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1、摘 要在通信系统中，高频功率放大器作为发射机的重要组成部分，用于对高频已调波信号进行功率放大，然后经天线将其辐射到空间，所以要求输出功率很大。功率放大电路是一种能量转换电路，即将直流电源能量转换为输出信号的能量，同时必然有一部分能量损耗。从节能的角度考虑，效率显得更加重要。论文从高频功率放大器的原理出发，介绍了高频功率放大器的基本工作原理并对制作具体电路进行总结。关键词：高频功率放大器AbstractIn the communication system, the high-frequency power amplifier is regarded as the important compo
2、nent of the transmitter, use for already adjusting the wave signal to carry on power amplification to high frequency, then been radiated it to the space by the aerial, so require output power to be very great. The circuit of power amplification is a kind of energy transfer circuit, change the energy
3、 of the direct current source into the energy which outputs the signal, there must be some energy at the same time to loss. From the point of the energy-conserving one, efficiency seems more important. The thesis proceeds from principle of the high-frequency power amplifier, has introduced the basic
4、 operation principle of the high-frequency power amplifier and summarized to making concrete circuitKeywords: High-frequency power amplifier目 录引言11 高频功率放大器简介22 高频功率放大器的工作原理22.1 基本电路结构22.2 工作原理分析32.3 高频功率放大器的动态分析52.4 谐振功率放大电路的组成原理93 高频小信号功率放大器硬件设计与制作103.1 高频小信号功率放大器的设计制作项目主要技术要求：103.2 高频小信号功率放大器的设计电路
5、原理图113.3 高频小信号功率放大器的PCB图113.4 根据高频功率放大器原理设计元件参数及电路性能指标计算114 结论124.1 高频电子电路PCB图布线的一些注意事项124.2 调试方法124.3 调试过程要注意的事项13谢 辞14参考文献15桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 15 页引言与低频功率放大器一样，输出功率、效率、和非线性失真同样是高频功率放大器的三个最主要的技术指标。功率放大电路是一种能量转换电路，即将直流电源能量转换为输出信号的能量，同时必然有一部分能量损耗。文章讨论了丙类谐振功放的工作原理、动态特性和电路组成。高频功率放大器因工作于非线性区域
6、，用解析法分析较困难，固工程上普遍采用近似的分析方法折线法来分析其工作原理和工作状态。它和小信号调谐放大器的主要区别在于：小信号调谐放大器的输入信号很小，在微伏到毫伏数量级，晶体管工作于线性区域；它的功率很小，但通过阻抗匹配，可以获得很大的功率增益；小信号放大器一般工作在甲类状态，效率较低。而调谐功率放大器的输入信号要大得多，为几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区域截止和饱和区。文章介绍了高频谐振功率放大器的工作原理，并总结了制作具体电路要注意的一些事项。1 高频功率放大器简介高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。通信中应用的高频功率放大器，按其工作
7、频带的宽窄划分为窄带和宽带两种，窄带高频功率放大器通常以谐振电路作为输出回路，固又称为调谐功率放大器；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。高频调谐功率放大器是通信系统中发射装置的重要组件，它也是一种以谐振电路作负载的放大器。它和小信号调谐放大器的主要区别在于：小信号调谐放大器的输入信号很小，在微伏到毫伏数量级，晶体管工作于线性区域；它的功率很小，但通过阻抗匹配，可以获得很大的功率增益；小信号放大器一般工作在甲类状态，效率较低。而调谐功率放大器的输入信号要大得多，为几百毫伏到几伏，晶体管工作延伸到非线性区域截止和饱和区。这种放大器的输出功率
8、大，以满足天线发射或其他负载的要求，效率较高，一般工作在丙类状态。它的只要技术指标是输出功率、效率和谐波抑制度（输出中的谐波分量应尽量小）等。通信中应用的高频调谐功率放大器，按其工作频率、输出功率、用途等的不同要求，可以采用晶体管或电子管作为功率调谐放大器的电子器件。晶体管有耗电少、体积小、重量轻、寿命长等优点，在许多场合应用。高频功率放大器因工作于非线性区域，用解析法分析较困难，固工程上普遍采用近似的分析方法折线法来分析其工作原理和工作状态。2 高频功率放大器的工作原理2.1 基本电路结构 -UBBCECL+uS-+ub-(a) 原理电路+ub-RpCL+uCE-icEC-UBB(b) 等效
9、电路+uc1-电路结构主要由以下几部分组成：电源和偏置电路晶体管：大功率晶体管，能承受高电压，大电流，一般工作时发射极反偏(C类)；输入激励电路：提供所需信号电压；输出谐振回路：（1）滤波选频，(2)阻抗匹配。2.2 工作原理分析 (1) 集电极电流 设输入信号电压: 则加到晶体管基极,发射级的有效电压为: uBEic-UBBUBZubicUbmgC由晶体管的转移特性曲线可以看出： 当，当，式中为：折线的斜率有由于当时， 又当时，代入有：尖顶余弦脉冲的数学表达式若对分解为付里叶级数为： ictccic1ic2ic3IcoIcmax式中：(1) ，称为尖顶余弦脉冲的分解系数。一般可以根据的数值查
10、表求出各分解系数的值(2) ，为直流及基波和各次谐波的振幅。(2) 集电极输出电压 经LC并联谐振回路后，此回路对基波产生谐振，呈纯电阻性，集电极电压为最大值，而对其他谐波失谐阻抗很低，呈电容性，因而回路选出基波电压Uc1，而滤除各次谐波电压。而晶体管集电极的输出电压：2.3 高频功率放大器的动态分析由于高频功放工作在大信号的非线性状态，显然晶体管的小信号等效电路的分析方法已不适用，所以分析方法一般利用晶体管的静态特性曲线，但由于晶体管的静态特性曲线与频率有关，如右图所示了与之间的关系。而通常所说的静态特性曲线是指低频区：。高频功率放大器的动态特性： （1）放大区动态特性方程当放大器工作在谐振
11、状态时，其外部电路电压方程为：若设：输入端：输出端：其中：由上两式消除可得：又利用晶体管的内部特性关系式（折线方程）：可得：式中：表示动态特性曲线的斜率， vv式中：; 动态特性曲线在轴上的截距。谐振功放的功率性能： （2）临界工作状态动态特性曲线与临界饱和线以及对应的静态特性曲线，三线相交于一点此时：, 为尖顶余弦脉冲。高频功放工作在临界状态时，有较大的基波电流和较大的回路电压，故晶体管输出功率最大，高频功放通常选择这种工作状态。为保证这种工作状态所需的集电极负载电阻称为最佳负载电阻。高频功率放大器的负载特性vPoRp欠压区过压区临界区Rp欠压区过压区临界区Ic1IcoPDPcUc1负载特性
12、是指、和一定时，不同值对功率性能影响的特性。在讨论这个特性时，应了解下述几个概念：a、根据关系式可知，增大亦即增大。B、取定，+和管子的导通时间（或导通角）也就被确定。C、当0时，由上图可知，+，而对应的必定是最小值，即，因此对应于不同的动态点A必定在的这条输出特性曲线上移动，如上图所示。d、越大，就越大，即越小，画出的动态线越陡，且A点相应由放大区进入饱和区，导致动态线弯曲，由此画出的集电极电流波形由余弦脉冲波变为中间凹陷高度下降的脉冲波，如图上图所示。E、凡A点处在放大区的称为欠压状态，A点落在饱和区的称为过压状态，A点处于临界饱和线的称为临界状态。F、根据傅氏级数特点，脉冲电流越高，宽度
13、越宽，和值就越大；中间凹陷越深，和值就越小。根据上述概念，画出不同时集电极电流的波形如下图所示，由图可见，在欠压区，随着增大，集电极电流为余弦脉冲，其高度略有下降，进入过压区后，随着增大，集电极电流为中间凹陷的脉冲且其高度下降。由以上图可定性画出随增大，和的变化特性，从而找出相应功率性能的变化特性如图所示。由图可见，随着增大，在欠压区，、略有下降，相应的和增长很快；进入过压区后，和迅速下降，相应的增加趋缓且使下降。结果是临界状态时，达到最大且效率较高。通常称相应的为最佳负载，用表示。临界状态输出功率最大，效率也较高，可以说是最佳工作状态，常选此状态为末级功放输出状态。过压状态，效率高，但输出功
14、率较小。在欠压状态，几乎不变，功放相当于一个恒流源，而过压状态几乎不变，相当于一个恒压源。（3）调制特性和放大特性调制特性分集电极调制特性（当、不变时，随变化的特性）和基极调制特性（、不变，随变化的特性）两种。放大特性与基极调制特性相仿，它是在、不变时，随变化的特性。在讨论这些特性时，除上述概念外，还应补充如下概念。A、一定时，增大，集电极电流脉冲的高度和宽度都相应地增大。B、反之，一定时，越向负值方向增大，集电极电流脉冲的高度和宽度都相应地减小。C、不变，一定时，越小，A点将由放大区进入饱和区，相应的工作状态由欠压状态经临界状态进入过压状态。这三种特性的集电极电流脉冲的波形分别示于图N2-5、图N2-6和图N2-7。调制特性用来产生普通调幅波。放大特性主要作线性功率放大器（此时一般让功放工作在乙类），用来放大已调波。2.4 谐振功率放大电路的组成原理（1）组成原理谐振功率放大器由直流馈电电路和滤波匹配网络组成，其电路组成原理与非谐振功率放大器相同，尚需强调下列几点。A、功率管的输出、输入回路都必须有直流电路B、直流通路不能影响匹配滤波网络的工作，匹配滤波网络亦不能影响直流通路的正常供电。（2）直流馈电电路a、集电极馈电电路图N
