文档介绍：实验三高频丙类谐振功率放大器实验
实验目的
进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。
掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。
掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。
4. 掌握测量丙类功放输出功率,效率的方法。
二、实验使用仪器
1. 丙类谐振功率放大器实验板
2. 200MH泰克双踪示波器
3. FLUKE万用表
4. 高频信号源
5. 扫频仪(安泰信)
三、实验基本原理与电路
高频谐振功率放大器是一种能量转换器件,它可以将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件,其作用是放大信号,使之达到足够的功率输出,以满足天线发射和其它负载的要求。
高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。放大器电流导通角θ愈小,放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ=180,效率η最高为50%,而丙类功放的θ<90°,效率η可达到80%。谐振功率放大器采用丙类功率放大器,采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。高频谐振功率放大器原理电路如图3-1。
图中ub为输入交流信号,EB是基极偏置电压,调整EB,改变放大器的导通角,以改变放大器工作的类型。EC是集电极电源电压。集电极外接LC并联振荡回路的功用是作放大器负载。放大器工作时,晶体管的电流、电压波形及其对应关系如图9-2所示。。由于输入信号较大,
可用折线近似转移特性,如图中实线所示。图中为管子导通电压,gm
为特征斜率。
图3-1 高频谐振功率放大器的工作原理
设输入电压为一余弦电压,即
ub=Ubmcosωt
则管子基极、发射极间电压uBE为
uBE=EB+ub=EB+Ubmcosωt
在丙类工作时,EB<,在这种偏置条件下,集电极电流iC为余弦脉冲,其最大值为iCmax,电流流通的相角为2θ,通常称θ为集电极电流的通角,丙类工作时,θ<π/2 。把集电极电流脉冲用傅氏级数展开,可分解为直流、基波和各次谐波
iC=IC0+ic1+ic2+=IC0+Ic1mcosωt+Ic2mcos2ωt+…
式中,IC0为直流电流,Ic1m、Ic2m分别为基波、二次谐波电流幅度。
图3-2高频谐振功率放大器电压和电流关系
谐振功率放大器的集电极负载是一高Q的LC并联振荡回路,如果选取谐振回路的谐振角频率ω0等于输入信号ub的角频率ω,那么,尽管在集电极电流脉冲中含有丰富的高次谐波分量,但由于并联谐振回路的选频滤波作用,振荡回路两端的电压可近似认为只有基波电压,即
uc=Ucmcosωt=Ic1mRecosωt
式中,Ucm为uc的振幅;Re为LC谐振回路的谐振电阻。在集电极电路中,LC振荡回路得到的高频功率为
集电极电源EC供给的直流输入功率为
集电极效率ηC为输出高频功率Po与直流输入功率PE之比,即
静态工作点、输入激励信号幅度、负载电阻,集电极电源电压发生变化,谐振功率放大器的工作状态将发生变化。如图3-3所示,当C点落在输出特性(对应uBEmax的那条)的放大区时,为欠压状态;当C点正好落在临界点上时,为临界状态;当C点落在饱和区时,为过压状态。谐振功率放大器的工作状