功率放大器實習報告（共8篇）

1、功率放大器實習報告（共8篇） 第1篇：功率放大器高頻電子技術(shù)論文 題 目：高頻功率放大器的設(shè)計及調(diào) 指導(dǎo)老師：靳孝峰班 級：應(yīng)用電子4班專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué) 院：機電工程學(xué)院姓 名：周超勇 年10月21日 1摘 要:高頻功率放大器是發(fā)射機的重要組成部分,因而也是通信系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。介紹了高頻功率放大器應(yīng)用和基本原理,并利用電子設(shè)計工具軟件 multisi m對丙類功率放大器電路從方案選擇、單元電路設(shè)計、元器件參數(shù)選取等方面進行具體設(shè)計分析 ,同時對電路進行仿真測試 ,通過仿真結(jié)果分析電路特性 ,使電路得到進一步完善。關(guān)鍵詞：高頻功率放大器應(yīng)用、功率放大器原理、高頻功率放大器仿真設(shè)計

2、高頻功率放大器是無線電發(fā)射機末端的重要部件 ,是評價通信系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。近年來 ,針對功率放大器設(shè)計的各種研究不斷涌現(xiàn) ,對功率放大器的性能進行優(yōu)化的算法不斷出現(xiàn)。利用 multisi m軟件工具進行高頻功率放大電路的設(shè)計 ,通過仿真結(jié)果對電路的特性進行分析 , 并逐步完善電路。 1高頻功率放大器應(yīng)用功率放大器簡稱功放，可以說是各類音響器材中最大的一個家族了，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚聲器進行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號處理、線路設(shè)計和生產(chǎn)工藝上也各不相同。 以其主要用途來

3、說，功放可以分做兩大類別，即專業(yè)功放與家用功放。在體育館場、影劇場、歌舞廳、會議廳或其它公共場所擴聲，以及錄音監(jiān)聽等場所使用的功放，一般說在其技術(shù)參數(shù)上往往會有一些獨特的要求，這類功放通常稱為專業(yè)功放。而用于家庭的hifi音樂欣賞，av系統(tǒng)放音，以及卡拉ok娛樂的功放，通常我們稱為家用功放。隨著行動電話、wlan(wirele local area network)、藍芽(bluetooth)的普及化，高頻電子設(shè)備已經(jīng)成為生活中的必需品，而電子設(shè)備使用的頻率也從過去的1ghz逐漸朝5ghz甚至更高頻方向發(fā)展。由于fet等主動電子組件與電容、電感等被動電子組件性能的提升，使得高頻電路的特性獲得大

4、幅的改善。以往ghz的電路大多是由micro strip line等分布定數(shù)電路所構(gòu)成，最近因為電子組件芯片化，因此高頻電路以集中定數(shù)電路居多，不過即使高頻電路已經(jīng)進入集中定數(shù)電路時代，然而設(shè)計者卻還未意識到配線長度、組件形狀等分布定數(shù)性對高頻電路的影響。此外電子組件芯片化之后若單靠是集中定數(shù)設(shè)計電路，勢必會遭遇到設(shè)計上的極限，因此必需借助計算機仿真技術(shù)，針對pattern與組件的形狀、配置(layout)等物理性尺寸進行精密的分析、設(shè)計，有鑒于此本文將探討有關(guān)高頻電路設(shè)計。2功率放大器原理高頻功率放大器用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將

5、其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機可以接收到滿意的信號電平，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，因此又稱2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，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

6、360o，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180o；丙類放大器電流的流通角則小于180o。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。除了以上幾種按電流流通角來分類的工作狀態(tài)外，又有使電子器件工作于開關(guān)狀態(tài)的丁類放大和戊類放大。丁類放大器的效率比丙類放大器的還高，理論上可達100，但它的最高工作頻率受到開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間所產(chǎn)生的器件功耗(集電

7、極耗散功率或陽極耗散功率）的限制。如果在電路上加以改進，使電子器件在通斷轉(zhuǎn)換瞬間的功耗盡量減小，則工作頻率可以提高。這就是戊類放大器。我們已經(jīng)知道，在低頻放大電路中為了獲得足夠大的低頻輸出功率，必須采用低頻功率放大器，而且低頻功率放大器也是一種將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流輸出的能量轉(zhuǎn)換器。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。例如，自20至 _0 hz，高低頻率之比達 1000倍。因此它們都是采用無調(diào)諧負載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作

8、頻率高（由幾百khz一直到幾百、幾千甚至幾萬mhz），但相對頻帶很窄。例如，調(diào)幅廣播電臺（5351605 khz的頻段范圍）的頻帶寬度為 10 khz，如中心頻率取為 1000 khz，則相對頻寬只相當于中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則相對頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載回路。由于這后一特點，使得這兩種放大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類（某些特殊情況可工作于乙類）。近年來，寬頻帶發(fā)射機的各中間級還廣泛采用一種新型的寬帶高頻功率放大器，它不采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載回路，而是以頻率響應(yīng)很

9、寬的傳輸線作負載。這樣，它可以在很寬的范圍內(nèi)變換工作頻率，而不必重新調(diào)諧。綜上所述可見，高頻功率放大器與低頻功率放大器的共同之點是要求輸出功率大，效率高；它們的不同之點則是二者的工作頻率與相對頻寬不同，因而負載網(wǎng)絡(luò)和工作狀態(tài)也不同。高頻功率放大器的主要技術(shù)指標有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號失真度）等。這幾項指標要求是互相矛盾的，在設(shè)計放大器時應(yīng)根據(jù)具體要求，突出一些指標，兼顧其他一些指標。例如實際中有些電路，防止干擾是主要矛盾，對諧波抑制度要求較高，而對帶寬要求可適當降低等。功率放大器的效率是一個突出的問題，其效率的高低與放大器的工作狀態(tài)有直接的關(guān)系。放大器的工作狀態(tài)可

10、分為甲類、乙類和丙類等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類、丙類，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域。但這些工作狀態(tài)下的放大器的輸出電流與輸出電壓間存在很嚴重的非線性失真。低頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋系數(shù)大，不能采用諧振回路作負載，因此一般工作在甲類狀態(tài)；采用推挽電路時可以工作在乙類。高頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋系數(shù)小，可以采用諧振回路作負載，故通常工作在丙類，通過諧振回路的選頻功能，可以濾除放大器集電極電流中的諧波成分，選出基波分量從而基本消除了非線性失3真。所以，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。高頻功率放大器因工作于大信號的非線性狀態(tài)，不能用線性等效電路分析，工程上

11、普遍采用解析近似分析方法折線法來分析其工作原理和工作狀態(tài)。這種分析方法的物理概念清楚，分析工作狀態(tài)方便，但計算準確度較低。以上討論的各類高頻功率放大器中，窄帶高頻功率放大器：用于提供足夠強的以載頻為中心的窄帶信號功率，或放大窄帶已調(diào)信號或?qū)崿F(xiàn)倍頻的功能，通常工作于乙類、丙類狀態(tài)。寬帶高頻功率放大器：用于對某些載波信號頻率變化范圍大得短波，超短波電臺的中間各級放大級，以免對不同fc的繁瑣調(diào)諧。通常工作于甲類狀態(tài)。 .3高頻功率放大器仿真設(shè)計 .3.1 對功率放大器的要求功率放大器是通過將直流輸入功率轉(zhuǎn)換化為交流功率輸出 ,以提高發(fā)射信號能量 ,便于接收機接收的電路 ,因而要求輸出功率大 ,效率高

12、 ,同時 ,輸出中的諧波分量應(yīng)該盡量小 ,以免對其他頻道產(chǎn)生干擾。根據(jù)電流導(dǎo)通角的不同 ,功率放大器分為甲類、乙類、丙類等 ,電路由饋電電路、輸入匹配、輸出匹配及級間耦合 4部分組成。對電路設(shè)計要求如下:工作頻率為 14 .5 mhz,要求帶寬為 1 .5mhz,輸出功率為不小于 20w。 3.2 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計分析為了在較寬的通帶內(nèi)使功率放大器增益相對穩(wěn)定 ,電路由甲類、丙類兩級功率放大器組成。甲類功率放大器的輸出信號作為丙類功率放大器的輸入信號 ,丙類功率放大器作為發(fā)射機末級功率放大器以獲得較大的輸出功率和較高的效率。電路原理如圖 1所示。根據(jù)設(shè)計要求和晶體管實際參數(shù),采用 phili

13、p s公司的 npn型高壓晶體管 2n5551作為放大管 ,三極管q1、電感 l1、電容 c2組成甲類功率放大器 ,工作在線性放大狀態(tài)。三極管 q2和由電感 l3、電容 c7、c6構(gòu)成的負載回路組成丙類功率放大器。r1、r2、r3、r4組成第 1級靜態(tài)偏置電阻 ,調(diào)節(jié)r2、r3可改變放大器的增益。l1、c2組成一級調(diào)諧回路 ,l2、r5、c4組成的部分在丙類功率放大器基極處產(chǎn)生負偏壓饋電 , r7為射級反饋電阻 ,調(diào)整 r7可改變丙類功率放大器的增益。c6、c7、l3組成末級調(diào)諧回路 , c6用來微調(diào)諧振頻率以獲得最佳工作狀態(tài)。c8、c9和 l4組成濾波回路 ,起到改善波形的作用。r9和 c1

14、0、r11和 c11以及 r8和 c12均為負載回路外接電阻。集電極可選擇連接不同的負載。當基極輸入的正弦信號頻率取值在 l1、c2諧振頻率附近時 ,集電極輸出正弦信號電壓增益最大。c5為射級旁路電容 ,有效地控制了可能由于射級電阻r3、r4過大而引起電壓增益下降的問題。當甲類功率放大器輸出信號大于丙類功率放大器三極管 q2的be間負偏壓時 , q2才導(dǎo)通工作。 當l3、c7處諧振頻率與從甲類功率放大器集電極獲得的放大輸出正弦信號的頻率一致時 ,丙類功率放大器工作于諧振狀態(tài) ,集電極將獲得最大的電壓增益 ,達到功率放大的目的。3 .3 元件參數(shù)選取a) 功率放大器管:選用 phili p s公

15、司的 npn型高壓晶體管 (2n5551)作為放大管。b) 直流電源:根據(jù)設(shè)計要求放大器的電源電壓初始值均取 + 12v。 c) 甲類功率放大器的調(diào)諧回路由 l1和 c2組成 , 根據(jù)諧振頻率公式:f = 12 lc及工作中心頻率為 14 .5 mhz,取參數(shù)為 l1 = 1 .0h,c2 = 120 pf,丙類功率放大器的調(diào)諧回路由 l3、c6、c7組成 ,為使甲類功率放大器集電極的輸出信號能在丙類功率放大器產(chǎn)生諧振 ,兩功率放4大器調(diào)諧回路的諧振頻率應(yīng)一致 ,因此 ,取 l3 = 1 .0h, c7 = 120 pf。c6(最大值取 30 pf)用來微調(diào)調(diào)諧回路的諧振頻率 ,保證丙類功率放

16、大器的輸入信號產(chǎn)生諧振。d) 甲類放大器參數(shù)選取甲類功率放大器的靜態(tài)偏置由 r1、r4、r2和 r3組成。r1、r2一般在同一數(shù)量級 ,取 r1 = 10 k , r2最大值為 50 k ,通過調(diào)節(jié) r2改變?nèi)龢O管基極 q點電壓 ,即改變放大器增益 , r2取值越大時 q點電壓越大。取 r4 = 51, r3最大值為 1 k ,通過調(diào)節(jié) r3 改變輸出信號增益 , r3不宜過大 ,否則會影響增益。此外 , c5為射極旁路電容 ,有效地控制了由于射極電阻 r3、r4而引起電壓增益下降的問題。在高頻電路中射極旁路電容取值一般較小 ,這里取 c5 = 10 nf e) 丙類功率放大器參數(shù)選取丙類功率

17、放大器三極管 q2的 be間負偏壓由 l2、r5、c4組成的電路產(chǎn)生 , l2起到傳送直流、隔離交流的作用 ,使得 r5兩端為直流電壓。 取l2 = 1 0 0h ,r5 = 51, c4 = 10 nf。q2射極電阻由 r6、r7組成 ,取 r6 = 51 , r7 最大值為 1 k ,通過調(diào)節(jié) r7改變丙類功率放大器增益 , r7取值不宜過大 ,否則會降低增益。l4、c8、c9組成濾波回路 ,減小集電極輸出信號的失真。c8、c9一般取等值 ,這里取 c8 = c9 = 10 nf,l4 = 470h。f) 外接負載分別取 51, 150, 680。3個電阻的取值差異較大是為了后面仿真測試丙

18、類功率放大器的特性做準備。g) c1、c3以及 c10、c11、c12均為隔直電容 ,其作用是傳送交流 ,隔離直流。在高頻電路中隔直電容取值一般較小 ,這里取 c1 = 51 pf, c3 = 10 nf, c10 =c11。=c12 =10nf。3.4 仿真測試及結(jié)果分析a) 甲類功率放大器的調(diào)諧測試改變基極輸入正弦信號的頻率 ,當取 f = 1 / ( 2 /rc)14 .5mhz (l1、5c2回路諧振頻率 )時 ,集電極獲得最大的電壓增益 ,這時再改變靜態(tài)偏置電阻 r3、r4的大小可獲得更大的電壓增益 2 。測試可得 , r2取 2 .5 k 、r3 取 50時獲得最大電壓增益約為 3

19、0倍。 b) 丙類功率放大器工作狀態(tài)的測試分析調(diào)整丙類功率放大器電源電壓為 12 v,不接負載電阻。將基極與甲類功率放大器斷開 ,從基極處輸入2v ( p2 p)、14 .5 mhz的高頻信號 ,用萬用表測量三極管 q2 be間的電壓 ,測得該電壓為負偏壓 ,改變輸入電壓振幅 ,該偏壓隨之改變。此時 ,接在集電極處的示波器上可看到放大輸出信號 ,如圖 2所示。下面的波形(信道 b)為基極輸入信號 ,上面的波形 (信道 a)為集電極輸出信號 ,電壓增益約為 12倍。若使基極激勵信號 ,ub = 0。則測得負偏壓也為 0,由此可看出丙類功率放大器工作狀態(tài)的特點。c) 測試調(diào)諧特性調(diào)整參數(shù)使電路正常

20、工作 ,保持功率放大器管的輸入信號為 2 v ( p2 p)左右 ,不接負載電阻 ,改變輸入信號從 8mhz20mhz，,輸出電壓值如表 1所示?；鶚O輸入正弦信號頻率取 f = 1 / ( 2 rc )14 .5mhz(c6、c7、l36回路諧振頻率 )時集電極獲得最大的電壓增益 ,約為 12 .5倍 ,這就說明了丙類功率放大器的調(diào)諧特性。4.小結(jié)利用電子設(shè)計工具軟件 multisi m設(shè)計了高頻功率放大器 ,并對所設(shè)計的功率放大器性能進行了仿真實驗 ,仿真結(jié)果表明所設(shè)計的放大器滿足設(shè)計要求 ,性能良好。 參考文獻： 1 張肅文 , 陸兆熊.高頻電子線路 m ._:高等出版社 , 1992 .

21、 2 陳松 , 金鴻.電子設(shè)計自動化技術(shù) multisi m 若re減小一倍,估算po。(3)若增加一管組成并聯(lián)型諧振功放,且保持兩管均處于臨界工作,此時總輸出功率po=10w,問此時的回路諧振電阻re=圖題2-122-13.已知某諧振功率放大器電路及元件參數(shù)如圖題2-13(a)所示,晶體管特性如圖題2-13(b)所示,且ec=26v,eb=ub,icm=500ma,。問: (1)放大器這時工作于什么狀態(tài)畫出動特性曲線。圖題2-132-14.某晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性、輸出特性以及用該管構(gòu)成的諧振功率放大器如圖題2-14所示。已知該放大器導(dǎo)通期間的動特性為圖中之a(chǎn)b段,=20。求：(1)放大器的直流偏壓eb以及激勵電壓振幅ubm；圖題2-14 (2)為使放大器輸出功