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1、 高频电子线路课程设计说明书题目： 高频功率放大器设计 学生姓名： 学 号： 院 （系）： 专 业： 指导教师： 2015 年 01 月 05 日目 录1 选题背景 .12 丙类功率谐振放大器的理论设计 .12.1 高频功率放大器的简介 .12.2 电路原理 .12.2.1 工作原理 .12.2.2 主要的技术指标 .22.3 确定放大器的工作状态 .42.4 谐振回路及耦合回路的设计 .53 设计过程 .63.1 系统方案论证 .63.1.1 丙类谐振功率放大器电路 .63.2 模块电路设计 .73.2.1 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 .73.2.2 丙类谐振功率放大器输出端采
2、用直流馈电电路 .73.2.3 匹配网络 .83.2.4 直流偏置对丙类谐振功率放大器性能影响分析 .84 整体电路与系统调试及仿真结果 .124.1 电路设计与分析 .124.2.仿真与模拟 .134.2.1 Multisim 简介 .134.2.2 基于 Multisim 电路仿真用例 .145 元件与设备 .155.1 晶体管的选择 .155.1.1 判别三极管类型和三个电极的方法 .155.2 电容的选择 .166 课程设计体会与建议 .166.1 课程设计体会 .176.2 课程设计建议 .177 总结 .17参考文献 .1911 选题背景电子技术迅猛发展。由分立元件发展到集成电路，
3、中小规模集成电路，大规模集成电路和超大规模集成电路。基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单元。弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。放大器在当今和未来社会中的作用日益增加。高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗，要求发射机具有较大的输出功率，而且，通信距离越远，要求输出功率越大。所以，为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。丙类谐振功率放大器在人类生活中得到了广泛的应用，而且能高效率的将电源供给的直流能量转换为高频交流输出，研究它具有很高的社会价值。设计简单丙类谐振功率放大器电路并
4、进行仿真，以及对丙类谐振功率放大器发展的展望。2 丙类功率谐振放大器的理论设计2.1 高频功率放大器的简介高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。谐振功率放大器的特点： (1)放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。 (2)输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能
5、实现放大器输出端负载的匹配。 (3)基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态。 (4)输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。2.2 电路原理 2.2.1 工作原理丙类功率放大器的基极偏置电压 BEu是利用发射极电流的直流分量 0EI在发射极直流负反馈电阻 10R上产生的压降来提供的，故称为自给偏置电路。当放大器的输入信号 iu为正弦波时，集电极电流 ci为余弦脉冲波。利用谐振回路 L5C5 的选频作用可输出基波谐振电压 1Cu、电流 1Ci2图 2-1 为丙类谐振功率放大器原理图,为实现丙类工作,基极偏置电压 VBB应设置在功率的截止区。输入回路：由于功率管处
6、于截止状态，基极偏置电压 VBB作为结外电场，无法克服结内电场，没有达到晶体管门坎电压，从而，导致输入电流脉冲严重失真，脉冲宽度小于 90o。由 iCi B知，i C也严重失真，且脉宽小于 90o。输出回路：若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响,在静态转移特性曲线(i CV BE)上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列,脉冲宽度小于半个周期。图 2-1 丙类谐振功率放大器原理图由 Dirichlet 收敛定理可知,可将电流脉冲序列 iC分解成平均分量、基波分量和各次谐波分量之和,即（2-1）LstIstIi mcmcc 2oo10由于集电极谐振回路调制在输入信号频率上因而它对
7、iC中的基波分量呈现的阻抗很大，且为纯电阻。而对其他谐波分量和平均分量阻抗均很小，可以忽略，这样，在负载上得到了所需的不失真的信号功率。2.2.2 主要的技术指标(1)直流电源 CV提供的直流功率 0CVIP(2-2)式中， 0I为集电极电流 Ci的直流分量。电流 i经傅立叶级数分解，可得峰值 cmI与分解系数 的关系式)(n(2-3)Icmnn/)(故有(2-4)(00cCI分解系数 与 的关系如图所示。)(n3图 2-2 分解系数 与 的关系)(n(2)集电极输出的基波功率 omcocmcC RUIUP/2121(2-5)式中， mcU1为集电极基波电压的振幅， I为集电极基波电流的振幅；
8、 为集电极负载电阻，最佳匹配状态下有 HoR，三者间的关系为 omcR1(2-6)式中， ，即集电极基波电流振幅等于集电极电流振幅与基波电流分解系数)(11cmI之积。 (3)功率增益 iCPA/(2-7)式中， iP为功放的基极基波输入功率，它与基波输入电流振幅 mbI1、基波输入电压振幅mbU1及输入电阻 iR的关系为 ibimbbmi RIUI12121/2(2-8)实验电流中， i可表示为 ieh。 由公式(2-5)和(2-8)可得 mbcPIA1(2-9)(4)放大器的效率4)(21)(21 000CmccVUIP (2-10)式中， CmcVU/1称为电压利用系数。功率放大器的设计
9、原则是在高效率下获得较大的输出功率。在实际运用中，为兼顾高输出功率和高效率原则，通常取 860。2.3 确定放大器的工作状态谐振功放的三种工作状态在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大区的工作状态分为三种：（1）欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方（2）过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区（3）临界工作状态：是欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。如图2-3为电压、电流随负载变化的波形图。图2-3 电压、电流随负载变化的波形图5高频放大器的工作状态是由负载阻抗R p、激励电压V b、供电电压V CC、V BB等4个参量决定的。
10、为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。2.4 谐振回路及耦合回路的设计输入耦合回路的作用是自前级取得最大的激励功率，而输出耦合回路则是保证放大器的输出功率能有效地加到负载上。如图 2-4 所示，丙类谐振功放的输出回路采用变压器耦合方式，其作用可以归纳为：（1）实现阻抗匹配，使负载电阻 LR能与放大器的最佳负载 HR匹配，以保证放大器传输到负载的功率最大。（2）与谐振回路配合，抑制工作频带范围以外的频率分量，使负载上只有基波分量及频带内频谱分量存在。耦合电路形式很多，本实验采用变压器耦合方式。为了减小晶体管输出阻抗对耦合回路的影
11、响，变压器初级采用部分接入方式耦合。回路的谐振频率为 LC210或f10（2-11）谐振阻抗与变压器线圈匝数比为 01245RUPNLcmo（2-12）LQ0453（2-13）图 2-4 耦合回路63 设计过程3.1 系统方案论证3.1.1 丙类谐振功率放大器电路在放大器原理上，功率放大器与其他放大器一样，都是能量转换器件，最主要是安全、高效和不失真（失真在允许范围内）地输出所需信号功率，为高效率输出信号且不失真（或失真在允许的范围内） ，通常采用丙类谐振功率放大器。本章主要介绍丙类谐振功率放大器的电路组成和工作原理并对各种状态进行分析。在丙类谐振功率放大器中，管外电路由直流馈电电路和自给偏自电
