畢業(yè)設(shè)計(jì)--高頻功率放大器設(shè)計(jì)與multisim仿真改

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　作 者 姓 名 </p><p>　　專 業(yè)自動(dòng)化 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名 xx </p

2、><p>　　專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今社會(huì)無論是廣播通信，還是其它無線通信，發(fā)射機(jī)發(fā)射信號都要有一定的功率。特別是傳送信號的距離越遠(yuǎn)，需要的發(fā)送功率就要越大。而要得到發(fā)送功率大就要用到高頻功率放大器。高頻功率放大器

3、是發(fā)送設(shè)備的重要組成部分之一常又稱為射頻功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier) 它廣泛用于發(fā)射機(jī)、高頻加熱裝置和微波功率源等電子設(shè)備中。通信電路中，為了彌補(bǔ)信號在無線傳輸過程中的衰耗，確保有效性傳輸就要求發(fā)射機(jī)具有較大的功率輸出。通信距離越遠(yuǎn)，要求輸出功率越大。在高頻范圍內(nèi)，為了獲得足夠大的高頻輸出功率，就要采用高頻功率放大器。由于高頻功率放大器的工作頻率高，相對頻帶窄，所以一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載

4、回路。</p><p>　　關(guān)鍵詞 功率 放大器 電路 MULTISIM仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Today's society both radiocommunication,or other wireless communication,transmitter transm

5、itting signal should have a certain power.Especially the signal transmission distance more far,the transmission power required is more.To obtain the transmit power touse high frequency power amplifier.High-frequency powe

6、r amplifier is an important part of transmission equipment is often referred to as the RF power amplifier(Radio Frequency Power Amplifier)which is widely used in the transmitter,the high-fre</p><p>　　Keyword

7、s: power; amplifier ;electro circuit ;MULTISIM simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第

8、一章 緒論1</b></p><p>　　1.1功率放大器知識(shí)簡介1</p><p>　　1.2 功率放大器的系統(tǒng)組成2</p><p>　　1.2.1 高頻放大器的分類2</p><p>　　第二章 高頻諧振功率放大器分析2</p><p>　　2.1 高放電路工作原理2</p>

9、;<p>　　2.1.1 丙類諧振功率放大器電路的工作原理3</p><p>　　2.2 高放諧振電路的工作狀態(tài)5</p><p>　　2.2.1丙類諧振功率放大器的工作狀態(tài)5</p><p>　　2.2.2 丙類諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)線5</p><p>　　2.2.3 丙類諧振功率放大器的特性6</p>

10、<p>　　2.3 諧振功率放大器的構(gòu)成10</p><p>　　2.4諧振功率放大器的管外電路11</p><p>　　2.4.1丙類諧振功率放大器的直流饋電電路11</p><p>　　2.5 功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)13</p><p>　　第三章 相關(guān)方案的證明14</p><p>　　3

11、.1 三類放大器14</p><p>　　3.1.1 甲類諧振放大器14</p><p>　　3.1.2 丙類高頻功率放大器17</p><p>　　3.2 三類放大器的分析比較19</p><p>　　3.3 單元電路選擇22</p><p>　　3.3.1單元電路的選擇22</p><

12、;p>　　第四章 高頻諧振放大器電路24</p><p>　　4.1整體電路24</p><p>　　第五章 電路的仿真25</p><p>　　5.1 multisim 軟件簡介25</p><p>　　5.2 仿真波形26</p><p>　　5.2.1 輸入信號波形26</p>

13、<p>　　5.2.2一級甲類放大波形26</p><p>　　5.2.3 結(jié)果分析28</p><p><b>　　結(jié)束及致謝29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p>　　附錄：元器件清單31</p><p>&l

14、t;b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　當(dāng)今世界已進(jìn)入高速發(fā)展的信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，其中最為活躍和發(fā)展最快的當(dāng)屬無線網(wǎng)絡(luò)和Internet，二者常被稱為天地兩大網(wǎng)。Internet以光纖、電纜和電話線為傳輸媒質(zhì)，把成千上萬的計(jì)算機(jī)和智能終端連接成網(wǎng)，可傳輸數(shù)據(jù)、圖像、話音（IP電話）等多媒體信息，目前正向以IPv6 為主要協(xié)議的下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）發(fā)展。無線用戶要接入Internet

15、，Internet用戶希望在移動(dòng)中享受Internet服務(wù)，只有這兩大網(wǎng)絡(luò)互相補(bǔ)充和發(fā)展，人們才會(huì)享受到更加便捷、業(yè)務(wù)多樣、更高速率和個(gè)性化的寬帶多媒體信息服務(wù)。因此，寬帶無線通信技術(shù)受到國內(nèi)外的廣泛重視，并投入巨資進(jìn)行開發(fā)和研究。寬帶無線通信技術(shù)包括寬帶移動(dòng)通信技術(shù)和寬帶固定無線接入技術(shù)。移動(dòng)通信網(wǎng)大約3～5年發(fā)生一次大的變革，現(xiàn)已經(jīng)歷了第一代、第二代，目前發(fā)展到第三代（3G）,3G在部分國家和地區(qū)已經(jīng)開始運(yùn)行，第四代（4G）的標(biāo)準(zhǔn)和

16、關(guān)鍵技術(shù)也已經(jīng)完全展開。</p><p>　　當(dāng)今社會(huì)，人們越來越向高標(biāo)準(zhǔn)快節(jié)奏的方向邁進(jìn)。這就要求有可靠、高效、方便、快捷的信息服務(wù)。其中無線通信就是其中的一項(xiàng)重要支柱，對于高精度，超遠(yuǎn)距離信息的傳遞，無線通訊的發(fā)送設(shè)備就需要高功率的放大器來支持。</p><p>　　而現(xiàn)實(shí)中的，功率放大器發(fā)展往往與通信技術(shù)的進(jìn)步并不協(xié)調(diào)，以至于造成整個(gè)行業(yè)的進(jìn)展延遲。所以研究高頻功率放大器對于整個(gè)行業(yè)

17、及整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步都有重要的意義。</p><p>　　高頻功率放大器有關(guān)理論知識(shí)作介紹，在性能指標(biāo)分析基礎(chǔ)上進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)最后設(shè)計(jì)出整體電路圖，在軟件中仿真驗(yàn)證是否達(dá)到技術(shù)要求，對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，增強(qiáng)對功率放大器的整體認(rèn)識(shí)。</p><p>　　1.1功率放大器知識(shí)簡介</p><p>　　在通信電路中，為了彌補(bǔ)信號在無線傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機(jī)具有較大的功率

18、輸出，通信距離越遠(yuǎn)，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(jī)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。這里提到的放大級都屬于高頻功率放大器的范疇。實(shí)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(jī)中，而且高頻加熱裝置、高

19、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。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大， 決定了他們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。 高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。由于這后一特點(diǎn)，使得這兩種放大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類（某

20、些特殊情況可工作于乙類）。高頻功率放大器是通信系</p><p>　　1.2 功率放大器的系統(tǒng)組成</p><p>　　1.2.1 高頻放大器的分類</p><p>　　根據(jù)相對工作頻帶的寬窄不同，高頻功率放大器可分為窄帶型和寬帶型兩大類。</p><p>　　1. 窄帶型高頻功率放大器</p><p>　　通常采用諧

21、振網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載，又稱為諧振功率放大器。</p><p>　　為了提高效率，諧振功率放大器一般工作于丙類狀態(tài)或乙類狀態(tài)，近年來出現(xiàn)了工作在開關(guān)狀態(tài)的丁類狀態(tài)的諧振功率放大器。</p><p>　　2. 寬帶型高頻功率放大器</p><p>　　采用傳輸線變壓器作負(fù)載。</p><p>　　傳輸線變壓器的工作頻帶很寬，可以實(shí)現(xiàn)功率合成</p&

22、gt;<p>　　第二章 高頻諧振功率放大器分析</p><p>　　2.1 高放電路工作原理</p><p>　　利用寬帶變壓器作耦合回路的功放稱為寬帶功放。常用寬帶變壓器有用高頻磁芯繞制的高頻變壓器和傳輸線變壓器。寬帶功放不需要調(diào)諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大，但效率很低，一般只有 20%左右，一般作為發(fā)射機(jī)的中間級，以提供較大的激勵(lì)功率。</p>

23、<p>　　利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功放稱為諧振功放。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角 θ c 的范圍可分為甲類、乙類、丙類、丁類等。電流導(dǎo)通角 θ c 越小放大器的效率越高。如丙類功放的 θ c 小于900</p><p>　　2.1.1 丙類諧振功率放大器電路的工作原理</p><p>　　U i→u B E→i B→i C→u C</p><p>　　U

24、i為余弦電壓， 可表示為u i=U i m COSωct</p><p>　　則：u B E= VB B+u i= VB B+ U i m COSωct</p><p>　　根據(jù)三極管的轉(zhuǎn)移特性可得到集電極電流i C，為余弦脈沖波</p><p><b>　　如圖2-1所示：</b></p><p>　　圖2-1 iC

25、波形</p><p>　　根據(jù)傅立葉級數(shù)的理論，i C可分解為：</p><p>　　I c=I co+iC1+iC2+iC3+………+i C n+………</p><p>　　式中：I co為直流電流分量 ；iC1為基波分量；iC1=Icm1COSωct</p><p>　　iC2為二次諧波分量；iC2=Icm2COS2ωct </p&

26、gt;<p>　　I C n為n次諧波分量；i C n=I c m n COS nωct</p><p>　　其中，它們的大小分別為：</p><p>　　I co=i Cmax·α0（θ）</p><p>　　Icm1=i Cmax·α1（θ）</p><p>　　I cmn=i Cmax·αn（

27、θ）</p><p>　　iCmax是ic波形的脈沖幅度。</p><p>　　αn（θ）的大小可根據(jù)余弦脈沖分解系數(shù)表查。</p><p>　　Ic信號的導(dǎo)電角可以用下面的公式進(jìn)行計(jì)</p><p>　　當(dāng)iC信號通過諧振網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于諧振網(wǎng)絡(luò)的作用，可得其諧振網(wǎng)絡(luò)壓降為：</p><p>　　uc=RIcm1COSω

28、ct=UcmCOSωct</p><p>　　uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct</p><p>　　各信號的波形如圖2-2所示：</p><p><b>　　圖2-2 波形圖</b></p><p>　　2.2 高放諧振電路的工作狀態(tài)</p><p>　　2.2.1丙類諧振功率放大

29、器的工作狀態(tài)</p><p>　　以丙類功率放大器為例 </p><p>　　欠壓狀態(tài)：管子導(dǎo)通時(shí)均處于放大區(qū)；</p><p>　　臨界狀態(tài)：管子導(dǎo)通時(shí)從放大區(qū)進(jìn)入臨界飽和；</p><p>　　過壓狀態(tài)：管子導(dǎo)通時(shí)將從放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)；</p><p>　　在實(shí)際工作中，丙類放大器的工作狀態(tài)不但與Ubm有關(guān)，還與V

30、CC、VBB和R有關(guān)。</p><p>　　在丙類諧振功放中，工作狀態(tài)不同，放大器的輸出功率和管耗就大不相同，因此必須分析各種工作狀態(tài)的特點(diǎn)，以及Ubm、VCC、VBB和R的變化對工作狀態(tài)的影響，即對丙類諧振功放的特性進(jìn)行分析</p><p>　　2.2.2 丙類諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)線</p><p><b>　　1.基本概念：</b><

31、;/p><p>　　大信號的功率放大器一般采用圖解法進(jìn)行分析，為此就要在輸出特性曲線上作出交流負(fù)載線。</p><p>　　由于諧振功放的集電極負(fù)載是諧振回路，且共集電極電壓與集電極電流的波形截然不同，因此其交流負(fù)載線已不是直線了，是一條曲線，又稱為動(dòng)態(tài)線。</p><p><b>　　2.動(dòng)態(tài)線的作法：</b></p><p&

32、gt;　　三極管的輸出特性曲線轉(zhuǎn)上的參變量iB換成uBE，在VBB、VCC、Ucm和Ubm保持不變的情況下，假設(shè)ωct取不同的值，根據(jù)式uBE=VBB+ UbmCOSωct和uCE=VCC-uc=VCC-UcmCOSωct可得以相對應(yīng)的uBE和uCE值，從而確定輸出特性曲線上的各個(gè)“動(dòng)態(tài)點(diǎn)”，然后依次連接各個(gè)“動(dòng)態(tài)點(diǎn)”就可以得到動(dòng)態(tài)線。其圖形如2-3所示。</p><p><b>　　圖2-3 動(dòng)態(tài)線&

33、lt;/b></p><p>　　3.不同工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)線如圖2-4所示</p><p><b>　　圖2-4不同狀態(tài)</b></p><p>　　4.根據(jù)動(dòng)態(tài)線分析放大器的特性</p><p>　?。?）放大器工作在過壓狀態(tài)時(shí)，ic波形會(huì)出現(xiàn)下凹。</p><p>　　（2）動(dòng)態(tài)線、放大器

34、的工作狀態(tài)與VBB、VCC、Ucm和Ubm的大小有關(guān)系。</p><p>　　2.2.3 丙類諧振功率放大器的特性</p><p><b>　　負(fù)載特性： </b></p><p><b>　　基極調(diào)制特性：</b></p><p><b>　　調(diào)制特性</b></p&g

35、t;<p><b>　　集電極調(diào)制特性：</b></p><p><b>　　放大特性：</b></p><p><b>　　1.負(fù)載特性：</b></p><p>　　負(fù)載特性是指放大器在VBB、VCC和Ubm不變時(shí)，隨R變化的特性</p><p><b&

36、gt;　　1)工作狀態(tài)的變化</b></p><p>　　隨著R從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→過壓狀態(tài)變化</p><p><b>　　2)ic波形的變化</b></p><p>　　隨著R增大，ic的變化如圖2-5所示</p><p>　　圖2-5 ic隨R變化的特性</p>&l

37、t;p>　　3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性</p><p><b>　　如圖2-6所示</b></p><p>　　圖2-6 Ucm、Ico、Icm1隨R的變化</p><p>　　(4)PO、PV、Pc、η的變化特性</p><p><b>　　如圖2-7所示</b></p&g

38、t;<p>　　圖2-7 PO、PV、Pc、η的變化特性</p><p><b>　　2.基極調(diào)制特性</b></p><p>　　基極調(diào)制特性是指放大器在R、VCC和Ubm不變時(shí)，隨VBB變化的特性</p><p>　?。?）工作狀態(tài)的變化</p><p>　　隨著VBB從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界

39、狀態(tài)→過壓狀態(tài)變化</p><p>　　(2)ic波形的變化</p><p><b>　　如圖2-8所示</b></p><p>　　圖2-8 ic隨VBB的變化特性 </p><p><b>　　3.集電極調(diào)制特性</b></p><p>　　集電極調(diào)制特性是指放大器在V

40、BB、R和Ubm不變時(shí)，隨VCC變化的特性</p><p><b>　　1）工作狀態(tài)的變化</b></p><p>　　隨著VCC從小變大，放大器將由過壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→欠壓狀態(tài)變化</p><p><b>　　2）ic波形的變化</b></p><p><b>　　如圖2-9所示<

41、/b></p><p>　　圖2-9 ic隨VCC變化的特性</p><p>　　3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性</p><p><b>　　如圖2-10所示</b></p><p>　　圖2-10 Ucm、Ico、Icm1的變化特性</p><p><b>　　4.放

42、大特性</b></p><p>　　放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不變時(shí)，隨Ubm變化的特性</p><p><b>　　1)工作狀態(tài)的變化</b></p><p>　　隨著Ubm從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)→臨界狀態(tài)→過壓狀態(tài)變化</p><p><b>　　2)ic波形的變化</b

43、></p><p><b>　　如圖2-11所示</b></p><p>　　圖2-11 ic隨Ubm的變化特性</p><p>　　3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性</p><p><b>　　如圖2-12所示</b></p><p>　　圖2-12 Ucm

44、、Ico、Icm1的變化特性</p><p>　　2.3 諧振功率放大器的構(gòu)成</p><p>　　諧振功放的集電極饋電電路，應(yīng)保證集電極電流ic中的直流分量Ic0只流集電極直流電源VCC(即：對直流而言，VCC應(yīng)直接加至晶體管c、e兩端)，以便直流電源提供的直流功率全部交給晶體管；還應(yīng)保證諧振回路兩端僅有基波分量壓降(即：對基波而言，回路應(yīng)直接接到晶體c ,e兩端)，以便把變換后的交流功

45、率傳送給回路負(fù)載；另外也應(yīng)保證外電路對高次諧波分量icn呈現(xiàn)短路，以免產(chǎn)生附加損耗。 </p><p>　　以圖2-13示意說明</p><p>　　圖2-13 集電極饋電電路的構(gòu)成原則</p><p>　　a 直流通路 b 基波通路 c 高次諧波通路</p><p>　　諧振功放的基極饋電電路的組成原則與集電極饋電電路相仿。第一

46、，基極電流中的直流分量IB0只流過基極偏置電源(即VBB直接加到晶體管b ,e兩端)。</p><p>　　第二，基級電流中的基波分量ib1只流過輸入端的激勵(lì)信號源，以便使輸入信號控制晶體管的工作，實(shí)現(xiàn)放大。</p><p>　　以圖3-14示意說明</p><p>　　圖2-14 基極饋電電路的構(gòu)成原則</p><p>　　a 直流通路

47、 b 基波通路</p><p>　　2.4諧振功率放大器的管外電路 </p><p>　　輸入端的直流饋電電路和匹配網(wǎng)</p><p>　　丙類諧振功率放大器的電路包含有: 絡(luò)</p><p>　　輸出端的直流饋電電路和匹配網(wǎng) 絡(luò)</p><p>　　2.4.1丙類諧振功率放

48、大器的直流饋電電路</p><p>　　直流饋電電路是指把直流電源饋送到晶體管各極的電路。</p><p><b>　　它包括：</b></p><p><b>　　串聯(lián)饋電電路</b></p><p><b>　　集電極饋電電路</b></p><p>

49、;<b>　　并聯(lián)饋電電路</b></p><p><b>　　串聯(lián)饋電電路</b></p><p><b>　　基極饋電電路</b></p><p><b>　　并聯(lián)饋電電路</b></p><p><b>　　1.集電極饋電電路</b&

50、gt;</p><p>　　圖2-15 集電極饋電電路</p><p>　　a 串饋電路 b 并饋電路</p><p><b>　　2.基極饋電電路</b></p><p>　　圖2-16 基極饋電電路</p><p>　　a 串饋電路 b 并饋電路</p><p

51、>　　3.基極自給偏置電路</p><p>　　圖2-17 基極自給偏置電路</p><p>　　2.5 功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　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(jì)輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)在諧振功率放大

52、器中的連接情況如圖4-20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(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(lì)功率。</

53、p><p><b>　　圖2-18匹配網(wǎng)絡(luò)</b></p><p>　　第三章 相關(guān)方案的證明</p><p><b>　　3.1 三類放大器</b></p><p>　　3.1.1 甲類諧振放大器</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)要求</b><

54、/p><p>　　設(shè)計(jì)一高頻功率放大器，要求的技術(shù)指標(biāo)為：輸出功率 Po≥125mW，工作中心頻率</p><p>　　fo=6MHz，η >65%，</p><p>　　已 知： 電源供電 為 12V ，負(fù)載 電阻,RL=51 Ω，晶體管用 2N2219， 其主要參 數(shù) ：</p><p>　　Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=

55、1.5V,fT=70MHz,hfe≥10，功率增益 Ap≥13dB（20 倍 ）。</p><p><b>　　2. 參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　1）甲類諧振放大器參數(shù)計(jì)算</p><p>　　依設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，考慮高頻放大器應(yīng)具有的基本特性,可采用共射晶體管單調(diào)諧回路諧振放大器，設(shè)計(jì)參考電路見下圖所示。</p>&

56、lt;p>　　圖3-1回路諧振放大器</p><p>　　(1)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)</p><p>　　由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流 I CQ 一般在 0.8－2mA 之間選取為宜。</p><p>　　設(shè)計(jì)電路中取 I c = 1.5mA ，設(shè) Re = 1K? 。</p><p>　　因?yàn)椋?VEQ = I EQ

57、Re VEQ=1.5mA ×1K ?=1.5V</p><p>　　VBQ =1.5V + 0.7V = 2.2V</p><p>　　VCEQ = VCC ? VEQ= 12V ? 2.2V = 9.8V Rb 2 = VBQ /(5 ? 10) I BQ</p><p>　　而I BQ = I CQ / β = 1.5mA / 50 = 0.03

58、mA則：Rb 2 = VBQ / 10 I BQ = 2.2V / 0.3 = 7.3K?</p><p>　　取標(biāo)稱電阻 8.2K? 因?yàn)椋篟b1 = [(VCC ? VBQ ) / VBQ ]Rb 2</p><p>　　則：Rb1= [(12V ? 2.2V ) / 2.2V ] ? 8.2= 36.5 K ?</p><p><b>　　

59、⑵諧振回路參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　1.回路中的總電容 C∑</p><p><b>　　因?yàn)椋?lt;/b></p><p><b>　　=150.35pf</b></p><p><b>　　2.回路電容 C</b></p><p>

60、;　　則C= 150.35 pF ? (12 ?7 pF ) = 143.04 pF</p><p>　　取 C 為標(biāo)稱值 140pf,與 5-20Pf 微調(diào)電容并聯(lián)。</p><p>　　（3）求電感線圈 N2 與 N1 的匝數(shù)：</p><p>　　根據(jù)理論推導(dǎo)，當(dāng)線圈的尺寸及所選用的磁心確定后，則其相應(yīng)的參數(shù)就可以認(rèn)為是一個(gè)確定值，可以把它看成是一個(gè)常數(shù)。&l

61、t;/p><p>　　此時(shí)線圈的電感量僅和線圈匝數(shù)的平方成正比，</p><p><b>　　L = KN 2</b></p><p>　　式中：K-系數(shù)，它與線圈的尺寸及磁性材料有關(guān)；</p><p>　　N-線圈的匝數(shù)一般 K 值的大小是由試驗(yàn)確定的。當(dāng)要繞制的線圈電感量為某一值 Lm 時(shí)，可先在骨架上(也可以直接在磁心

62、上)纏繞 10 匝，然后用電感測量儀測出其電感量 LO ，再用下面的公式求出系數(shù) K 值：K = Lo / N o2</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中，L 采用帶螺紋磁芯、金屬屏蔽罩的 10S 型高頻電感繞制。在原線圈骨架上用0.08mm 漆包線纏繞 10 匝后得到的電感為 2uH。由此可確定</p><p>　　K = LO / N O 2=2 ×10?6/ 102=2 ×

63、10?8</p><p>　　要得到 4uH 的電感，所需匝數(shù)為</p><p><b>　　N= = =14匝</b></p><p>　　最后再按照接入系數(shù)要求的比例，來繞變壓器的初級抽頭與次級線圈的匝數(shù)。因有N1 = p1 ? N 2而 N 2 = 14 匝 則 N 1 = 0.3 ? 14 = 4.5 匝</p>&l

64、t;p><b>　　⑷ 帶寬的確定 </b></p><p><b>　　由于 </b></p><p>　?、?確定耦合電容與高頻濾波電容：</p><p>　　耦合電容 C1、C2 的值，可在 1000 pf—0.01uf 之間選擇 ，一般用瓷片電容。旁路電容 Ce 、C3、C4 的取值一般為 0.01-1

65、μF，濾波電感的取值一般為 220-330uH。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求與參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)的一級甲類諧振放大器如圖3-2 所示。通過選定基極偏置電阻值等方面使晶體管 Q1 工作在甲類狀態(tài)，其中 L、C3、C4、R6 構(gòu)成選頻回路，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電容 C3 使調(diào)諧回路選出與輸入信號源相同的頻率，在調(diào)諧回路中并聯(lián)電阻 R，減小回路品質(zhì)因數(shù)從而加寬通頻帶</p><p>　　圖3-2 一級甲

66、類諧振放大器</p><p>　　為了提高增益，本次電路采用了兩級甲類放大，其級聯(lián)的單元電路如圖 3-3 所示。選頻回路參數(shù)選擇一致。采用級聯(lián)的方式是犧牲通頻帶來換取高的電壓增益的。</p><p>　　圖3-3兩級甲類放大</p><p>　　3.1.2 丙類高頻功率放大器</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)要求</b&g

67、t;</p><p>　　確定功放的工作狀態(tài)丙類高頻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)，其電流流通角 θ c 在 60 —90 范圍。現(xiàn)設(shè) θ c =700。。在晶體管功率放大器中，可以通過改變激勵(lì)電壓、基極偏壓、集電極負(fù)載、集電極直流供電電壓來改變放大器的工作狀態(tài)。集電極電流余弦脈沖直流 ICO 分解

68、系數(shù) α 0 (700 ) = 0.25 ，集電極電流余弦脈沖基波 ICM1分解系數(shù)， α1 (700 ) = 0.44 。設(shè)功放的輸出功率為 0.5W。功率放大器集電極的等效電阻為：</p><p>　　集電極基波電流振幅為: =95mA</p><p>　　集電極電流脈沖的最大振幅為 =95MA/0.44=216MA</p><p>　　集電極電

69、流脈沖的直流分量為 I co =I c max × α o (θ c ) =216 × 0.25 =54mA</p><p>　　電源提供的直流功率為PD = V CC I CO = 12V × 54mA = 0.65 w</p><p>　　集電極的耗散功率為：PC = PD ? Po = 0.65 ? 0.5 = 0.15w</p><

70、p>　　集電極的效率為 =0.5/0.65=77% </p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　已知： Ap = 13dB</p><p>　　即 Ap = 20 Pi = Po / Ap =0.5 / 20= 25mV</p><p>　　基極余弦脈沖電流的最大值（

71、設(shè) 3DA1 的 β =10） =21.6mA</p><p>　　極基波電流的振幅為：</p><p>　　基極輸入的電壓振幅 VBm=2 Pi / I B1m=5.3V</p><p>　　2. 基極偏置電路計(jì)算</p><p>　　VE= Vbm cos θ c = 5.3cos 700=1.1V</p><p

72、>　　RE= Ve/ I co = 1.1/(54 ×10?3 ) = 20?</p><p>　　取高頻旁路電容 C E 2 = 0.01 pf</p><p>　　3.計(jì)算諧振回路與耦合線圈的參數(shù)輸出采用 L 型匹配網(wǎng)路，</p><p>　　R p = 110 ?, RL = 51? R p= (1 + QL 2 ) RL</p>

73、;<p>　　= =(1+ )Ls=2.72uH</p><p><b>　　= =259Pf</b></p><p>　　匹配網(wǎng)路的電感 L 為1.46 µ H ，電容 C 為 259 pF</p><p>　　4.電源去耦濾波元件選擇</p><p>　　高頻電路的電源去耦濾波網(wǎng)絡(luò)通

74、常采用 π 型 LC 低通濾波器，前者濾波電感 可按經(jīng)驗(yàn)取50～100μH，后者濾波電感一般取 0.01μH。</p><p>　　3.2 三類放大器的分析比較</p><p>　　利用寬帶變壓器作耦合回路的功放稱為寬帶功放。常用寬帶變壓器有用高頻磁芯繞制的高頻變壓器和傳輸線變壓器。寬帶功放不需要調(diào)諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大，但效率很低，一般只有 20%左右，一般作為發(fā)射機(jī)

75、的中間級，以提供較大的激勵(lì)功率。</p><p>　　利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功放稱為諧振功放。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角 θ c 的范圍可分為甲類、乙類、丙類和丁類等功放。電流導(dǎo)通角 θ c 越小放大器的效率越高。如丙類功放的 θ c 小于 900。</p><p>　　丙類功放通常作為發(fā)射機(jī)的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的功率。丙類諧振功率放大器原理圖就可以看出。</p>

76、<p>　　如圖 3-4 所示。</p><p><b>　　圖3-4 丙類功放</b></p><p>　　諧振功率放大器的特點(diǎn)：</p><p>　　1） 放大管是高頻大功率晶體管，能承受高電壓和大電流。</p><p>　　2） 輸出端負(fù)載回路為調(diào)諧回路，既能完成調(diào)諧選頻功能，又能實(shí)現(xiàn)放大器輸出端負(fù)載的

77、匹配。</p><p>　　圖3-5 功率放大器各分壓與電流的關(guān)系</p><p>　　3） 輸入余弦波時(shí)，經(jīng)過放大，集電極輸出電壓是余弦脈沖波形。功率放大器各分壓與電流的關(guān)系如圖 3-5 所示。</p><p>　　由于晶體管工作在丙類狀態(tài)，晶體管集電極電流是一個(gè)周期性的余弦脈沖 。由傅立葉級數(shù)可知，一個(gè)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?/p>

78、流分解為</p><p>　　iC (t ) = I c 0 + I c1mCosωt + I c 2 mCos 2ωt ? ? ? + I cnmCosnωt + ? ? ? ? ? （5-4）</p><p>　　I c 0 I c1m I c 2m I cnm分別為集電極電流的直流分量、基波分量以及各高次諧波分量的振幅</p><p>　　在對諧振功率放大器進(jìn)

79、行分析與計(jì)算時(shí)，關(guān)鍵在于直流分量和基波分量等前面幾項(xiàng)利用周期函數(shù)傅立葉級數(shù)的公式，可以求出下式中直流分量及各次諧波分量</p><p>　　下面僅列出前面幾項(xiàng)的表達(dá)式</p><p><b>　　? </b></p><p>　　只要知道電流脈沖的最大值和通角即可計(jì)算出直流分量、基波分量及各次諧波分量的變化趨勢是諧波次數(shù)越高，其振幅越小。因此，

80、在諧振放大器中只需研究直流功率及基波功率。</p><p>　　放大器集電極直流電源提供的直流輸入功率為</p><p>　　諧振功放集電極輸出回路輸出功率等于基波分量在諧振電阻RP上的功率為 </p><p><b>　　集電極的功耗為</b></p><p>　　放大器集電極能量裝換效率等于輸出功率與電源供給功率之

81、比</p><p>　　甲類狀態(tài)， θ c ＝180，η＝50％</p><p>　　乙類狀態(tài)， θ＝90，η＝78.5％</p><p>　　丙 類 狀 態(tài) ， θ c ＝ 60 ，η＝89％</p><p>　　由此可見放大器工作在丙類狀態(tài)時(shí)，效率最高。</p><p>　　3.3 單元電路選擇</p>

82、<p>　　3.3.1單元電路的選擇</p><p><b>　　1.甲類電路 </b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求與參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)的一級甲類諧振放大器如圖 4-6所示。通過選定基極偏置電阻值等方面使晶體管 Q1 工作在甲類狀態(tài)，其中 L、C3、C4、R6 構(gòu)成選頻回路，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電容 C3 使調(diào)諧回路選出與輸入信號源相同的頻率，在調(diào)諧回路中并聯(lián)

83、一電阻 R，減小回路品質(zhì)因數(shù)從而加寬通頻帶。</p><p>　　圖3-6 一級甲類諧振放大器</p><p>　　為了提高增益，本次電路采用了兩級甲類放大，其級聯(lián)的單元電路如圖 3-7 所示。選頻回路參數(shù)選擇一致。采用級聯(lián)的方式是犧牲通頻帶來換取高的電壓增益的。</p><p>　　圖3-7兩級甲類放大</p><p><b>　

84、　2.丙類高功放</b></p><p>　　由上述丙類功放參數(shù)計(jì)算結(jié)果結(jié)合丙類功放的理論知識(shí)設(shè)計(jì)的單元電路如圖 3-8 所示。</p><p><b>　　圖3-8 丙類功放</b></p><p>　　第四章 高頻諧振放大器電路</p><p><b>　　4.1整體電路</b>&

85、lt;/p><p>　　設(shè)計(jì)的總體電路圖如圖 4-1 所示，</p><p>　　圖4-1 總體電路圖</p><p>　　第五章 電路的仿真</p><p>　　5.1 multisim 軟件簡介</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，電路設(shè)計(jì)可以通過計(jì)算機(jī)輔助分析和仿真技術(shù)來完成。計(jì)算機(jī)仿真在教學(xué)中的應(yīng)用，代替

86、了大包大攬的試驗(yàn)電路，大大減輕驗(yàn)證階段的工作量；其強(qiáng)大的實(shí)時(shí)交互性、信息的集成性和生動(dòng)直觀性，為電子專業(yè)教學(xué)創(chuàng)設(shè)了良好的平臺(tái)，并能保存仿真中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，為整機(jī)檢測提供參考數(shù)據(jù)，還可保存大量的單元電路、元器件的模型參數(shù)。采用仿真軟件能滿足整個(gè)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證過程的自動(dòng)化。 Multisim(虛擬電子實(shí)驗(yàn)室) 軟件是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的 EDA 工具軟件。作為 Windows 下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具， Multisim 是一

87、個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。</p><p><b>　　5.2 仿真波形</b></p><p>　　5.2.1 輸入信號波形</p><p>　　輸入波形信號如圖 5-1 所示，由仿真示波器可以看到輸入信號是一個(gè)頻率為 5.85MHz，峰峰值為 99.8mv 的正弦波信號。</p><p><b>　　圖5-1

88、 輸入波形</b></p><p>　　5.2.2一級甲類放大波形</p><p>　　經(jīng)過第一級甲類放大器后輸出波形如圖 5-2 所示，其峰峰值增大到 589mv，將輸入信號電壓放大了。</p><p>　　圖5-2 一級后波形</p><p>　　經(jīng)過兩級放大后電壓增益提高了，峰峰值變?yōu)?2.01v，如圖 5-3 所示。<

89、;/p><p>　　圖5-3 兩級放大波形</p><p>　　信號最終經(jīng)過丙類放大器放大，提高其功率與效率，仿真波形如圖 5-4 所示。</p><p>　　5-4 最后輸出波形</p><p>　　5.2.3 結(jié)果分析</p><p>　　由于高頻放大器有甲類，丙類。將上述單元電路按圖 2-12 所示電路進(jìn)行組裝，先將

90、甲、丙類功率放大電路與濾波網(wǎng)絡(luò)相接，再將甲、丙類功率放大電路連接起來，然后再進(jìn)行逐級調(diào)整并級聯(lián)。仿真調(diào)試觀察波形時(shí)，用一示波器各探頭逐一接一、二、三級輸出，逐級調(diào)試。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)稍微修改輸入信號參數(shù)就會(huì)影響輸出波形質(zhì)量，經(jīng)與同學(xué)討論可能有以下兩方面原因：一方面可能是靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置問題，這就需要對電路再進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)的測量分析，，另一方面可能是選頻、濾波回路 L、C 等參數(shù)設(shè)置的影響，這個(gè)問題需要進(jìn)一步進(jìn)行測試驗(yàn)證。 </p&

91、gt;<p>　　由仿真結(jié)果及觀察波形可知，所設(shè)計(jì)的高頻功率放大器基本滿足了設(shè)計(jì)任務(wù)要求。經(jīng)過第一第二級甲類放大器后電壓幅值增大了，最終輸出也大大提高了輸出功率，因此也驗(yàn)證了理論知識(shí)的正確性和設(shè)計(jì)方法的可行性。</p><p><b>　　結(jié)束及致謝</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

92、;p>　　1，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 簡明教程 第三版 楊素行，高等教育出版社；</p><p>　　2，高頻電子線路 申功邁 鈕文良；</p><p>　　3，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù) 陳松 金鴻 Multisi m2001 & Protel99 se[M ]. 南京:東南大學(xué)出版社 , 2001 ；</p><p>　　4，電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真

93、 [M ]. 2版. 2004 . 莊海軍 (19742 ) ,男 ,講師 ,工程師 ,主要研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)及其應(yīng)用；</p><p>　　《關(guān)于MULTISIM仿真技術(shù)的研究》 2007.8 上海工程技術(shù)大學(xué)期刊</p><p>　　《MULTISIM仿真教程》2012.4 www.wintsd.com</p><p><b>　　附錄：元器