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1、实验一非线性丙类功率放大器实验一、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、功率、效率；4. 掌握丙类放大器的计算与设计方法。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、实验基本原理放大器按照电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角
2、越小，放大器的效率越高。甲类功率放大器的 180 o ，效率 最高只能达到 50%，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 o ，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90 o ，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC 谐振回路。电路原理图如图 1-1 所示，该实验电路由两级功率放大器组成。其中Q3（ 3DG12）、T6 组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R
3、A3 、R14、R15 组成静态偏置电阻，调节RA3 可改变放大器的增益。 W1 为可调电阻，调节W 1 可以改变输入信号幅度，Q4（ 3DG12 ）、 T4 组成丙类功率放大器。R16 为射极反馈电阻， T4 为谐振回路，甲类功放的输出信号通过R13 送到 Q4 基极作为丙放的输入信号，此时只有当甲放输出信号大于丙放管Q4基极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。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（1） 静态工作点如图5-1 所示，甲类功率放大器工作在线性状
4、态，电路的静态工作点由下列关系式确定：v EQI EQ R15I CQI BQ v BQv EQ0 .7VvCEQVCCICQ15R（2）负载特性如图1-1 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PHP0 可表示为： P0B式中， PH为输出负载上的实际功率，B 为变压器的传输功率，一般为B 0.750.85。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RH 称为最佳负载电阻。集电极的输出功率PC 的表达式为：PC11 V cm2V cm I cm
5、2 RH2式中， V cm 为集电极输出的交流电压振幅；I cm 为交流电流的振幅，它们的表达式分别为：VcmVCCI CQ R15 VCES式中， V CES 称为饱和压降，约 1V 。1I cmI CQ图 1-2 甲类功放的负载特性如果变压器的初级线圈匝数为N1 ，次级线圈匝数为N 2，则NN1B R H2R H式中， RH 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。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2-1 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：P0A PPi其中，
6、Pi 为放大器的输入功率，它与放大器的输入电压uim 及输入电阻 Ri 的关系为 Vim2 Ri Pi2. 丙类功率放大器（ 1）基本关系式丙类功率放大器的基极偏置电压V BE 是利用发射极电流的直流分量 I EO（ I CO）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vi 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LC 的选频作用可输出基波谐振电压 vc1,电流 ic1。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：Vc1 m I c1m R0式中，Vc1m 为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；I c1
7、m为集电极基波电流振幅；R0 为集电极回路的谐振阻抗。图 1-3 丙类功放的基PC1Vc1m I c1m1I c21 mR01 Vc1m2极、集电极电流和电压222 R0式中， PC 为集电极输出功率。PDVCC I CO式中， PD 为电源 V CC 供给的直流功率； I CO 为集电极电流脉冲i C 的直流分量。放大器的效率为：1Vc1mI c1 m2VCCI CO（ 2） 负载特性当放大器的电源电压V CC，基极偏压 vb，输入电压（或称激励电压）vsm 确定后，如果电流导通脚选定，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 2-4 所示。2
8、1-4谐振功放的负载特性大器由图可见，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 V CES，集电极电流脉冲接近最大值I cm。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 R0 表示，即：R0(VCCVCES ) 22 P0当 Rq R0 时，放大器处于欠压状态，如C 点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当Rq R0 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
9、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：VCCVcmVCES四、主要技术指标及测试方法1. 输出功率高频功率放大器的输出功率是指放大器的负载RL 上得到的最大不失真功率。对于图2-1所示的电路中，由于负载RL 与丙类功率放大器的谐振回路之间采用变压器耦合方式，实现了阻抗匹配，则集电极回路的谐振阻抗R0 上的功率等于负载RL 上的功率，所以将集电极的输出功率视为高频放大器的输出功率，即：PC11 21 V c12mV c 1 m I c 1 mI c 1 mR 0R 0222测量功率放大器主要技术指标的连接电路如图2-5所示，其中高频信号发生器提供激励信
10、号电压与谐振频率，示波器监测波形失真，直流毫安表mA 测量集电极的直流电流，高频电压表V 测量负载 RL 的端电压。 只有在集电极回路处于谐振状态时才能进行各项技术指标的测量。可以通过高频毫伏表 V 及直流毫安表mA 的指针来判断集电极回路是否谐振，即电压表V 的指示为最大，毫安表mA 的指示为最小时集电极回路处于谐振。当然也可以用扫频仪测量回路的幅频特性曲线，使得中心频率处的幅值最大，则集电极回路处于谐振。放大的输出功率可以由下式计算：P 0V L2式中， V L 为高频电压表 V 的测量值。R L2. 效率高频功率放大器的总效率由晶体管集电极的效率和输出网络的传输效率决定。而输出网络的传输
11、效率通常是由电感、电容在高频工作时产生一定损耗而引起的。放大器的能量转换效率主要由集电极的效率所决定。所以通常将集电极的效率视为高频功率放大器的效率，用表示，即：PCP0利用图 2-5 所示电路，可以通过测量来计算功率放大器的效率，集电极回路谐振时，3功0.01uF率Vs放ELCRLV示波器检测点RFGND高频扼流圈+v0GND大器-Ico直流毫安表CEREmA+VCCGND图 1-5高频功放的测试电路的值由下式计算：PCVL2 /RL式中， V L 为高频电压表V 的测量值。P0I CO VCC3. 功率增益放大器的输出功率P0 与输入功率Pi 之比称为功率增益，用A P（单位： dB ）表示。（ A PP0 ）Pi五、实验步骤1. 测试调谐特性f =9MHz(V p-p 0.3V) 的高频信号，调节 W 11，使 TP 6 处信在前置放大电路出入J3 处输入频率号的电压幅值为最大，S1 全部开路，改变输入信号频率，从9MHz 15MHz （以 1MHz 为步进）记录 TP6 处的输出电压值，填入表 1-1。表 1-1fi9MHz 10MHz 11MHz 12MHz 13MHz 14MHz 15MHzV 02. 测试负载特性f 11.8MHz（ Vp-p
