高频谐振功率放大器

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1、实验三高频谐振功率放大器实验目的1、进一步理解谐振功率放大器的工作原理及负载阻抗和激励信号电压变 化对其工作状态的影响。2、掌握谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。3、了解高频小信号调谐放大器的工作原理及其负载阻抗，输入激励电压对 高频谐振功率放大器工作状态的影响4、掌握高频小信号调谐放大器的设计方法5、掌握高频小信号调谐放大器的调谐、调整和主要技术指标的测量方法二、实验内容1、调试谐振功放电路特性，观察各点输出波形。2、改变输入信号大小，观察谐振功率放大器的放大特性。3、改变负载电阻值，观察谐振功率放大器的负载特性。三、实验原理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，这是无线

2、电 发射机中的重要组成部分。根据放大器电流导通角。的范围可分为甲类、乙类、 丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角e愈小，放大器的效率n愈高。 如甲类功放的e =180，效率n最高也只能达到50%，而丙类功放的e 90，效 率n可达到80%，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得较大的输出功率和较高的效率。图3-1高频功率放大器图3-1为由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路，其中晶体管Q1组成 甲类功率放大器，晶体管Q组成丙类谐振功率放大器，这两种功率放大器的应 .一_.2 . .一 一 一 一用十分广泛，下面介绍它们的工作

3、原理及基本关系式。1、甲类功率放大器：输入信号幅度小，输出信号不失真。但是其工作效率较 低。（1）静态工作点如图3-1所示，晶体管Q组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。其 中R、R为基极偏置电阻；R 1为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。 R1为1交流负反馈电阻，可以蒐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：U = I （R + R ）q I REQ EQ F1E1CQ E1（3-1）式中，RF1 一般为几欧至几十欧。ICQ =P IBQ（3-2）U bq = Ueq + 0.7V（3-3）U = U -1 （R + R ）CBQ CC CQ F 1E1（3

4、-4）（2）负载特性如图3-1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P0可表示为：P0 =七 7n b（3-5）式中，ph为输出负载上的实际功率，n b为变压器的传输效率，一般为n 二0.75 0.85。bB图3-2甲类功放的负载特性图3-2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R称为最佳负载电阻。集电极的输出功率PC的表达式为：H11 U 2P = U I =Cmc 2 Cm Cm 2 RH式中，式分别为ucm为集电极输出的交流电压振幅Icm为交流电流的

5、振幅(3-6) 它们的表达式中，uCES称为饱和压降，约1Vu =cmucc -ICQRE1 - uCES(3-7)cmICQ(3-8)如果变压器的初级线圈匝数为N1，次级线圈匝数为N2,则(3-9)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。(3) 功率增益与电压放大器不同的是功率放大器应有一定的功率增益，对于图3.1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，功率增益A的表达式为(3-10)其中，Pj为放大器的输入功率，它与放大器的输入电压uim及输入电阻的关系 为(3-11)u =J2RP式中，Ri又可以表

6、示为R n h +1 + h 1(3-12)式中，h为共发接法晶体管的输入电阻，高频工作时，可认为它近似等于 晶体管的基破体电阻r 。h为晶体管共发接法电流放大系数，在高频情况下它 是复数，为方便起见苛取晶体管直流放大系数们乙类和丙类放大器：输入信号幅度大，工作效率较高，但是输出信号失真大。 特别丙类谐振功率放大器，电压导通角较小，工作效率最高，通信发射机的高频 末级功率放大器通常采用丙类工作方式。丙类谐振功率放大器的工作原理u T u T i T i T ui BE B C Cu.为余弦电压，可表示为u=U cosw t则：u = V +u=V +U cos t根据三极管的转移特性可得到集电

7、极电流i ,为余弦脉冲波，如图2-4所示: C图2-4 iC波形根据傅立叶级数的理论，iC可分解为:i =I +i +i +i + +i +C C0 cl c2 c3cn式中：IC0为直流电流分量.cos w ti =Icos 2w ti =Icosnw ti 1为基波分量，i 1=I为二次谐波分量，y/) Icmn=iCmaxan )iCmax是iC波形的脉冲幅度，j为次谐波分量， 其中，占们的大小分别为：a0(O)、a1(0)和a (0)分别为直流分解系数、基 波分量分解系数和n次谐波分量分解系数，气(0)的大小可根据余弦脉冲分解系 数表查。I信号的导电角可以用下面的公式进行计算CU -

8、Ucos 0 牝onBBUbmU -U当iC 0就arccos% 七b信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐bm振网络压降为：u =RI cosw t=U cosw tu =V -u =V -U cos tCE CC c CC cm c 各信号的波形如图2-5所示:图2-5波形图功率关系：直流功率：pv=vccIco输出功率：po= 2 icmiucm放大管功耗：Pt=Pv-Po效率：n= Po/Pv四、实验仿真结果分析:1）示波器输出由表中可见，改变电阻RL值，电流和电压都出现变化，但是电流变化基 本不大，这是因为输出电阻很大，改变负载的大小对输出电流的影响很小。同时 可以看到负载越大输出功率也越大。所以若要实现更大的输出功率，那么负载也 将要随之增大。五、实验总结实验过程中，发现基本电路图画对了，但是就是得不到结果，波形显示不出 来或者不稳定，通过不断调试，即改变相关参数值才得到结果。通过本次实验， 加强了自己分析解决问题的能力，同时对谐振功率放大器的工作原理及负载阻抗 和激励信号电压变化对其工作状态的影响有了一定的理解和掌握，也基本懂了高 频小信号调谐放大器的设计方法。