高频电子线路实验说明书215+12V1aCIBRSR32C7:2C9N2C5+12V1C4.2122D2C120627022C142112CT2K72C2输出2R4BGR2C1IR2R2C3 PR图1-4小信号调谐放大器电路6
高频电子线路实验说明书 6 图 1-4 小信号调谐放大器电路 2R1 2BG1 2C5 2C4 2R5 2C12 2C13 2C3 2L5 2C10 2C11 1 2TP01 2L2 2L4 2C9 2C7 2C1 1 接收天线 输入 2L1 2L3 1 2TP02 输出 2BG2 2R6 2R7 2R8 +12V1 2C14 2C2 2R4 2R2 1 1 3 3 4 4 5 5 6 6 Text 2 2 2T1 2C6 2D4 2R9 +12V1 2K1 2R3 2K2 双 单 2D1 2C15 2D2 2D3 ADVIN 2L6 ADVIN GND +12V 12V ADVIN GND +12V -12V 2K3 +12V1 +12V 2P01 2P02 2C16
高频电子线路实验说明书实验二高频功率放大器一、实验目的1.通过实验，加深对丙类功率放大器工作原理的理解，掌握其调谐特性。2.掌握输入激励电压，集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。二：实验内容1．观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点：2.测试丙类功放的调谐特性；3.测试负载变化时三种状态（欠压、临界、过压）的余弦电流波形：4.观察激励电压、集电极电压变化时余弦电流脉冲的变化过程；5.观察功放基极调幅波形。三．工作原理高频功率放大器也是一种以谐振电路作负载的放大器。其与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（甲类），效率较低。而功率放大器的输入信号要大得多，从几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区（截止区和饱和区），这种放大器的输出功率大，效率高，一般工作在丙类状态。丙类调谐功率放大器基本原理是采用反向偏置，在静态时，管子处于截止状态。只有当激励信号u，足够大，超过反偏压E，及晶体管起始导通电压u，之和时，晶体管才导通。所以，晶体管只有一小部分时间导通。集电极电流是周期性的余弦脉冲，见图2-1。Ube0UUt图2-1折线法分析非线性电路电流波形根据调谐功率放大器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E。、偏置电压E，、激励电压幅值Ubm以及集电极等效负载电阻R。。7
高频电子线路实验说明书 7 实验二 高频功率放大器 一、实验目的 1．通过实验，加深对丙类功率放大器工作原理的理解，掌握其调谐特性。 2．掌握输入激励电压，集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。 二．实验内容 1．观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点； 2．测试丙类功放的调谐特性； 3．测试负载变化时三种状态（欠压、临界、过压）的余弦电流波形； 4．观察激励电压、集电极电压变化时余弦电流脉冲的变化过程； 5．观察功放基极调幅波形。 三．工作原理 高频功率放大器也是一种以谐振电路作负载的放大器。其与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（甲类），效率较低。而功 率放大器的输入信号要大得多，从几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区（截止区和饱和区），这 种放大器的输出功率大，效率高，一般工作在丙类状态。 丙类调谐功率放大器基本原理是采用反向偏置，在静态时，管子处于截止状态。只有当激励信号 b u 足 够大，超过反偏压 Eb 及晶体管起始导通电压 i u 之和时，晶体管才导通。所以，晶体管只有一小部分时间 导通。集电极电流是周期性的余弦脉冲，见图 2-1。 ic ic 0 Ube Ub Uj t Eb 0 t 图 2-1 折线法分析非线性电路电流波形 根据调谐功率放大器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
高频电子线路实验说明书（1）激励电压幅值U变化对工作状态的影响当调谐功率放大器的电源电压E。、偏置电压E，和负载电阻R保持恒定时，激励振幅U变化对放大器工作状态的影响如图2-2所示。UceLem11图2-2Ubm变化对工作状态的影响由图可以看出，当Um增大时，icmx、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U。还会增大（如Um）（2）负载电阻R变化对放大器工作状态的影响当Ec、E，、Um保持恒定时，改变集电极等效负载电阻R.对放大器工作状态的影响，如图2-3所示。UbeThaUceUelmUe2nVL图2-3不同负载电阻时的动态特性图2-3表示在三种不同负载电阻R，时，做出的三条不同动态特性曲线QAr、QA2、QAsA。其中QA对应于欠压状态，QAz对应于临界状态，QAsAs＇对应于过压状态。QA相对应的负载电阻R较小，U也较小，集电极电流波形是余弦脉冲。随着R。增加，动态负载线的斜率逐渐减小，U。逐渐增大，放大器工作状态由欠压到临界，此时电流波形仍为余弦脉冲，只是幅值比欠压时略小。当R，继续增大，U进一步增8
高频电子线路实验说明书 8 （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2-2所示。 ic ic Ube 0 0 0 3 2 1 wt A Ubm3 Ubm2 Ubm1 Uce Q wt EC wt Uce 3 2 1 Ucm1 Ucm2 Ucm3 图2-2 Ubm 变化对工作状态的影响 由图可以看出，当 Ubm 增大时， c max i 、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2-3所示。 ic ic Ube 0 0 0 wt Ube max Uce wt Q EC wt Uce Uc1m Uc2m Uc3m 180° 0 A2 A3 A'3 A1 Rc 3 2 1 图2-3 不同负载电阻时的动态特性 图2-3表示在三种不同负载电阻 Rc 时，做出的三条不同动态特性曲线QA1、QA2、 QA3A3′。其中QA1对 应于欠压状态，QA2对应于临界状态，QA3A3′对应于过压状态。QA1相对应的负载电阻 Rc 较小， Ucm 也较小， 集电极电流波形是余弦脉冲。随着 Rc 增加，动态负载线的斜率逐渐减小， Ucm 逐渐增大，放大器工作状 态由欠压到临界，此时电流波形仍为余弦脉冲，只是幅值比欠压时略小。当 Rc 继续增大， Ucm 进一步增
高频电子线路实验说明书大，放大器进入过压状态，此时动态负载线QA与饱和线相交，此后电流i。随U沿饱和线下降到A，电流波形顶端下凹，呈马鞍形。（3）电源电压E.变化对放大器工作状态的影响在E，、U.、Rc保持恒定时，集电极电源电压E.变化对放大器工作状态的影响如图2-4所示。icTUbe ma过压wtUce欠压临界oQ:Ec3<Ec2<EcUcemi63Uees> 2VI图2-4Ec改变时对工作状态的影响由图可见，Ec变化，Ucemin也随之变化，使得Ucemin和Uces的相对大小发生变化。当E。较大时，Ucemin具有较大数值，且远大于Uces，放大器工作在欠压状态。随着E减小，Ucemin也减小，当Uemin接近Uces时，放大器工作在临界状态。Ec再减小，Ucemin小于Us时，放大器工作在过压状态。图7-5中，E。>Ec2时，放大器工作在欠压状态；Ec=Ec2时，放大器工作在临界状态；Ec<Ec2时，放大器工作在过压状态。即当E。由大变小时，放大器的工作状态由欠压进入过压，i。波形也由余弦脉冲波形变为中间凹陷的脉冲波。四.实验电路高频功率放大器实验电路如图2-5所示。本实验单元由两级放大器组成，11BG02是前置放大级，工作在甲类线性状态，以适应较小的输入信号电平。高频信号由铆孔11TP01输入，经11R10、11C09加到11BG02的基极。11TP01、11TP02为该级输入、输出测量点。由于该级负载是电阻，对输入信号没有滤波和调谐作用，因而既可作为调幅放大，也可作为调频放大。当11K05跳线去掉时，11BG01为丙类高频功率放大电路，其基极偏置电压为零，通过发射极上的电压构成反偏。因此，只有在载波的正半周且幅度足够大时才能使功率管导通。其集电极负载为LC选频谐振回路，谐振在载波频率上以选出基波，因此可获得较大的功率输出。本实验功放有两个选频回路，由11K03来选定。当11K03拨至左侧（1、2，4、5接通）时，所选谐振回路由11L02、11C01和11C1组成，其谐振频率为6.3MHZ左右，此时的功放可用于构成无线收发系统。当11K03拨至右侧时（2、3，5、6接通），谐振回路由11L04、11C15组成，其谐振回路谐振频率为2MHZ左右。此时可用于测量三种状态（欠压、临界、过压）下的电流脉冲波形，因频率较低时测量效果较好。11K04用于控制负载电阻的接通与否，11W02电位器用来改变负载电阻的大小。11WO1用来调整功放集电极电源电压的大小（谐振回路频率为2MHZ左右时）。在功9
高频电子线路实验说明书 9 大，放大器进入过压状态，此时动态负载线QA3与饱和线相交，此后电流 c i 随 Ucm 沿饱和线下降到A3′，电 流波形顶端下凹，呈马鞍形。 （3）电源电压 EC 变化对放大器工作状态的影响 在 Eb 、Ubm、 RC 保持恒定时，集电极电源电压 EC 变化对放大器工作状态的影响如图2-4所示。 ic Ube max Uce Q1 EC3 0 A2 A1 3 2 1 1 2 3 Q3 Q2 EC2 EC1 Uces ic 0 过压 临界 欠压 wt Ec3<Ec2<Ec1 Uce min 3 2 1 图2-4 EC 改变时对工作状态的影响 由图可见， EC 变化， Uce min 也随之变化，使得 Uce min 和 Uces 的相对大小发生变化。当 EC 较大时， Uce min 具有较大数值，且远大于 Uces ,放大器工作在欠压状态。随着 EC 减小， Uce min 也减小，当 Uce min 接近 Uces 时，放大器工作在临界状态。 EC 再减小， Uce min 小于 Uces 时，放大器工作在过压状态。图7-5中， EC > EC2 时，放大器工作在欠压状态； EC = EC2 时，放大器工作在临界状态； EC < EC2 时，放大器工作在过压状态。 即当 EC 由大变小时，放大器的工作状态由欠压进入过压， c i 波形也由余弦脉冲波形变为中间凹陷的脉冲 波。 四．实验电路 高频功率放大器实验电路如图2-5所示。 本实验单元由两级放大器组成，11BG02是前置放大级，工作在甲类线性状态，以适应较小的输入信号 电平。高频信号由铆孔11TP01输入，经11R10、11C09加到11BG02的基极。11TP01、11TP02为该级输入、输 出测量点。由于该级负载是电阻，对输入信号没有滤波和调谐作用，因而既可作为调幅放大，也可作为调 频放大。当11K05跳线去掉时，11BG01为丙类高频功率放大电路，其基极偏置电压为零，通过发射极上的 电压构成反偏。因此，只有在载波的正半周且幅度足够大时才能使功率管导通。其集电极负载为LC选频谐 振回路，谐振在载波频率上以选出基波，因此可获得较大的功率输出。本实验功放有两个选频回路，由11K03 来选定。当11K03拨至左侧（1、2,4、5接通）时，所选谐振回路由11L02、11C01和11C1组成，其谐振频率 为6.3MHZ左右，此时的功放可用于构成无线收发系统。当11K03拨至右侧时（2、3,5、6接通），谐振回路 由11L04、11C15组成，其谐振回路谐振频率为2MHZ左右。此时可用于测量三种状态（欠压、临界、过压） 下的电流脉冲波形，因频率较低时测量效果较好。11K04用于控制负载电阻的接通与否，11W02电位器用来 改变负载电阻的大小。11W01用来调整功放集电极电源电压的大小（谐振回路频率为2MHZ左右时）。在功
高频电子线路实验说明书放构成系统时，11K02控制功放是由天线发射输出还是直接通过铆孔输出。当11K02往上拨时，功放输出通过天线发射，11TP00为天线接入端。11K02往下拨时，功放通过11P03输出。11P02为音频信号输入口，加入音频信号时可对功放进行基极调幅。11TP03为功放集电极测试点，11TP04为发射极测试点，可在该点测量电流脉冲波形。11TP06用于测量负载电阻大小。当输入信号为调幅波时，11BGO01不能工作在丙类状态，因为当调幅波在波谷时幅度较小，11BG01可能不导通，导致输出波形严重失真。因此，输入信号为调幅波时，11K05跳线器必须插上，使11BG01工作在甲类状态。五，实验步骤1.实验准备在实验箱主板上装上高频功率放大与射频发射模块，接通电源即可开始实验。2.激励电压、电源电压及负载变化对丙类功放工作状态的影响（1）激励电压U对放大器工作状态的影响开关11K01置“on”，11K03置“右侧”，11K02往下拨。调整集电极电源电压E，=6V（用万用表测11TP03直流电压，调11W01等于6V），负载电阻R，=8Kα（11K04置“off”，用万用表测11TP06电阻，调11W02使其为8KQ，然后11K04置“on”）。高频信号源频率1.9MHZ左右，幅度200mV（峰一峰值），连接至功放模块输入端（11TP01）。示波器CH1接11TP03，CH2接11TPO4。调整高频信号源频率，使功放谐振即输出幅度（11TP03）最大。改变信号源幅度，即改变激励信号电压U，观察11TP04电压波形。信号源幅度变化时，应观察到欠压、临界、过压脉冲波形。其波形如图2-6所示（如果波形不对称，应微调高频信号源频率，如果高频信号源是DDS信号源，注意选择合适的频率步长档位）。临界欠压过压弱过压图2-6三种状态下的电流脉冲波形实际观察到的波形如下图：11TP03+MMA11TP04-欠压状态波形临界状态波形过压状态波形10
高频电子线路实验说明书 10 放构成系统时，11K02控制功放是由天线发射输出还是直接通过铆孔输出。 当11K02往上拨时，功放输出 通过天线发射，11TP00为天线接入端。11K02往下拨时，功放通过11P03输出。11P02为音频信号输入口， 加入音频信号时可对功放进行基极调幅。11TP03为功放集电极测试点，11TP04为发射极测试点，可在该点 测量电流脉冲波形。11TP06用于测量负载电阻大小。当输入信号为调幅波时，11BG01不能工作在丙类状态， 因为当调幅波在波谷时幅度较小，11BG01可能不导通，导致输出波形严重失真。因此，输入信号为调幅波 时，11K05跳线器必须插上，使11BG01工作在甲类状态。 五．实验步骤 1．实验准备 在实验箱主板上装上高频功率放大与射频发射模块，接通电源即可开始实验。 2. 激励电压、电源电压及负载变化对丙类功放工作状态的影响 （1）激励电压 Ub 对放大器工作状态的影响 开关11K01置“on”，11K03置“右侧”，11K02往下拨。调整集电极电源电压 Ec =6V（用万用表测11TP03 直流电压，调11W01等于6V），负载电阻 RL =8KΩ（11K04置“off”，用万用表测11TP06电阻，调11W02使 其为8KΩ，然后11K04置“on”）。 高频信号源频率1.9MHZ左右，幅度200mv（峰—峰值），连接至功放模块输入端（11TP01）。示波器 CH1接11TP03，CH2接11TP04。调整高频信号源频率，使功放谐振即输出幅度（11TP03）最大。改变信号源 幅度，即改变激励信号电压 Ub ，观察11TP04电压波形。信号源幅度变化时，应观察到欠压、临界、过压 脉冲波形。其波形如图2-6所示（如果波形不对称，应微调高频信号源频率，如果高频信号源是DDS信号源， 注意选择合适的频率步长档位）。 欠压 临界 弱过压 过压 图2-6 三种状态下的电流脉冲波形 实际观察到的波形如下图：