非线性丙类功率放大电路

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)比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点。

(4)掌握丙类放大器的计算与设计方法。

二、实验仪器

(1)信号源模块 1块

(2)频率计模块 1块

(3)8号板 1块

(4)双踪示波器 1台

(5)频率特性测试仪(可选) 1台

(6)万用表 1块

三、实验原理

放大器按照电流导通角θ的范围可分为甲类、乙类、丙类等不同类型。功率放大器电流导通角θ越小，放大器的效率η越高。

甲类功率放大器的θ=180°，效率η最高只能达到50%，适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。

非线性丙类功率放大器的电流导通角θ＜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。非线性丙类功率放大器的特点是: 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θ＜90°; 为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。丙类功率原理图如图3－2－1所示。

图3－2－1 丙类功放原理图

1．基本关系式

丙类功率放大器的基极偏置电压VBE是利用发射极电流的直流分量IEO(≈ICO)在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号v'i为正弦波时，集电极的输出电流i C为余弦脉冲波。利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压vc1，电流ic1。

Vc1m=Ic1mR0

式中，Vc1m为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅; Ic1m为集电极基波电流振幅; R0为集电极回路的谐振阻抗。

式中，PC为集电极输出功率。

PD=VCCICO

式中，PD为电源VCC供给的直流功率; ICO为集电极电流脉冲i C的直流分量。

放大器的效率η为

2．负载特性

当放大器的电源电压+VCC，基极偏压vb，输入电压(或称激励电压)vsm确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻Rq。谐振功率放大器的交流负载特性如图3－2－2所示。

由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性转移点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降VCES，集电极电流脉冲接近最大值ICm。此时，集电极输出的功率PC和效率η都较高，放大器处于临界工作状态。Rq所对应的值称为最佳负载电阻，用R0表示，即

当Rq＜R0时，放大器处于欠压状态，如C点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当Rq＞R0时，放大器处于过压状态，如B点所示，集电极电压虽然比较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是:

图3－2－2 谐振功放的负载特性

VCC－VCm=VCES

四、实验内容

(1)连线框图如图3－2－3所示，连线说明如表3－2－1所示。

图3－2－3 非线性丙类功率放大电路连线框图

表3－2－1 非线性丙类功率放大电路连线说明表

(2)在前置放大电路输入端P5处(测试点TP7)，输入f=10．7MHz、Vp－p≈300m V的高频信号，调节中周T5，使TP15处信号约为3．5V。调节T6，使TP9幅度最大。

(3)调谐特性的测试

将8号板负载电阻转换开关S1设为“0000”(即不接入负载电阻)，按表3－2－2改变输入信号频率，记录TP9处的输出幅度，填入表3－2－2，并以fi为横轴、VO为纵轴，画出频率特性曲线。

表3－2－2 调谐特性的测试数据记录表

(4)负载特性的测试

将信号源调至10．7MHz，RF幅度为300m V。S1依次拨为“1110”，“0110”和“0100”，用来改变负载电阻，已知R19=18Ω、R20=51Ω、R21=100Ω，可计算出相应的RL。用示波器观测相应的Vc值(TP9处观测)、Ve值(TP8处观测)及相应的ie波形(即Ve波形，TP8处观测)，记入表3－2－3，并以RL为横轴、VO为纵轴，画出负载特性曲线。

表3－2－3 负载特性的测试数据记录表

(5)振幅特性的测试

将S1设为“0000”，信号源调至10．7MHz，“RF幅度”按表3－2－4中的Vi取值，记录TP9处的输出幅度VO，并以Vi为横轴、VO为纵轴，画出振幅特性曲线。

表3－2－4 振幅特性的测试数据记录表

五、实验报告要求

(1)整理实验数据，填写表3－2－1、表3－2－2、表3－2－3。

(2)将表格转换成坐标轴的形式，画出相应的特性曲线，说明输入激励电压、负载电阻对工作状态的影响。