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高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)

信息來源:江蘇海川 | 發(fā)布時(shí)間:2023-07-01 21:32:56

高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)


一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
進(jìn)一步掌握高頻諧振功率放大器的工作原理。
掌握諧振功率放大器的調(diào)諧特性和負(fù)載特性。
掌握激勵(lì)電壓、集電電源電壓及負(fù)載變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。

二、實(shí)驗(yàn)使用儀器
1.小信號(hào)調(diào)諧放大器實(shí)驗(yàn)板
2.20MH雙蹤示波器
3.萬用表
三、實(shí)驗(yàn)基本原理與電路
1.高頻諧振功率放大器原理電路
高頻諧振功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件,它可以將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出。高頻諧振功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件,其作用是放大信號(hào),使之達(dá)到足夠的功率輸出,以滿足天線發(fā)射和其它負(fù)載的要求。
高頻諧振功率放大器研究的主要問題是如何獲得高效率、大功率的輸出。放大器電流導(dǎo)通角&theta愈小,放大器的效率&eta愈高。如甲類功放的&theta=180,效率&etaz高為50%,而丙類功放的&theta<90°,效率&eta可達(dá)到80%。諧振功率放大器采用丙類功率放大器,采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的丙類功率放大器稱為高頻諧振功率放大器。

圖中ub為輸入交流信號(hào),EB是基偏置電壓,調(diào)整EB,改變放大器的導(dǎo)通角,以改變放大器工作的類型。EC是集電電源電壓。集電外接LC并聯(lián)振蕩回路的功用是作放大器負(fù)載。放大器工作時(shí),晶體管的電流、電壓波形及其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖9-2所示。晶體管轉(zhuǎn)移特性如圖2.2中虛線所示。由于輸入信號(hào)較大,可用折線近似轉(zhuǎn)移特性,如圖中實(shí)線所示。 圖中為管子導(dǎo)通電壓,gm為特征斜率。
設(shè)輸入電壓為一余弦電壓,即
ub=Ubmcos&omegat
則管子基、發(fā)射間電壓uBE為
uBE=EB+ub=EB+Ubmcos&omegat
在丙類工作時(shí),EB<,在這種偏置條件下,集電電流iC為余弦脈沖,其z大值為iCmax,電流流通的相角為2&theta,通常稱&theta為集電電流的通角,丙類工作時(shí),&theta<&pi/2。把集電電流脈沖用傅氏級(jí)數(shù)展開,可分解為直流、基波和各次諧波

iC=IC0+ic1+ic2+=IC0+Ic1mcos&omegat+Ic2mcos2&omegat+&hellip
式中,IC0為直流電流,Ic1m、Ic2m分別為基波、二次諧波電流幅度。


諧振功率放大器的集電負(fù)載是一高Q的LC并聯(lián)振蕩回路,如果選取諧振角頻率&omega0等于輸入信號(hào)ub的角頻率&omega,那么,盡管在集電電流脈沖中含有豐富的高次諧波分量,但由于并聯(lián)諧振回路的選頻濾波作用,振蕩回路兩端的電壓可近似認(rèn)為只有基波電壓,即
uc=Ucmcos&omegat=Ic1mRecos&omegat
式中,Ucm為uc的振幅;Re為L(zhǎng)C回路的諧振電阻。在集電電路中,LC振蕩回路得到的高頻功率為

集電電源EC供給的直流輸入功率為


集電效率&etaC為輸出高頻功率Po與直流輸入功率PE之比,即


靜態(tài)工作點(diǎn)、輸入信號(hào)、負(fù)載發(fā)生變化,諧振功率放大器的工作狀態(tài)將發(fā)生變化。如圖9-3所示。當(dāng)C點(diǎn)落在輸出特性對(duì)應(yīng)uBEmax的那條的放大區(qū)時(shí),為欠壓狀態(tài);當(dāng)C點(diǎn)正好落在臨界點(diǎn)上時(shí),為臨界狀態(tài);當(dāng)C點(diǎn)落在飽和區(qū)時(shí),為過壓狀態(tài)。諧振功率放大器的工作狀態(tài)必須由EC、EB、Ubm、Ucm四個(gè)參量決定,缺一不可,其中任何一個(gè)量的變化都會(huì)改變C點(diǎn)所處的位置,工作狀態(tài)就會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。

負(fù)載特性是指當(dāng)保持EC、EB、Ubm不變而改變Re時(shí),諧振功率放大器的電流IC0、Ic1m,電壓Ucm,輸出功率Po,集電損耗功率PC,電源功率PE及集電效率&etaC隨之變化的曲線。從上面動(dòng)特性曲線隨Re變化的分析可以看出,Re由小到大,工作狀態(tài)由欠壓變到臨界再進(jìn)入過壓。相應(yīng)的集電電流由余弦脈沖變成凹陷脈沖。
集電調(diào)制特性是指當(dāng)保持EB、Ubm、Re不變而改變EC時(shí),功率放大器電流IC0、Ic1m,電壓Ucm以及功率、效率隨之變化的曲線。當(dāng)EC由小增大時(shí),uCEmin=EC-Ucm也將由小增大,因而由uCEmin、uBEmax決定的瞬時(shí)工作點(diǎn)將沿uBEmax這條輸出特性由特性的飽和區(qū)向放大區(qū)移動(dòng),工作狀態(tài)由過壓變到臨界再進(jìn)入欠壓,iC波形由iCmax較小的凹陷脈沖變?yōu)閕Cmax較大的尖頂脈沖,如圖9-5所示。由集電調(diào)制特性可知,在過壓區(qū)域,輸出電壓幅度Ucm與EC成正比。利用這一特點(diǎn),可以通過控制EC的變化,實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率的相應(yīng)變化,這種功能稱為集電調(diào)幅,所以稱這組特性曲線為集電調(diào)制特性曲線。


基調(diào)制特性是指當(dāng)EC、Ubm、Re保持不變而改變EB時(shí),功放電流IC0、Ic1m,電壓Ucm以及功率、效率的變化曲線。當(dāng)EB增大時(shí),會(huì)引起&theta、iCmax增大,從而引起IC0、Ic1m、Ucm增大。由于EC不變,uCEmin=EC-Ucm則會(huì)減小,這樣勢(shì)必導(dǎo)致工作狀態(tài)會(huì)由欠壓變到臨界再進(jìn)入過壓。進(jìn)入過壓狀態(tài)后,集電電流脈沖高度雖仍有增加,但凹陷也不斷加深,iC波形如圖9-6所示。利用這一特點(diǎn),可通過控制EB實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓、功率的控制,稱這種工作方式為基調(diào)制,所以稱這組特性曲線為基調(diào)制特性曲線。


放大特性是指當(dāng)保持EC、EB、Re不變,而改變Ubm時(shí),功率放大器電流IC0、Ic1m,電壓Ucm以及功率、效率的變化曲線。Ubm變化對(duì)諧振功率放大器性能的影響與基調(diào)制特性相似。iC波形及IC0、Ic1m、Ucm、Po、PE、&etaC隨Ubm的變化曲線如圖9-7所示。由圖可見,在欠壓區(qū)域,輸出電壓振幅與輸入電壓振幅基本成正比,即電壓增益近似為常數(shù)。利用這一特點(diǎn)可將諧振功率放大器用作電壓放大器,所以稱這組曲線為放大特性曲線。

2.實(shí)驗(yàn)電路
高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路如圖9-8。


圖9-8高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路的調(diào)整。
2.諧振功率放大器的負(fù)載特性測(cè)試---負(fù)載變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響測(cè)試。
3.集電電源電壓變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響(集電調(diào)制特性)的測(cè)試。
(一)實(shí)驗(yàn)電路的調(diào)試

五、實(shí)驗(yàn)步驟
1.高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路的調(diào)整
⑴ 在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路模塊。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。 實(shí)驗(yàn)箱上高頻信號(hào)源10.7MHz信號(hào)來自LC、晶體振蕩電路模塊,要求電路規(guī)定的諧振頻率符合輸入信號(hào)頻率由IN1端接入高頻諧振功率放大器實(shí)驗(yàn)電路,幅度在200mV左右。
⑵ 調(diào)整電位器RW1和微調(diào)CV1、CV2、B1、B2,在OUT端用示波器,觀測(cè)到放大后的不失真的輸入信號(hào)。
2.高頻諧振功率放大器的負(fù)載特性測(cè)試
調(diào)整RW3,保持電源電壓為z大值(測(cè)量TP5點(diǎn)),激勵(lì)電壓Ubm一定,改變負(fù)載RL,觀察對(duì)電壓波形、電流波形的影響,測(cè)量輸出電壓Uo、TP3發(fā)射平均電流IC0(注意,電流信號(hào)對(duì)外部干擾比較敏感,本次實(shí)驗(yàn)測(cè)電流值時(shí)請(qǐng)將探頭及示波器設(shè)成X10檔),因基電流小,故IC0&asympIe0

表9-1諧振功率放大器的負(fù)載特性測(cè)試Ubm=VEc=V
RL(&Omega)
斷開J2測(cè)Uo(V)IC0(mA)

3.集電電源電壓變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響(集電調(diào)制特性)的測(cè)試
保持激勵(lì)電壓Ubm,負(fù)載RL不變,調(diào)整RW4改變Ec,測(cè)量TP3點(diǎn),觀察對(duì)電壓波形、電流波形的影響、測(cè)量輸出電壓Uo、由TP3發(fā)射平均電流IC0=V(TP3)/R7。

表9-2諧振功率放大器的負(fù)載特性測(cè)試Ubm=VRL=&Omega
Ec(V)Uo(V)IC0(mA)
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析負(fù)載RL、電壓Ec對(duì)高頻諧振放大器工作狀態(tài)的影響。
2.繪出UCm~RL,IC0~RL曲線。
3.繪出UCm~Ec,IC0~Ec曲線。
4.總結(jié)由本實(shí)驗(yàn)所獲得的體會(huì)。