实验三丙类高频功率放大器实验
实验二丙类高频功率放大器实验要点
实验三丙类高频功率放大器实验一 . 实验目的1. 通过实验,加深对于高频谐振功率放大器工作原理的理解。
2. 研究丙类高频谐振功率放大器的负载特性,观察三种状态的脉冲电流波形。
3. 了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于工作状态的影响。
4. 掌握丙类高频谐振功率放大器的计算与设计方法。
二 . 预习要求:1. 复习高频谐振功率放大器的工作原理及特点。
2. 熟悉并分析图 3所示的实验电路,了解电路特点。
三 . 实验仪表设备1. 双踪示波器2. 数字万用表3. TPE-GP5通用实验平台4. G1N 实验模块5. G2N 实验模块四 . 电路特点及实验原理简介1. 电路特点本电路的核心是谐振功率放大器,在此电路基础上,将音频调制信号加入集电极回路中,利用谐振功率放大电路的集电极调制特性,完成集电极调幅实验。
当电路的输出负载为天线回路时,就可以完成无线电发射的任务。
为了使电路稳定,易于调整,本电路设置了独立的载波振荡源。
2. 高频谐振功率放大器的工作原理参见图 1。
谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器,它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。
根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。
丙类功率放大器导通角θ<900,集电极效率可达 80%, 一般用作末级放大,以获得较大的功率和较高的效率。
图 1中, V bb 为基极偏压, V cc 为集电极直流电源电压。
为了得到丙类工作状态, V bb 应为负值,即基极处于反向偏置。
u b 为基极激励电压。
图 2示出了晶体管的转移特性曲线,以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。
V bz 是晶体管发射结的起始电压(或称转折电压。
由图可知,只有在 u b 的正半周,并且大于V bb 和 V bz 绝对值之和时,才有集电极电流流通。
即在一个周期内,集电极电流 i c只在 -θ~+θ时间内导通。
由图可见, 集电极电流是尖顶余弦脉冲, 对其进行傅里叶级数分解可得到它的直流、基波和其它各次谐波分量的值,即:i c =IC0+ IC1m COS ωt + IC2M COS2ωt + … + ICnM COSn ωt + …bm bbbz U VV COS +=θ图 3 高频功放(调幅及发射电路原理图求解方法在此不再叙述。
丙类功率放大器
丙类功率放大器仿真分析一、概述随着无线通信技术的高速发展，市场对射频电路的需求越来越大，同时对射频电路的性能要求也越来越高。
丙类谐振功率放大器是位于无线发射机末端的重要部件，它通常被用作末级功放，以使发射信号获得较大的输出功率和较高的效率。
在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。
为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。
高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。
在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上辐射出去。
实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。
本论文对EDA 软件PSPICE 进行了系统的研究，从而掌握了丙类谐振式功率放大器的仿真设计方法。
首先，根据电路的性能指标要求，对丙类谐振式功率放大器的电路参数进行工程估算；然后，利用软件对估算的电路进行进一步的精确模拟分析，通过观测、分析丙类谐振式功放的负载特性、放大特性、调制特性的基础上，调整电路路的参数，从而达到优化电路参数的目的，以使电路的各项性能指标满足预期的设计要求。
高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；谐振功率放大器的特点：①放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。
②输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的匹配。
③基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态。
④输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。
二、基本原理与理论分析2. 1电路原理2. 1. 1工作原理如图2-1所示，丙类功率放大器的基极偏置电压U BE 是利用发射极电流的直流分量I E 。
高频电子线路课件：丙类功率放大器性能分析
iC=g(uBE-Uon)
uBE≥Uon
iC
0
uBE＜Uon
θ为导通角。 0°≤θ≤180°。
(3.2.6)
iC=g(UBB+Ubmcosωt-Uon)
式(3.2.1)、 (3.2.2)和(3.2.6)分别给出了谐振功放输入回 路、 输出回路和晶体管转移特性的表达式。由这些公式可以 看出, 当晶体管确定以后, Ucm的大小与VBB、VCC、RΣ和Ubm四 个参数有关。利用图3.2.5所示折线化转移特性和输出特性曲线, 借助以上三个表达式, 我们来分析以上两个问题。在分析之前, 让我们先确定动态线的情况。
注意, 在过压状态时, iC波形的顶部发生凹陷, 这是由于进入 过压区后转移特性为负斜率而产生的。
Iclm IC0
0 欠压
Ucm
0
临界
过 压 R∑
欠压
c
PD
Po
PC 临界
过 压 R∑
图 3.2.7 谐振功放的负载特性曲线
由图3.2.7可以看到, 随着RΣ的逐渐增大, 动态线的斜率 逐渐减小, 由欠压状态进入临界状态, 再进入过压状态。在临界 状态时, 输出功率Po最大, 集电极效率ηc接近最大, 所以是最佳 工作状态。
1
1
C1 2f0Q1R1 2 175106 1.625 50 11.2 pF
L1
Q2 R2
2f0
57
2 175106
0.032H
C2
Q2 Q1
2f 0 Re
2
5 1.625 175106 182
16.9 pF
第一级与第二级之间的级间匹配网络虽然也采用T型网络， 但由于要考虑第一级放大器输出电容的影响，故不能直接采用 例1.4所得结果。第二级输出匹配网络同样要考虑第二级放大器 输出电容的影响，所以也不能直接采用倒L型匹配网络的公式。
实验二 高频功率放大器
【实验目的】
通过实验，加深对丙类功率放大器基本工作原理的理解，掌握丙类功率放大器的调谐
特性。
掌握输入激励电压，集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。
通过实验进一步了解调幅的工作原理。
【实验内容】
观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点；
测试丙类功放的调谐特性；
测试负载变化时三种状态（欠压、临界、过压）的余弦电流波形；
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；
观察功放基极调幅波形。
【实验电路】
【实验步骤】
实验准备
在实验箱主板上装上高频功率放大与射频发射模块，接通电源即可开始实验。
测试前置放大级输入、输出波形
高频信号源6.3Mhz，幅度300mV VPP，连接到11P01，模块上开关11K01至“off”，用
态→弱过压状态→过压状态变化。增加Ec可以提高集电极电压利用系数，提升集电极电压
输出功率。
负载电阻对工作状态的影响：随着R从小变大，放大器将由欠压状态→临界状态→弱过
压状态→过压状态变化。过压区与欠压区，集电极输出功率都比较小，只有工作在临界状
态才能使高频功率放大器有足够大的功率。
用实测参数分析丙类功率放大器的特点。
—峰值为800mV（11TP01）。频率范围从5.1MHZ-7.3MHZ，用示波器测量11TP03 的电压
值，并填入表2-1，然后画出频率与电压的关系曲线。
表2-1f（Mhz）5.15.35.5
5.7
5.9
6.1
Vc(Vp-p)
7.800
高频电子线路_小信号调谐放大器和高频功放_实验报告
1-3 小信号调谐放大器一 .实验目的1.熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；2.掌握单调谐和双调谐放大器的基本工作原理；3.掌握测量放大器幅频特性的方法；4.熟悉放大器集电极负载对单调谐和双调谐放大器幅频特性的影响；5.了解放大器动态范围的概念和测量方法。
二 . 实验内容1.采用点测法测量单调谐和双调谐放大器的幅频特性；2.用示波器测量输入、输出信号幅度，并计算放大器的放大倍数；3.用示波器观察耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响；4.用示波器观察放大器的动态范围；5.观察集电极负载对放大器幅频特性的影响。
三 .实验步骤1.实验准备在实验箱主板上插装好无线接收与小信号放大模块，插好鼠标接通实验箱上电源开关，此时模块上电源指示灯和运行指示灯闪亮。
2.单调谐回路谐振放大器幅频特性测量测量幅频特性通常有两种方法，即扫频法和点测法。
扫频法简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线，但需要扫频仪。
点测法采用示波器进行测试，即保持输入信号幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的单调谐回路谐振放大器的输出电压幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。
(1)扫频法，即用扫频仪直接测量放大器的幅频特性曲线。
利用本实验箱上的扫频仪测试的方法是：用鼠标点击显示屏，选择扫频仪，将显示屏下方的高频信号源(此时为扫频信号源)接入小信号放大的输入端(1P1), 将显示屏下方的“扫频仪”与小信号放大的输出(1P8) 相连。
按动无线接收与小信号放大模块上的编码器(1SS1),选择1K2指示灯闪亮，并旋转编码器(1SS1) 使1K2指示灯长亮，此时小信号放大为单调谐。
显示屏上显示的曲线即为单调谐幅频特性曲线，调整1W1、1W2曲线会有变化。
用扫频仪测出的单调谐放大器幅频特性曲线如下图：图1-5 扫频仪测量的幅频特性(2)点测法，其步骤如下：① 通过鼠标点击显示屏，选择实验项目中“高频原理实验”,然后再选择“小信号调谐放大电路实验”,通过选择“小信号调谐放大”后，显示屏上显示小信号调谐放大器原理电路图。
高频仿真实验报告
实验报告实验课程：通信电子线路实验（软件部分）学生姓名：周倩文学号：6301712010专业班级：通信121班指导教师：雷向东老师、卢金平老师目录实验一仪器的操作使用实验二高频小信号调谐放大器实验三非线性丙类功率放大器实验实验四三点式正弦波振荡器实验五晶体振荡器设计实验六模拟乘法混频实验七二极管的双平衡混频器设计实验八集电极调幅实验实验九基极调幅电路设计实验十模拟乘法器调幅南昌大学实验报告学生姓名：周倩文学号：6301712010 专业班级：通信121班实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期： 2014-10-24 实验成绩：、实验三非线性丙类功放仿真设计（软件）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. 掌握丙类放大器的计算与设计方法。
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越小.放大器的效率越高。
非线性丙类功率放大器的电流导通角小于90°.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.电流导通角小于90°.为了不失真地放大信号.它的负载必须是LC谐振回路。
在丙类谐振功放中.若将输入谐振回路调谐在输出信号频率n次谐波上.则可近似的认为.输出信号回路上仅有ic中的n次谐波分量产生的高频电压.而它的分量产生的电压均可忽略。
因而.在负载RL上得到了频率为输入信号频率n倍的输出信号功率。
高频谐振功率放大器
深圳大学实验报告
课程名称：高频电路
实验项目名称：高频谐振功率放大器
学院：信息工程学院
专业：
指导教师：
报告人：学号：班级：实验时间：
实验报告提交时间：
图3-1 丙类功率放大器原理电路
2．高频谐振功率放大器电路
高频谐振功率放大器电路如图3-2所示，其第3级部分与图3-1相同。
置放大器，C2、C6用以调谐，A、B点用作为这两级的输出测试点。
大器，当K4断开时可在C、D间串入万用表（直流电流档），以监测
近似作为集电极电流i C波形的测试点（R10=10Ω，C9=100pF，因而
的旁路）。
K1~K3用以改变集电极负载电阻。
丙类功率放大器
丙类功率放大器图1 谐振功率放大器原理电路 1 丙类功率放大器原理利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。
如图１所示。
它是无线电发射机中的重要组成部分。
根据放大器电流导通角c θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。
电流导通角c θ愈小，放大器的效率η愈高。
如甲类功放的?=180c θ，效率η最高也可达到50%，而丙类功放的?<90c θ，效率η也可达到80%。
甲类功率放大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率功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
本实验所使用的电路为丙类谐振功率放大器，实验所研究的是丙类功率放大器的工作原理及基本特性。
1.1丙类谐振功率放大器的功率与效率功率放大器是依靠激励信号对放大管电流的控制，起到集电极电源的直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。
在同样的直流功率的条件下，转换的效率越高，输出的交流功率越大。
1.1.1集电极电源cc V 提供的直流功率cc cc I V P ==式中0c I 为余弦脉冲的直流分量。
)(00c cm c I I θα=式中，cm I 为余弦脉冲的最大值；)(0c θα为余弦脉冲的直流分解系数。
式中，bz U 为晶体管的导通电压；bb U 为晶体管的基极偏置；bm U 为功率放大器的激励电压振幅。
1.1.2集电极输出基波功率式中，cm U 为集电极输出电压振幅；m c I 1为余弦电流脉冲的基波分量；p R 为谐振电阻。
bmbbbz c U V U -=arccosθpcm P m c m c o R U R I I U P cm 2211212121===u CCU BB U)(11c cm m c I I θα= p m c cm R I U 1=1.1.3集电极效率c η式中, 为集电极电压利用系数；)(1c θα为余弦脉冲的基波分解系数。
功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。
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实验三丙类高频功率放大器实验
实验目的
1.
通过实验，加深对于高频谐振功率放大器工作原理的理解。
2.
研究丙类高频谐振功率放大器的负载特性，观察三种状态的脉冲电流波形。
3.
了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于工作状态的影响。
4.
掌握丙类高频谐振功率放大器的计算与设计方法。
预习要求：
1
.复习高频谐振功率放大器的工作原理及特点。
2. 熟悉并分析图3
所示的实验电路，了解电路特点。
实验仪表设备
1
•双踪示波器
2.
直流电压表
3.
信号发生器
4. TPE-GP4
高频综合实验箱
［实验区域：高频功放（调幅）及发射电路部分、 LC与晶体振荡器部分］
四•电路特点及实验原理简介
1
.电路特点
本电路的核心是谐振功率放大器，在此电路基础上，将音频调制信号加入集电极回路中，禾U用谐 振功率放
大电路的集电极调制特性，完成集电极调幅实验。当电路的输出负载为天线回路时，就可以 完成无线电发射的任
务。为了使电路稳定，易于调整，本电路设置了独立的载波振荡源。
2
.高频谐振功率放大器的工作原理
Vbb Vbb Vcc V
cc 图图3图高频功放
功放原理图
图
电路工作原理如图 3-1所示。
谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器，它是在无线电发送中最为重要、最为难调的 单元电路之
一。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。丙类功率放大器导通 角BV 900，集电极效率
可达 80% 一般用作末级放大，以获得较大的功率和较高的效率。
图3-1中，Vbb为基极偏压， V为集电极直流电源电压。为了得到丙类工作状态， Vbb应为负值，
即基极处于反向偏置。Ub为基极激励电压。图3-2示出了晶体管的转移特性曲线， 以便用折线法分析
集电极电流与基极激励电压的关系。 Vbz是晶体管发射结的起始电压（或称转折电压） 。由图可知，只
有在Ub的正半周，并且大于V^b和Vbz绝对值之和时，才有集电极电流流通。 即在一个周期内，集电极 电流ic只
在-B〜+B时间内导通。由图可见，集电极电流是尖顶余弦脉冲，对其进行傅里叶级数分解 可得到它的直流、基波
ic i
c
■o --------
cl
皿
i
e
R
L
图3-2图与i（U图关系的关系Ub的
关系
和其它各次谐波分量的值，即：
i c=I co+ I ClnCOS^D t + I C2MCOS2D t + …+ I CnICOSRO t +
U
bm
图3-3高频功放（调幅）及发射电路原理图
求解方法在此不再叙述。为了获取较大功率和有较高效率，一般取B =70°〜80°左右。
完整的电路图见图 3-3。
V3001为推动级，为末级功放电路提供足够的激励电压。 V3002构成丙类谐振放大电路。 R3006 C3007
以及L3003等元件构成了自给负偏置电路。 Ri〜R.3为负载电阻，在负载电阻和功放电路集电极之间采
用变压器电路，以完成负载和集电极之间阻抗变换。利用跳线端子 SW3002可以方便地把不同的负载
电阻分别接入电路中，以完成负载特性的实验。 在功放输出级电路中设置了跳线短路端子 J3002和J3003。
J3003可完成+12V电源和+6〜9V
可调电源之间的转换， 以观察集电极调制特性和完成高电平调幅电路的
实验。J3002是为了在集电极回路中加入低频调制信号而设置的。 R005是取样电阻，以便观察脉冲电流波
形。高频信号由 P3001输入，可以使用外接信号源（本实验采用外接信号源的方式） ，也可以用实验
箱上的“ LC与晶体振荡器”电路或“变容二极管振荡器”电路的输出作信号源。
3
•高频功放电路的调谐与调整原则
理论分析表明，当谐振功率放大器集电极回路对于信号频率处于谐振状态时 （此时集电极负载为
纯电阻状态），集电极直流电流IC0为最小，回路电压 U最大，且同时发生。然而，由于晶体管在高频 工作状态
时，内部电容 Cbc的反馈作用明显，上述 IC0最小、回路电压 UL最大的现象不会同时发生。因
此，本实验电路，不单纯采用监视 IC0的方法，而采用同时监视脉冲电流 iC的方法调谐电路。由理论
分析可知，当谐振放大器工作在欠压状态时， i C是尖顶脉冲，工作在过压状态时， i C是凹顶脉冲，而
当处于临界状态下工作时，i C是一平顶或微凹陷的脉冲。这也正是高频谐振功率放大器的设计原则， 即在最佳
负载条件下，使功率放大器工作于临界状态，以获取最大的输出功率和较大工作效率。本电 路的最佳负载为
75
Q
。因此调试时也应以此负载为调试基础。
五•实验内容及步骤
1. 按下高频功放电路的电源按键 SW3001
此时该电路的电源指示灯发光，表示
电源已接通。用短路环分别短接跳线端子 J3003的1、2端和跳线端子 J3002的2、4端，使+12V电
源直接接入V3002的集电极。用跳线端子接通负载电阻 RL2 （ 75Q）,用电压表测定 Ec约为12V。
2.
电路调整：
将示波器1通道测试探头（衰减10倍，下同）连接至测试点M3001处，给定输入信号频率为10.7MHz, 幅
度约为400mv,将示波器2通道测试探头（衰减 10倍，下同）连接至测试点 M3003处，观察功放
级的输出波形。将示波器 1通道测试探头（衰减10倍，下同）改接至 M3004,用以检测脉冲电流。
3.
负载特性的观察
a） 保持信号源频率和幅度不变，将负载分别接至 R
1
（120 Q ）和RL3（47 Q ）
，应能观察到过压和欠压
状态的脉冲电流形状。若不能，则电路还需做细心调整，直至在保持信号源频率和幅度不变得 情况下，随
着负载的改变可出现过压、临界、和欠压的三种状态的脉冲电流波形。
b） 三种状态的脉冲电流波形大致如图 3-4
所示。
上述脉冲波形，描绘了放大器的负载特性，即随着 FC的增大，Ic随之减小。放大状态由欠压状
态向过压状态过渡。
c）
当观察到负载特性后， 记录三种负载条件下的负载上获得的输出电压 UO（P-P）,电源提供给功放管
集电极的电压 EC,为了避免电压表输入阻抗对于输出回路的影响，测量 EC应当在J4的2端测
试。测试三种状态下的集电极直流电流时， 既可以采用在J4的2、4两点间接入直流电流表
（200mA
档）直接读数，也可以采用测量发射极电阻上的压降再换算成电流的方法。 但电流表接入回路中
后，会对输出及脉冲电流波形产生一定影响，所以推荐采用第二种方法测试集电极直流电流。
换算方法：I妒VE/RE（已知RE=10Q ）。最后将测试结果填入表 3-1中。
表3-1 咼频功放实验数据记录表
R (Q)
实测数据 计算结果
VV)
I cQA) V）（P-P）（V） Ec(V) Po(mW) P1(mW)
n
(%)
47
75
120
4.
集电极调制特性的观察
a）将负载置于47Q档，输入信号电压及 Eb保持不变，用短路环将 Js的2、3端短接，用6〜9V
可
调电源给功放管的集电极供电。调整 鸟3,观察发射极脉冲电流波形的变化，这些变化描述了丙
类功放电路的集电极调制特性， 即随着Vx增大，脉冲电流将会由过压状态向临界再向欠压状态 变化。
b）
放大特性的观察
保持Vcc、丘、R不变，改变输入电压的幅值，可以看出随着信号幅度由小到大变化，脉冲 电流将由欠
压状态向临界状态再向过压状态变化的现象。
六•问题思考
1.
若谐振放大器工作在过压状态，为了使其工作在临界状态，可以改变哪些因素？
2.
如何验证本电路工作于丙类？
七.附录
效率的计算与计算公式说明：
利用下面提供的公式和前述表中的测试结果计算三种负载条件下的效率，并将结果填入表中。
电源提供给功放级的总功率： Po=I COX丘
负载上得到的功率： P I=VOP-P2/
8R
功率放大级的总效率： n = Pi/
P
o
本电路的总效率一般可达到 50鳩上。
nov E c=6V
图4-5 E c不同时的脉冲电流波形（RL=39
Q）