高頻諧振功率放大器設計要點

1、武漢理工大學高頻電子線路課程設計說明書課程設計任務具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型 及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設計能力及基本 調試能力；能夠正確使用實驗儀器進行電路的調試與檢測。要求完成的主要任務：（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、采用晶體管完成一個高頻諧振功率放大器的設計2、電源電壓vcc = +12v,采用nx3 100環(huán)形鐵氧體磁芯，3、工作頻率f0=6mhz4、負載電阻rl = 75 q時， 輸出功率ra100mw 效率刀60%5、完成課程設計報告（應包含電路圖，清單、調試及設計總時間安排：二十周一周

2、，其中3天硬件設計，4天軟、硬件調試及答辯。指導老師簽名年 月日系主任（或責任老師）簽名：年 月日摘要i1高頻功率放大器簡介11.1 寬帶功放11.2 丙類功率放大器42單元電路的設計62.1 丙類功率放大器的設計62.2 甲類功率放大器的設計82.3 電路仿真93電路的安裝與調試 104課程設計心得體會 12參考文獻14附錄1 152武漢理工大學高頻電子線路課程設計說明書摘要高頻功率放大器用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大。以滿足 發(fā)送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內的接收機可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)

3、中發(fā)送裝置 的重要組件。放大器可以按照電流導通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360。，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角 約等于180° ;丙 類放大器電流的流通角則小于180°。乙類和丙類都適用于大功率工作。 丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調諧回路作為負載的諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極 近于正弦波形，失真很小。高頻功率放大器在很多領域和方面都有應用，并且涉及到很多 方面的知

4、識點，則在此次設計中我們可以掌握高頻寬帶功放與高頻諧振功放的設計方法， 電路調諧及測試技術；負載的變化及激勵電壓，基極偏置電壓，集電極電壓的變化對放大 器工作狀態(tài)的影響；了解寄生振蕩引起的波形失真及消除寄生振蕩的方法；并且可以了解 并掌握仿真軟件的應用。關鍵詞：高頻諧振功率放大器諧振回路 耦合回路工作狀態(tài)2abstractthe high frequency power amplifier uses in transmitter's last stage, the function is carries on the high frequency modulated wave sign

5、al the power amplification. satisfies the sending power the request, then radiates after the antenna it the space, guaranteed that the receiver may receive satisfaction in certain region the signal level, and does not disturb adjacent channel's correspondence. the high frequency power amplifier

6、is in the communications system the transmitter installation important module. the amplifier may defer to the electric current breakover angle the difference, divides into the armor, the second grade, the third three kind of active status it. the class a amplifier electric current's angle of flo

7、w for 360, is suitable for the small signal low power enlargement. the class b amplifier electric current's angle of flow approximately is equal to 180; the third kind of amplifier electric current's angle of flow is smaller than 180. th e class b and the third kind are suitable for the high

8、 efficiency work. the third kind of active status's output and the efficiency are in three kind of active statuses the highest. the high frequency power amplifier mostly works yu binglei. but the third kind of amplifier's current waveform distorts is too big, thus cannot use in the low frequ

9、ency power amplification, can only use in using the tuning circuit to take the load the resonance power amplification. because the tuning circuit has the filter capacity, the loop current and the voltage extremely nearly in the sinusoidal waveform, the distortion were still very small. the high freq

10、uency power amplifier has the application in many domains and the aspect, and involves to many aspect knowledge spots, we may grasp the high frequency wide band power amplifier and the high frequency resonant power amplifier design method in this design, the electric circuit harmonious and the test

11、technology; load change and excitation voltage, base electrode bias voltage, collector voltage change to amplifier active status influence; the understanding parasiteic oscillation causes the wave distortion and eliminates the parasiteic oscillation the method; and may understand and grasp simulatio

12、n software's applicatio武漢理工大學高頻電子線路課程設計說明書1高頻功率放大器簡介高頻功率放大器用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足 發(fā)送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內的接收機可以接收到 滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶 高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作 用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率 放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因

13、此又稱為非調諧功率放大 器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸 出在 低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導通角的不同，分為甲類（導通角 二360度）、乙類（導通角=180度）、甲乙類（導通角=180度360度）。1.1 寬帶功放tx2-o圖1-2寬帶功放電路圖201.1.1 靜態(tài)工作點如圖1-2所示，晶體管q1組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其中 rb1、rb2 為基極偏置電阻；re1為直流負反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)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(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點由下列關系式確定：ueq=ieq（r

14、m+re1 比 icqre1（公式 1-1 ）式中，rf1 一般為幾歐至幾十歐。1cq = p i bq（公式 1-2）cqbqubq =ueq +0.7v（公式 1-3）1.1.2 甲類功放的負載特性如圖1-2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，因此甲類功放強交流輸出功率 p0可表示為：p0=ph/"b（公式 1-4）式中，ph'為輸出負載上的實際功率，刀b為變壓器的傳輸效率，一般為 “b=0.750.85。圖1-3甲類功放的負載特性圖1-3為甲類功放的負載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點q應選在交流負載線ab的中點，

15、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:1.1 ucm u cm i cm -二 22 rh（公式1-5）式中，ucm為集電極輸出的交流電壓振幅，icm為交流電流的振幅，它們的表達式分別u cm = u cc icq re1 -u ces（公式1-6）式中，ucesw為飽和壓降，約1vi cm " i cq如果變壓器的初級線！皿數為n1,次級線圈匝數為n2,則n1 brh=;n2rh（公式1-7）（公式1-8）式中，rh'為變壓器次級接入的負載電阻，即下級丙類功放的輸入阻抗1.1.3 寬帶功放的功率增益與電壓放大器不同的是功率放大器應有一定

16、的功率增益，對于圖1-1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ap =po p（公式1-9）其中，pi為放大器的拆入功率,它與放大器的輸入電壓 uim = 2 ri piuim及輸入電阻ri的關系為（公式1-10）式中，ri又可以表示為rhie1 hfe rf1（公式1-11）式中，hie為共發(fā)接法晶體管的輸入電阻，高頻工作時，可認為它近似等于晶體管的基極體電阻rbb1。hfe為晶體管共發(fā)接法電流放大系數，在高頻情況下它是復數，為方便起 見可取晶體管直流放大系數b。1.2丙類功率放大器q2n2220ce0.0

17、1uf0rl1kvccvi|1ufvoff=0v ：、vampl = 10mvfreq = 5meghz0圖1-4丙類功放電路圖1.2.1丙類功放基本關系如圖1-4所示，丙類功率放大器的基極偏置電壓 ube是利用發(fā)射極電流的直流分量ieo (-ico)在射極電阻re2上產生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當放大器的輸入信號山為正弦波時，則集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波。利用諧振回路l2c3的選頻作 用可輸出基波諧振電壓uc1,電流ic1。圖1-5畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電（公式1-12）流、電壓波形關系。分析可得下列基本關系式: uc l m_ i c l mo+公圖1-5

18、丙類功放的基極、集電極電流和電壓波形式中，ucm為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；i c1m為集電極基波電流振幅;ro為集電極回路的諧振阻抗。11 21 uc1m（公式 1-13）pc =tuc1mi c1mic1mro 二二222 rpd - ucc i co式中，pc為集電極輸出功率（公式1-14）式中，pd為電源ucc供給的直流功率，ico為集電極電流脈沖ic的直流分量(公式1-15)電流脈沖ic經傅立葉級數分解，可得峰值icm與分解系數4(的關系式1 cm = 1 cmi c = ic0 cm2單元電路的設計2.1 丙類功率放大器的設計2.1.1 放大器工作狀態(tài)的確定因為要求獲得

19、的效率刈60%,放大器的工作狀態(tài)采用臨界狀態(tài)，取日=70°,所以諧振回 路的最佳電阻為2(u cc - u ces)= 3_cc_cesl =551.25 q2p0集電極基波電流振幅ic1 m2019a集電極電流最大值為cmc1m /、=0.019/0.436=43.578ma-i(70 )其直流分量為ico= icm* = 0(70 ) =43.578*0.253=11.025ma電源供給的直流功率為pd=ucc*ico = 132.3mw集電極損耗功率為p= pd -pc =32.3mw轉換效率為“二pc / pd =100/132.3=75.6%當本級增益af=13db即20倍

20、放大倍數，晶體管的直流 b =10寸，有:輸入功率為p1=p0/ap=5mw基極余弦電流最大值為ibm = icm / b=4.36ma基極基波電流振幅ibim = ibm 1(70 )=4.36 0.436=1.9ma所以輸出電壓的振幅為ubm =2 pi/ibim = 5.3v2.1.2 諧振回路和耦合回路參數計算rbb<25q ,丙類功放輸入、輸出回路均為高頻變壓器耦合方式，其中基極體電阻則輸入阻抗小(1-cos 二)1( u)25，(1-cos70 ) 0.436= 87.1 q則輸出變壓器線圈匝數比為n3n1在這里，我們假設取n3=13和n1=2,若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容為

21、c=100pf,則l =工c12()27.036 ph2f采用10mrk6mrk 5mm磁環(huán)來繞制輸出變壓器，因為有(a)2 c cl =4"(j) (a)m- n； 10(l)cm其中產100h/m a=10mm2, l =25mm, l =7.036所以計算得n2=72.2 甲類功率放大器的設計2.2.1 電路性能參數計算甲類功率放大器輸出功率等于丙類功率放大器的輸入功率，即:ph = pi =5mw輸出負載等于丙類功放輸入阻抗，即rh = z1 =87.1 q設甲類功率放大器為電路的激勵級電路，變壓器效率、取0.8,則集電極輸出功率= 6.25mw若取放大器的靜態(tài)電流icc =

22、 icm=5ma,則集電極電壓振幅ucm =2 pc / icm =2.5v最佳負載電阻為=0.5k qrh =u則射極直流負反饋電阻reiucc -u,ccicm -uces =1780qi (qcm)cq則輸出變壓器線圈匝數比ro本級功放采用3dg12晶體管，取b =30ap=13db即20倍放大倍數則輸入功率pi = po/a；=0.3125mw放大器輸入阻抗ri= rbb+ b *r3=25 q +30r3若取交流負反饋電阻r3=10q ,則ri=335q所以本級輸入電壓um 一 函屋 0.46v2.2.2 靜態(tài)工作點計算綜上可知ui=0時，晶體管射極電位ueq= icqxrei =

23、8.9vubq =9.5vibq = icq/ 0 =0.17ma若基極偏置電流ii =5 ibq,則r2 = ubq /5 ibq = 11.2k q所以，有r1 = u cc -u bo m r2 = 2.9k ubo2.3 電路仿真圖圖2-1電路仿真圖3電路的安裝與調試根據上述設計的元件參數，按圖 3-1所示電路進行安裝（上述未標出的器件參數，以 圖上標注為準）。先安裝第一級放大器，測量調整其靜態(tài)工作點，使其滿足或近似到理論 設計值，再安裝第二級放大器。測得晶體管3dh12靜態(tài)時，基極偏置電壓 ube=0,靜態(tài)工作點調整后再進行動態(tài)調試。先假設諧振回路已經處于諧振狀態(tài)，即集電極的負載電阻

24、為純阻抗。但是回路的初始 狀態(tài)或者在調諧過程中，回出現失諧狀態(tài)，即集電極回路的阻抗呈感性或呈容性，將使回 路的等效阻抗下降。這時集電極輸出電壓減小，集電極電流增大，集電極的耗散功率增加， 嚴重時可能損毀晶體管。為保證元器件安全工作，調諧時可以先將電源電壓+vcc降低到規(guī) 11定值的1 -1 ,待找到諧振點后，再將+vcc升到規(guī)定值，然后微調一下回路參數就可以了。 2 3回路諧振時，高頻電壓表的讀數應達到最大值，直流毫安表的讀數為最小值，示波器檢測 的波形為不失真基波。圖3-1調試波形圖圖3-2效果波形圖圖3-3實物圖，9口口?？?00二。« 口口2d : op?/:j0 口 qn*&

25、#169;口 ，a。ssa，.二 ''口.j3nf?j。口 jqod39o* 5m 。口？二囂j nqna* uoaml :二ja ,/二aia?？赼q wmooq 口口口 a x、方、*口 s0口 lllmma口o口a 3bno，0na口口a idimms.wto中 oaoa用；im一口?？?。口口q 口qckr3trot ，匕二.-oaool manaoq *<>口?？?* yaq口00 smionno。，日qnq* sonqal -5300 - 院 00308 .09? §sa j一jnoqq'olo，圖3-4實物圖4課程設計心得體會一周的課程

26、設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了 我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在這次設計過程中， 體現出自己單獨設計電路的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞 動成果的喜悅心情，從中發(fā)現自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職 業(yè)工作前一個必不少的過程.”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這 句千古名言的真正含義.我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為 明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎.這次實驗的最大收獲就是鍛煉了我獨立思考的能力，由于參數的計算有點復雜