通信電子電路課程設(shè)計

1、河南理工大學(xué)通信電子電路課程設(shè)計報告設(shè)計課題：高頻調(diào)諧功率放大器 專業(yè)班級：通信1107 學(xué)生姓名： 魏 坤 學(xué) 號：311109020726 指導(dǎo)教師：李 亞 設(shè)計時間： 2014年6月26號 摘要 在通信電路中，為了彌補信號在無線傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機具有較大的功率輸出，通信距離越遠，要求輸出功率越大。為了獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用高頻功率放大器。高頻功率放大器是無線電發(fā)射沒備的重要組成部分。在無線電信號發(fā)射過程中，發(fā)射機的振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號功率很小，因此在它后面要經(jīng)過一系列的放大，如緩沖級、中間放大級、末級功率放大級等，獲得足夠的高頻功率后，才能輸送到天線上輻射出去。這

2、里提到的放大級都屬于高頻功率放大器的范疇。實際上高頻功率放大器不僅僅應(yīng)用于各種類型的發(fā)射機中，而且高頻加熱裝置、高頻換流器、微波爐等許多電子設(shè)備中都得到了廣泛的應(yīng)用。 高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的主要組件，用于發(fā)射機地末端。本課程設(shè)計的高頻功率放大器電路是丙類諧振功率放大器。通過給定的技術(shù)指標(biāo)要求確定丙類諧振功率放大器設(shè)計的工作狀態(tài)和計算出電路中各器件參數(shù)，從而設(shè)計出完整高頻功率放大器電路，再利用電子設(shè)計軟件Protel設(shè)計電路。關(guān)鍵字 調(diào)諧放大器 集電極 槽路 工作狀態(tài) 負載特性1、調(diào)諧放大器的工作原理Ec、Eb為集電極和基極的直流電源。輸入信號經(jīng)變壓器T1 耦合到晶體管基-射極，這

3、個信號也叫激勵信號。 L、C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負載，這個回路也叫槽路。諧振功率放大器的基本電路 調(diào)諧功率放大器采用的是反向偏置，在靜態(tài)時，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。 折線法分析非線性電路電流電壓波形 通常把集電極電流導(dǎo)通時間相對應(yīng)角度的一半稱為集電極電流的導(dǎo)通角，用符號表示，當(dāng)=180時，表明管子整個周期全導(dǎo)通，叫做放大器工作在甲類，適用于小信號低功率放大；當(dāng)時，表明管子半個周期導(dǎo)通，叫做放大器工作在乙類；當(dāng)時，表明管子導(dǎo)通不到半個周期，放大器工作在丙類，高頻功率放大器大多工作在丙類。 在轉(zhuǎn)移特性的放大區(qū) 假設(shè)輸入信號 ，則加到晶體管基-射極的電壓為 ，晶體管導(dǎo)通范圍內(nèi)集電極電流ic的表達式

4、 根據(jù)導(dǎo)通角的定義，當(dāng)時,即 1.1集電極 余弦電流脈沖分析 在丙類工作狀態(tài)下<90°。 當(dāng)wt=0時，為最大值，用 表示，則由于晶體管工作在丙類狀態(tài)，晶體管集電極電流是一個周期性的余弦脈沖 。由傅立葉級數(shù)可知，一個周期性函數(shù)可以分解為許多余弦波（或正弦波）的疊加 ?？梢詫㈦娏鞣纸鉃?其中，直流分量幅值n次諧波分量幅值an稱作余弦脈沖分解系數(shù)，它們是導(dǎo)通角q的函數(shù)。 余弦脈沖分解系數(shù)曲線 從曲線可以看出：諧波次數(shù)越高其振幅值越??；對某一次諧波而言，總有一個相應(yīng)的值可使振幅為最大值，根據(jù)導(dǎo)通角就可以求出各次諧波的分解系數(shù)。集電極效率其中 直流電源供給功率,集電極交流輸出功率1.2

5、 槽路在調(diào)諧功率放大器中，槽路是調(diào)諧在信號基波頻率的，槽路對基波有最大的阻抗，并且表現(xiàn)為純電阻性，而對于其他諧波，其阻抗要小得多，所以，槽路電壓基本上是一個正弦波，這樣雖然集電極電流是余弦脈沖，但借助于槽路的選頻作用，仍可獲得基本正弦的電壓輸出。 PL 負載功率，RL 所吸收的功率；PT 槽路損耗功率，槽路空載電阻R0所吸收的功率。hT取決于槽路的空載和有載品質(zhì)因數(shù)。由于受到槽路元件質(zhì)量的限制，Q0一般幾十到幾百。QL也不能太小，否則槽路濾波效果太差，輸出波形不好，一般QL =510。綜上所述，為了盡可能利用小功率容量的管子和電源，輸出較大的功率，應(yīng)力求hT和hT高。hC高要適當(dāng)選取q，電壓利

6、用系數(shù)盡可能大;hT高，要求槽路空載品質(zhì)因數(shù)Q0大，即應(yīng)選用低損耗的電感和電容元件。 2、調(diào)諧功率放大器的工作狀態(tài)分析 2.1調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性 調(diào)諧功率放大器的動態(tài)特性是晶體管內(nèi)部特性和外部特性結(jié)合起來的特性。晶體管內(nèi)部特性是在無載情況下，晶體管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性，晶體管外部特性是在有載情況下，晶體管輸入，輸出電壓（）同時變化時，與 ，特性。調(diào)諧放大器的動態(tài)特性   2.2 功率放大器的負載特性  負載特性是指諧振功率放大器當(dāng)Ec、Eb和Ubm不變時，放大器中各個電流、電壓、功率和效率與晶體管等效負載電阻Rc之間的變化關(guān)系。電壓、電流隨負載變化波形如圖所

7、示。不同負載電阻時的動態(tài)特性上圖表示在三種不同負載Rc時，做出的三條不同動態(tài)特性曲線QA1，QA2,QA3A3'。其中QA1對應(yīng)于欠壓狀態(tài)，QA2對應(yīng)于臨界狀態(tài)，QA3A3'對應(yīng)于過壓狀態(tài)。QA1相對應(yīng)的負載電阻Rc較小，Ucm也較小，集電極電流波形是余弦脈沖。隨著Rc增加，動態(tài)負載線的斜率逐漸減小，Ucm逐漸增大，放大器工作狀態(tài)由欠壓到臨界，此時電流波形仍為余弦脈沖，只是幅值比欠壓時略小。當(dāng)RC繼續(xù)增大，Ucm 進一步增大，放大器進入過壓工作狀態(tài)，此時動態(tài)負載線QA3與飽和線相交，此后電流隨沿飽和線下降到A3，。電流波形下凹，呈馬鞍形。放大器的負載特性曲線 欠壓狀態(tài)的功率和效

8、率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。 過壓狀態(tài)的優(yōu)點是，當(dāng)負載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。2.3放大器工作狀態(tài)的調(diào)整2.3.1 變化對放大器工作狀態(tài)的影響集電極調(diào)制特性 集電極調(diào)制特性是指當(dāng)Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能隨集電極電壓Ec變化的特性。 變化時對工作狀態(tài)的影響 集電極調(diào)制特性由于只有在過壓狀態(tài)，Ec對Ucm才能有較大的控制作用，所以集電極調(diào)幅工作在過壓狀態(tài)。2.3.2 變化對放大器工

9、作狀態(tài)的影響基極調(diào)制特性 基極調(diào)制特性是指當(dāng)Ec、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能隨基極偏置電壓Eb變化的特性。由于只有在欠壓狀態(tài)，Eb對Ucm才能有較大的控制作用，所以基極調(diào)幅工作在欠壓狀態(tài)。2.4 高頻LC諧振功率放大器電路設(shè)計2.4.1設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計一高頻功率放大器，要求的技術(shù)指標(biāo)為：輸出功率Po125mW，工作中心頻率fo=6MHz， >75%.已知：電源供電為12V，負載電阻,RL=50，晶體管用2N2219，其主要參數(shù)：Pc=0.125W,Icm=0.8A,Vces=1.5V, ft=70MHz,hfe10，功率增益Ap13dB（20倍）。2.4.2實驗電路參數(shù)計算丙類高

10、頻調(diào)諧功率放大器可工作在欠壓狀態(tài)、過壓狀態(tài)和臨界狀態(tài)。因欠壓狀態(tài)效率低，而過壓狀態(tài)嚴(yán)重失真，諧波分量大，為盡可能兼顧輸出大功率、高效率，一般選用臨界狀態(tài)qc=70o。在晶體管功率放大器中，可以通過改變激勵電壓、基極偏壓、集電極負載、集電極直流供電電壓來改變放大器的工作狀態(tài)。功率放大器集電極的等效電阻為：集電極基波電流振幅為：95mA集電極電流脈沖的最大振幅為：216mA集電極電流脈沖的直流分量為：電源提供的直流功率為：集電極的耗散功率為：PC = PD P o= 0.65 0.125 = 0.525w集電極的效率為：h =Ro/ PD=80%滿足設(shè)計要求2.4.3高頻LC諧振功率放大器設(shè)計電路

11、丙類功放原理圖總體電路圖設(shè)計在諧振功放中，為了提高效率，都在丙類工作狀態(tài)，或者工作在更高效率的丁類和戊類。在這種情況下，功率管集電極電流為嚴(yán)重失真的脈沖序列波形或周期性的開關(guān)波形。為實現(xiàn)不失真放大，必須限定輸入信號為單一頻率的高頻正弦波（即載波信號）或者在高頻附近占有很窄頻帶的已調(diào)波信號。在這種信號作用下，功率管集電極電流波形為接近余弦的脈沖序列，用傅氏級數(shù)將它分解為平均分量，基波分量和各次諧波分量之和，輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)取出基本波分量，濾除其它無用分量，就能在負載上獲得不失真的輸出信號。同理，在功率管輸入端，基極電流也是失真脈沖序列，通過輸入匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的濾波作用，加到功率管輸入端的為不失真的

12、信號電壓。與非諧振功放一樣，在特定的偏置條件下，對應(yīng)于特定大小的輸入信號，功率管有一最佳負載，這時，諧振功放的輸出功率最大，效率也較高。因此濾波匹配網(wǎng)絡(luò)除了濾波作用外，還起到匹配作用，即將輸出負載（往往是非電阻性負載）變換為功率管所需的最佳負載?？傊C振功放是在限定輸入信號波形的情況下，通過濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，使輸出負載上得到所需的不失真功率。心得體會 這次課程設(shè)計選題花費了我大量時間，最終確定課程設(shè)計題目是高頻放大器，因為對這方面內(nèi)容比較熟悉。通過設(shè)計高頻調(diào)諧功率放大器，進一步將理論轉(zhuǎn)化成實踐，并在實踐中檢驗理論。本次課程設(shè)計，是設(shè)計一個丙類諧振功率放大器。通過分析最大輸出功率與輸出阻抗的關(guān)系從而確定匹配網(wǎng)絡(luò)，進而確定電路中的各個參數(shù)，從而設(shè)計出丙類諧振放大器的電路圖。 這次課程設(shè)計對調(diào)諧功率放大器的工作原理有了充分的認識，對放大器工作的動態(tài)特性，負載特性，工作狀態(tài)有了一定的了解。復(fù)習(xí)了對高頻功率放大器的設(shè)計方法，并且對高頻諧振功率放大器的調(diào)諧和主要技術(shù)指標(biāo)的測量方法有了新的認識，使我受益匪淺。本次課設(shè)的最大收獲是鍛煉了我的獨立思考能力，由于參數(shù)的計算比較復(fù)雜，需要自己