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1、高频电子线路课程设计题目： 高 频 功 率 放 大 器 .班级： 08 级通信 1 班 .姓名： 马宗祥 .学号： P081513166 .成绩： .- 1 -组内分工成员及分工：程冲冲：低频放大马云、吴欣萌：振荡及调制洪学军：倍频向昊瀚：高频放大王进鑫、马宗祥：高频功率放大- 2 -目录一、设计目的 .2二、设计要求 .2三、高频功率放大器原理 .21整体介绍 .22具体原理分析 .4四、高频功率放大器的设计方案 .51、确定放大器的工作状态 .52、丙类功率放大器的估算 .53、电路结构设计 .7a)电路结构的主要组成 .7b)设计电路如下 .7c)个人模块仿真输出 .7五、整体电路设计
2、.81、仿真输出波形 .9六、实验总结 .11参考文献 .12附录：调频调制总电路图（图 14） .9- 3 -一、 设计目的设计本高频功率放大器的目的是用于调频过程的末级，作用是将已调信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，使信号经过天线辐射到空间，并确保在一定的区域内接收机可以接收较为满意的信号。二、 设计要求设计的放大器用于发射机末级因此要求输出功率大，效率也要较高，因此要求技术指标为：输出功率： 500mW,工作中心频率中心 =6MHz,0Pof效率 65%，负载为 =51。LR三、 高频功率放大器原理1、整体介绍高频功率放大器用于发 射 机 的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大
3、，以满足发送功率的要求，然后经过天 线 将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。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。在 “低 频电 子 线 路 ”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的
4、不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为 360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180o；丙类放大器电流的流通角则小于 180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可
5、达 100，但它的最高工作频率受- 4 -到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自 20 至 20000 Hz，高低频
6、率之比达 1000 倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百 kHz 一直到几百、几千甚至几万 MHz） ，但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（5351605 kHz 的频段范围）的频带宽度为 10 kHz，如中心频率取为 1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类） 。近年来，宽频带
7、发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。这样，它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高；它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。 高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当
8、降低等。功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的- 5 -放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；采用推挽电路时可以工作在乙类。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。所以，高频功
9、率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法折线法来分析其工作原理和工作状态。这种分析方法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。以上讨论的各类高频功率放大器中，窄带高频功率放大器：用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调信号或实现倍频的功能，通常工作于乙类、丙类状态。宽带高频功率放大器：用于对某些载波信号频率变化范围大得短波，超 短 波 电 台 的中间各级放大级，以免对不同fc 的繁琐调谐。通常工作于甲类状态。2、具体原理分析知道前级送来的高频激励电压为 ug=Ugcos
10、t 它加在阳极与阴极之间。其中，u g是激励电压的瞬时值，U g是激励电压的振幅值，2f 是激励电压的角频率，f 是激励电压的频率。当电路接好并将各电极电压加上时，则在板极电路中就会出现受到栅极电压控制的板流脉冲，脉冲波形如图 3-1 所示。i a是周期性函数，由数学知识可知，它可用傅氏级数来表示，即 ia=Ia0+Ia1cost+I a2cos2t+I ancosnt （2.1）可见，板极电流等于直流分量 Ia0、一次谐波(基波)、二次谐波和其他高次谐波之和- 6 -图 3-1 脉冲波形板极并联谐振回路要调谐到激励信号电压的频率，并且在实际情况下，振荡回路的 Q 值远大于 1(考虑到下级负载
11、引入的电阻)，即回路的谐振性很强。这样，谐振回路对基波的阻抗很大，而且是纯电阻性的，这就是我们熟知的谐振阻抗，一般用 Roe来表示。板极回路的直流电阻，可以看成是短路的。同时，因为回路是调谐到基波，对于高次谐波回路失谐很大，所以回路对于高次谐波也近似于短路。这样，板极电流通过回路时，在回路上所引起的只有基波电压。输出电压不是脉冲形状，而是和输入激励电压一样的波形。四、 高频功率放大器的设计方案1、确定放大器的工作状态高频放大器的主要技术指标是输出功率与效率，设计放大器时应抓住的主要矛盾，工作状态的选择就是主要矛盾决定的。因此，为了获得高的输出功率与效率，应采用丙类工作状态。丙类功率放大器可工作在欠压、临界和过压状态。因欠压状态效率低，而过压状态严重失真，谐波分量大。为尽可能兼顾输出大功率、高效率，选用临界状态。2、丙
