高頻功率放大器-課程設(shè)計報告

1、 長江學(xué)院課程設(shè)計報告課程設(shè)計題目：高頻功率放大器姓 名： 蔡國慶 學(xué)號： 其他小組成員: 陳嘉 學(xué)號： 08314102 其他小組成員: 張顯龍 學(xué)號： 08314135 其他小組成員: 張顯龍 學(xué)號： 08314135 其他小組成員: 張顯龍 學(xué)號： 08314135 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 083141 指 導(dǎo) 教 師： 徐 堅2010年 12月 23日摘 要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由兩極功率放大器組成，第一級為甲類功率放大器，第二級為丙類諧振功率放大器。分別對甲類功率放大器和丙類諧振功率放大器設(shè)計，通過給定

2、的技術(shù)指標要求確定甲類功率放大器和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multisim對電路仿真。關(guān)鍵詞：甲類功率放大器、丙類功率放大器、multisim仿真。目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc280644857 1設(shè)計要求 PAGEREF _Toc280644857 h 1 HYPERLINK l _Toc280644858 條件 PAGEREF _Toc280644858 h 1 HYPERLINK l _Toc280644859 主要技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc28064

3、4859 h 1 HYPERLINK l _Toc280644860 具體要求 PAGEREF _Toc280644860 h 1 HYPERLINK l _Toc280644861 2原理分析 PAGEREF _Toc280644861 h 2 HYPERLINK l _Toc280644862 3電路設(shè)計 PAGEREF _Toc280644862 h 3 HYPERLINK l _Toc280644863 電路概要設(shè)計 PAGEREF _Toc280644863 h 3 HYPERLINK l _Toc280644864 丙類功率放大器設(shè)計 PAGEREF _Toc280644864 h

4、 3 HYPERLINK l _Toc280644865 放大器的工作狀態(tài) PAGEREF _Toc280644865 h 3 HYPERLINK l _Toc280644866 諧振回路及耦合回路的參數(shù) PAGEREF _Toc280644866 h 4 HYPERLINK l _Toc280644867 基極偏置電路參數(shù)計算 PAGEREF _Toc280644867 h 5 HYPERLINK l _Toc280644868 甲類功率放大器設(shè)計 PAGEREF _Toc280644868 h 5 HYPERLINK l _Toc280644869 電流性能參數(shù) PAGEREF _Toc2

5、80644869 h 5 HYPERLINK l _Toc280644870 靜態(tài)工作點 PAGEREF _Toc280644870 h 5 HYPERLINK l _Toc280644871 4高頻功率放大器完整電路圖 PAGEREF _Toc280644871 h 7 HYPERLINK l _Toc280644872 5電路仿真 PAGEREF _Toc280644872 h 8 HYPERLINK l _Toc280644873 6設(shè)計心得 PAGEREF _Toc280644873 h 10 HYPERLINK l _Toc280644874 參考文獻 PAGEREF _Toc280

6、644874 h 11設(shè)計要求條件+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。主要技術(shù)參數(shù)輸出功率P0500mW，工作中心頻率f05MHz，效率50%，負載RL=50。具體要求分析高頻功率放大器原理，通過給定的技術(shù)指標要求確定甲類功率放大器和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)，利用電子設(shè)計工具軟件multisim對電路進展仿真測試，

7、分析電路的特性。原理分析高頻功率放大器用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進展功率放大， 以滿足發(fā)送功率的要求，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)射機中的重要組成局部。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

8、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，效率最高也只能到達50%，而丙類功放的 90，效率可到達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1為丙類諧振功率放大器。圖 SEQ 圖 * ARABIC 1 丙類諧振功率放大器 電路設(shè)計電路概要設(shè)計本課程設(shè)計的高頻功率放大器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。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

9、不能只用一級甲類功放，但可以只用一級丙類功放。本課程設(shè)計采用的電路甲類功放選用晶體管3DG130,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。丙類功率放大器設(shè)計放大器的工作狀態(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，得諧振回路的最正確負載電阻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=216mA， Ic0= Icm 0=54mA。放大器的轉(zhuǎn)換效率為：=P0/PD=77%。假設(shè)設(shè)本級功率增益AP=13dB20倍，輸入功率Pi為Pi=P0/AP=25mW，基極基波電流的振幅I

10、b1m 為Ib1m=Ib1m1(，輸入電壓的振幅Vbm為 。諧振回路及耦合回路的參數(shù)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2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，即濾除各次分量，使負載上只有基波電壓；將外接負載RL 變換成諧振功放所要求的負載電阻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

11、變換為前級信號源所需的負載阻抗，使電路能從前級信號源獲得盡可能大的鼓勵功率。圖 SEQ 圖 * ARABIC 2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。假設(shè)取集電極并聯(lián)諧振回路的電容C=100pF，得回路電感為。假設(shè)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)N1、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

12、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。甲類功率放大器設(shè)計電流性能參數(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，輸出負載Re應(yīng)等于丙類功放的輸入阻抗|Zi|，即PO=Pi=25mW,Re=|Zi|=86。集電極的輸出功率P0為(假設(shè)取變壓器效率T=0.8) P0=PO/T31mW。， 。因射極直流負反應(yīng)電阻RE1為 ，取標稱值360，得輸出變壓器匝數(shù)比為 ，假設(shè)取二次側(cè)匝數(shù)N2=2，那么一次側(cè)匝數(shù)N1=6。，得放大器的輸入阻抗Ri為Rirbb+R3=25+30R3假設(shè)取交流負反應(yīng)電阻

13、R3=10那么Ri=335，得本級輸入電壓的振幅Vim為。靜態(tài)工作點，取標稱值3k。 在實驗時可以調(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，L10,L20可按經(jīng)歷取50100H，C10，C11，C20，C21按經(jīng)歷取0.01F。L10,L20可以采用色碼電感，也可以用環(huán)形磁心繞制。高頻功率放大器完整電路圖將上述設(shè)計計算的元件參數(shù)按照圖所示電路進展安裝，然后再逐級進展調(diào)整。最好是安裝一級調(diào)整一級，然后兩級進展級聯(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

14、作點使其根本滿足設(shè)計要求，如測得VBQ=2.8V,VEQ=2.2V，那么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。圖所示3為完整的高頻功率放大器電路圖。第一級為甲類功率放大器，第二級為丙類諧振功率放大器。圖 SEQ 圖 * ARABIC 3完整的高頻功率放大器電路圖電路仿真利用電子設(shè)計軟件multisim對電路仿真，根據(jù)圖3高頻功率放大器電路圖在軟件multisim中繪制出仿真電路圖，如圖4所示。圖 SEQ 圖 * ARABIC 4高頻功率放大器仿真電路圖對電路進展仿真測試高頻放大器的放大效果，在輸入端輸入1KHZ的正弦波信號，由仿真電路圖在仿真

15、示波器選擇B通道觀察輸入的1KHZ的正弦波信號，如圖5所示，輸入電壓Vi=326mV。圖 SEQ 圖 * ARABIC 5 1KHZ的正弦波信號再觀察仿真示波器A通道的波形，即經(jīng)高頻功率放大器放大的信號波形，如圖6所示，由仿真示波器可得輸出電壓Vo=2.282V。放大增益A=Vo/Vi=2282mV/326mV =7, 20LgA=20Lg7=16.9dB,故由Multism仿真測得設(shè)計的高頻功率放大器的電壓放大增益Av=16.9dB。圖 SEQ 圖 * ARABIC 6高頻功率放大器放大后的信號設(shè)計心得高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的主要組件,經(jīng)過一周的對高頻功率放大器電路的設(shè)計使我對高

16、頻電路課程有了更深一步的了解，課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。此次的高頻課設(shè)，不僅讓我加深了對電子電路理論知識的理解，還加強和同學(xué)交流溝通的能力，在設(shè)計電路時和同組成員共同討論解決問題，同時設(shè)計出的電路經(jīng)過Multisim軟件仿真到達預(yù)期的放大效果，不僅讓小組所有成員共同獲得努力后成功的欣喜，而且了解了Multism軟件的使用。種種在此次學(xué)習到的知識或是能力必將有用于之后的學(xué)習或是將來的工作，這也是此次課程設(shè)計的目的所在。參考文獻謝嘉奎，2000，?電子線路 非線性局部(第四版)?M。北京：高等教育出版社。9c003a3610661ed9ad51f32a.html 2010年12月20日讀取。課程設(shè)計評分表學(xué)生姓名：蔡國慶 班級：08電子信息工程1班 學(xué)號：08314101課程設(shè)計題目：高頻功率放大器 工程內(nèi)容總分值實 評選題能結(jié)合所學(xué)課程知識、有一定的能力訓(xùn)練。符合選題要求5人一題10工作量適中，難易度合理10能力水平能熟練應(yīng)用所學(xué)知識，有一定查閱文