实验二 丙类功率放大器要点

实验二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。

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、实验仪器

1、信号源模块 1块

2、频率计模块 1块

3、 8 号板 1块

4、双踪示波器 1台

5、频率特性测试仪（可选） 1台

6、万用表 1块

四、实验基本原理

放大器按照电流导通角θ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θ越小，放大器的效率η越高。

1、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'

i v 为正弦波时，集

电极的输出电流i C 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v c1, 电流i c1。图2-1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：

011R I V m c m c =

式中，m c V 1为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；m c I 1为集电极基波电流振幅；

0R 为集电极回路的谐振阻抗。

2102111212121R V R I I V P m

c m c m c m c C =

== 式中，P C 为集电极输出功率 CO CC D I V P =

式中，P D 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η为

CO m

c CC m c I I V V 1121⋅

⋅

=η

图2-1 丙类功放的基极/集电极电流和电压波形

2）负载特性

当放大器的电源电压＋V CC ，基极偏压v b ，输入电压(或称激励电压v sm 确定后，如果电流导通角选定，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R q 。谐振功率放大器的交流负载特性如图2-2所示。

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P C 和效率η都较高，此时放大器处于临界工作状态。R q 所对应的值称为最佳负载电阻，用R 0表示，即

2

02 (P V V R CES CC -=

当R q ﹤R 0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R q ﹥R 0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：

CES cm CC V V V =-

i

3、电源电压E c 对工作状态的影响及集电极调制特性

维持E B 、U bm 、R P 不变，放大器的工作状态和性能CO C1D O C C cm m U I I P P P η（、、；、、、）随E C 变化的特性，称为集电极调制特性。

图2-3 E C 对工作状态的影响

4、输入信号振幅bm U 对工作状态的影响及基极调制特性与放大特性

五、实验步骤

1、输入输出信号幅值之间的关系创建电路图，如图2-6所示：

图2.4 集电极调制特性

图2.5

bm U B E （-）对工作状态的影响及放大（或基极调制）特性

图 2-6 非线性丙类功率放大电路图改变信号的输入幅度分别为 0.7v，1v。用示波器观察得到的输入输出信号波形。 2、集电极电流 Ic 与输入信号之间非线性关系仿真按照图 2-6 建立电路原理图但输入信号频率为 1MHz，幅度为 0.7V 时，利用 Multisim 仿真软件中的瞬态分析对功率放大器进行分析，再将输入信号增大到 1V 完成同样的分析内容。 3、高频功率放大器负载特性仿真负载特性是指在其他条件都不变的情况下，高频功率放大器的工作状态随着 R1 变化的关系，建立仿真原理图如下图：

输出电压与负载电阻关系：负载电 10% 阻（40k）输出电压（V） 4、放大特性仿真 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 放大特性是指在其他条件都不变的情况下高频功率放大器的工作状态及 Ico 等随着激励电压 V1m 变化的关系，如下图建立原理图：输入电压与集电极电流放大关系： 0.6 输入电压 0.5 （V）集电极电流 0.7 0.8 0.9 5、调制特性仿真（1）集电极调制特性仿真在 Multisim 中建立如下的电路图：

回路端电压 VCm 随电源电压 VCC 变化的情况。 5 10 12 VCC（V） VCm （V）画出用 Multisim 的仿真命令进行参数扫描分析对节点 6 的电压幅值分析结果图。（2）基极调制特性维持 R1，Vcc，V1m 不变的条件下，C 类功率放大器的工作状态及 Ico，Ic1m， Vcm 等随电源电压 VBB 变化的关系，用 Multisim 的仿真命令进行参数扫描分析，画出分别设置基极电源电压为 0.6V，1.0V，1.2V 输出节点 6 的电压图。 0.1 0.2 0.6 1.0 1.2 Vbb（V） VCm（V）六、实验报告要求 1、完成实验步骤 1-5 的内容，绘出相应的波形图。 2、分析实验结果。