高頻電子線路課程設(shè)計調(diào)相調(diào)制電路的設(shè)計功率放大電路

1、目錄目錄2摘要3第一章 緒論41、設(shè)計的目的及意義41.1 設(shè)計的目的41.2 設(shè)計的意義42、設(shè)計內(nèi)容52.1 問題的提出52.2 主要技術(shù)指標(biāo)53、設(shè)計要求7第二章 基本原理分析81、原理電路82、諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率113、諧振功率放大器折線分析法123.1 折線分析法的主要步驟133.2 晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線133.3 諧振功率放大器的動態(tài)特性與負(fù)載特性14第三章 電路設(shè)計161、高頻功率放大電路的組成162、參數(shù)設(shè)置163、調(diào)試結(jié)果分析164、誤差分析及改善措施16第四章 設(shè)計總結(jié)17參考文獻(xiàn)17摘要調(diào)相調(diào)制電路的設(shè)計功率放大電路專業(yè)：通信工程 姓名： 指導(dǎo)教

2、師： 摘要：高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(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。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。高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。高頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)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。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。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

3、性等效電路分析， 工程上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)。 關(guān)鍵詞：高頻功率放大、諧振功率放大器、輸出效率第一章 緒論1、設(shè)計的目的及意義1.1 設(shè)計的目的本課題主要涉及通信電子線路中功率放大器工作原理，甲類和丙類放大器的工作原理。除此之外，本課題還涉及到電子領(lǐng)域中一些比較基礎(chǔ)的概念，其理論意義十分廣泛且重要，涉及方面廣，而且對電路基礎(chǔ)、通信電子線路中的一些基礎(chǔ)知識要求較高，對以往學(xué)過的知識是一次全面的復(fù)習(xí)。同時也將理論知識應(yīng)用到設(shè)與計與實(shí)踐中。高頻功率放大器的作用：對高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間。諧振功率放大器的主要任務(wù)是用來放大高頻打信號，

4、主要用于發(fā)射機(jī)的末級，使之獲得足夠的高頻功率并反饋送到天線輻射出去，諧振功率放大器主要解決的問題是高效率和高功率輸出。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍，可以分為甲類、乙類、丙類和丁類等功放。電流導(dǎo)通角越小，放大器的效率越高。如丙類功放的90，但效率可以達(dá)到80%，丙類功放通常作為發(fā)射機(jī)的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的效率。1.2 設(shè)計的意義功率放大電路和電壓放大電路所要完成的任務(wù)是不同的。對電壓放大電路的主要要求是使負(fù)載得到不失真的電壓信號，討論的主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出阻抗等，輸出的功率并不一定大。而功率放大電路則不同，它主要要求獲得一定的不失真（或失真較小）的輸出功率，通常是在大信號狀

5、態(tài)下工作，因此，功率放大電路包含著一系列在電壓放大電路中沒有出現(xiàn)過的特殊問題。這時我們要考慮的不僅僅是輸出的電壓或電流的大小，而是要有一定的功率輸出，才能使這些負(fù)載正常工作。這類主要用于向負(fù)載提供功率的放大電路常稱為功率放大電路。但無論哪種放大電路，在負(fù)載上都同時存在輸出電壓、電流和功率，從能量控制的觀點(diǎn)來看，放大電路實(shí)質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路，功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別。上述稱呼上的區(qū)別只不過是強(qiáng)調(diào)的輸出量不同而已。2、設(shè)計內(nèi)容2.1 問題的提出設(shè)計一個高頻功率放大電路，對高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間。2.2 主要技術(shù)指標(biāo)（一）、輸出功率輸出功率是指功放電

6、路輸送給負(fù)載的功率。目前人們對輸出功率的測量方法和評價方法很不統(tǒng)一，使用時注意。1、額定功率它指在一定的諧波范圍內(nèi)功放長期工作所能輸出的最大功率（嚴(yán)格說是正弦波信號）。經(jīng)常把諧波失真度為1%時的平均功率稱為額定輸出功率或最大有用功率、持續(xù)功率、不失真功率等。很顯然規(guī)定的失真度前提不同時，額定功率數(shù)值將不相同。2、最大輸出功率當(dāng)不考慮失真大小時，功放電路的輸出功率可遠(yuǎn)高于額定功率，還可輸出更大數(shù)值的功率，它能輸出的最大功率稱為最大輸出功率，前述額定功率與最大輸出功率是兩種不同前提條件的輸出功率。（二）、頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)反映功率放大器對音頻信號各頻率分量的放大能力，功率放大器的頻響范圍應(yīng)不底于人耳

7、的聽覺頻率范圍，因而在理想情況下，主聲道音頻功率放大器的工作頻率范圍為20-20khz。國際規(guī)定一般音頻功放的頻率范圍是40-16 khz1.5db。（三）、失真失真是重放音頻信號的波形發(fā)生變化的現(xiàn)象。波形失真的原因和種類有很多，主要有諧波失真、互調(diào)失真、瞬態(tài)失真等。（四）、動態(tài)范圍放大器不失真的放大最小信號與最大信號電平的比值就是放大器的動態(tài)范圍。實(shí)際運(yùn)用時，該比值使用db來表示兩信號的電平差，高保真放大器的動態(tài)范圍應(yīng)大于90 db。自然界的各種噪聲形成周圍的背景噪聲，而周圍的背景噪聲和演奏出現(xiàn)的聲音強(qiáng)度相差很大，在通常情況下，將這個強(qiáng)度差稱為動態(tài)范圍，優(yōu)良音響系統(tǒng)在輸入強(qiáng)信號時不應(yīng)產(chǎn)生過載

8、失真，而在輸入弱信號時，有不應(yīng)被自身產(chǎn)生的噪聲所淹沒，為此好的音響系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有較大的動態(tài)范圍，噪聲只能盡量減少，但不可能不產(chǎn)生噪聲。（五）、信噪比信噪比是指聲音信號大小與噪聲信號大小的比例關(guān)系，將攻放電路輸出聲音信號電平與輸出的各種噪聲電平之比的分貝數(shù)稱為信噪比的大小。（六）、輸出阻抗和阻尼系數(shù)1、輸出阻抗功放輸出端與負(fù)載（揚(yáng)聲器）所表現(xiàn)出的等效內(nèi)阻抗稱為功放的輸出阻抗。2、阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)是指功放電路給負(fù)載進(jìn)行電阻尼的能力。3、設(shè)計要求1）要求輸出功率盡可能大為了獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。2）效率要高由于輸出功率大，因

9、此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個效率問題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值。這個比值越大，意味著效率越高。3）非線性失真要小功率放大電路是在大信號下工作，所以不可避免地會產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。但是，在不同場合下，對非線性失真的要求不同，例如，在測量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個問題顯得重要，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場合中，則以輸出功率為主要目的，對非線性失真的要求就降為次要問題了。4）在功率放大電路中，為了輸出較大的信號功率，管子承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較

10、大，所以功率管的參數(shù)選擇與保護(hù)問題也不容忽視。5）功率放大電路的分析任務(wù)是：最大輸出功率、最高效率及功率三極管的安全工作參數(shù)。在分析方法上，由于管子處于大信號下工作，故通常采用圖解法。6）功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路，它一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求及實(shí)驗(yàn)室條件提出具體方案，給出原理電路圖，分析工作原理，計算元件參數(shù)。 第二章 基本原理分析1、原理電路晶體管的作用是在將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關(guān)控制作用。諧振回路lc是晶體管的負(fù)載，電路工作在丙類工作狀態(tài)。 諧振功率放大器的基本電路外部電路關(guān)系式：晶體管的內(nèi)部特性：晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線表

11、達(dá)式為：所以有集電極電流ic雖然是脈沖狀，但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。諧振功率放大器的轉(zhuǎn)移特性曲線諧振功率放大器各部分的電壓與電流的波形圖如下圖所示：高頻功率放大器中各部分電壓與電流的關(guān)系2、諧振功率放大器的功率關(guān)系和效率功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘柟β瘦敵鋈?。有一部分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電極耗散功率。pdc=直流電源供給的直流功率；po=交流輸出信號功率；pc=集電極耗散功率；根據(jù)能量守恒定理：所以集電極效率為：由上式可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：1) 設(shè)法盡量降低集電極耗散功率pc

12、，則集電極效率hc自然會提高。這樣，在給定pdc時，晶體管的交流輸出功率po就會增大；2）由試可知：如果維持晶體管的集電極耗散功率pc不超過規(guī)定值，那么提高集電極效率hc，將使交流輸出功率po大為增加。諧振功率放大器就是從這方面入手，來提高輸出功率與效率的。3、諧振功率放大器折線分析法所謂折線法是將電子器件的特性曲線理想化，用一組折線代替晶體管靜態(tài)特性曲線后進(jìn)行分析和計算的方法。工程上都采用近似估算和實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的方法對高頻功率放大器進(jìn)行分析和計算。折線法就是常用的一種分析法。對諧振功率放大器進(jìn)行分析計算，關(guān)鍵在于求出電流的直流分量ic0和基頻分量icm1。3.1 折線分析法的主要步驟1）測

13、出晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線ic eb及輸出特性曲線ic ec，并將這兩組曲線作理想折線化處理；2）作出動態(tài)特性曲線；3）是根據(jù)激勵電壓vb的大小在已知理想特性曲線上畫出對應(yīng)電流脈沖ic和輸出電壓vc的波形；4）求出ic的各次諧波分量ic0、ic1、ic2由給定的負(fù)載諧振阻抗的大小，即可求得放大器的輸出電壓、輸出功率、直流供給功率、效率等指標(biāo)。3.2 晶體管特性曲線的理想化及其特性曲線晶體管實(shí)際特性和理想折線由上圖可見，在飽和區(qū)，根據(jù)理想化原理，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關(guān)。在非線性諧振功率放大器中，常常根據(jù)集電極是否進(jìn)入飽和區(qū)，將放大區(qū)的工作狀態(tài)分為三種：1)欠壓工作狀態(tài)：集電

14、極最大點(diǎn)電流在臨界線的右方，交流輸出電壓較低且變化較大。2)過壓工作狀態(tài)：集電極最大點(diǎn)電流進(jìn)入臨界線之左的飽和區(qū)，交流輸出電壓較高且變化不大。3)臨界工作狀態(tài)：是欠壓和過壓狀態(tài)的分界點(diǎn)，集電極最大點(diǎn)電流正好落在臨界線上。3.3 諧振功率放大器的動態(tài)特性與負(fù)載特性1） 諧振功率放大器的動態(tài)特性：高頻放大器的工作狀態(tài)是由負(fù)載阻抗rp、激勵電壓vb、供電電壓vcc、vbb等4個參量決定的。如果vcc、vbb、vb 3個參變量不變，則放大器的工作狀態(tài)就由負(fù)載電阻rp決定。此時，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨rp而變化的特性，就叫做放大器的負(fù)載特性。2）諧振功率放大器的負(fù)載特性：在其他條件不變(

15、vcc、vbb、vb為一定)，只變化放大器的負(fù)載電阻而引起的放大器輸出電壓、輸出功率、效率的變化特性稱為負(fù)載特性。電壓、電流隨負(fù)載變化波形由此可得諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線為：第三章 電路設(shè)計1、高頻功率放大電路的組成2、參數(shù)設(shè)置3、調(diào)試結(jié)果分析4、誤差分析及改善措施1）輸入電阻輸入電阻ri的大小決定了放大電路從信號源吸取信號幅值的大小。對輸入為電壓信號的放大電路，即電壓放大和互導(dǎo)放大，ri愈大，放大電路輸入端的vi愈大；對輸入為電流信號的放大電路，即電流放大和互阻放大，ri愈小，注入放大電路和輸入電流ii愈大。2）輸出電阻放大電路的輸出電阻ro的大小決定它帶負(fù)載的能力。對輸出為電壓信號的放

16、大電路，即電壓放大和互阻放大，ro愈小，負(fù)載電阻rl的變化對輸出電壓vo的影響愈小，多用于信號的前置放大和中間級放大；對輸出為電流信號的放大電路，即電流放大和互導(dǎo)放大，與受控電流源并聯(lián)的ro愈大，負(fù)載電阻rl的變化對輸出電流io的影響愈小，常用于電子系統(tǒng)的輸出級。3）增益四種放大電路分別具有不同的增益，如電壓增益av、電流增益ai、互阻增益ar及互導(dǎo)增益a g。它們實(shí)際反映了放大電路在輸入信號控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為信號能量的能力。4）頻率響應(yīng)及帶寬放大電路的頻率響應(yīng)所指的是，在輸入正弦信號情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。5）非線性失真非線性失真是由放大器的非線性特性所引起的。放大器

17、包括分立器件（如半導(dǎo)體三極管等）和集成電路器件（如集成運(yùn)算放大器等）。此外，針對不同用途的電路，還有一些其他的指標(biāo)，如最大輸出功率、效率、信號噪聲比、抗干擾能力等。第四章 設(shè)計總結(jié)通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計，我深刻認(rèn)識到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對此課程的設(shè)計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識，明白了學(xué)以致用的真諦。在整個設(shè)計過程中，我個人感覺調(diào)試部分和參數(shù)設(shè)置部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚嬎愕闹翟趯?shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個經(jīng)驗(yàn)的積累過程，沒有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時間內(nèi)將其完成的。我們小組的高頻功率放大電路是整個調(diào)相電路設(shè)計最后一