高頻課程設(shè)計 高頻功率放大器

1、一、實(shí)驗(yàn)名稱：高頻功率放大器設(shè)計二、實(shí)驗(yàn)要求：1.已知條件：+VCC=+12V 晶體管3DG130的主要參數(shù)為PCM=700mW，ICM=300mA，VCES0.6V，hfe30，fT150MHz，放大器功率增益AP6dB。晶體管3DA1的主要參數(shù)為PCM=1W，ICM=750mA， VCES1.5V,hfe10,fT=70MHz,AP13dB。2.性能指標(biāo)：輸出功率P0500mW，工作中心頻率f05MHz，效率50%，負(fù)載RL=50。3.報告要求：給出詳細(xì)的原理分析，計算步驟，電路圖和結(jié)果分析。三、原理分析： 高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大， 以滿足發(fā)送功

2、率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)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(diào)諧功率放大 器或諧振功率放大器。利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器，這是無線電發(fā) 射機(jī)中的重要組成部分。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角愈小，放大器的效率愈高。如甲類功放的=180，效率最高也只能達(dá)到50%，而丙類功

3、放的< 90º，效率可達(dá)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。丙類諧振功率放大器原理電路本實(shí)驗(yàn)課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。四、詳細(xì)設(shè)計總體設(shè)計：從輸出功率P0500mW來看，末級功放可以采用甲類或乙類或丙類功率放大器，但要求總效率50%，顯然不能只用一級甲類功放，但可以只用一級丙類功放。為使讀者對應(yīng)用較多的甲類功放與丙類功放均有所了解，所以本題采用了如圖4所示的電路，其中甲類功放選用晶體管3DG1

4、30,丙類功放選用3DA1。首先設(shè)計丙類功率放大器，再設(shè)計甲類功率放大器。1.丙類功率放大器設(shè)計確定放大器的工作狀態(tài)為獲得較高的效率及最大輸出功率P0。放大器的工作狀態(tài)選為臨界狀態(tài)，取，得諧振回路的最佳負(fù)載電阻Re為集電極基波電流振幅為集電極電流脈沖的最大值Icm及其直流分量Ic0，即Icm= Ic1m / 1（Ic0= Icm ·0（電源供給的直流功率PD為： PD=VCCIc0=0.65W集電極的耗散功率PC'為： PC'=PD-P0=0.15W放大器的轉(zhuǎn)換效率為：=P0/PD=77%若設(shè)本級功率增益AP=13dB（20倍），輸入功率Pi為Pi=P0/AP=25m

5、W基極余弦脈沖電流的最大值為Ibm（設(shè)晶體管3DA1的直流=10）Ibm=Icm/=21.6mA 基極基波電流的振幅Ib1m 為Ib1m=Ib1m1()=9.5mA ）=216mA ）=54mA輸入電壓的振幅Vbm為計算諧振回路及耦合回路的參數(shù)丙類諧振功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)在諧振功率放大器中，為滿足結(jié)它的輸出功率和效率的要求，并有較高的功率增益，除正選擇放大器的工作狀態(tài)外，還必須正確設(shè)計輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)在諧振功率放大器中的連接情況如圖所示。無論是輸入匹配網(wǎng)絡(luò)還是輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，它們都具有傳輸有用信號的作用，故又稱為耦合電路。對于輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，在求它具有濾波和阻抗變換功能，即濾

6、除各次分量，使負(fù)載上只有基波電壓；將外接負(fù)載RL 變換成諧振功放所要求的負(fù)載電阻R，以保證放大器輸出所需的功率。因此，匹配網(wǎng)絡(luò)也稱濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。對于輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，要求它把放大器的輸入阻抗變換為前級信號源所需的負(fù)載阻抗，使電路能從前級信號源獲得盡可能大的激勵功率。丙類諧振功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)丙類功放的輸入輸出耦合回路均為高頻變壓器耦合方式，其輸入阻抗|Zi|可計算，輸出變壓器線圈匝數(shù)比為取N3=2,N1=3。若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容C=100pF，得回路電感為若采用的的NXO-100鐵氧體磁環(huán)來繞制輸出耦合變壓器，可以計算變壓器一次線圈的總匝數(shù)N2，即由可得N28需要指出的是，變壓器的匝數(shù)N

7、1、N2、N3的計算值只能作為參考值，由于電路高頻工作時分布參數(shù)的影響，與設(shè)計值可能相差較大。為調(diào)整方便，通常采用磁心位置可調(diào)節(jié)的高頻變壓器。 基極偏置電路參數(shù)計算基極直流偏置電壓VB為射極電阻RE2為 RE2=|VB|/ICO=20取高頻旁路電容CE2=0.01F2.甲類功率放大器設(shè)計計算電流性能參數(shù)由丙類功率放大器的計算結(jié)果可得甲類功率放大器的輸出功率PO'應(yīng)等于丙類功放的輸入功率Pi，輸出負(fù)載Re'應(yīng)等于丙類功放的輸入阻抗|Zi|，即PO'=Pi=25mW,Re'=|Zi|=86。設(shè)甲類功率放大器的電路如圖4所示的激勵級電路，得集電極的輸出功率P0為(若取

8、變壓器效率T=0.8)P0=PO'/T31mW若取放大器的靜態(tài)電流ICQ=Icm=7mA，得集電極電壓的振幅Vcm及最佳負(fù)載電阻Re分別為 Vcm=2P0/Icm=8.9V因射極直流負(fù)反饋電阻RE1為取標(biāo)稱值360，得輸出變壓器匝數(shù)比為若取二次側(cè)匝數(shù)N2=2，則一次側(cè)匝數(shù)N1=6本級功放采用3DG12晶體管，設(shè)=30，若取功率增益AP=13dB（20倍），則輸入功率Pi為 Pi=P0/AP=1.55mW得放大器的輸入阻抗Ri為Rirb'b+R3=25+30×R3 若取交流負(fù)反饋電阻R3=10， 則Ri=335得本級輸入電壓的振幅Vim為計算靜態(tài)工作點(diǎn)由上述計算結(jié)果得到

9、靜態(tài)時(Vi=0)晶體管的射極電位VEQ為VEQ=ICQRE1=2.5V 則VBQ=VEQ+0.7V=3.2V，IBQ=ICQ/=0.23mA若取基極偏置電路的電流I1=5IBQ，則R2=VBQ/5IBQ=2.8k 取標(biāo)稱值3k。在實(shí)驗(yàn)時可以調(diào)整時取R1=5.1k+10k電位器。取高頻旁路電容CE1=0.022F，輸入耦合電容C1=0.02F。高頻電路的電源去耦濾波網(wǎng)絡(luò)通常采用形C1=0.002FLC低通濾波器如圖所示，L10,L20可按經(jīng)驗(yàn)取50100H，C10，C11，C20，C21按經(jīng)驗(yàn)取0.01F。L10,L20可以采用色碼電感，也可以用環(huán)形磁心繞制。將上述設(shè)計計算的元件參數(shù)按照圖所示

10、電路進(jìn)行安裝，然后再逐級進(jìn)行調(diào)整。最好是安裝一級調(diào)整一級，然后兩級進(jìn)行級聯(lián)。所示可先安裝第一級甲類功率放大器，并測量調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)使其基本滿足設(shè)計要求，如測得VBQ=2.8V,VEQ=2.2V，則ICQ=6mA。再安裝第二級丙類功率放大器。測得晶體管3DA1的靜態(tài)時基極偏置VBE=0。五、實(shí)驗(yàn)電路圖六、心得體會剛開始接觸到題目時，感覺有些無從下手，以為設(shè)計過程十分復(fù)雜，既有放大器類型的選擇，又有靜態(tài)工作點(diǎn)的要求，各電阻、電容的設(shè)計，還有放大器的效率的計算等等。后來聽了老師的講解，以及通過上網(wǎng)查閱資料，慢慢的有些頭緒了。分析題目可得本次設(shè)計的重點(diǎn)在于設(shè)計一個較為理想的丙類功率放大器，然后將甲、丙類功率放大電路連接起來。在實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)試是一個很復(fù)雜有繁瑣的過程的，這就要求有耐心并分析觀察到的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)過程中，對靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇和頻率選擇兩方面花費(fèi)了太多時間，但也是我對調(diào)試過程有了一個認(rèn)識。通過本次課程設(shè)計，我加深了對通信電子線路所學(xué)內(nèi)容的鞏固。并認(rèn)識到理論與實(shí)踐相結(jié)合是十分重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的