非线性丙类功率放大器实验报告
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38 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功率、效率与特点。
二、实验基本原理
非线性丙类功率放大器的电流导通角 o
90<θ, 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o 90<θ,为了不失真地放大信号,它的负载必须是 LC 谐振回路。
丙类功率放大器
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 8-3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 ===
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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
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 R q 。
谐振功率放大器的交流负载特性如图 8-4所示
40
O
i
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 =-
本实验电路原理图如下图所示,
J5
该实验电路由两级功率放大器组成。
其中 Q 3(3DG12 、 T 6组成甲类功
率放大器,工作在线性放大状态,其中 R A3、 R 14、 R 15组成静态偏置电阻,
调节 R A3可改变放大器的增益。
W 1为可调电阻, 调节 W 1可以改变输入信号
幅度, Q 4(3DG12 、 T 4组成丙类功率放大器。
R 16为射极反馈电阻, T 4为谐振回路, 甲类功放的输出信号通过 R 13送到 Q 4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 Q 4基极-射极间的负偏压值时, Q 4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 S 1拨码开关
的位置可改变并联电阻值,即改变回路 Q 值。
三、实验仪器
高频电子线路实验箱;
双踪示波器;
高频信号发生器;
万用表。
四、实验内容与步骤
1. 测试调谐特性
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在前置放大电路出入 J3 处输入频率 f =10.7MHz(Vp-p≈50mV的高频信号，调节 W1 和中周 T6， TP6 处信号的电压幅值为 2V 左右， 1 全部拔下，使 S 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，填入下表。
fi V0 (V 9MHz 10MHz 11MHz 12MHz 13MHz 14MHz 15MHz 1.16 2.7 2 1.1 0.8 0.66 0.55 当输入激励电压频率达到谐振频率时，输出电压达到最大值。
2. 测试负载特性在前置放大电路中输入 J3 处输入频率 f ＝10.7MHz（Vp-p≈50mV）的高频信号，调节 W1 使 TP6 处信号约为 2V，调节中周使回路调谐（调谐标
准：TH4 处波形为对称双峰）。
将负载电阻转换开关 S1 依次从 1—4 拨动，用示波器观测相应的 Vc 值和 Ve 波形，分析负载对工作状态的影响。
Vb＝2V f＝10.7MHz RL(Ω VcP-P(V VeP-P(V 100 330 VCC＝5V 820 ∞ 3.2 0.45 4 0.46 3.6 0.5 3.8 0.48 随着 RL 的增大，非线性丙类功率放大器从欠压状态变为临界状态，最后变为过压状态。
最佳负载电阻。
2 P0 当 RL﹤R0 时，放大器处于欠压状态，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 RL﹥R0 时，放大器处于过压状态，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。
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五、实验注意事项实验时，应注意三极管金属外壳的升温情况，必要时，可暂时降低高讯仪输出电平。
六、思考题 1、丙类放大器的特点是什么？为什么要用丙类放大器？答：（1）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，为了不失真地放大信号，它的负载必须是 LC 谐振回路。
（2）非线性丙类功率放大器的电流导通角，效率可达到 80%，通 o 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。
2、影响功率放大器功率和效率的主要电路参数是什么？答：基极电流、基极电压、谐振阻抗。
七、实验体会通过此次实验，我了解了非线性丙类功率放大器的工作原理，熟悉了高频实验箱、示波器等仪器的操作，一方面加深了我对课本理论知识的理解，另一方面，提高了我的实验动手操作能力，为知识的学以致用打下了一定的基础。
本次实验也培养了我独立分析问题，解决问题的能力，当实验中遇到问题时，能够及时冷静下来，结合相关知识，找出问题出现的原因。
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