高频功率放大器(丙类)

实验报告

课程名称高频电子线路

实验名称高频功率放大器（丙类）

实验类型验证（验证、综合、设计、创新）学院名称电子与信息工程学院专业电子信息工程年级班级2012级电信3 班开出学期2014-2015上期学生姓名学号

指导教师蒋行达成绩

2014 年11 月22 日

实验二高频功率放大器（丙类）

一、实验目的

1、了解丙类功率放大器的基本工作原理，三种工作状态，功率、效率计算。

2、掌握丙类功率放大器性能的测试方法。

3、观察集电极负载、输入信号幅度与集电极电压EC对功率放大器工作情况的影响。

二、实验仪器

1、示波器

2、高频信号发生器

3、万用表

4、实验板2

三、预习要求

1、复习功率放大器原理及特点。

2、分析图2-2所示的实验电路，说明各元器件作用。

四、实验内容

1、用示波器观察功率放大器工作状态，尤其是过压状态时的集电极电流凹陷脉冲。

2、观察并测量集电极负载变化对功率放大器工作的影响。

3、观察并测量输入信号幅度变化对功率放大器工作的影响。

4、观察并测量集电极电源电压变化对功率放大器工作的影响。

五、基本原理及实验电路

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。它的作用是放大信号，使之达到足够功率输出，以满足天线发射或其他负载的要求。它的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）。

1、基本原理

功率放大器的效率是一个最突出的问题，其效率高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。图2-1 表示了不同Ube时，谐振功率放大器不同工作状态的基极电压和集电极电流波形。

当工作点在Q 和Q/输入Ub1m、Ub2m时，工作点Q 和Q/在转移特性的线性段，调谐功率放大器工作在甲类。甲类工作状态理想效率为50%。此时晶体管需要正偏置。

当工作点在移至Q//输入Ub3m时，晶体管只在输入信号的正半周时导通，集电极电流是周期性电流脉冲，调谐功率放大器工作在乙类。乙类工作状态理想效率为78.5%。此时晶体管不需要偏置。

当工作点在移至Q///（此时晶体管为负偏置）输入Ub4m时，晶体管导通时间进一步缩短，调谐功率放大器工作在丙类。丙类工作状态理想效率为90%。

放大器工作在乙类、丙类效率固然提高了，但集电极电流波形为余弦脉冲，失真愈来愈严重，各次谐波输出对基波的干扰不可避免。由于并联谐振回路有选频、滤波能力，因此输出的是基本不失真的余弦信号。

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。

本次实验主要研究以甲类谐振功率放大器为推动级，以丙类谐振功率放大器为末级的混合功率放大器。

2、主要性能指标

①输出功率

高频功率放大器的输出功率是指放大器负载RL上得到的最大不失真功率。

即（2-1）

式中，uL为负载上的有效电压，可通过高频毫伏表测量而得值，RL为为负载阻值。

②效率

高频功率放大器的总效率主要由晶体管集电极的效率（集电极效率)和输出

网络的传输效率决定。输出网络的传输效率通常由电感、电容等在高频工作时产生一定损耗而引起。放大器的能量转换效率主要由集电极效率所决定。所以常将集电极的效率视为高频功率放大器的效率，用η表示，即

（2-2）

3、实验电路

由于丙类工作状态的效率最高，因此本实验电路输出级工作在丙类工作状态，具体见图2-2。它由两级单调谐放大器组成的推动级和工作在丙类工作状态的末级输出级组成。V1、V2组成两级前置放大器，CT1、CT2用以调谐，A、B点作为这两级的输出测试点。V3为末级丙类功率放大器。其中，R10为发射极直流负

反馈电阻，与C7、高频扼流圈L4组成射极自给偏压环节，基极偏置电压Eb利用发射极电流的直流分量IE0在R10上产生的压降来提供。为了避免R10上产生交流负反馈，需设置时间常数R10C7>(3~5)/f0。射极自给偏压环节可以自动维持放大器稳定工作，当激励信号加大时，负偏压加大，IE0相对增加量减小,这实质上就是直流负反馈的作用，可以使放大器工作状态变化不大。缺点是由于R10上建立了一定大小的直流偏压，减小了电源电压利用率。因此R10不宜取得过

大，以免影响放大器的输出功率。而且在高频工作时，发射极很难完全接地（如，R10=10W，C7=100pF，信号频率6.5MHz，则C7未对R10构成充分旁路），故在频率很高的丙类功放中使用较少。C6、L3组成输入端串联谐振回路，对信号中心频率谐振，从而起到选频作用，C6同时还起隔直流作用。L5是高频扼流圈，提供集电极回路的直流通路。C8是隔直电容。C9、L6组成输出端L型匹配网络，使功率放大器的输出与负载匹配。C12、C13、L8为电源退耦电路（集电极串馈电路）。E 点可近似作为集电极电流iC波形的测试点。

图2-2 丙类高频功率放大器

六、实验步骤

1、准备工作——调谐

将实验板电源接成+12V，负载接75Ω，从实验板的输入端IN 端输入

f=6.5MHz、Vip-p=120mV(通过示波器测量获得)的信号，将示波器接至输出端OUT 处，调节可变电容CT1，使示波器的输出为最大值。再调节CT2，使示波器的输出为最大值。需要时，亦可再反复调节CT1、CT2，使输出幅度最大。

上述的调谐过程也可利用频率特性测试仪完成。

2、三种工作状态的观察三种工作状态是指欠压、临界和过压。

示波器CH1接OUT 端，CH2 接E 点即发射极电阻R10两端（因发射极电压波形与集电极电流波形相同）。改变信号幅度，观察放大器输出波形（OUT 端）和集电极电流波形（E 点），可发现，随着输入信号幅度的增大，在一定范围内，放大器的输出电压幅度和集电极电流脉冲幅度亦随之增大，说明放大器工作于欠压状态。当输入信号幅度增大到一定程度时，放大器的输出电压幅度增长缓慢，而集电极电流脉冲则出现凹陷，说明放大器已进入到过压状态。

画下所观察到的欠压、临界和过压时的集电极电流脉冲波形。

3、不同特性的观察

(1)负载特性

Vip-p=120mV（峰峰值）。RL分别取50Ω、75Ω和120Ω，测各工作电压并填入表2-1相应位置。

(2)振幅特性

改变输入端电压Vi=80mV，重复“内容(1)”。

(3)集电极特性

断开C、D，将D 点直接与“+5V”连接，使末级功率放大器集电极电源改为+5V，重复“内容(1)、(2)”

Ic0：输出级电源工作电流 PS ：输出级电源供给总功（=EcIC0） PL ：输出功率（=Vo2/2RL ），这里 Vo 为输出电压有效值 η:集电极效率

七、数据分析要求及思考题

1、 根据实验测量结果，计算各种情况下IC0、PS 、PL 、η。

2、 对实验结果进行分析，说明集电极负载、输入信号幅度、集电极电源电压对功率放大器工作的影响（工作状态、输出电压、电流波形、功率、效率） 。

答：由表格记录的数据可以看出在Ec 和Vip-p 不变时，输出功率和输出效率的大小与集电极负载R L 成反比；当R L 一定时，输出功率和输出效率的大小与输入信号幅度、集电极电源电压成反比，输出电压幅度随着信号的增大先增大到一定的幅度再缓慢增大，说明此时的工作状态由欠压区过渡到了过压区，而电流波形的幅度是先增大后出现凹陷。 八、实验说明

在调谐时可能出现信号的失真，可以适当降低输入信号的幅度。 九、实验总结

此次高频实验，主要是考察学生的动手能力以及对课本知识的掌握情况，实验过程中，发现在自身存在着很多的问题，比如说信号发生器示波器的使用不熟练，很大程度上放慢我实验的进程，通过这次实验，我巩固了丙类功率放大器的基本使用原理三种状态，功率、效率的计算，勒戒怎么去测其性能指标，取得了长足的进步。