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1、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
2、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
3、器（XFG-7）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n ,其通角小于n /2。如图
4、 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， E 为集电极 c直流电源，E为基极负偏置电源。U是高频输入信号，U = U cosotb b b bmEbEc图1高频功率放大器原理图可见，只有输入信号电压足够大时，即U E + E（E为晶体管截止偏压）时晶体管b b b b才导通。显然电流的通角n /2,集电极电流I呈脉冲形状，这个电流经集电极谐振回路选C出I的基波分量I，再经过变压器耦合，在Rt上得到一个放大的基波功率，从而实现了CC 1L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。c be为了便于计算
5、脉冲电流i，将晶体管的动态转移特性曲线i -U用折线g表示。如图2 所示。由图 2 可知：i = g (Uc m beE ) = g (U cos e t + E E)bm bmb b(1)g为跨导。当0时，=0m(2)E， ECO 0 二 j bUbm当 e t = 0 时 i = icc max,E E E=g (U+ E E ) = g U (1 r b)m bm b bm bmUbm=g Um bm(1 cos0)(3)(4)cos et cos0由(1) (2)(3)式得出：i = i -c c max1 cos 0因为丙类工作状态的集电极电流脉冲是尖顶余弦脉冲，是以为角频率的周期性
6、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：c max 兀(1 cos 0 )=丄idet=isin0-0cos0c02兀_冗ci cos tdt = ic1mc max9 - sin 9 cos9兀(1 - cos 9)r 1 5 .,. 2(sin n9 cos9 - n cos n9)r =J冗 I cosnetdet = I -cnm 兀一冗 ccmax兀n(n 2 - 1)(1 - cos9)上述三 式可写成：I 二 i a (9)c 0 c max 0I 二 i a (9)c1mc max 1I 二 i a (9)cnmc
7、max na (9),a (9),a (9)为余弦脉冲电流i的分解系数。01 nc因此i分解为付氏级数为:ci 二 I +1 cos et +1 cos 2et +1 cos netcc0c1mc 2mcnm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:P = i9 i E dt02 兀一9 c c直流电源供给功率：P二E Idc c c 0三级管输出功率：p二212 Rout 2 c1m e1 U 2clm2 ReR为Rl折合到集电极谐振回路初级的阻抗。集电极效率：PU = outPdc1 U I 1 I 1clmclm = clm = Cg2 E
8、 I 2 I 2 1c c0c0U 为集电极基波电压振幅，g (9)为波形参数，C为集电极电源电压利用系数。为 c1m1了得到足够大的输出功率，应使它工作在临界状态。使U=E，即C二1。c1mc1 C I1 I1 9 - sin9 cos9= C c1m =c1m =2 I2 I2 sin9 -9 cos9c0c0可以看出减少管耗P ,或者提咼和g (9)都可以提咼放大器的效率。c1这是因为：(1) 要减少集电极损耗功率P，则要求减少U。当管内有较大电流i时，U应尽c ce c ce量减少，最好在i整个流通时间内U均很小，或者当U较大时，要尽量减少集电极电流 c ce cei。c(2) 要提高
9、集电极效率，则要求提高集电极电压利用系数g。U 增大，g可增大，c1m因为U 增大使U减小。(U = E U coswt)，所以，当i较大时，U的减少使 c1mce ce cc1mc ce得管子集电极损耗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g(e)。e的减少，可使g(e)增大，于是提高效率。e减少，意味着减少i与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、 c ce电流波形来说明，如图3所示。甲类在一个周期中都有i流通，因而U正半周，也有i，所以管耗大，效率低。c ce c乙类i只有半个周期流通，而且，当放大器的负载为电阻时，i流通
10、半周正好与U负c c ce半周相对应，此时，U小，因而效率比甲类高。ce丙类工作时波形， 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， i cc仅在U负半周瞬时值较大时流过，此时U较小，所以丙类比乙类效率高。ce ce当2，是否可能接近于零，得到最高效率呢？当e -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0不能太小，从而限制效率提高。一般情况下- 兀时，相应的集电极效率较大，3 18耳在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E、E、 cbU 不变的条件下，各种电流输出电压， bm功率和效率等随R变化的曲线。E和
11、E四个参数。bce因为高频功率放大器的工作状态取决于R、 U 、 e bm如果保持U 、E和E不变，则工作状态仅取决于R。bm b c e1）负载变化对工作状态的影响如果保持U 、E和E不变则R变化影响工作状态的变化如图4所示。bm b c eA1A2n0图也不同负载情况下，让动态特性及脉冲电流波形从图 4 看出： 动特性表示R较小时，这时U 也较小，动态负载线A在线性放大区，这种状态ec1 m1称为欠压状态。在欠压状态， i 呈余弦脉冲。c 动特性随R增加，动态负载线A在临界线上，称这种状态为临界状态，此时i还e 2 c是呈余弦脉冲。 动特性随R继续增大，A进入饱和区，此时i呈凹脉冲，这种状
12、态称过压状态，e 3 c在过压状态，随 R 增大， 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 ecU 沁E。c1mc(2)负载R变化对I 、I 、U 、P 、P和耳的影响。ec 0cmc1mout 0当维持U 、E和E不变时，放大器I、/、U 、P 、P和耳随负载阻抗Rbm b cc 0 cmc1m out 0 e变化。因为U 1 R。如图5：c1mc1m e在欠压区：I 与I基本不变，仅随R增加略有下降，U 也随R增加而直线增加，c1m c 0ec1meP 管耗下降。把放大器看成恒流源。c在过压区：U 几乎不变，I和I 则随R的增大也急剧下降。把放大器看成恒压 c1mc 0
13、c1me源。从图5看出：集电极电源输入功率P EI。由于E不变，因而P与R关系曲线0 c c 0c 0 e和 I 曲线的形状相同。c01放大器输出功率P -怎I U ，P与R关系是根据U 、I两条曲线相乘求出 out 2 c1m c1m out ec1m c1m来。在临界状态时， 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 out作状态的原因。集电极损耗功率P P-P，故P曲线由P与P曲线相减得出。c 0 out c 0 out在欠压区，当R减小，P上升很快；当R =0时，P达到最大值，可能使晶体管烧坏。 e c e cP(这种情况是短路)放大器的效率1 =寸，在欠压状态时
14、，P变化小，所以耳随P增加P0out0而增加，到临界状态后，P下降没有P快，在过压状态时，P主要是随I 急剧下降而 out0outc1m下降，因而1也略有下降，故在靠近临界的弱过压状态1 出现最大值。3放大器各级电压对工作状态的影响(1) U 对工作状态的影响bm在讨论激励电压幅度U 的变化对放大器工作状态影响，设E、E、R不变。bm c b e当U 较小时，U = E + U也较小，从i -U动态特性看出：放大器工作在欠 bm be max b bm c be压状态，集电极电流为尖顶余弦脉冲。当U 增大时，I 、I也增大，引起U =E -1 R的减少。从而使放大器由 bm c maxc1mce c c1m e欠压状态过渡到
