实验二高频谐振功率放大器解答.doc

实验二 高频谐振功率放大器 在通信系统中, 高频谐振功率放大电路，是无线电发射机的重要组成部分,它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大, 然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间,以实现用无线信道的方式完成信息的远距离传送。所以研究高频功率放大器的主要任务是怎样以高效率输出最大的高频功率。因此, 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态, 即晶体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态，导通角。虽然功率增益比甲类和乙类小，但效率η却比甲类和乙类高。一般可达到80%。 同时, 为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量, 采用LC谐振回路作为选频网络, 故称为高频谐振功率放大器，显然,谐振功放属于窄带功放电路。 一、实验目的 1．掌握高频谐振功率放大器的电路结构特点、基本功能与工作原理。 2．掌握高频谐振功率放大器的调谐方法和掌握高频谐振功率放大器的调谐特性，负载特性以及激励电压、偏置电压、电源电压变化时对其工作状态的影响。 3.了解高频谐振功率放大器的主要性能指标意义，掌握测试方法。学会电路设计方法。 二、实验设备与仪器 高频实验箱 WYGP-3或GP-4 一台 双踪示波器 TDS-1002 一台 高频信号发生器 WY-1052 一台 频率特性测试仪 BT-3C 一台 万用表 一块 三、实验任务与要求 1、高频谐振功放的基本电路结构 高频谐振功率放大器的电路构成，除电源电路外，主要由晶体管、输入激励电路、输出谐振回路三个部分组成，谐振功率放大器原理电路如图2-1所示。 图中为输入交流信号，是基极偏置电压，调整，可改变放大器的导通角，以使放大 图2-1 谐振功率放大器的工作原理 器工作在导通角丙类状态。是集电极电源电压。集电极外接LC并联谐振回路的功用是作放大器负载，实现滤波选频和阻抗匹配。 2、高频谐振功率放大器的工作原理与主要性能指标 放大器工作时，设输入信号电压： 则加到晶体管基极,发射级的有效电压为: 由晶体管的转移特性曲线可知，如图2-2所示： 当时，管子截止，。 当时，管子导通， 式中：为折线的斜率： 所以有： 图2-2谐振功率放大器晶体管的转移特性曲线 ，即功放输出的Ic为一连串不连续的余弦脉冲。高功放为什么能不失真地放大信号呢? 因为尖顶余弦脉冲的数学表达式为： 若对 傅里叶级数分解，即： 由此可知，任何一个余弦脉冲，都是由许多不同频率的谐波（基波、二次谐波。。。n次谐波）分量所构成，利用功放负载LC回路的选频功能，适当选择LC的参数使之谐振与基波频率, 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，故功率放大器的输出仍为不失真的正弦波。 此时，谐振回路两端的电压可近似认为只有基波电压，即： 式中，Ucm为uc的振幅；Ro为LC回路的谐振电阻,为集电极基波电流振幅。在集电极电路中，LC谐振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： ICO为集电极电流脉冲ic的直流分量。 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： 3、高频谐振功率放大器的工作状态 谐振功率放大器的工作状态有三种，即欠压、临界和过压。当谐振功放的静态工作点、输入信号、负载发生变化，谐振功率放大器的工作状态将发生变化。如图2-3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。， 图2-3 谐振功率放大器的工作状态 其中任何一个量的变化都会改变C点所处的位置，工作状态就会相应地发生变化。 4、高频谐振功率放大器的外部特性 ① 负载特性 负载特性是指当保持EC、EB、Ubm不变而改变RO时，谐振功率放大器的电流IC0、Icm1，电压Ucm，输出功率Po，集电极损耗功率PC，电源功率PE及集电极效率ηC随之变化的曲线。从上面动特性曲线随RO变化的分析可以看出，RO由小到大，工作状态由欠压变到临界再进入过压。相应的集电极电流由余弦脉冲变成凹陷脉冲，如图2-4(a)所示。 图2-4谐振