弦波峰形状，表面应光亮圆滑，无锡刺，锡量适中。
7、焊接完成后，要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净，以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作。
8、集成电路应最后焊接，电烙铁要可靠接地，或断电后利用余热焊接。或者使用集成电路专用插座，焊好插座后再把集成电路插上去。
9、电烙铁应放在烙铁架上。
第五篇：谐振功率放大器复习题
谐振功率放大器 复习题
1、何谓谐振功放，属于何种放大器？甲类、乙类和丙类功率放大器的导通角分别是多少，他们的效率大小顺序如何排列？为什么丙类功率放大器的效率较高？
2、对功率放大器有哪些性能要求？
3、高频功率放大器中谐振电路的作用有哪些？谐振功率放大器有哪几种工作状态？
4、谐振功放的输出电压uf与集电极电压uce的相位有何关系，而与输入信号电压ube的相位又有什么关系？
5、谐振功放过压状态最明显的特征是什么，过压状态、欠压状态和临界状态分别是指一种什么样的状态，当谐振功放的集电极电流脉冲出现尖顶时，是否能肯定此时的谐振功放的工作状态？
6、谐振功放原工作在临界状态，若等效负载电阻Rc因某种原因增大或减小时，则输出功率P1、集电极耗散功率Pc和效率ηc将如何变化？
7、谐振功率放大器的直流馈电线路包括哪几种馈电电路，电路中各部分有何关系？馈电线路的确定应遵循何种原则？谐振功放的外部特性主要包括哪些特性特性？
8、谐振功率放大器的集电极输出电流为什么波形，而经过负载回路选频后输出为什么波形。
9、输入单频信号时，丙类高频功率放大器原工作于临界状态，当电源电压减小或增大时，工作状态将作如何变化？
10、输入单频信号时，丙类高频功率放大器原工作于临界状态，当输入信号增大或减小时，工作状态将作如何变化？
11、谐振功率放大器输出功率6W，当集电极效率为60﹪时，晶体管集电极损耗为多少？
12、谐振功率放大器功率放大器，要实现集电极调制放大器应工作在什么状态，要实现际基极调制放大器应工作在什么状态，为使放大器工作在丙类工作状态，基极偏压应如何设置？
13、已知谐振功率放大器原工作在临界状态，当改变电源电压时，管子发热严重，说明管子进入了什么状态，并说明原因。谐振功率放大器，若要求效率高，应工作在什么状态。
14、谐振功率放大器原工作于临界状态，由于外接负载的变化而使放大器工作于过压状态。如若将输入信号减小，使放大器仍工作在临界状态，这时放大器的输出与原来相比有何变化？
15、谐振功放的负载特性、调制特性和放大（振幅）特性分别是指什么？
16、谐振功放原工作在临界状态，当其它参数一定时，若负载逐渐变化放大器状态会如何变化？若集电极电源逐渐放大器状态会如何变化？若基极电源逐渐放大器状态会如何变化？
17、丙类放大器的负载回路失谐时，工作状态将如何变化？丙类放大器为什么要用调谐回路作为集电极负载？
18、已知某谐振功率放大器的电压、电流值为Ec＝12V，Uf＝11V，Eb＝0.5V，Ub＝0.24V，Ic0＝25mA，Ic1＝45mA，Ib0＝0.8mA，Ib1＝1.5mA。采用晶体管3DA14，不加散热片时其集电极耗散功率极限值(Pc)M＝1W。求输入功率、输出功率、效率及回路谐振电阻值，并说明该功放管能否安全工作。
[P1＝247.5 mW、Pin＝300 mW、ηc＝82.5﹪、Rc＝244Ω、能安全工作。]
19、某一晶体管谐振功率放大器。已知Ec＝24V，Ic0＝250mA，P1＝5W，电压利用系数等于0.5，求Pc、Rc、ηc和Ic1的值。
[Pc＝1W、Rc＝14.4Ω、ηc＝83.3﹪、Ic1＝833.3mA] 20、某谐振功率放大器，已知Ec＝24V，P1＝5W，问：⑴当ηc＝60﹪时，Pc及Ic0值是多少？⑵若P1保持不变，将ηc值提高到80﹪，则Pc减少多少？
[⑴Pc＝3.33 W、Ic0＝347mA；⑵Pc减少2.08W]
21、谐振功率放大器，已知Ec＝24V，P0＝5W，问：⑴当ηc＝60﹪时，Pc及Ic0值是多少？⑵若P0保持不变，将ηc值提高到80﹪，则Pc减少多少？
[⑴Pc＝2 W、Ic0＝208mA；⑵Pc减少1W]
22、谐振功放输出功率位5W，效率为55﹪时，问晶体管的集电极损耗位多少？若用24V的直流电源供电，它输出多大的直流电流？
[Pc＝4.09W，Ic0＝0.38A]
23、某一谐振功率放大器，原来工作在临界状态，后来发现功放的输出功率下降，效率反而提高，但电源电压Ec、输出电压Uf及Ubemax不变。问：这是什么原因造成的，此时功放功工作在什么状态？
24、试画出两级谐振功放的实际线路，要求：⑴两级均采用NPN型晶体管，发射极直接接地；⑵第一级基极采用组合式偏置电路，与前级互感耦合，第二级基极采用零偏置电路；⑶第一级集电极馈电线路采用并联形式，第二级集电极馈电线路采用串联形式；⑷两级间的回路为T型网络，输出回路采用π型匹配网络，输出为天线。
25、已知某一谐振功率放大器工作在临界状态，其外接负载为天线，等效阻抗近似为电阻。如天线突然短路，试分析电路工作状态将如何变化？晶体管工作是否安全？
26、谐振功率放大器原来工作在临界状态，若外接负载突然断开，晶体管的工作状态将如何变化？集电极耗散功率将如何变化？对晶体管而言有否危险？
27、试分析以下各种谐振功放的工作状态如何选择，并说明原因。⑴利用功放进行振幅调制时，当调制的音频信号加在基极或集电极时，应如何选择功放的工作状态？⑵利用功放放大振幅调制信号时，应如何选择功放的工作状态？⑶利用功放放大等幅信号时，应如何选择功放的工作状态？
28、某高频谐振放大器工作于临界状态，若其他条件不变，试问(1)若输入信号增加，功放的工作状态如何改变？(2)若负载电阻增加不大，功放的工作状态如何改变？(3)若负载电阻增加一倍以上，功放的工作状态如何改变？
29、改正下图所示线路中的错误，不得改变馈电形式，并重新画出正确的线路。
39、改进如图（图8）所示电路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。
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