高频电子线路课程实验四高频功率放大器.doc

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1、太原理工大学现代科技学院高频电子线路课程实验报告专业班级测控13-2学号姓名指导教师温涛实验四高频功率放大器一实验目的1．了解和掌握丙类高频谐振功率放大器的构成及工作原理。2．了解丙类谐振功率放大器的三种工作状态及负载特性、调制特性、放大特性和调谐特性。3.掌握丙类谐振功率放大器的输出功率oP、直流功率DP、集电极效率Ch测量方法。4.掌握用频谱仪观测信号频谱、频率及调制度的方法。二实验原理高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，它也是一种以谐振电路作负载的放大器。它和小信号调谐放

2、大器的主要区别在于：小信号调谐放大器的输入信号很小，在微伏到毫伏数量级，晶体管工作于线性区域。小信号放大器一般工作在甲类状态，效率较低。而功率放大器的输入信号要大得多，为几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区域——截止和饱和区，这种放大器的输出功率大，效率高，一般工作在丙类状态。一．高频功率放大器的原理电路高频功放的电原理图如图7-1所示（共发射极放大器）它主要是由晶体管、LC谐振回路、直流电源Ec和Eb等组成，Ub为前级供给的高频输出电压，也称激励电压。二．高频功率放大器的特点1.高频功率放大器通常工作在丙类（C类）状态。通角q的定义：集电极电流流通角度的一半

3、叫通角q。甲类（A类）q=180度，效率约50%；乙类（B类）q=90度，效率可达78%；甲乙类（AB类）90

4、（也就是输入信号）的角频率。LC谐振回路被调谐于信号（角）频率，对基波电流ic呈现一个很大的纯阻，因而回路两端的基波压降很大。回路对直流成分和其它谐波失谐很大，相应的阻抗很小，因而相应的电压成分很小，因此直流和各次谐波在回路上的压降可以忽略不计。这样，尽管集电极电流ic为一个余弦脉冲，但集电极电压Uce却为一个完整的不失真的余弦波（基波成分）。显然，LC振荡回路起到了选频和滤波的作用：选出基波，滤除直流和各次谐波。LC振荡回路的另一个作用是阻抗匹配。也就是可以改变回路（电感）的接入参数，使功放管得到最佳的负载阻抗，从而输出最大的功率。三．丙类调谐功率放大器基本原理

5、由于丙类调谐功率放大器采用的是反向偏置，在静态时，管子处于截止状态。只有当激励信号ub足够大，超过反偏压Eb及晶体管起始导通电压ui之和时，管子才导通。这样，管子只有在一周期的一小部分时间内导通。所以集电极电流是周期性的余弦脉冲，波形如图7-2所示。根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱和区，可将放大器分为欠压、过压和临界三种工作状态。若在整个周期内，晶体管工作不进入饱和区，也即在任何时刻都工作在放大区，称放大器工作在欠压状态；若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临界状态；若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，则称放大器工作在过压状态。放大器的这三种工作状态取决于电

6、源电压Ec、偏置电压Eb、激励电压幅值Ubm以及集电极等效负载电阻Rc。（1）激励电压幅值Ubm变化对工作状态的影响当调谐功率放大器的电源电压Ec、偏置电压Eb和负载电阻Rc保持恒定时，激励振幅Ubm变化对放大器工作状态的影响如图7-3所示。由图可以看出，当Ubm增大时，icmax、Ucm也增大；当Ubm增大到一定程度，放大器的工作状态由欠压进入过压，电流波形出现凹陷，但此时Ucm还会增大（如Ucm3）。（2）负载电阻Rc变化对放大器工作状态的影响当EC、Eb、Ubm保持恒定时，改变集电极等效负载电阻Rc对放大器工作状态的影响，如图7-4所示。图7-4表示在三种不

7、同负载电阻Rc时，做出的三条不同动态特性曲线QA1、QA2、QA3A3′。其中QA1对应于欠压状态，QA2对应于临界状态，QA3A3′对应于过压状态。QA1相对应的负载电阻Rc较小，Ucm也较小，集电极电流波形是余弦脉冲。随着Rc增加，动态负载线的斜率逐渐减小，Ucm逐渐增大，放大器工作状态由欠压到临界，此时电流波形仍为余弦脉冲，只是幅值比欠压时略小。当Rc继续增大，Ucm进一步增大，放大器进入过压状态，此时动态负载线QA3与饱和线相交，此后电流ic随Ucm沿饱和线下降到A3′，电流波形顶端下凹，呈马鞍形。（3）电源电压EC变化对放大器工作状态的影响在Eb、Ubm

8、、RC保持