高頻諧振功率放大器
一、實驗目的
1、進一步理解諧振功率放大器的工作原理及負載阻抗，激勵電壓和集電極電源
電壓變化對其工作狀態的影響。
2、掌握諧振功率放大器的調諧特性和負載特性。
二、電路的基本原理
利用選頻網絡作為負載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器，這是無線電發
射機中的重要組成部分。根據放大器電流導通角θ的范圍可分為甲類、乙類、丙類
及丁類等不同類型的功率放大器。電流導通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲類功放的θ=180，效率η最高也只能達到50%，而丙類功放的θ< 90o，效率η可達
到80%，甲類功率放大器適合作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。丙類
功率放大器通常作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。

圖3-1 高頻功率放大器
圖3-1 為由兩級功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中VT1 組成甲類功
率放大器，晶體管VT2 組成丙類諧振功率放大器，這兩種功率放大器的應用十分廣
泛，下面介紹它們的工作原理及基本關系式。
1、甲類功率放大器
1）靜態工作點
如圖3-1 所示，晶體管VT1 組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態。其中
RB1、RB2 為基極偏置電阻；RE1 為直流負反饋電阻，以穩定電路的靜態工作點。RF1
為交流負反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩定增益。電路的靜態工作點由
下列關系式確定：
uEQ=IEQ（RF1+RE1）≈ICQRE1 （3-1）
式中，RF1 一般為幾歐至幾十歐。
ICQ=βIBQ （3-2）
uBQ=uEQ+0.7V （3-3）
uCEQ=Ucc - ICQ（RF1+RE1） （3-4）
2）負載特性

如圖3-1 所示，甲類功率放大器的輸出負載由丙類功放的輸入阻抗決定,兩級間
通過變壓器進行耦合，因此甲類功放的交流輸出功率P0 可表示為：P0 = PH′/ηB （3-5）
式中，PH′為輸出負載上的實際功率，ηB 為變壓器的傳輸效率，一般為ηB=0.75~0.85。

圖3-2 甲類功放的負載特性
圖3-2 為甲類功放的負載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態工作點Q 應選
在交流負載線AB 的中點，此時集電極的負載電阻RH 稱為最佳負載電阻。集電極的輸出功率PC 的表達式為：

3）功率增益

與電壓放大器不同的是功率放大器應有一定的功率增益，對于圖4.3.1 所示電路，甲類功率放大器不僅要為下一級功放提供一定的激勵功率，而且還要將前級輸入的信號，進行功率放大，功率增益Ap 的表達式為

關系。由圖可得：

圖3-6 變壓器耦合電路

式中，N1 為集電極接入初級匝數。
N2 為初級線圈總匝數。
N3 為次級線圈總匝數。
QL 為初級回路有載品質因數，一般取2~10。
兩類功率放大器的輸入回路亦采用變壓器耦合方式，以使輸入阻抗與前級輸出阻

抗匹配。分析表明，這種耦合方式的輸入阻抗Zi 為

式中，
?r b b' 為晶體管基極體電阻
rb b ' ≤25Ω。
2）負載特性
當功率放大器的電源電壓+ucc，基極偏壓ub，輸入電壓C 或稱激勵電壓usm 確定
后，如果電流導通角選定，則放大器的工作狀態只取決于集電極回路的等效負載電
阻Rq。諧振功率放大器的交流負載特性如圖3-7 所示，由圖可見，當交流負載線正
好穿過靜態特性曲線的轉折點A 時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降
uCES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。

當Rq< R0 放大器處于欠壓工作狀態，如C 點所示，集電極輸出電流雖然較大，
但集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。當Rq > R0 時，放大器處于過壓狀
態，如B 點所示，集電極電壓雖然較大，但集電極電流波形有凹陷，因此輸出功率
較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態。判斷放大器是否為臨界工作狀態的條件是：
ucc - ucm = uCES （3-29）
式中，ucm 集電極輸出電壓幅度。uCES 晶體管飽和壓降。
三、主要技術指標及測試方法
1、輸出功率
高頻功率放大器的輸出功率是指放大器的負載RL 上得到的最大不失真功率。對
于圖3-1 所示的電路中，由于負載RL 與丙類功率放大器的諧振回路之間采用變壓器
耦合方式，實現了阻抗匹配，則集電極回路的諧振阻抗RO 上的功率等于負載RL 上
的功率，所以將集電極的輸出功率視為高頻放大器的輸出功率，即

測量功率放大器的主要技術的連接電路如圖3-8 所示，其中高頻信號發生器提供
激勵信號電壓與諧振頻率，示波器監測波形失真，直流毫安表mA 測量集電極的直
流電流，高頻電壓表V 測量負載RL 的端電壓。只有在集電極回路處于諧振狀態時才
能進行各項技術指標的測量?？梢酝ㄟ^高頻電壓表V 及直流毫安表mA 的指針來判
斷集電極回路是否諧振，即電壓表V 的指示為最大，毫安表mA 的指示為最小時集
電極回路處于諧振。當然用掃頻儀測量回路的幅頻特性曲線，使中心頻率處的幅值最大也可以。

圖3-8 高頻功放的測試電路
放大的輸出功率可以由下式計算：

式中，uL 為高頻電壓表V 的測量值。
2、效率

高頻功率放大器的總效率由晶體管集電極的效率和輸出網絡的傳輸效率決定。而輸出網絡的傳輸效率通常是由電感、電容在高頻工作時產生一定損耗而引起的。放大器的能量轉換效率主要由集電極的效率所決定。所以常將集電極的效率視為高頻功率放大器的效率，用η表示，即

式中，uL 為高頻電壓表的測量值；ICO 為直流毫安表的測量值。
3、功率增益
放大器的輸出功率Po 與輸入功率Pi 之比稱為功率增益，用Ap（單位：dB）表示，
[見式（3-10）]。
四、電路的確定
1、本實驗由兩級組成：激勵級由甲類功放組成，功放級由丙類功放組成，電源
供電為12V，甲類功放使用3DG12C，丙類由于輸出功率要求不很大也用3DG12C，
3DG12C 主要參數如下：
Pcm=700mw， Icm=300mA， fT≥150MHz， uCES≤0.6V
本實驗主要技術指標：輸出功率P0 ≥ 125mw，工作中心頻率f0 = 20.945MHz，
負載RL=50Ω。
2、確定電路和參數
激勵級Q91 采用甲類放大，因此基極偏壓采用固定偏壓形式，靜態工作點
ICQ=7mA。直流負反饋電阻為300Ω，交直流負反饋電阻為10Ω，集電極輸出由變壓
器耦合輸出到下一級。諧振電容取22P，根據前面的理論推導，變壓器T91 的參數
為
N 初級∶N 次級=2.56， 初級取18 匝，次級取7 匝。
功放級Q92 采用丙類放大。導通角為70o，基極偏壓采用發射極電流的直流分量
IEO 在發射極偏置電阻Re 上產生所需要的VBB，其中直流反饋電阻為20Ω，交直流
反饋電阻為10Ω，集電極諧振回路電容為68P，負載為50Ω，輸出由變壓器耦合輸
出，采用中間抽頭，以利于阻抗匹配。它們的匝數分別為
N3=2 匝 N1=7 匝 N2=21 匝
最終電路如附圖G1 所示。

五、實驗內容
參看附圖G1
1、調節W91，使Q91 的靜態工作點為UEQ=2.17V, UCEQ =9.83V。
2、使用BT—3 型頻率特性測試儀，調整T91、T92，T91 初級與C97，T92 初級
與C94 諧振在20.945MHz，同時測試整個功放單元的幅頻特性曲線，使峰值在
20.945MHz 處。
3、 連接J92,J93,J94,J95，從IN91 處輸入20.945MHZ 信號，信號大小為70mV,
用示波器探頭在TT91 處觀察輸出波形，微調T91、T92，使輸出波形不失真且最大。
4、從IN91 處輸入信號，信號大小從70mV 開始增加,用示波器探頭在TT92 上觀
察電流波形，直至觀察到有下凹的電流波形為止。此時，將示波器探頭放在TT91 處，
微調T91、T92，使輸出波形不失真且最大。然后改變輸入信號大小，觀察Q92 發射
極上的電流波形，使功放處于臨界工作狀態。
5、觀察放大器的三種工作狀態
回路諧振后，輸入信號大小不變，改變負載RL，會使RP′發生變化，分別連接
J93、J94、J95，使負載電阻依次為51Ω→75Ω→168Ω→240Ω→560Ω依次變化，
并用示波器探頭在TT92 上觀察不同負載時的電流波形。同時，在TT92 處觀察不同
負載時的輸出電壓波形。
6、測量負載特性
用高頻電壓表測量負載電阻上的電壓，改變負載電阻RL（參照步驟4），記下相
應的電流ICQ 和電壓VL，并且計算當RL=51Ω時的功率和效率。
7、改變激勵電壓的幅度，觀察對放大器工作狀態的影響。
使RL =560Ω（連J95），用示波器觀察Q92 發射極上的電流波形，改變輸入信號
大小，觀察放大器三種狀態的電流波形。
六、實驗報告內容
1、畫出放大器三種工作狀態的電流波形。
2、計算當RL=51Ω和560Ω時，放大器的輸出功率和效率。
3、繪出負載特性曲線。
七、實驗儀器
1、BT-3G 頻率特性測試儀（選項） 一臺
2、高頻電壓表（選項） 一臺
3、雙蹤示波器（40MHz） 一臺
4、萬用表 一塊
5、調試工具 一套
6、高頻信號源（最大功率10dBm,最高頻率30MHz） 一臺