高頻諧振功率放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)任務(wù)具較扎實(shí)的電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；對(duì)電路器件的選型 及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本 調(diào)試能力；能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測(cè)。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、采用晶體管完成一個(gè)高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)2、電源電壓vcc = +12v,采用nx3 100環(huán)形鐵氧體磁芯，3、工作頻率f0=6mhz4、負(fù)載電阻rl = 75 q時(shí)， 輸出功率ra100mw 效率刀60%5、完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計(jì)總時(shí)間安排：二十周一周

2、，其中3天硬件設(shè)計(jì)，4天軟、硬件調(diào)試及答辯。指導(dǎo)老師簽名年 月日系主任（或責(zé)任老師）簽名：年 月日摘要i1高頻功率放大器簡(jiǎn)介11.1 寬帶功放11.2 丙類功率放大器42單元電路的設(shè)計(jì)62.1 丙類功率放大器的設(shè)計(jì)62.2 甲類功率放大器的設(shè)計(jì)82.3 電路仿真93電路的安裝與調(diào)試 104課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 12參考文獻(xiàn)14附錄1 152武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書摘要高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大。以滿足 發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)

3、中發(fā)送裝置 的重要組件。放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360。，適用于小信號(hào)低功率放大。乙類放大器電流的流通角 約等于180° ;丙 類放大器電流的流通角則小于180°。乙類和丙類都適用于大功率工作。 丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極 近于正弦波形，失真很小。高頻功率放大器在很多領(lǐng)域和方面都有應(yīng)用，并且涉及到很多 方面的知

4、識(shí)點(diǎn)，則在此次設(shè)計(jì)中我們可以掌握高頻寬帶功放與高頻諧振功放的設(shè)計(jì)方法， 電路調(diào)諧及測(cè)試技術(shù)；負(fù)載的變化及激勵(lì)電壓，基極偏置電壓，集電極電壓的變化對(duì)放大 器工作狀態(tài)的影響；了解寄生振蕩引起的波形失真及消除寄生振蕩的方法；并且可以了解 并掌握仿真軟件的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：高頻諧振功率放大器諧振回路 耦合回路工作狀態(tài)2abstractthe high frequency power amplifier uses in transmitter's last stage, the function is carries on the high frequency modulated wave sign

5、al the power amplification. satisfies the sending power the request, then radiates after the antenna it the space, guaranteed that the receiver may receive satisfaction in certain region the signal level, and does not disturb adjacent channel's correspondence. the high frequency power amplifier

6、is in the communications system the transmitter installation important module. the amplifier may defer to the electric current breakover angle the difference, divides into the armor, the second grade, the third three kind of active status it. the class a amplifier electric current's angle of flo

7、w for 360, is suitable for the small signal low power enlargement. the class b amplifier electric current's angle of flow approximately is equal to 180; the third kind of amplifier electric current's angle of flow is smaller than 180. th e class b and the third kind are suitable for the high

8、 efficiency work. the third kind of active status's output and the efficiency are in three kind of active statuses the highest. the high frequency power amplifier mostly works yu binglei. but the third kind of amplifier's current waveform distorts is too big, thus cannot use in the low frequ

9、ency power amplification, can only use in using the tuning circuit to take the load the resonance power amplification. because the tuning circuit has the filter capacity, the loop current and the voltage extremely nearly in the sinusoidal waveform, the distortion were still very small. the high freq

10、uency power amplifier has the application in many domains and the aspect, and involves to many aspect knowledge spots, we may grasp the high frequency wide band power amplifier and the high frequency resonant power amplifier design method in this design, the electric circuit harmonious and the test

11、technology; load change and excitation voltage, base electrode bias voltage, collector voltage change to amplifier active status influence; the understanding parasiteic oscillation causes the wave distortion and eliminates the parasiteic oscillation the method; and may understand and grasp simulatio

12、n software's applicatio武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書1高頻功率放大器簡(jiǎn)介高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足 發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到 滿意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶 高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作 用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率 放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因

13、此又稱為非調(diào)諧功率放大 器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸 出在 低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，分為甲類（導(dǎo)通角 二360度）、乙類（導(dǎo)通角=180度）、甲乙類（導(dǎo)通角=180度360度）。1.1 寬帶功放tx2-o圖1-2寬帶功放電路圖201.1.1 靜態(tài)工作點(diǎn)如圖1-2所示，晶體管q1組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其中 rb1、rb2 為基極偏置電阻；re1為直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。rf1為交流負(fù)反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列關(guān)系式確定：ueq=ieq（r

14、m+re1 比 icqre1（公式 1-1 ）式中，rf1 一般為幾歐至幾十歐。1cq = p i bq（公式 1-2）cqbqubq =ueq +0.7v（公式 1-3）1.1.2 甲類功放的負(fù)載特性如圖1-2所示，甲類功率放大器的輸出負(fù)載由丙類功放的輸入阻抗決定，兩級(jí)間通過變壓器進(jìn)行耦合，因此甲類功放強(qiáng)交流輸出功率 p0可表示為：p0=ph/"b（公式 1-4）式中，ph'為輸出負(fù)載上的實(shí)際功率，刀b為變壓器的傳輸效率，一般為 “b=0.750.85。圖1-3甲類功放的負(fù)載特性圖1-3為甲類功放的負(fù)載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點(diǎn)q應(yīng)選在交流負(fù)載線ab的中點(diǎn)，

15、此時(shí)集電極的負(fù)載電阻rh稱為最佳負(fù)載電阻。集電極的輸出功率 pc的表達(dá)式為:1.1 ucm u cm i cm -二 22 rh（公式1-5）式中，ucm為集電極輸出的交流電壓振幅，icm為交流電流的振幅，它們的表達(dá)式分別u cm = u cc icq re1 -u ces（公式1-6）式中，ucesw為飽和壓降，約1vi cm " i cq如果變壓器的初級(jí)線！皿數(shù)為n1,次級(jí)線圈匝數(shù)為n2,則n1 brh=;n2rh（公式1-7）（公式1-8）式中，rh'為變壓器次級(jí)接入的負(fù)載電阻，即下級(jí)丙類功放的輸入阻抗1.1.3 寬帶功放的功率增益與電壓放大器不同的是功率放大器應(yīng)有一定

16、的功率增益，對(duì)于圖1-1所示電路，甲類功率放大器不僅要為下一級(jí)功放提供一定的激勵(lì)功率，而且還要將前級(jí)輸入的信號(hào)，進(jìn)行功率放大，功率增益ap的表達(dá)式為ap =po p（公式1-9）其中，pi為放大器的拆入功率,它與放大器的輸入電壓 uim = 2 ri piuim及輸入電阻ri的關(guān)系為（公式1-10）式中，ri又可以表示為rhie1 hfe rf1（公式1-11）式中，hie為共發(fā)接法晶體管的輸入電阻，高頻工作時(shí)，可認(rèn)為它近似等于晶體管的基極體電阻rbb1。hfe為晶體管共發(fā)接法電流放大系數(shù)，在高頻情況下它是復(fù)數(shù)，為方便起 見可取晶體管直流放大系數(shù)b。1.2丙類功率放大器q2n2220ce0.0

17、1uf0rl1kvccvi|1ufvoff=0v ：、vampl = 10mvfreq = 5meghz0圖1-4丙類功放電路圖1.2.1丙類功放基本關(guān)系如圖1-4所示，丙類功率放大器的基極偏置電壓 ube是利用發(fā)射極電流的直流分量ieo (-ico)在射極電阻re2上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)山為正弦波時(shí)，則集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波。利用諧振回路l2c3的選頻作 用可輸出基波諧振電壓uc1,電流ic1。圖1-5畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電（公式1-12）流、電壓波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式: uc l m_ i c l mo+公圖1-5

18、丙類功放的基極、集電極電流和電壓波形式中，ucm為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；i c1m為集電極基波電流振幅;ro為集電極回路的諧振阻抗。11 21 uc1m（公式 1-13）pc =tuc1mi c1mic1mro 二二222 rpd - ucc i co式中，pc為集電極輸出功率（公式1-14）式中，pd為電源ucc供給的直流功率，ico為集電極電流脈沖ic的直流分量(公式1-15)電流脈沖ic經(jīng)傅立葉級(jí)數(shù)分解，可得峰值icm與分解系數(shù)4(的關(guān)系式1 cm = 1 cmi c = ic0 cm2單元電路的設(shè)計(jì)2.1 丙類功率放大器的設(shè)計(jì)2.1.1 放大器工作狀態(tài)的確定因?yàn)橐螳@得

19、的效率刈60%,放大器的工作狀態(tài)采用臨界狀態(tài)，取日=70°,所以諧振回 路的最佳電阻為2(u cc - u ces)= 3_cc_cesl =551.25 q2p0集電極基波電流振幅ic1 m2019a集電極電流最大值為cmc1m /、=0.019/0.436=43.578ma-i(70 )其直流分量為ico= icm* = 0(70 ) =43.578*0.253=11.025ma電源供給的直流功率為pd=ucc*ico = 132.3mw集電極損耗功率為p= pd -pc =32.3mw轉(zhuǎn)換效率為“二pc / pd =100/132.3=75.6%當(dāng)本級(jí)增益af=13db即20倍

20、放大倍數(shù)，晶體管的直流 b =10寸，有:輸入功率為p1=p0/ap=5mw基極余弦電流最大值為ibm = icm / b=4.36ma基極基波電流振幅ibim = ibm 1(70 )=4.36 0.436=1.9ma所以輸出電壓的振幅為ubm =2 pi/ibim = 5.3v2.1.2 諧振回路和耦合回路參數(shù)計(jì)算rbb<25q ,丙類功放輸入、輸出回路均為高頻變壓器耦合方式，其中基極體電阻則輸入阻抗小(1-cos 二)1( u)25，(1-cos70 ) 0.436= 87.1 q則輸出變壓器線圈匝數(shù)比為n3n1在這里，我們假設(shè)取n3=13和n1=2,若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容為

21、c=100pf,則l =工c12()27.036 ph2f采用10mrk6mrk 5mm磁環(huán)來繞制輸出變壓器，因?yàn)橛?a)2 c cl =4"(j) (a)m- n； 10(l)cm其中產(chǎn)100h/m a=10mm2, l =25mm, l =7.036所以計(jì)算得n2=72.2 甲類功率放大器的設(shè)計(jì)2.2.1 電路性能參數(shù)計(jì)算甲類功率放大器輸出功率等于丙類功率放大器的輸入功率，即:ph = pi =5mw輸出負(fù)載等于丙類功放輸入阻抗，即rh = z1 =87.1 q設(shè)甲類功率放大器為電路的激勵(lì)級(jí)電路，變壓器效率、取0.8,則集電極輸出功率= 6.25mw若取放大器的靜態(tài)電流icc =

22、 icm=5ma,則集電極電壓振幅ucm =2 pc / icm =2.5v最佳負(fù)載電阻為=0.5k qrh =u則射極直流負(fù)反饋電阻reiucc -u,ccicm -uces =1780qi (qcm)cq則輸出變壓器線圈匝數(shù)比ro本級(jí)功放采用3dg12晶體管，取b =30ap=13db即20倍放大倍數(shù)則輸入功率pi = po/a；=0.3125mw放大器輸入阻抗ri= rbb+ b *r3=25 q +30r3若取交流負(fù)反饋電阻r3=10q ,則ri=335q所以本級(jí)輸入電壓um 一 函屋 0.46v2.2.2 靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算綜上可知ui=0時(shí)，晶體管射極電位ueq= icqxrei =

23、8.9vubq =9.5vibq = icq/ 0 =0.17ma若基極偏置電流ii =5 ibq,則r2 = ubq /5 ibq = 11.2k q所以，有r1 = u cc -u bo m r2 = 2.9k ubo2.3 電路仿真圖圖2-1電路仿真圖3電路的安裝與調(diào)試根據(jù)上述設(shè)計(jì)的元件參數(shù)，按圖 3-1所示電路進(jìn)行安裝（上述未標(biāo)出的器件參數(shù)，以 圖上標(biāo)注為準(zhǔn)）。先安裝第一級(jí)放大器，測(cè)量調(diào)整其靜態(tài)工作點(diǎn)，使其滿足或近似到理論 設(shè)計(jì)值，再安裝第二級(jí)放大器。測(cè)得晶體管3dh12靜態(tài)時(shí)，基極偏置電壓 ube=0,靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整后再進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試。先假設(shè)諧振回路已經(jīng)處于諧振狀態(tài)，即集電極的負(fù)載電阻

24、為純阻抗。但是回路的初始 狀態(tài)或者在調(diào)諧過程中，回出現(xiàn)失諧狀態(tài)，即集電極回路的阻抗呈感性或呈容性，將使回 路的等效阻抗下降。這時(shí)集電極輸出電壓減小，集電極電流增大，集電極的耗散功率增加， 嚴(yán)重時(shí)可能損毀晶體管。為保證元器件安全工作，調(diào)諧時(shí)可以先將電源電壓+vcc降低到規(guī) 11定值的1 -1 ,待找到諧振點(diǎn)后，再將+vcc升到規(guī)定值，然后微調(diào)一下回路參數(shù)就可以了。 2 3回路諧振時(shí)，高頻電壓表的讀數(shù)應(yīng)達(dá)到最大值，直流毫安表的讀數(shù)為最小值，示波器檢測(cè) 的波形為不失真基波。圖3-1調(diào)試波形圖圖3-2效果波形圖圖3-3實(shí)物圖，9口口?？?00二。« 口口2d : op?/:j0 口 qn*&

25、#169;口 ，a。ssa，.二 ''口.j3nf?j?？?jqod39o* 5m 。口？二囂j nqna* uoaml :二ja ,/二aia?？赼q wmooq 口口口 a x、方、*口 s0口 lllmma口o口a 3bno，0na口口a idimms.wto中 oaoa用；im一口?？凇？诳趒 口qckr3trot ，匕二.-oaool manaoq *<>口。口 * yaq口00 smionno。，日qnq* sonqal -5300 - 院 00308 .09? §sa j一jnoqq'olo，圖3-4實(shí)物圖4課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)一周的課程

26、設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了 我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在這次設(shè)計(jì)過程中， 體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)電路的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞 動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職 業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程.”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這 句千古名言的真正含義.我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為 明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).這次實(shí)驗(yàn)的最大收獲就是鍛煉了我獨(dú)立思考的能力，由于參數(shù)的計(jì)算有點(diǎn)復(fù)雜