高頻電子技術(shù)任務(wù)5-高頻功率放大器的制作課件

1、了解功率放大器分類，掌握諧振功率放大器的基本原理，會(huì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析；正確理解和分析外部特性對(duì)其工作狀態(tài)的影響；了解直流饋電電路和濾波電路的組成；了解寬帶傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用。要 求 ：任務(wù)5高頻功率放大器的制作了解功率放大器分類，掌握諧振功率放大器的基本原理，會(huì)進(jìn)行任務(wù)5高頻功率放大器的制作丙類諧振功率放大器動(dòng)態(tài)分析、外部特性直流饋電和濾波電路 寬帶傳輸線變壓器倍頻器知識(shí)點(diǎn)：丙類諧振功率放大器動(dòng)態(tài)分析與外部特性重點(diǎn)和難點(diǎn)任務(wù)5高頻功率放大器的制作丙類諧振功率放大器知識(shí)點(diǎn)：丙類諧學(xué)習(xí)情境一低頻功率放大器（OTL） 仿真目的學(xué)習(xí)情境一低頻功率放大器（OTL） 仿真目的1比較甲類功率放大器與

2、乙類功率放大器的特點(diǎn)、輸出功率及效率。2靜態(tài)時(shí)調(diào)V1、V2之間電壓為電源電壓的一半。3從示波器上觀察，放大倍數(shù)約80倍左右；測(cè)量負(fù)載電壓有效值為1.165V，測(cè)量函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓有效值為14.14mV，經(jīng)計(jì)算電壓放大倍數(shù)近似為82倍。改變電阻R2交越失真明顯。如圖5-1所示為低頻功率放大器（OTL）電路圖。學(xué)習(xí)情境一低頻功率放大器（OTL） 仿真電路1比較甲類功率放大器與乙類功率放大器的特點(diǎn)、輸出功率及效 圖5-1 低頻功率放大器（OTL）電路圖 學(xué)習(xí)情境一低頻功率放大器（OTL） 圖5-1 低頻功率放大器（OTL）電路圖 學(xué)習(xí)情境圖5-2 低頻功率放大器（OTL）波形圖學(xué)習(xí)情境一低頻功

3、率放大器（OTL） 圖5-2 低頻功率放大器（OTL）波形圖學(xué)習(xí)情境一學(xué)習(xí)情境一低頻功率放大器（OTL） 測(cè)試內(nèi)容3.研究自舉電路、的作用，觀察波形的變化。2改變電路參數(shù)，觀察交越失真并研究如何消除這種失真。1測(cè)試各極靜態(tài)工作點(diǎn)、最大不失真輸出功率、效率等。學(xué)習(xí)情境一低頻功率放大器（OTL） 測(cè)試內(nèi)容3.研究學(xué)習(xí)情境二丙類諧振功放電路 仿真目的 4.掌握丙類放大器的計(jì)算與設(shè)計(jì)方法。 1.了解丙類功率放大器的基本工作原理，掌握丙類放大器的調(diào)諧特性以及負(fù)載改變時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。 3.比較甲類功率放大器與丙類功率放大器的特點(diǎn)、功率和效率。 2.了解高頻功率放大器丙類工作的物理過程以及當(dāng)激勵(lì)信號(hào)變化、負(fù)載

4、變化對(duì)功率放大器工作狀態(tài)的影響。學(xué)習(xí)情境二丙類諧振功放電路 仿真目的 4.掌握丙類放大器的XFG1信號(hào)源頻率2MHz，幅度1V。示波器中上面波形為集電極電流波形，余弦脈沖的頂部，下面波形為負(fù)載兩端的輸出波形，由于諧振電路諧振在2MHz，所以輸出為完整正弦波。可按原理仿真過壓、欠壓和臨界等情況，觀察輸出集電極電壓波形。如圖5-3所示為高頻諧振功率放大器電路圖。學(xué)習(xí)情境二丙類諧振功放電路 仿真電路XFG1信號(hào)源頻率2MHz，幅度1V。示波器中上面波形為圖5-3 高頻諧振功率放大器電路圖學(xué)習(xí)情境二丙類諧振功放電路圖5-3 高頻諧振功率放大器電路圖學(xué)習(xí)情境二丙類諧振圖5-4 高頻諧振功率放大器波形圖學(xué)

5、習(xí)情境二丙類諧振功放電路圖5-4 高頻諧振功率放大器波形圖學(xué)習(xí)情境二丙類諧學(xué)習(xí)情境二丙類諧振功放電路 測(cè)試內(nèi)容學(xué)習(xí)情境二丙類諧振功放電路 測(cè)試內(nèi)容學(xué)習(xí)情境二丙類諧振功放電路想一想1乙類功率放大器比甲類功率放大器優(yōu)越在哪些方面？2丙類功率放大器的電流波形有何特點(diǎn)？電壓波形又有何特點(diǎn)？3功率放大器是根據(jù)什么來劃分甲類、乙類和丙類的？ 學(xué)習(xí)情境二丙類諧振功放電路想一想1乙類功率放大器比甲在無線電廣播和通信的發(fā)射機(jī)中，高頻載波信號(hào)由振蕩器產(chǎn)生，一般情況下，高頻振蕩信號(hào)的功率很小，不能滿足天線對(duì)發(fā)射功率的要求，需要對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行功率放大。在發(fā)射機(jī)中完成功率放大的電路稱作高頻功率放大電路。高頻信號(hào)的基本特

6、征是其頻率高，能以無線電波的形式發(fā)射，因此，高頻功率放大電路也稱射頻功率放大電路。根據(jù)采用的負(fù)載不同，高頻功率放大器可分為窄帶功率放大器和寬帶功率放大器。窄帶功率放大器是以選頻網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載。因此又把它稱為諧振功率放大器。寬帶功率放大器是以寬帶傳輸線變壓器為負(fù)載。因此又把它稱為非諧振功率放大器。寬帶功率放大器可解決窄帶功率放大器難于迅速變換選頻網(wǎng)絡(luò)中心頻率的問題。寬帶功率放大器的負(fù)載不具有濾波能力。所謂窄帶信號(hào)是指帶寬遠(yuǎn)小于中心頻率的信號(hào)。例如，中波廣播電臺(tái)的帶寬為10kHz,如果中心頻率為1000kHz，則它的相對(duì)頻帶寬度只有1。知識(shí)鏈接一功率放大電路的作用與分類在無線電廣播和通信的發(fā)射機(jī)中，高

7、頻載波信號(hào)由振蕩器產(chǎn)生，按功率放大管導(dǎo)通角的不同，高頻功率放大器可分為甲類、乙類、丙類、丁類等；所謂功率放大管導(dǎo)通角，是指放大管在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短。如果在信號(hào)的正負(fù)半周，功放管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，則稱功放管處于甲類工作狀態(tài)，所組成的功放電路也就稱為甲類功放電路；如果功放管在信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)截止，半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，稱電路為乙類功放電路。如果功放管只在正半周的一小部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，即只有正半周的信號(hào)超過一定的幅度以后功放管才導(dǎo)通，信號(hào)在負(fù)半周及正半周輸入信號(hào)幅度較小時(shí)均不導(dǎo)通，稱電路為丙類功放電路。知識(shí)鏈接一功率放大電路的作用與分類按功率放大管導(dǎo)通角的不同，高頻功率放大器可分為甲類、乙類諧振

8、功率放大器工作原理電路如圖5-5所示。從電路結(jié)構(gòu)來看，它是由基極回路和集電極回路兩部分組成，基極回路由晶體管基極、發(fā)射極、偏置電源和外加激勵(lì)信號(hào)組成。集電極回路由晶體管集電極、發(fā)射極、集電極直流電源和集電極負(fù)載組成。同基本放大電路相比，具有以下特點(diǎn)：（1） 放大管是高頻大功率晶體管，能承受高電壓和大電流。（2） 輸出端負(fù)載回路為調(diào)諧回路，既能完成調(diào)諧選頻功能，又能實(shí)現(xiàn)放大器輸出端負(fù)載的匹配。（3） 基極偏置電路為晶體管發(fā)射結(jié)提供負(fù)偏壓（-），使電路工作在丙類狀態(tài)。（4） 輸入余弦波時(shí)，經(jīng)過放大，集電極輸出電壓是余弦脈沖波形。 知識(shí)鏈接二丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)與基本原理 一諧振功率放大器的特點(diǎn)諧振功

9、率放大器工作原理電路如圖5-5所示。從電路結(jié)構(gòu)來看圖5-5 丙類諧振功率放大電路原理圖知識(shí)鏈接二丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)與基本原理圖5-5 丙類諧振功率放大電路原理圖知識(shí)鏈接二丙類諧振設(shè)輸入信號(hào)為余弦電壓，即 (5-1)則管子基極、發(fā)射極間電壓為 (5-2)圖5-5所示電路中，晶體管發(fā)射結(jié)為負(fù)偏壓（-），靜態(tài)時(shí)基極電壓 時(shí)，三極管才導(dǎo)通，基極和集電極才有電流通過。 知識(shí)鏈接二丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)與基本原理 二丙類諧振功放的工作原理設(shè)輸入信號(hào)為余弦電壓，即知識(shí)鏈接二丙類諧振功放的結(jié)構(gòu)與圖5-6（a）、(b)所示為晶體管集電極電流和集電極電壓波形圖。圖中，為集電極電流的峰值，是集電極靜態(tài)電壓，是指一個(gè)信號(hào)

10、周期內(nèi)集電極電流導(dǎo)通角度2的一半，稱之為導(dǎo)通角?？梢?，00 1800。晶體管工作狀態(tài)可分為： 1800，為甲類工作狀態(tài)； 900，為乙類工作狀態(tài)； 10n 。采用選擇性好的帶通濾波器。 圖5-32 高選擇性帶通濾波網(wǎng)絡(luò) 知識(shí)鏈接五 倍頻器（2）必須采取良好的輸出濾波措施。 圖5-32 高選擇技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 制作要求3.通過示波器觀察丙類諧振功放的電流波形和電壓波形。2工作電壓：12V。1頻率范圍：1.8MHz2.2MHz（根據(jù)電路參數(shù)確定）。技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 制作要求3.通過示波技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 確定制作方案技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 確

11、定制作方案圖5-37 丙類諧振功放電路原理圖技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 丙類諧振功放電路原理圖圖5-37 丙類諧振功放電路原理圖技能實(shí)訓(xùn)高頻功 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生2MHz的正弦信號(hào)，通過C1耦合到V1放大，V1通過自給偏壓得到一個(gè)平均值為負(fù)的基極電壓，使三極管工作在丙類狀態(tài)，集電極電流為尖頂?shù)挠嘞颐}沖，通過T1高頻變壓器耦合，加到負(fù)載R3上，在示波器上顯示出R3的電壓波形為原來的正弦波。技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生2MHz的正弦信號(hào)，通過C1 高頻變壓器（1） 主要結(jié)構(gòu) 由高導(dǎo)磁率的EI鐵芯（或用磁環(huán)也可）和0.2mm漆包線組成。（2） 電路符號(hào)如圖5-38所示。（3）

12、原邊8匝，副邊8匝。2. 三極管 考慮高頻和功率要求，建議采用C2078三極管，如找不到合適的，也可用8050管替代，但輸出功率要低一些。3. 電容全部采用獨(dú)石電容，高頻性能好。4. 電感L1參數(shù)在2.04.0mH之間都可以。圖5-38 高頻變壓器示意圖技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 元件參數(shù) 1 高頻變壓器圖5-38 高頻變壓器示意圖技能實(shí)訓(xùn)高 1.安裝工藝要求：在動(dòng)手焊接前請(qǐng)用萬用表將各元件測(cè)量一下，做到心中有數(shù)，安裝時(shí)請(qǐng)先裝低矮和耐熱的元件（如電阻、瓷介電容），然后再裝大一點(diǎn)的元件，最后裝怕熱的元件（如三極管）。電阻的安裝：請(qǐng)將電阻的阻值（參照本說明書的電阻值計(jì)算示意圖）選擇好后根據(jù)兩

13、孔的距離彎曲電阻腳可采用臥式安裝，高度要統(tǒng)一。瓷片電容和三極管的引腳長(zhǎng)度要適中，不要剪得太短，也不要留得太長(zhǎng)。 2.建議安裝順序：電阻獨(dú)石電容三極管高頻變壓器。技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 制作要點(diǎn) 1.安裝工藝要求：在動(dòng)手焊接前請(qǐng)用萬用表將圖5-39 電路安裝效果圖 技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試圖5-39 電路安裝效果圖 技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 測(cè)試前檢查和設(shè)定1.對(duì)照電路原理圖檢查，不能焊錯(cuò)元件，三極管的引腳不要顛倒，正負(fù)電源線用紅線表示正極，黑線表示負(fù)極。2.將直流電源調(diào)整到12V，加到電源輸入端子；信號(hào)發(fā)生器取正弦波，峰峰值取4.5V加到信

14、號(hào)輸入端子。技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 測(cè)試前檢查和設(shè)定1.1.示波器的兩個(gè)探頭CH1和CH2分別接在電路板的信號(hào)輸入端子和信號(hào)輸出端子，即端子1和端子6，保持峰峰值4.5V不變，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器頻率旋鈕，使輸入頻率在1.6MHz到2.4MHz之間緩慢變化，觀察輸出波形的變化，當(dāng)輸出波形正好為正弦波不產(chǎn)生失真時(shí)，記下頻率值，此值就是該放大電路的諧振頻率值。2.保持第一步的諧振頻率值不變，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器幅度旋鈕，使輸入幅值在1.5Vpp到7.5Vpp范圍內(nèi)緩慢變化，觀察輸出波形的變化，記下輸出波形維持不變（直觀不失真）的大致范圍。 3.信號(hào)輸入幅度恢復(fù)到5Vpp，示波器CH1探頭位置不變，C

15、H2探頭移到三極管基極即端子2位置，觀察并記錄兩個(gè)探頭的波形，說明CH2波形特點(diǎn)。4.示波器CH1探頭移到三極管集電極即端子4，觀察集電極電流波形，記下波形特點(diǎn)（此處利用三極管反相的特點(diǎn)，通過來觀察），示波器CH2探頭移到端子6，觀察輸出電壓波形，畫出兩個(gè)波形在表5-3中。技能實(shí)訓(xùn)高頻功率放大器制作與測(cè)試 測(cè)試過程1.示波器的兩個(gè)探頭CH1和CH2分別接在電路板的信號(hào)輸1.高頻諧振功率放大電路可以工作在甲類、乙類或丙類狀態(tài)。丙類諧振功放的輸出功率雖不及甲類和乙類，但高效率高，因此，高頻諧振功率放大通常選用丙類工作狀態(tài)。但同樣可以對(duì)丙類諧振功放采取措施，以獲得較大的輸出功率。2. 丙類諧振功放效率高的原因在于晶體管導(dǎo)通時(shí)間短，集電極功耗小。導(dǎo)通角越小，則輸出功率越小，所以選擇合適的導(dǎo)通角，是丙類諧振功放在兼顧效率和功率兩個(gè)指標(biāo)時(shí)的一個(gè)重要考慮。3. 丙類諧振功放的工作狀態(tài)和性能分析，常采用折線分析法。利用此分析法，