实验6高频功率放大器

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14-4学号2014101XXX姓名XXXXXXXX指导教师XXXXXXX实验名称高频功率放大器同组人专业班级测控14-4姓名 XXX 学号201410XXX 成绩实验六 高频功率放大器6.1高频功率放大器基本工作原理 一、高频功率放大器的原理电路高频功放的电原理电路图如图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C E 和b E 等组成，b U 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θ的定义：集电极电流流通角度的一半叫通角θ。

甲类（A 类）θ=180度，效率约50%； 乙类（B 类）θ=90度，效率可达78%；甲乙类（AB 类）90<θ<180度，效率约50%<ŋ<78%; 丙类（C 类）θ<90度可以推测，继续减小θ，使θ工作到小于90度，丙类效率将继续提高。

2、高频功放率放大器通常采用谐振回路作集电极负载由于工作在丙类时集电极电流c i 是余弦脉冲，因此集电极电流负载不能采用纯电阻，……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………………………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………而必须接一个LC 振荡回路，从而在集电极得到一个完整的余弦（或正弦）电压波。

c i 可用傅里叶级数展开：......3cos 2cos cos ......m 3m 2121++++=+++=wt I wt I wt I I i i I i C C m C CO c c co c式中，m C I 1、m 2c I 为基波和各次谐波的振幅。

W 为集电极余弦脉冲电流（也就是输入信号）的角频率。

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b u 足够大，超过反偏压b E 及晶体管起始导通电压i u 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，即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……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………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源电压C E 、偏置电压b E 、激励电压幅值bm U 以及集电极等效负载电阻c R 。

（1）激励电压幅值bm U 变化对工作状态的影响当调谐功率放大器的电源电压C E 、偏置电压b E 和负载电阻c R 保持恒定时，激励振幅bm U 变化对放大器工作的影响如图7-3所示。

作状态由欠压进入过压，电流波形出现凹陷，但此时cm U 还会增大（如3cm U ）。

（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，改变集电极等效电阻Rc 对放大器工作状态的影响，如图7-4所示。

……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………表示在三种不同负载电阻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。

. （3）电源电压Ec 变化对放大器工作状态的影响在Eb 、Ubm 、Rc 保持恒定时，集电极电源电压Ec 变化对放大器工作状态的影响如图7-5所示……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………由图可见，Ec 变化，Ucemin 也随之变化，使得Ucemin 和Uces 的相对大小发生变化。

当Ec 较大时，Ucemin 具有较大数值，且远小于Uces ，放大器工作在欠压状态。

随着Ec 再减小，Ucemin 小于Uces 时，放大器工作于过压状态。

图7-5中，Ec>Ec2时，放大器工作于欠压状态；Ec=Ec2时，放大器工作于临界状态；Ec<Ec2时，放大器工作于过压状态。

即当Ec 由大变小时，放大器的工作状态由欠压进入过压，c i 波形也由余弦脉冲波形变为中间凹陷的脉冲波。

7-2 高频功率放大器实验电路高频功率放大器实验电路如图7-6所示。

7-3 高频功率放大器实验内容和实验步骤 一、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；……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………3、测试负载变化时三种状态（欠压、临界、过压）的余弦电流波形；4、观察激励电压、集电极电压变化时余弦电流脉冲的变化过程；5、观察功放基极调幅波形。

二、实验步骤 1、实验准备在实验箱主板上装上高频放大与射频发射模块，接通电源即可开始实验。

2、测试前置放大级输入、输出波形高频信号源频率设置为6.3MHZ ，幅值峰-峰值300mV 左右，用铆孔连接到11p01，模块上开关11k01至“OFF ”，用示波器测试11p01和11TP02的波形的幅值，并计算其放大倍数。

由于该集电极负载是电阻，设有选频作用。

3、激励电压、电源电压及负载变化对丙类功放工作状态的影响 （ 1）激励电压Ub 对放大器工作状态的影响开关11k01置“on ”，11k03置“右侧”，11k02往下拨。

保持集电极电源电压Ec=6v ，负载电阻L R =8K Ω不变。

高频信号源频率1.9MHZ 左右，幅度200mv （峰-峰值），连接至功放模块输入端（11p01）。

示波器CH1接11TP03，CH2接11TP04。

调整高频信号源频率，使功放谐振即输出幅度（11TP03）最大。

改变信号源幅度，即改变激励信号电压Ub ，观察11TP04电压波形。

信号源幅度变化时，应观察到欠压、临界、过压脉冲波形。

波形如图7-7所示……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………实际观察到的波形如下图：（上11TOP03,下11TOP04）过压状态波形弱过压状态波形欠压状态波形临界状态波形（2）集电极电源电压Ec 对放大器工作状态的影响保持激励电压Ub （11TP01电压为200mv 峰-峰值）、负载电阻L R =8K Ω不变，改变功放集电极电压Ec （调整11w01电位器，是Ec 为5-10v 变化），观察11TP04电压波形。

调整电压Ec时，任可观察到图7-7的波形，但此欠压波形幅度比临界时稍大。

实际观察到的波形如下图：（上11TOP03,下11TOP04）……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………欠压状态波形临界状态波形过压状态波形（3）负载电阻L R 变化对放大器工作状态的影响保持功放集电极电压Ec=6v ，激励电压（11TP01电压为150mv 峰-峰值）不变，改变负载电阻L R （调整11w02电位器，注意11k04至“ON ”）,观察11TP04电压波形。

欠压时的……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………波形幅度比临界时大。

测出欠压、临界、过压时负载电阻的大小。

测试电阻时必须将11k04拨至“OFF”，测试后再拨至“on”。

实际观察到的波形如下图：（上11TOP03,下11TOP04）欠压状态波形临界状态波形过压状态波形4.功放调谐特性测试11k01置“ON ”，11k02往下拨，11k03置“左侧”，拔掉11k05跳线器。

高频信号源接入前置级输入端（11p01），峰-峰值800mv 。

以6.3MHZ 的频率为中心点，以200KHZ 为频率间隔，向左右两侧画出6个频率测量点，画出一个表格。

设计的表格如下：……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院 实验报告高频信号源按照表格上的频率变化，幅度峰-峰值为800mv 左右（11TP01），用示波器测量11TP03的电压值。

测出与频率频率相对应的电压值填入表格，然后画出频率与电压的关系曲线。

三、实验结果分析（1）①电源电压对工作状态的影响:当Vcc ↓时,放大器工作状态由欠压状态→临界状态→过压状态过渡。

高频功率放大器工作在过压状态时，基波电压振幅UC 与集电极电源电压Vcc 成线性变化。

增加Vcc 可以提高集电极电压利用系数，提升集电极电压输出功率。

②当增大输入激励电压Vbb 时，放大器工作状态由欠压状态→临界状态→过压状态过渡。

高频功率放大器工作在欠压状态时，基波电压振幅UC 与基极偏置电压Ubb 成线性变化。

③随着R 从小变大，放大器将由欠压状态→临界状态→过压状态过渡。

过压区与欠压区，集电极输出功率都比较小，要使高频功率放大器给出足够大的功率，只有工作在临界状态才能保持最好的能量关系。

结合数据和图形可以看出：RL ↓→UC ↓，Ve 基本保持不变。

基波电压UC 为余弦波，当RL 下降到一定值时，输出端波形开始产生失真。

当RL 在过压区时，UC 变化减小，随着RL 的增大仍有所增加。

（2）丙类功率大器是指其集电极电流导通时间小于半个周期的放大状态，导通角小于90度 。

丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。

且随着RL 的增大，输出功率也有所增加。

丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。

由测得调谐特性数据可知：工作频率高，由实验数据得B=1.3MHZ 可知：相对频带很窄。