高频功率放大器实验报告

2023年12月27日发(作者：樊先质)

高频功率放大器实验报告

篇一：高频谐振功率放大器实验实验报告

丙类高频谐振功率放大器与基极调幅实验报告

一． 实验目的

1．了解和掌握丙类高频谐振功率放大器的构成及工作原理。

2．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。 3. 掌握丙类谐振功率放大器的输出功率Po、直流功率PD、集电极效率?C测量方法。 4. 掌握用频谱仪观测信号频谱、频率及调制度的方法。

二．实验仪器及设备

1．调幅与调频接收模块。 2．直流稳压电压GPD-3303D

3．F20A型数字合成函数发生器/计数器 4．DSO-X XXA数字存储示波器 5．SA1010频谱分析仪

三．实验原理

1.工作原理

高频谐振功率放大器是通信系统重要的组成电路，用于发射机的末级。主要任务是高效率的输出最大高频功率，馈送到天线辐射出去。为了提高效率，晶体管发射结采用负偏置，使放大器工作于丙类状态（导通角θ＜90）。高频谐振功率

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放大器基本构成如图1.4.1所示，

O

（a）原理电路 （b）等效电路

图1.4.1 高频功率放大器

丙类谐振功率放大器属于大信号非线性放大器，工程上常采用折线分析法，各级电压、电流波形如图1.4.2所示。

a） （b） （ 图1.4.2 各级电压、电流波形

图1.4.1中，晶体管放大区的转移（内部静态）特性折线方程为：

iC?gC(vBE?UBZ)

1.4.1

放大器的外电路关系为：

uBE?EB?Ubmcos?t

1.4.2

uCE?EC?Ucmcos?t

1.4.3

当输入信号ub?EB?U

BZ时，晶体管截止，集电极电流iC?0；当输入信号

ub?EB?UBZ时，发射结导通，由式1.4.1、1.4.2和1.4.3得集电极电流iC为：

iC?iCm

cos?t?

2文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

aco?s

1?co?s

1.4.4

式中，UBZ为晶体管开启电压，gC为转移特性的斜率。

以上分析可知，晶体管的集电极输出电流ic为尖顶余弦脉冲，可用傅里叶级数展开为：

ic(t)?IC0?IC1mcos?t?IC2mcos2?t?IC3mcos3?t??

1.4.5

其中，IC0为iC的直流分量，IC1m、IC2m、…分别为ic的基波分量、二次谐波分量、…。集电极余弦脉冲电流iC及各次谐波的波形如图1.4.3所示，其频谱如图1.4.4所示。

图1.4.3 集电极余弦脉冲电流iC及各次谐波的波形

图1.4.4 集电极余弦脉冲电流iC的频谱

由于晶体管集电极电流为尖顶余弦脉冲，为了不失真的放大信号，晶体管集电极负载回路必须采用具有选频滤波特性的LC并联谐振回路。当回路调谐于输入信号频率（基波频率）时，高频功率放大器的输出信号为：

uc(t)?IC1mRPcos?t1.4.6 IC0?ICmax?0(?) 1.4.7

IC1m?ICmax?1(?) 1.4.8

式中，uc(t)为谐振回路的端电压；RP为回路的等效谐振电阻；ICmax为集电极余弦脉冲电?0(?)、?1(?)流的最大3文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

值；IC0为脉冲电流的直流分量；IC1m为脉冲电流基波分量的振幅；

为余弦脉冲分解系数；?为余弦脉冲电流的导通角，为了兼顾高的输出功率和高的集电极效

率，谐振功率放大器导通角常取?= 60°。 ～ 80°

2. 丙类谐振功率放大器的主要技术指标

⑴ 输出高频交流功率： Po?

Uom2RL

2

?

UormsRL

2

1.4.9

⑵ 电源电压提供的直流功率PD： PD?ECIC0

1.4.10

⑶ 集电极效率?C： ?c?

PoPD

1.4.11

式中，Uom为输出电压振幅, Uorms为输出电压有效值，RL为负载电阻。

3. 丙类高频谐振功率放大器的三种工作状态

谐振功率放大器的工作状态应同时满足内部特性和外4文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

电路特性。由于谐振功率放大器为丙类状态，不存在直流工作点，只存在动态（交流）工作点(uBE、iC、uCE)，动态点的轨迹称为动态特性或动态线，如图1.4.5所示。

图1.4.5 高频功率放大器动态特性 iC?f(uBE，uCE)

当晶体管确定后，四个外部电路参量EC、EB、Ubm和RP不同，使电路分别工作在欠压、

（Ucm、ICO、IC1m；PD、PO、PC、?C）临界和过压状态，同时也影响电路的性能，当EC、

EB、Ubm和RP一定时，工作状态及性能也就唯一地确定了。

4.负载对工作状态的影响及负载特性

（Ucm、ICO、IC1m；PD、PO、PC、?C）维持EC、EB、Vbm不变，放大器的工作状态和性能

随负载RP变化的特性，称为负载特性。，

图1.4.6 负载RP对工作状态的影响

三种工作状态比较： ⑴ 临界状态

图1.4.7 负载特性

PO达到最大，?C也较高，是最佳工作状态，对应的谐振电阻RP称为谐振功率放大器

的最佳匹配电阻。

⑵ 过压状态

效率?C较高，回路端电压Ucm基本不变，近似恒压源，5文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

常用于需要维持电压比较稳定的场合，集电极调幅就工作于过压状态。

⑶ 欠压状态

PO比较小，?C也比较低，故很少采用，基极调幅需要工作于欠压状态。

5. 电源电压Ec对工作状态的影响及集电极调制特性

（Ucm、ICO、IC1m；PD、PO、PC、?C）维持EB、Ubm、RP不变，放大器的工作状态和性能

随EC变化的特性，称为集电极调制特性。

图1.4.8EC对工作状态的影响

篇二：高频实验三高频丙类谐振功率放大器实验报告

实验三高频丙类谐振功率放大器实验

一、 实验目的

1. 进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。

2. 掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。

3. 掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。 4. 掌握测量丙类功放输出功率，效率的方法。 二、实验使用仪器

1. 丙类谐振功率放大器实验板 2. 200MH泰克双踪示波器 3. FLUKE万用表4. 高频信号源5. 扫频仪（安泰信） 三、实验基本原理与电路 1.高频谐振功率放大器原理电路

高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效6文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

率、大功率的输出。放大器电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ＝180，效率η最高为50％，而丙类功放的θ＜90°，效率η可达到80％。谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。

i

L

高频谐振功率放大器电压和电流关系

在集电极电路中，LC振荡回路得到的高频功率为

P0?

12Ic1mU

?12

Ic1mRe?

2

1U

2cm

cm

2Re

集电极电源EC供给的直流输入功率为

PE?ECIC0集电极效率ηP0PE

1Ic1mU

C为输出高频功率Po与直流输入功率PE之比，即

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?C?

?

cm

2IC0EC

静态工作点、输入激励信号幅度、负载电阻，集电极电源电压发生变化，

谐振功率放大器的工作状态将发生变化。如图3-3所示，当C点落在输出特性(对应uBEmax的那条)的放大区时，为欠压状态；当C点正好落在临界点上时，为临界状态；当C点落在饱和区时，为过压状态。谐振功率放大器的工作状态必须由集电极电源电压EC、基极的直流偏置电压EB、输入激励信号的幅度Ubm、负载电阻Re四个参量决定，缺一不可，其中任何一个量的变化都会改变C点所处的位置，工作状态就会相应地发生变化。

2.实验电路

高频谐振功率放大器实验电路

四、实验内容

1．丙类谐振功率放大器实验电路的调整。

2. 丙类谐振功率放大器的激励调制特性测试---激励电压变化对放大器工作状态的影响测试。

3．谐振功率放大器的负载特性测试---负载变化对放大器工作状态的影响测试。 4．集电极电源电压变化对谐振功8文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

率放大器工作状态的影响（集电极调制特性）的测试。

五、实验步骤及数据记录与分析

1．高频谐振功率放大器实验电路的调整

{用高频信号源提供10.7MHz的输入信号由IN1端接入高频谐振功率放大器实验电路，幅度在1V左右。调整电位器RW1和微调CV1、CV2、B1、B2, 在OUT端用示波器，观测到放大后的不失真的输入信号。当输出信号幅度最大，失真最小时，认为功放已经调谐了。}

调谐中发现CV1、CV2对波形影响更显著，故先调整CV1、CV2使得有较为理想的输出波形，再配合上B1、B2一起进行微调。

2. 丙类谐振功率放大器的激励调制特性测试

{逐步增加基极输入激励信号的幅度，保持电源电压Ec=12V（测量TP5点），负载RL不变，观察射极电压波形，看是否出现凹陷，当出现凹陷时，可以认为进入了过压工作状态。当激励信号的幅度逐渐增加时，观察对集电极输出电压波形、集电极电流波形的影响、测量集电极输出电压Uo、由TP3处测量直流电压Ve，发射极平均电流IC0=Ve/R7，根据前面的关系式，计算电源消耗的总功率，效率，输出功率。分别在欠压，零界和过压三种状态下，选取一点测量电源消耗的总功率，效率，输出功率，并记录。}

电路消耗的总功率P输出功率P0效率?

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?P0P

?Ec?Ico?

Ec?Ve

R7

?

Vcm

2

2RP

实验测得R7?29.9?，Ec=10.378V。在实际实验箱上进行实验时，Ec无法达到要求的12V，由于实验箱元件都为固定元件，通过可调电阻调节使得Ec最大只能调到10.378V，所以采用10.378V进行实验。

此处Uo测量的为峰峰值，在代入计算时除以2作为Vcm。由数据能够看出，随着激励信号幅度的增大，集电极输出电压幅度越来越大，输出功率越来越大，效率也越来越高，工作状态也由欠压变成临界再变成过压。原因是当EB增大时，会引起θ、iCmax增大，从而引起IC0、Ic1m、Ucm增大。由于EC不变，UCEmin=EC-Ucm则会减小，这样势必导致工作状态由欠压变到临界再进入过压。进入过压状态后，集电极电流脉冲高度虽仍有增加，但凹陷也不断加深。由测得数据绘制曲线如下：

由曲线中可以看出，在激励信号为420mV即0.42V点10文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

处，曲线斜率发生明显变化，该点为临界状态，左边为欠压状态，右边为过压状态。在激励信号幅度小于0.1V的几个点出现不符合曲线走势的状况，可能是由于激励信号幅度过小，所以集电极输出电压幅值也很小，仪器测量精度无法准确分辨而带来的误差。

篇三：高频功率放大器实验

实验报告

课程名称： 高频电子线路实验指导老师： 韩杰 、龚淑君成绩：__________________ 实验名称： 高频功率放大器 实验类型： 验证型实验同组学生姓名： _

一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、 实验目的

1、了解高频功率放大器的主要技术指标——输出功率、中心频率、末级集电极效率、稳定增益或输入功率、线性动态范围等基本概念，掌握实现这些指标的功率放大器基本设计方法，包括输入、输出阻抗匹配电路设计，回路及滤波器参数设计，功率管的安全保护，偏置方式及放大器防自激考虑等。

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2、掌握高频功率放大器选频回路、滤波器的调谐，工作状态（通角）的调整，输入、输出阻抗匹配调整，功率、效率、增益及线性动态范围等主要技术指标的测试方法和技能。

二、实验原理

高频功率放大器实验电路原理图如下图图1所示。电路中电阻、电容元件基本上都采用贴片封装形式。放大电路分为三级，均为共射工作，中心频率约为10MHz。

图1 高频功率放大器

第一极（前置级）管子T1采用9018或9013，工作于甲类，集电极回路调谐于中心频率。第二级（驱动级）管子T2采用3DG130C，其工作状态为丙类工作，通角可调。通角在45°~60°时效率最高。调整RW1时，用示波器在测试点P2可看到集电极电流脉冲波形宽度的变化，并可估测通角的大小。第二级集电极回路也调谐于中心频率。第三级（输出级）管子T3也

采用3DG130C，工作于丙类，通角调在60°~70°左右。输出端接有T形带通滤波器和π型阻抗变换器，具有较好的基波选择性、高次谐波抑制和阻抗匹配性能。改变短路器开关K1~K4可观看滤波器的失谐状态，为保证T3管子安全，调整时应适当降低电源电压或减小激励幅度。改变K5、K6可影响T3与51Ω负载的匹配状态。匹配时，51Ω负载上得12文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

到最大不失真功率为200mW左右，二次谐波抑制优于20dB，三级总增益不小于20dB，末级集电极到负载上的净效率可达30%左右，考虑滤波匹配网络的插入损耗，集电极效率可达40%以上。开关K8只有在接通后才能使功放达到预定效率，但实验时，为了使R16对末级管子T3起到限流保护作用，K8不要接通，而R16上的电压降也不必扣除，这只使功放总效率略有降低。电源开关K7用于防止稳压电源开机或关机时电压上冲导致末级功放管损坏。

三、 主要仪器设备

10MHz高频功率放大器实验板、BT3C（或NW1252）扫频仪、高频信号发生器（QF1056B或EE1461）、示波器、超高频毫伏表（DA22）、直流稳压电源（电压5~15V连续可调，电流1A）、500型万用表（或数字万用表

四、实验内容和步骤

主要测试指标：功率、效率、线性动态范围

实验准备与仪器设置

1、实验板：

? 开关K7用于防止稳压电源开机或关机时电压上冲导致末级功放管损坏，所以稳压电源开

机或关机前，开关K7必须置于关闭（向下）；

? 短路开关置于K1、K3、K6、K9、K10，否则滤波器失谐，影响T3与51Ω负载的匹配状

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态，从而影响实验结果。

2、电源：

? 为保证T3管子安全，电源电压最高不超过+15V，实验时设置为+14.5V~+15V。 实验内容与步骤

4）用信号源及示波器测功放输出功率及功率增益

（1）适当改变信号幅度（200~300mV左右），使51Ω负载上得到额定功率200mW。

（2）在测试点P2观察电流脉冲，宽度应为周期的1/3左右。

（3）从输入输出信号幅度求得功放的（转换）功率增益。

（4）比较滤波器输入输出幅度，估计滤波器插入衰减。

5）用双踪示波器观察电流电压波形

（1）比较功放末级发射极电流脉冲波形和负载上基波电压波形的相位。

（2）比较功放第二级发射极电流脉冲波形与集电极电压基波波形的相位，并分别画出波形。

6）高频功放效率（主要是末级）的调试与测量

（1）用示波器观看第二级发射极电阻电流脉冲宽度。

（2）用示波器在第三级功放发射极电阻上观看其电流脉冲波形。

8）功放线性观察

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(1) 调幅波通过功率放大器

将中心频率为10MHz、调制度为60%的调幅信号电压加到功放输入端，适当调整输入信号幅度（200mV），使51Ω负载上输出调幅波峰值功率不超过功放额定功率200mW，用双踪

示波器比较输

入、输出调幅波

的波形并加以说

明。

(2) 调频波通

过功率放大器

将中心频率

为10MHz的调

频波（频偏

60KHz）输入功

放，调节信号幅

度使负载上调频

信号功率不超过功放额定功率，比较输入、输出调频波的波形并加以说明。

五、实验数据记录和处理

1、用信号源及示波器测功放输出功率及功率增益

（1）适当改变信号幅度（200~300mV左右），使51Ω负15文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

载上得到额定功率200mW。

本次实验采用的电路板，当输入信号幅度为350mv时，51Ω负载上可以达到200mW的额定功率，此时负载两端输出电压峰峰值为9.02V。

当输入信号幅度为350mW时，负载两端波形如下所示：

由图可知此时波形峰峰值为9.02V，与理论计算的9.03V十分接近，所以实验数据可靠。

（2）测试点P2的电流脉冲：

已测：频率为10MHz，周期为T=100ns，电流脉冲宽度为43ns，约为周期的1/3。

（3）功放的（转换）功率增益：

∵VPP-in=300mV*2=0.6V Vpp-out=9.03V又输入输出阻抗匹配 2Vpp9.032

?out∴功率增益：A?10?lg2?10?lg?23.55dB2Vpp?in0.6

上述结果满足实验原理中三级总增益不小于20dB的结论。

（4）比较滤波器输入输出幅度，估计滤波器插入衰减。

滤波器输入：信号峰峰值= 2.01V滤波器之后的输出峰峰值=1.27V 插入损耗为：20*lg（1.27/2.01）= -3.99db

2、用双踪示波器观察电流电压波形。

（1）功放末级发射极电流脉冲波形的相位与负载上基波电压波形的相位比较：

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由上图可知，两者之间的相位差约为180度。

（2）功放第二级发射极电流脉冲波形与集电极电压基波波形的相位比较：

根据波形比较可知，两者之间的波形相位相差180度。

3、高频功放频率（主要是末级）的调试与测量

（1）第二级发射极电阻电流脉冲宽度：

第二级发射极电流脉冲宽度约为42ns

（2）第三级功放发射极电阻上观察电流脉冲波形：

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