(完整)W高頻電子線路課程設(shè)計(jì)——高頻功率放大器的設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào):課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)一一高頻功率題目放大器的設(shè)計(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)通信工程班級(jí)姓名指導(dǎo)教師課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：通信0704指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院題目：高頻電子線路課程設(shè)計(jì)一一高頻功率放大器的設(shè)計(jì)初始條件：1、可選元件：晶體管、高頻磁環(huán)、電阻、電容、開關(guān)等2、仿真軟件：EWB要求完成的主要任務(wù)：電路的主要技術(shù)指標(biāo)：輸出功率 Po> 125mW；工作中心頻率fo=6MHz;>65%已知:電源供電為12V,負(fù)載電阻，RL=51 Q ,晶體管用3DA1,其主要參數(shù)： Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe1

2、0,功率增益 Ap>> 13dB (20倍)。 時(shí)間安排：1、理論講解，老師布置課程設(shè)計(jì)題目，學(xué)生根據(jù)選題開始查找資料；2、課程設(shè)計(jì)時(shí)間為1周。(1)確定技術(shù)方案、電路，并進(jìn)行分析計(jì)算，時(shí)間1天；(2)選擇元器件、安裝與調(diào)試，或仿真設(shè)計(jì)與分析，時(shí)間 2天；(3)總結(jié)結(jié)果，寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告，時(shí)間 2天。指導(dǎo)教師簽名:2010年1月 日系主任(或責(zé)任教師)簽名:2010武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄摘要 IAbstract II1高頻功率放大器概述 11.1 基本原理框圖 21.2 放大器工作狀態(tài)特點(diǎn) 32設(shè)計(jì)原理 42.1 整體介紹 42.2 諧振放大器基本原理 42.3

3、電路動(dòng)態(tài)特性 63單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 83.1 設(shè)計(jì)要求及思路 83.2 丙類功率放大器的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 93.2.1 確定放大器的工作狀態(tài) 93.2.2 基極偏置電路計(jì)算 103.2.3 諧振回路與耦合線圈的參數(shù)計(jì)算 103.2.4 電源去耦濾波元件選擇 113.3 甲類功率放大器的設(shè)計(jì) 113.3.1 電路性能參數(shù)計(jì)算 113.3.2 靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算 124高頻功率放大器總電路圖 125 仿真結(jié)果及分析 135.1 甲類放大器、丙類功率放大器靜態(tài)直流工作點(diǎn)的測量與比較 145.2 末級(jí)諧振功率放大器（丙類）仿真 145.3 仿真遇到的問題 156總結(jié)與體會(huì) 16參考文獻(xiàn) 17附錄 19

4、5.4 單 19本科生課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表 20武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告摘要高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件，廣泛應(yīng)用在發(fā)射機(jī)、高頻加熱裝 置和微波功率源等待腦子設(shè)備中。高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)時(shí)，作用是為了彌補(bǔ) 信號(hào)在無線傳輸?shù)倪^程中的衰耗要求，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。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

5、功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路 則是傳輸線變壓器其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(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。高頻功率放大器大 多工作于丙類。高頻放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑 制。關(guān)鍵詞：丙類功放 高頻選頻回路 功率與效率、技術(shù)指標(biāo)2AbstractHigh-frequency power amplifier for the transmitter final stage, the role of wireless transmission to compensate for signal

6、 attenuation in the process of request, high-frequency signals have been modulated wave power amplifier, transmit power to meet the requirements, and then through the antenna will its radiation into space, to ensure a certain region to the satisfaction of the receiver can receive the signal level, a

7、nd does not interfere with adjacent channel of communication. High-frequency communication systems to send power amplifier is a key component devices. Their work is divided into narrow band width of the high-frequency power amplifiers and broadband high-frequency power amplifiers are two types of na

8、rrow-band high-frequency power amplifier usually has a frequency-selective filtering effect of frequency-selective circuit as the output circuit, it is also known as tuned power amplifier, or resonance power amplifier; broadband high-frequency power amplifier output circuit is a transmission-line tr

9、ansformer other broadband matching circuits, so called non-tuned power amplifier. High-frequency power amplifier is an energy conversion device, the DC power supply will be converted into high frequency AC power output. Most high-frequency power amplifier work in Class C.Key words: C high-frequency

10、amplifier power and efficiency of frequency-selective circuit武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告1高頻功率放大器概述在低頻電子線路中，為了獲得足夠大的輸出功率必須采用低頻功率放大器。這種低頻 功率放大器一般工作在甲類或是乙類（推挽輸出）或甲乙類的放大器，效率不會(huì)超過78.5%, 同樣的在高頻電子線路中，為了獲得足夠大的輸出功率，也必須采用高頻功率放大器。不 過，由于高頻功率放大器的特殊性，高頻功率放大器既可以工作在甲類或甲乙類狀態(tài)，也 可以工作在丙類或是丁類甚至是戊類，效率可以高過 78.5%,比如在調(diào)幅信號(hào)發(fā)射機(jī)中， 高頻功率放大

11、器把已調(diào)波的功率放大到足夠的大，使調(diào)幅廣播計(jì)劃的覆蓋地區(qū)能夠正常的 接聽。在通信方面，常常也需要高頻功率放大器如閉路電視。由此可見，高頻功率放大器 是通信發(fā)送設(shè)備的重要組成部分，廣泛應(yīng)用在發(fā)射機(jī)、高頻加熱裝置和微波功率源等待腦 子設(shè)備中。高頻功率放大器有窄帶和寬帶放大器兩種。窄帶高頻功放常采用具有選頻功能的諧振 網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載，所以又被稱為諧振功率放大器。為了提高效率，諧振功率放大器常工作于 乙類或是丙類狀態(tài)。帶寬高頻放大器采用工作頻帶很寬的傳輸線變壓器作為負(fù)載，它可以 實(shí)現(xiàn)功率合成。由于不采用諧振網(wǎng)絡(luò)，因此這種高頻功率放大器可以在很寬的范圍內(nèi)變換 工作頻率而不必調(diào)諧。高頻功率放大器的技術(shù)指標(biāo)包

12、括輸出功率、效率、功率增益。帶寬和諧波抑制等。這 幾項(xiàng)指標(biāo)往往是相互矛盾的，對(duì)于不同應(yīng)用，要有所兼顧。它的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率 和效率。由于高頻功率放大器的輸出功率比較大，耗能比較多，所以工作效率就顯得比較 重要。放大器的基本原理都是利用輸入基極或柵極的信號(hào)區(qū)控制集電極或是漏極或陽極的 直流電源，讓這個(gè)直流電源輸出的功率轉(zhuǎn)變?yōu)榕c輸入信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)相同的輸出信號(hào)的功 率。顯然，這個(gè)轉(zhuǎn)換的效率不能到100%因?yàn)殡娮釉骷旧磉€要消耗功率，比如電阻、 晶體管、場效應(yīng)管、電子管等。事實(shí)上，這個(gè)直流電源輸出的功率一部分轉(zhuǎn)化為了交流輸 出，另一部分主要以熱能的形式被集電極或是漏極或陽極所消耗。稱為耗散功率

13、。工作效 率的提高意味著更加的節(jié)能。1.1基本原理框圖高頻功率放大器是對(duì)載波信號(hào)或高頻信號(hào)進(jìn)行功率放大的電路。利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器成為諧振功率放大器。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的日益發(fā)展高頻放大應(yīng)用的 領(lǐng)域也越來越廣。在某些場合高頻放大技術(shù)的高低成為制約本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。比如射頻手機(jī)和高頻信號(hào)收發(fā)機(jī)等，都需要用到高頻功率放大器，并且作為一項(xiàng)非常重要 的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。特別是移動(dòng)電話機(jī)中高頻功率放大器品質(zhì)的高低直接影響其產(chǎn)品的技術(shù) 指標(biāo)。所以本次課程設(shè)計(jì)我選擇高頻功諧振率放大器。如圖1-1所示為高頻功放基本原理圖，圖中，高頻扼流圈提供直流通路，C1為隔直流電容，諧振回路分別為輸入和輸

14、出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。其中天線等效阻抗，作為輸出負(fù)載。與非諧振功放比較，它們都要求安全高效地輸出足夠大的不失真功率，但有一些區(qū)別。他以配網(wǎng)格圖1-1高頻功放基本原理框圖諧振式高頻功率放大器的特點(diǎn)是：為了提高效率，放大器常工作于丙類狀態(tài)，晶體管發(fā)射結(jié)為反向偏置，由Eb (Vbb)來保證，流過晶體管的電流為余弦脈沖波形；負(fù)載 為諧振回路，除了確保從電流脈沖波中取出基波分量， 獲得正弦電壓波形外，還能實(shí)現(xiàn)放 大器的阻抗匹配。1.2放大器工作狀態(tài)特點(diǎn)根據(jù)放大器的導(dǎo)通角的范圍可以分為甲類、乙類、丙類、丁類等功放。電流導(dǎo)通角的大小和效率有關(guān)系如下表2-1所示：表2-1各類功放特點(diǎn)工作狀態(tài)半導(dǎo)通角理想效率應(yīng)用甲類

15、180°50%電阻低頻乙類90°78.5%推挽，回路低頻，高頻甲乙類90° -180 050%-78.5%推挽低頻內(nèi)類90078.5%選頻回路局頻丁類開關(guān)狀態(tài)90%-100%選頻回路局頻高頻功率放大器一般工作在丙類，屬于非線性電路。內(nèi)類的效率可以達(dá)到80流右 丙類功放作為發(fā)射機(jī)的末級(jí)，以獲得較大的輸出功率和較高的輸出效率。在這次的課程 設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)輸出功率Po>500mWB看，末級(jí)功放可采用甲類或丙類功率放大器，但要 求總效率4>50%顯然，只用一級(jí)甲類功放是不能達(dá)到目的的，故采用兩級(jí)功率放大器， 第一級(jí)采用甲類功率放大器，第二級(jí)采用丙類功率放大器。

16、212設(shè)計(jì)原理2.1 整體介紹基本部分組成，即電子管、諧振回路和電源。電子管在放大器中起著把直流能量轉(zhuǎn)換 為交流能量的作用；諧振回路是電子管的負(fù)載；電源供給電子管各電極電壓，它們共同保 證電子管的正常工作。放大器有兩個(gè)主要電路：板極電路和柵極電路。板極電路包括并聯(lián)振蕩回路和直.、., .一、.j, 一 、I -、流板極電壓Ea的饋電電路。振湯回路由電感 Li、電谷G和電阻r組成。電路中G為局頻、- 、 - 、- 、 - - ' 、 .、 . - » 、 、 '勞路電容，Li為圖頻阻流圈。在柵極電路中加入直流偏壓 Eg, 一般E為負(fù)值。電路中C2. , . .、 、 -

17、 .和L2分別是柵極回路的高頻旁路電容和高頻阻流圈。2.2 諧振放大器基本原理如下圖2-2所示丙類功放基本電路圖所示圖2-1丙類功放基本電路圖丙類功放的基極偏置電壓VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量Ieo在射級(jí)電阻R上產(chǎn)生 的壓降來提供，故稱為自給偏壓降電路。在電路中：Ube Vbb M COS（ t）（2-1）UcE（t） Vcc VcmCOS（ t）（2-2）當(dāng)電路接好并將各電極電壓加上時(shí)，則在板極電路中就會(huì)出現(xiàn)受到柵極電壓控制 的板流脈沖，脈沖波形如圖3-1所示。i a是周期性函數(shù)，由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，它可用傅氏級(jí) 數(shù)來表示。可見，板極電流等于直流分量Ia0、一次諧波（基波）、二次諧波和其他高

18、次諧波之和。當(dāng)放大器的輸入信號(hào) i為正弦波時(shí)，集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波，但只有在欠壓或是臨界狀態(tài)下才是尖頂余弦脈沖，如下圖所示圖2-2尖頂余弦脈沖波形(2-3)若將尖頂脈沖分解為傅里葉級(jí)數(shù)即:ic Ic0 I cm1 COSWt Icm2cos2wt其中各系數(shù)應(yīng)滿足:C0cm1cmniC maxiC maxiC max0 C( C)n( C)(2-4)其中0、1等系數(shù)滿足的波形如下圖:圖2-3尖頂脈沖波的分解系數(shù)由圖，兼顧功率與效率，一般高頻功率放大器導(dǎo)通角選在70°左右。此時(shí)的效果最佳?？梢赃_(dá)到80批右。2.3 電路動(dòng)態(tài)特性當(dāng)功率放大器的電源電壓+Ucc,基極偏壓Ub,輸入

19、電壓C確定后，如果電容導(dǎo)通角 確定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻 Rp諧振功率放大器的 交流負(fù)載特性如圖所示。圖2-4諧振功率放大器的負(fù)載特性激勵(lì)電壓Ug=UgC0S6t是隨時(shí)間而變化的。當(dāng) £、Ea、Re保持不變時(shí)，激勵(lì)電壓振幅 Ug的變化對(duì)工作狀態(tài)將產(chǎn)生影響：當(dāng)Ug=0時(shí)，丙類高頻功率放大器將處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)Ug由零開始增加，且eg=Eg十Ug及時(shí)，板i a開始導(dǎo)通，在eg< 0時(shí)，柵流為零, 顯然此時(shí)為欠壓狀態(tài)。Ug繼續(xù)增加，且eg=日十Ug0時(shí)，柵流ig開始出現(xiàn)，并隨Ug增加而增大。所以工 作狀態(tài)便由欠壓進(jìn)入臨界進(jìn)而轉(zhuǎn)入過壓狀態(tài)。由此可見，改變 U

20、g大小，就可以改變工作 狀態(tài)。當(dāng)功率放大器的電源電壓+Ucc,基極偏壓Ub,輸入電壓C確定后，如果電容導(dǎo)通角 確定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻 Rp諧振功率放大器的 交流負(fù)載特性如圖所示。圖2-4諧振功率放大器的負(fù)載特性激勵(lì)電壓ug=Ugcosd是隨時(shí)間而變化的。當(dāng)Ep Ea、Re保持不變時(shí)，激勵(lì)電壓振幅 Ug的變化對(duì)工作狀態(tài)將產(chǎn)生影響：當(dāng)Ug=0時(shí)，丙類高頻功率放大器將處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)Ug由零開始增加，且eg=Eg十Ug及時(shí)，板i a開始導(dǎo)通，在eg< 0時(shí)，柵流為零, 顯然此時(shí)為欠壓狀態(tài)。Ug繼續(xù)增加，且eg=£+ Ug>0時(shí)，柵流ig開始出現(xiàn)

21、，并隨Ug增加而增大。所以工 作狀態(tài)便由欠壓進(jìn)入臨界進(jìn)而轉(zhuǎn)入過壓狀態(tài)。由此可見，改變 Ug大小，就可以改變工作 狀態(tài)。圖2-5 U g變化對(duì)工作狀態(tài)影響的三組曲線在諧振功放中，為了提高效率，都在丙類工作狀態(tài)，或者工作在更高效率的丁類和戊 類。在這種情況下，功率管集電極電流為嚴(yán)重失真的脈沖序列波形或周期性的開關(guān)波形。為實(shí)現(xiàn)不失真放大，必須限定輸入信號(hào)為單一頻率的高頻正弦波 （即載波信號(hào)）或者 在高頻附近占有很窄頻帶的已調(diào)波信號(hào)。 在這種信號(hào)作用下，功率管集電極電流波形為接 近余弦的脈沖序列，用傅氏級(jí)數(shù)將它分解為平均分量， 基波分量和各次諧波分量之和，輸 出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)取出基本波分量，濾除其它無用

22、分量，就能在負(fù)載上獲得不失真的輸出信 號(hào)。同理，在功率管輸入端，基極電流也是失真脈沖序列，通過輸入匹配濾波網(wǎng)絡(luò)的濾波 作用，加到功率管輸入端的為不失真的信號(hào)電壓。與非諧振功放一樣，在特定的偏置條件下，對(duì)應(yīng)于特定大小的輸入信號(hào)，功率管有一 最佳負(fù)載，這時(shí)，諧振功放的輸出功率最大，效率也較高。因此濾波匹配網(wǎng)絡(luò)除了濾波作 用外，還起到匹配作用，即將輸出負(fù)載（往往是非電阻性負(fù)載）變換為功率管所需的最佳 負(fù)載。總之，諧振功放是在限定輸入信號(hào)波形的情況下，通過濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，使輸出負(fù)載 上得到所需的不失真功率。3單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1 設(shè)計(jì)要求及思路電路的主要技術(shù)指標(biāo)：輸出功率 Po> 125m

23、WV工作中心頻率fo=6MHz;>65%已知：電源供電為12V,負(fù)載電阻，Rl=51Q,晶體管用3DA1其主要參數(shù)：Pcm=1W,Icm = 750mA,VCE= 1.5V,f t= 70MHz,hfe >10,功率增益 Ap）> 13dB （20 倍）。從輸出功率Po> 125m怵看，末級(jí)功放可采用甲類或丙類功率放大器，但要求總效率”>65%顯然，只用一級(jí)甲類或是丙類功放是不能達(dá)到目的的，故采用兩級(jí)功率放大器， 第一級(jí)采用甲類功率放大器，第二級(jí)采用丙類功率放大器，丙類高頻功率放大器可工作在欠壓狀態(tài)、過壓狀態(tài)和臨界狀態(tài)。因欠壓狀態(tài)效率低，而過壓狀態(tài)嚴(yán)重失真，諧波分

24、量大， 所以一般選用臨界狀態(tài)。在晶體管功率放大器中，可以通過改變激勵(lì)電壓、 基極偏壓、集 電極負(fù)載、集電極直流供電電壓來改變放大器的工作狀態(tài)。3.2 丙類功率放大器的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算丙類功率放大器的電路組成如下圖3-1 :圖3-1丙類功放電路圖2R23.2.1 確定放大器的工作狀態(tài)對(duì)高頻功率放大器的基本要求是，盡可能輸出大功率、高效率，為兼顧兩者，通常選丙類且要求在臨界工作狀態(tài)，其電流流通角 c在600900范圍?，F(xiàn)設(shè)c=700,查表得：集 電極電流余弦脈沖直流I CO分解系數(shù)0(700) 0.25 ,集電極電流余弦脈沖基波Icmi分解系 數(shù)，i(700) 0.44。設(shè)功放的輸出功率為0.5W。

25、功率放大器集電極的等效電阻為：R (Vcc VCES)/(12 1.5)2/110Rp2Po2(0.5)W集電極基波電流振幅為：Gi , 2Po/Rp 95mA集電極電流脈沖的最大振幅為：Icmax 1cmi / 1( c) 95mA/0.44 216mA c maxci mc集電極電流脈沖的直流分量為：Ico Icmaxo( c) 216 0.25 54mA電源提供的直流功率為：Pd Vcc I co 12V 54mA 0.65w集電極的耗散功率為：Pc Pd R 0.65 0.5 0.15w集電極的效率為：Po/PD 0.5/ 0.65 77%根據(jù)設(shè)計(jì)要求，已知Ap 13dB即Ap 20,

26、則輸入功率：Pi Po/Ap 0.5/20 25mV基極余弦脈沖電流的最大值(設(shè) 3DA1的=10)：iBm Icm 21.6mA基極基波電流的振幅為：IB1m IBm 1(70 0) 9.5mA得基極輸入的電壓振幅為：VBm 2Pi/IB1m 5.3V3.2.2 基極偏置電路計(jì)算因?yàn)?cos c VEVZ,則基極偏置電壓：VeVbm cos cVz5.3cos7001.1VVBm因?yàn)?Ve IcoRe,則射極電阻：Re Ve/J 1.1/(54 10 3) 20高頻旁路電容取CE20.01pf3.2.3 諧振回路與耦合線圈的參數(shù)計(jì)算丙類功放輸入、輸出回路均為高頻變壓器耦合方式，其中基極體電阻

27、Rbb<25Q,則輸入阻抗：Rbb(1 cos ) i()25(1 cos70 ) 0.436咫7.1Q則輸出變壓器線圈匝數(shù)比為:N3 RL 詞 J 7.68Ni 1, Ro這里，我們假設(shè)取N3=2和N1=3若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容為 C=100pF,則12()2 700W H2 fo用10m佛6m佛5mm磁環(huán)來繞制輸出變壓器，其中:p=100H/m , A=10mm2, l =25mm, L =60 仙 H有 L 4() (A)cm N； 10 3,(l)cm3.2.4 電源去耦濾波元件選擇高頻電路的電源去耦濾波網(wǎng)絡(luò)通常采用冗型LC低通濾波器，濾波電感?？砂唇?jīng)驗(yàn)取50100濾波電感

28、一般取 0.0193.3 甲類功率放大器的設(shè)計(jì)圖3-2甲類功放電路圖3.3.1 電路性能參數(shù)計(jì)算綜上所述，知甲類功率放大器輸出功率等與丙類功放的輸入功率，即：PH=P1=25mW輸出負(fù)載等于丙類功放輸入阻抗，即 Rh=zJ=87.1Q,設(shè)變壓器效率b取0.8: 則集電極輸出功率：Pc= pH/ -31mW若取放大器的靜態(tài)電流：ICC=1cM=7mA則集電極電壓振幅：Ucm=2Pc/Icm=8.9V最佳負(fù)載電阻為:=1.3kQRh U則射極直流負(fù)反饋電阻：U CC U CM U CESRei 57 Q (Icq =CM )1 cq則輸出變壓器線圈匝數(shù)比：N 2 Ro本級(jí)功放采用 3DA1晶體管，

29、取B =10 A =13dB即20倍放大倍數(shù)，則輸入功率Pi=P0/Ap=i.55mW,放大器輸入阻抗 Ri=Rbb+B R3=25Q+10R3若取交流負(fù)反饋電阻R3=10Q,則Ri=125Q,本級(jí)輸入電壓Uim .,2RP «0.6V3.3.2 靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算綜上可知U=0時(shí)，晶體管射極電位：Ueq= I cq Rei = 2.5V ,U bo=3.2V, I bo=I co/ 0 =0.23mA若基極偏置電流 I 1=5I bo，則 R 2= Ubo/5I bo = 2.8k Q所以有W UCC一匕0 R2 = 8.25k QUboMuitisim4高頻功率放大器總電路圖經(jīng)過上述

30、所有分析設(shè)計(jì)出的高頻功率放大器的總電路圖如下圖，將電路用 進(jìn)行仿真運(yùn)行。IIL22f2N221922N2219k 47uH戶丁C6C710nF 10mF12廿vcc-2 U|丁4-61G7 1h 360R品 R英圖4-1 總電路圖5仿真結(jié)果及分析先安裝第一級(jí)放大器，測量調(diào)將上述設(shè)計(jì)的元件參數(shù)，按圖4-1所示電路進(jìn)行安裝。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。測得晶體管3DA1靜態(tài)時(shí)，基極偏置電壓Ube=0,靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整后在進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試。5.1甲類放大器、丙類功率放大器靜態(tài)直流工作點(diǎn)的測量與比較用仿真庫里的電壓表測量晶體管關(guān)鍵點(diǎn)的電壓，記錄為下表：表5-1靜態(tài)直流工作

31、點(diǎn)的測量靜態(tài)測量VbVeVcVce結(jié)論BG12.707V2.12011.9969.552V線性放大動(dòng)態(tài)測量VbVeVcVce結(jié)論BG3-899.11uV600.51mV12V11.389V截止結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，分析甲類高頻電壓放大器與丙類諧振功率放大器直流 靜態(tài)的區(qū)別：第一級(jí)寬帶功放，測得數(shù)據(jù)為 Vc>Vb>Ve,滿足晶體管的放大管放大條件， 即為甲類放大器的直流工作狀態(tài)特點(diǎn)；第二級(jí)丙類功放，測得晶體管靜態(tài)時(shí)基極偏置為0 5.2末級(jí)諧振功率放大器（丙類）仿真1、輸出波形仿真在輸入端口，輸入頻率為fo=6MHz,峰-峰值為80-100mV的等幅波，適當(dāng)改變頻率,找到諧振頻率

32、。用示波器觀測輸入波形和輸出波形Timebase -r- Chayi A-p Chanql 曰 _ TrtflWTE wle5. 口Scale | nr * Civ Sg* 儂而 卻Ff 3JF. 日Ext圖5-1輸出波形分析波形：通過計(jì)算示波器的數(shù)值（電壓幅值），可以看出輸出波形放大了。甲類放 大得到的波形，應(yīng)該還是個(gè)正弦波，第一次仿真出來的波形，是底部被切割的波形，修改 了頻率參數(shù)，波形有所改善。2、丙類功率放大器波形仿真測量丙類功放管集電極的輸出波形:圖5-2 BG2集電極輸出波形（1）Ti- EG3 CPF士 昌Suit |' X) n(. Div Scale | T30 *r

33、V DivX nMrtina (h 7* 11Y nmNaa 11C-J-e l_JIS口. |KJ V D-vY nnTifift I -?再Tngaer_% KaJI-I II fvH圖5-2 BG2集電極輸出波形（2）分析波形：通過理論分析，丙類放大管的集電極輸出波形應(yīng)該為一個(gè)尖頂余弦脈沖。波形（1）是初次調(diào)試時(shí)得到的波形，可以看出，波形的底部已經(jīng)有所變化，但不是完美 的余弦脈沖，波形（2）是通過改變了部分參數(shù)得到的波形5.3 仿真遇到的問題1、高頻功率放大器，是較為普遍的一個(gè)電路設(shè)計(jì)，可以有很多的方法。在通信電子 電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，丙類放大器的輸出回路是 LC諧振回路。這一次，是采用變壓

34、器耦合方 式。但是在multisim的仿真庫里，相關(guān)的變壓器參數(shù)不好設(shè)置。和同學(xué)一起研究，在網(wǎng) 上找資料，至今還沒能很好的設(shè)置變壓器的參數(shù)，使得電路達(dá)到原本的設(shè)計(jì)要求。但是， 大致能實(shí)現(xiàn)電路功能。2、電路設(shè)計(jì)后，剛開始仿真時(shí)，首先是測量晶體管的靜態(tài)偏置，兩個(gè)晶體管，都分 別在甲類、丙類工作狀態(tài)。但是，在輸入高頻信號(hào)后，并不能得到理想的波形。在第二級(jí) 的晶體管集電極，得到的波形并不是一個(gè)理想的尖頂余弦脈沖。 返回去檢查第一次甲類放 大的輸出波形，發(fā)現(xiàn)正弦波并不平緩。 通過修改濾波電容，得到了改善。但波形還是不是 很美觀。3、做仿真的時(shí)候，應(yīng)該是寫真回路處于諧振狀態(tài)，即集電極的負(fù)載阻抗為純電阻，

35、猜想電路不能很好的進(jìn)行仿真，可能是電路失諧了。查找資料，找到解決方法，為保證品 體管安全工作，調(diào)諧時(shí)，先將電源電壓+Vcc降低到規(guī)定值的1/1-1/3 ,微調(diào)電路參數(shù)，在 回路寫真時(shí)，末級(jí)輸出電壓應(yīng)該最大，切示波器監(jiān)測的波形為不失真基波。 通過這樣的方 法找到諧振點(diǎn)。電路開始正常工作了。4、對(duì)于電路得到波形，與理論計(jì)算推導(dǎo)的不完全符合，除了，選取的相關(guān)元器件并 不是最理想的元器件外，可能是技術(shù)振蕩之類的影響。通過查閱書籍和相關(guān)之類，找到了 解決的辦法。消除參量自激型的辦法是在基極或發(fā)射極介入防震電阻（幾歐姆至幾十歐 姆），或引入適當(dāng)?shù)母哳l的電壓負(fù)反饋， 或降低回路的Ql值等；而消除高頻幾聲振蕩

36、的有 效本辦法是，盡量減少引線的長度、合理布局元器件或基極回路介入防震電阻（這個(gè)在軟 件仿真里不會(huì)有影響）。5、第二次對(duì)電路仿真的時(shí)候，不能得到起初得到的比較好的波形，一直都是不規(guī)律 的諧波之類。又再次調(diào)整電路參數(shù)， 但還是沒有得到改善。對(duì)仿真軟件不夠熟悉，不能更 好的運(yùn)用軟件有事一方面要進(jìn)一步提高的。6總結(jié)與體會(huì)高頻課程設(shè)計(jì)在通信電子線路設(shè)計(jì)之后，之前就做過了高頻功率放大器，并相應(yīng)地 焊了電路板。當(dāng)時(shí)在考試期間，并且是團(tuán)隊(duì)合作，工作量比較低。這一次自己做高頻的課 設(shè)，相關(guān)的資料、參數(shù)計(jì)算和電路設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)的題目是設(shè)計(jì)滿足一定要求的高頻 功率放大器，由于在高頻電子線路中已經(jīng)接觸過高頻功率

37、放大器，并對(duì)它的功能以及技術(shù) 指標(biāo)有了一定得了解。在拿到題目后，我沒有停止過學(xué)習(xí)高頻功率放大器，一直在尋找一 種最佳設(shè)計(jì)方案得出符合要求的電路圖。但是在這過程中自己遇到很多的困難，雖然對(duì)高 頻功率放大器已經(jīng)有了很大了解，但這些只是一個(gè)很籠統(tǒng)的概念，不能解決自己在設(shè)計(jì)過 程中遇到的問題。因此，我結(jié)合已有的高頻功率放大器的理論知識(shí)并不斷地上網(wǎng)查資料， 不斷的請(qǐng)教周圍的同學(xué)或是老師，自己一旦發(fā)現(xiàn)問題一定及時(shí)的解決問題。在這其中，遇到了很多問題，小到在仿真庫里找不到相應(yīng)的元件，大到仿真得不到輸 出波形。不斷地在網(wǎng)上尋找資料，咨詢同學(xué)，有時(shí)候，真的是焦頭爛額了。但還是得堅(jiān)持 做下去，檢查電路，修改參數(shù)，重復(fù)計(jì)算，反反復(fù)復(fù)不下十次了。最終得到了想要的波形, 雖然不是特別的理想，但是大致完成了任