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实验三丙类高频功率放大器实验
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。
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.电路特点及实验原理简介
在高频范围内为获得足够大的高频输出功率,必须采用高频放大器,高频功率放大器主要用于发射机的未级和中间级,它将振荡产生的信号加以放大,获得足够高频功率后,再送到天线上辐射出去。另外,它也用于电子仪器作未级功率放大器。
高频功率放大器要求效率高,输出功率大。丙类放大器它是紧紧围绕如何提高它的效率而进行的。高频功率放大器的工作频率范围一般为几百kHz—几十MHz。一般都采用LC谐振网络作负载,且一般都是工作于丙类状态,如果要进一步提高效率,也可工作于丁类或戊类状态。
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,Vbb为基极偏压,Vcc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Vbb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-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:
ic=IC0+ IC1mCOSωt + IC2MCOS2ωt + … + ICnMCOSnωt + …
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θ=700~800左右。
完整的电路图见图3。
图3 高频功放(调幅)及发射电路原理图
图中,V1、V2构成了独立的石英晶体振荡电路,为实验提供了稳定的载波信号,大大方便了电路的调整。V3为推动级,为末级功放电路提供足够的激励电压。V4构成丙类谐振放大电路。为了能较好的演示功放电路的负载特性,较为方便的观察脉冲电流,本电路采用了独立的偏置电路,由RP2、R15、R14构成的分压器对-12V进行分压,为功放级提供适当的负偏压,确保工作在丙类状态。RL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。在功放输出级电路中设置了三个跳线短路端子J2、J3和J4。J3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以及完成调幅电路的实验。J2是为了观察负载特性而设置的,当J2断开时,在R16上可直接观察到脉冲电流波形,从而可较为直观的观察到负载特性,便于加深对于谐振功率放大电路的理解。而J2短接时,可得到稍大一些的输出电压。J4是为了在集电极回路中加入低频调制信号而设置的。
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UL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,iC是尖顶脉冲,工作在过压状态时,iC是凹顶脉冲,而当处于临界状态下工作时,iC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75Ω。因此调试时也应以此负载为调试基础。
四.实验仪表设备
1.双踪示波器
2.万用表
3.高频电路学习机
4.高频功放(调幅)及发射
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