高頻功率放大器課程設計

1、<p>　　課 程 設 計</p><p>　　2012年 2月 24日</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　課程 高頻電子線路</p><p>　　題目 高頻功率放大器的設計</p><p>　　專業(yè)

2、 姓名 學號 </p><p>　　主要內容、基本要求、主要參考資料等</p><p><b>　　1、主要內容</b></p><p>　　利用所學的高頻電路知識，設計一個高頻功率放大器。通過本次電路設計，掌握高頻諧振功率放大器的設計方法、電路調諧及測試技術。加深對高頻電子線路課程理論知識的理解，提高電路設計及電子實踐能力。

3、</p><p><b>　　2、基本要求</b></p><p>　　設計一個高頻功率放大器，主要技術指標為：</p><p>　　(1) 工作中心頻率；</p><p><b>　　(2) 輸出功率；</b></p><p><b>　　(3) 負載電阻；<

4、;/b></p><p><b>　　(4) 效率。</b></p><p><b>　　3、主要參考資料</b></p><p>　　[1] 陽昌漢. 高頻電子線路. 哈爾濱：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2] 張肅文，陸兆雄. 高頻電子線路(第三版). 北京：高等教育出

5、版社，1993.</p><p>　　[3] 謝自美. 電子線路設計·實驗·測試. 武漢：華中科技大學出版社，2000.</p><p>　　[4] 高吉祥. 電子技術基礎實驗與課程設計. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　完成期限 2月20日-2月24日 </p><p>　　指導教師

6、 </p><p>　　專業(yè)負責人 </p><p>　　年 2 月 17 日</p><p><b>　　電路基本原理</b></p><p><b>　　電路原理及用途</b></p><p>　　在通信電路中

7、，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，要求輸出的功率越大。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)射設備的重要組成部分。在無線電信號發(fā)射過程中，發(fā)射機的振蕩器產生的高頻振蕩信號功率表很小，因此在它后面要經過一系列的放大，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。由于高頻功率放大器的工作頻率高，相對頻帶窄，所以一般

8、采用選頻網絡作為負載回路。</p><p><b>　　⑴、諧振回路的作用</b></p><p>　　利用選頻網絡作為負載回路的功率放大器成為諧振功率放大器，它是無線電發(fā)射機中的重要組成部件，它有兩個作用：第一：阻抗變換的作用。第二：濾波作用。利用選頻網絡作為負載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器，它是無線電發(fā)射機中的重要組成部件。</p><p

9、>　　所謂阻抗變換就是把實際負載阻抗變換為電子管所要求韻負載阻抗。一般情況下，放大器的實際負載阻抗都較小，如天線的輸入阻抗通常只有幾十歐姆，而放大器所要求的負載通常是幾百歐姆至幾千歐姆，為了使放大器有最大的功率輸出，實際工作中要求兩者相等。LC并聯(lián)諧振回路可以起到把較小的阻抗變化為其工作狀態(tài)所要求的最佳負載阻抗的作用。</p><p>　?、啤?功放電路的工作原理</p><p>　

10、　利用選頻網絡作為負載回路的功放稱為諧振功放。根據(jù)放大器電流導通角θc的范圍可分為甲類、乙類、丙類和丁類等功放。電流導通角θc越小放大器的效率越高。如丙類功放的θc 小于 90，丙類功放通常作為發(fā)射機的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的功率。</p><p>　　諧振功率放大器的特點：</p><p>　?、佟⒎糯蠊苁歉哳l大功率晶體管，能承受高電壓和大電流。</p><

11、p>　　②、輸出端負載回路為調諧回路，既能完成調諧選頻功能，又能實現(xiàn)放大器輸出端負載的匹配。</p><p>　?、?、輸入余弦波時，經過放大，集電極輸出電壓是余弦脈沖波形。</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?lt;/p><p

12、><b>　?。?）</b></p><p>　　、、、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行分析與計算時，關鍵在于直流分量和基波分量等前面幾項利用周期函數(shù)傅立葉級數(shù)的公式，可以求出式（1）直流分量及各次諧波分量</p><p>　　下面僅列出前面幾項的表達式</p&

13、gt;<p>　　只要知道電流脈沖的最大值和通角即可計算出直流分量、基波分量及各次諧波分量各次諧波分量變化趨勢是諧波次數(shù)越高，其振幅越小。因此，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

14、><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比，即</p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　甲類狀態(tài)，</b></p><p><b>　　乙類狀態(tài)，</

15、b></p><p><b>　　丙類狀態(tài)，</b></p><p>　　可見，工作在丙類狀態(tài)時，效率最高。由于越小，其工作效率越好，但同時也對輸入信號提高了要求，所以一般選在左右即可。</p><p><b>　　主要技術指標</b></p><p>　　高頻功率放大器的主要技術指標有高頻輸

16、出功率、效率、功率增益和諧波抑制度等。在設計功率放大器時，總是根據(jù)放大器的特點，突出其中的一些指標，兼顧另外的一些指標。例如，對于發(fā)射機的輸出級，其特點是希望輸出功率最高，對應的效率不一定會最高；對于單邊帶發(fā)射機，則要求功率放大器非線性失真盡可能小，也就是諧波抑制度是設計的主要問題，顯然在這類功率放大器中，效率不是很高的。</p><p>　　在本次課程設計中，主要技術指標如下：</p><p

17、><b>　　⑴、工作中心頻率；</b></p><p><b>　?、?、輸出功率表；</b></p><p><b>　?、?、負載電阻；</b></p><p><b>　　⑷、效率。</b></p><p><b>　　設計方案<

18、/b></p><p>　　從輸出功率來看，末級功放可采用甲類或丙類功率放大器，但要求總效率 η>60%，顯然，只用一級甲類功放是不能達到目的的，故采用兩級功率放大器，第一級采用甲類功率放大器，第二級采用丙類功率放大器，其中甲類功放選用晶體管3DG12，丙類功放選擇晶體管3DA1。</p><p>　　由兩級功率放大器組成的電路總體設計方案如下圖所示：</p>

19、<p>　　下面分別介紹各級的原理及基本關系式：</p><p><b>　　1、丙類功率放大器</b></p><p>　?、?、確定放大器工作狀態(tài)</p><p>　　由技術指標效率，放大器的工作狀態(tài)采用臨界工作狀態(tài)，取，所以諧振回路的最佳電阻為：</p><p>　　集電極基極電流振幅為：</p>

20、;<p>　　集電極電流最大值為： </p><p><b>　　其直流分量為：</b></p><p>　　一般取電源，則電源供給的直流功率為：</p><p><b>　　集電極損耗功率為：</b></p><p>　　轉換效率為：>60%，滿足設計指標。</p>

21、<p>　　本級增益即20倍放大倍數(shù)，晶體管的直流時，輸入功率為：</p><p>　　基極余弦電流最大值為：</p><p>　　基極基波電流振幅為：</p><p>　　所以輸入電壓的振幅為：</p><p>　?、?、計算諧振回路和耦合回路參數(shù)</p><p>　　丙類功放輸入、輸出回路均為高頻變壓器

22、耦合方式，其中基極體電阻，則輸入阻抗為</p><p>　　有此得輸出變壓器線圈匝數(shù)比為：</p><p>　　由經驗，在這里，我們假設取N3=3和N1=8</p><p>　　若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容為C=100pF，則≈60μH</p><p>　　用Φ10mm×Φ6mm×5mm磁環(huán)來繞制輸出變壓器，所以有，其中，

23、所以。</p><p>　?、?、基極偏置電路參數(shù)計算</p><p>　　基極直流偏置電壓為： (其中 )</p><p>　　則射極電阻 （取高頻旁路電容）</p><p><b>　　2、甲類功率放大器</b></p><p>　　⑴、確定放大器工作狀態(tài)</p><p&g

24、t;　　甲類功率放大器輸出功率等與丙類功放的輸入功率，即： </p><p>　　輸出負載等于丙類功放輸入阻抗，即： </p><p>　　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</p><p>　　若取放大器的靜態(tài)電流，則集電極電壓振幅</p><p><b>　　最佳負載電阻為：</b&

25、gt;</p><p>　　射極直流負反饋電阻為：</p><p>　　輸出變壓器線圈匝數(shù)比為：</p><p>　　本級功放采用3DG12晶體管，取，，即20倍放大倍數(shù)</p><p>　　則輸入功率，放大器輸入阻抗 </p><p>　　若取交流負反饋電阻，則，本級輸入電壓≈0.46V</p><

26、;p><b>　?、?、計算靜態(tài)工作點</b></p><p>　　綜上可知時，晶體管射極電位，，</p><p>　　若基極偏置電流 ，則</p><p>　　所以有≈2.95kΩ</p><p>　　三、電路調試及仿真分析</p><p>　　利用電子設計軟件multisim對電路仿真，在

27、軟件multisim中繪制出仿真電路圖如下圖所示。</p><p>　　對電路進行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，仿真電路圖如下圖所示：</p><p>　　上圖的兩個波形中，上面是A通道的波形，即輸出波形，下面是B通道，即輸入波形，輸出電壓，，放大增益，,故由Multism仿真測得設計的高頻功率放大器的電壓放大增益。</p><p>

28、;<b>　　四、總結與體會</b></p><p>　　高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的主要組件,經過五天的對高頻功率放大器電路的設計，使我對高頻電路課程有了更深一步的了解，課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,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),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。此次的高頻課設，不僅讓我加深了對電子電路理論知識的理解，還加強和同學交流溝通的能

29、力，在設計電路時和同題目成員共同討論解決問題，同時設計出的電路經過Multisim軟件仿真達到預期的放大效果，不僅讓我們共同獲得努力后成功的欣喜，而且了解了Multism軟件的使用。種種在此次學習到的知識或是能力必將有用于之后的學習或是將來的工作，這也是此次課程設計的目的所在。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1] 陽昌漢. 高頻電

30、子線路. 哈爾濱：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2] 張肅文，陸兆雄. 高頻電子線路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993.</p><p>　　[3] 謝自美. 電子線路設計·實驗·測試. 武漢：華中科技大學出版社，2000.</p><p>　　[4] 高吉祥. 電子技術基礎實驗與課程設計. 北京：電子工業(yè)出版社，2

31、002.</p><p>　　[5] 王志剛，龔杰星．現(xiàn)代電子線路[M]．北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社，2003：32～47．</p><p>　　[6] 胡宴如，耿蘇燕．高頻電子線路[M]．北京：高等教育出版社，2009：56～95．</p><p>　　東北石油大學課程設計成績評價表</p><p>　　指導教師：