高频电子线路课程实验四高频功率放大器分析.docx

太原理工大学现代科技学院

高频电子线路课程实验报告

专业班级测控13-2学 号

姓 名

指导教师 温涛

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实验四 高频功率放大器

一实验目的

了解和掌握丙类高频谐振功率放大器的构成及工作原理。

了解丙类谐振功率放大器的三种工作状态及负载特性、调制特性、放大特性和调谐特性。

掌握丙类谐振功率放大器的输出功率oP、直流功率DP、集电极效率C 测量方法。

掌握用频谱仪观测信号频谱、频率及调制度的方法。

二实验原理

高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，它也是一种以谐振电路作负载的放大器。它和小信号调谐放大器的主要区别在于：小信号调谐放大器的输入信号很小，在微伏到毫伏数量级，晶体管工作于线性区域。小信号放大器一般工作在甲类状态，效率较低。而功率放大器的输入信号要大得多，为几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区域——截止和饱和区，这种放大器的输出功率大，效率高，一般工作在丙类状态。

一．高频功率放大器的原理电路

高频功放的电原理图如图7-1所示（共发射极放大器）

它主要是由晶体管、LC谐振回路、直流电源Ec和Eb等组成，Ub为前级供给的高频输出电压，也

称激励电压。

二．高频功率放大器的特点

高频功率放大器通常工作在丙类（C类）状态。

通角 的定义：集电极电流流通角度的一半叫通角 。甲类（A类） =180度，效率约50%；

乙类（B类） =90度，效率可达78%；甲乙类（AB类）90

180度，效率约50% 78%；丙类（C类） 90度

可以推测，继续减小 ，使 工作到小于90度，丙类效率将继续提高。

高频功率放大器通常采用谐振回路作集电极负载。

由于工作在丙类时集电极电流ic是余弦脉冲，因此集电极电流负载不能采用纯电阻，而必须接一个LC振荡回路，从而在集电极得到一个完整的余弦（或正弦）电压波。

我们知道，对周期性的余弦脉冲ic，可用傅立叶级数展开：

式中，Ic1m、Ic2m、Ic3m为基波和各次谐波的振幅。ω为集电极余弦脉冲电流（也就是输入信号）的角频率。LC谐振回路被调谐于信号（角）频率，对基波电流ic呈现一个很大的纯阻，因而回路两端的基波压降很大。回路对直流成分和其它谐波失谐很大，相应的阻抗很小，因而相应的电压成分很小，因此直流和各次谐波在回路上的压降可以忽略不计。这样，尽管集电极电流ic为一个余弦脉冲，但集电极电压Uce却为一个完整的不失真的余弦波（基波成分）。

显然，LC振荡回路起到了选频和滤波的作用：选出基波，滤除直流和各次谐波。

LC振荡回路的另一个作用是阻抗匹配。也就是可以改变回路（电感）的接入参数，使功放管得到最佳的负载阻抗，从而输出最大的功率。

三．丙类调谐功率放大器基本原理

由于丙类调谐功率放大器采用的是反向偏置，在静态时，管子处于截止状态。只有当激励信号ub足够大，超过反偏压Eb及晶体管起始导通电压ui之和时，管子才导通。这样，管子只有在一周期的一小部分时间内导通。所以集电极电流是周期性的余弦脉冲，波形如图7-2所示。

根据调谐功率放大器在工作时是否进入饱和区，可将放大器分为欠压、过压和临界三种工作状态。若在整个周期内，晶体管工作不进入饱和区，也即在任何时刻都工作在放大区，称放大器工作在欠压状态；若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临界状态；若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，则称放大器工作在过压状态。放大器的这三种工作状态取决于电源电压Ec、偏置电压Eb、激励电压幅值Ubm以及集电极等效负载电阻Rc。

（1）激励电压幅值Ubm变化对工作状态的影响

当调谐功率放大器的电源电压Ec、偏置电压Eb和负载电阻Rc保持恒定时，激励振幅Ubm变化对放大器工作状态的影响如图7-3所示。

由图可以看出，当Ubm增大时，icmax、Ucm也增大；当Ubm增大到一定程度，放大器的工作状态由欠压进入过压，电流波形出现凹陷，但此时Ucm还会增大（如Ucm3）。

（2）负载电阻Rc变化对放大器工作状态的影响

当EC、Eb、Ubm保持恒定时，改变集电极等效负载电阻Rc对放大器工作状态的影响，如图

7-4所示。

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由图可见，EC变化，Ucemin也随之变化，使得

由图可见，EC变化，