高頻功率放大器-課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 長(zhǎng)江學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)題目：高頻功率放大器姓 名： 蔡國(guó)慶 學(xué)號(hào)： 其他小組成員: 陳嘉 學(xué)號(hào)： 08314102 其他小組成員: 張顯龍 學(xué)號(hào)： 08314135 其他小組成員: 張顯龍 學(xué)號(hào)： 08314135 其他小組成員: 張顯龍 學(xué)號(hào)： 08314135 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 083141 指 導(dǎo) 教 師： 徐 堅(jiān)2010年 12月 23日摘 要高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的主要組件，用于發(fā)射機(jī)地末端。本課程設(shè)計(jì)的高頻功率放大器電路由兩極功率放大器組成，第一級(jí)為甲類(lèi)功率放大器，第二級(jí)為丙類(lèi)諧振功率放大器。分別對(duì)甲類(lèi)功率放大器和丙類(lèi)諧振功率放大器設(shè)計(jì)，通過(guò)給定

2、的技術(shù)指標(biāo)要求確定甲類(lèi)功率放大器和丙類(lèi)諧振功率放大器設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)和計(jì)算出電路中各器件參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出完整高頻功率放大器電路，再利用電子設(shè)計(jì)軟件multisim對(duì)電路仿真。關(guān)鍵詞：甲類(lèi)功率放大器、丙類(lèi)功率放大器、multisim仿真。目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc280644857 1設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc280644857 h 1 HYPERLINK l _Toc280644858 條件 PAGEREF _Toc280644858 h 1 HYPERLINK l _Toc280644859 主要技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc28064

3、4859 h 1 HYPERLINK l _Toc280644860 具體要求 PAGEREF _Toc280644860 h 1 HYPERLINK l _Toc280644861 2原理分析 PAGEREF _Toc280644861 h 2 HYPERLINK l _Toc280644862 3電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc280644862 h 3 HYPERLINK l _Toc280644863 電路概要設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc280644863 h 3 HYPERLINK l _Toc280644864 丙類(lèi)功率放大器設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc280644864 h

4、 3 HYPERLINK l _Toc280644865 放大器的工作狀態(tài) PAGEREF _Toc280644865 h 3 HYPERLINK l _Toc280644866 諧振回路及耦合回路的參數(shù) PAGEREF _Toc280644866 h 4 HYPERLINK l _Toc280644867 基極偏置電路參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc280644867 h 5 HYPERLINK l _Toc280644868 甲類(lèi)功率放大器設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc280644868 h 5 HYPERLINK l _Toc280644869 電流性能參數(shù) PAGEREF _Toc2

5、80644869 h 5 HYPERLINK l _Toc280644870 靜態(tài)工作點(diǎn) PAGEREF _Toc280644870 h 5 HYPERLINK l _Toc280644871 4高頻功率放大器完整電路圖 PAGEREF _Toc280644871 h 7 HYPERLINK l _Toc280644872 5電路仿真 PAGEREF _Toc280644872 h 8 HYPERLINK l _Toc280644873 6設(shè)計(jì)心得 PAGEREF _Toc280644873 h 10 HYPERLINK l _Toc280644874 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc280

6、644874 h 11設(shè)計(jì)要求條件+VCC=+12V,晶體管3DG130的主要參數(shù)為PCM=700mW，ICM=300mA，VCES0.6V，hfe30，fT150MHz，放大器功率增益AP6dB。晶體管3DA1的主要參數(shù)為PCM=1W，ICM=750mA， VCES1.5V,hfe10,fT=70MHz,AP13dB。主要技術(shù)參數(shù)輸出功率P0500mW，工作中心頻率f05MHz，效率50%，負(fù)載RL=50。具體要求分析高頻功率放大器原理，通過(guò)給定的技術(shù)指標(biāo)要求確定甲類(lèi)功率放大器和丙類(lèi)諧振功率放大器設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)和計(jì)算出電路中各器件參數(shù)，利用電子設(shè)計(jì)工具軟件multisim對(duì)電路進(jìn)展仿真測(cè)試，

7、分析電路的特性。原理分析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)展功率放大， 以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過(guò)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(chēng)為調(diào)諧功率放大 器或諧振功率放大器。利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱(chēng)為諧振功率放大器，這是無(wú)線電發(fā)射機(jī)中的重要組成局部。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、丙類(lèi)及丁類(lèi)等不同類(lèi)

8、型的功率放大器。電流導(dǎo)通角愈小，放大器的效率愈高。如甲類(lèi)功放的=180，效率最高也只能到達(dá)50%，而丙類(lèi)功放的 90，效率可到達(dá)80%，甲類(lèi)功率放大器適合作為中間級(jí)或輸出功率較小的末級(jí)功率放大器。丙類(lèi)功率放大器通常作為末級(jí)功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。圖1為丙類(lèi)諧振功率放大器。圖 SEQ 圖 * ARABIC 1 丙類(lèi)諧振功率放大器 電路設(shè)計(jì)電路概要設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)的高頻功率放大器由兩級(jí)功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中VT1 組成甲類(lèi)功率放大器，晶體管VT2 組成丙類(lèi)諧振功率放大器。從輸出功率P0500mW來(lái)看，末級(jí)功放可以采用甲類(lèi)或乙類(lèi)或丙類(lèi)功率放大器，但要求總效率50%，顯然

9、不能只用一級(jí)甲類(lèi)功放，但可以只用一級(jí)丙類(lèi)功放。本課程設(shè)計(jì)采用的電路甲類(lèi)功放選用晶體管3DG130,丙類(lèi)功放選用3DA1。首先設(shè)計(jì)丙類(lèi)功率放大器，再設(shè)計(jì)甲類(lèi)功率放大器。丙類(lèi)功率放大器設(shè)計(jì)放大器的工作狀態(tài)為獲得較高的效率及最大輸出功率P0。放大器的工作狀態(tài)選為臨界狀態(tài)，取，得諧振回路的最正確負(fù)載電阻Re為 ，集電極基波電流振幅為 ，集電極電流脈沖的最大值Icm及其直流分量Ic0，即 Icm= Ic1m / 1=216mA， Ic0= Icm 0=54mA。放大器的轉(zhuǎn)換效率為：=P0/PD=77%。假設(shè)設(shè)本級(jí)功率增益AP=13dB20倍，輸入功率Pi為Pi=P0/AP=25mW，基極基波電流的振幅I

10、b1m 為Ib1m=Ib1m1(，輸入電壓的振幅Vbm為 。諧振回路及耦合回路的參數(shù)在諧振功率放大器中，為滿足結(jié)它的輸出功率和效率的要求，并有較高的功率增益，除正選擇放大器的工作狀態(tài)外，還必須正確設(shè)計(jì)輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)在諧振功率放大器中的連接情況如圖2所示。無(wú)論是輸入匹配網(wǎng)絡(luò)還是輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，它們都具有傳輸有用信號(hào)的作用，故又稱(chēng)為耦合電路。對(duì)于輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，在求它具有濾波和阻抗變換功能，即濾除各次分量，使負(fù)載上只有基波電壓；將外接負(fù)載RL 變換成諧振功放所要求的負(fù)載電阻R，以保證放大器輸出所需的功率。因此，匹配網(wǎng)絡(luò)也稱(chēng)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，要求它把放大器的輸入阻抗

11、變換為前級(jí)信號(hào)源所需的負(fù)載阻抗，使電路能從前級(jí)信號(hào)源獲得盡可能大的鼓勵(lì)功率。圖 SEQ 圖 * ARABIC 2丙類(lèi)諧振功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)丙類(lèi)功放的輸入輸出耦合回路均為高頻變壓器耦合方式，其輸入阻抗|Zi|可計(jì)算， ，輸出變壓器線圈匝數(shù)比為，取N3=2,N1=3。假設(shè)取集電極并聯(lián)諧振回路的電容C=100pF，得回路電感為。假設(shè)采用的的NXO-100鐵氧體磁環(huán)來(lái)繞制輸出耦合變壓器，可以計(jì)算變壓器一次線圈的總匝數(shù)N2，即由可得N28。需要指出的是，變壓器的匝數(shù)N1、N2、N3的計(jì)算值只能作為參考值，由于電路高頻工作時(shí)分布參數(shù)的影響，與設(shè)計(jì)值可能相差較大。為調(diào)整方便，通常采用磁心位置可調(diào)節(jié)的高頻變

12、壓器。 基極偏置電路參數(shù)計(jì)算 基極直流偏置電壓VB為 。射極電阻RE2為 RE2=|VB|/ICO=20。甲類(lèi)功率放大器設(shè)計(jì)電流性能參數(shù)由丙類(lèi)功率放大器的計(jì)算結(jié)果可得甲類(lèi)功率放大器的輸出功率PO應(yīng)等于丙類(lèi)功放的輸入功率Pi，輸出負(fù)載Re應(yīng)等于丙類(lèi)功放的輸入阻抗|Zi|，即PO=Pi=25mW,Re=|Zi|=86。集電極的輸出功率P0為(假設(shè)取變壓器效率T=0.8) P0=PO/T31mW。， 。因射極直流負(fù)反應(yīng)電阻RE1為 ，取標(biāo)稱(chēng)值360，得輸出變壓器匝數(shù)比為 ，假設(shè)取二次側(cè)匝數(shù)N2=2，那么一次側(cè)匝數(shù)N1=6。，得放大器的輸入阻抗Ri為Rirbb+R3=25+30R3假設(shè)取交流負(fù)反應(yīng)電阻

13、R3=10那么Ri=335，得本級(jí)輸入電壓的振幅Vim為。靜態(tài)工作點(diǎn)，取標(biāo)稱(chēng)值3k。 在實(shí)驗(yàn)時(shí)可以調(diào)整時(shí)取R1=5.1k+10k電位器。取高頻旁路電容CE1=0.022F，輸入耦合電容C1=0.02F。 高頻電路的電源去耦濾波網(wǎng)絡(luò)通常采用形C1=0.002FLC低通濾波器，L10,L20可按經(jīng)歷取50100H，C10，C11，C20，C21按經(jīng)歷取0.01F。L10,L20可以采用色碼電感，也可以用環(huán)形磁心繞制。高頻功率放大器完整電路圖將上述設(shè)計(jì)計(jì)算的元件參數(shù)按照?qǐng)D所示電路進(jìn)展安裝，然后再逐級(jí)進(jìn)展調(diào)整。最好是安裝一級(jí)調(diào)整一級(jí)，然后兩級(jí)進(jìn)展級(jí)聯(lián)。所示可先安裝第一級(jí)甲類(lèi)功率放大器，并測(cè)量調(diào)整靜態(tài)工

14、作點(diǎn)使其根本滿足設(shè)計(jì)要求，如測(cè)得VBQ=2.8V,VEQ=2.2V，那么ICQ=6mA。再安裝第二級(jí)丙類(lèi)功率放大器。測(cè)得晶體管3DA1的靜態(tài)時(shí)基極偏置VBE=0。圖所示3為完整的高頻功率放大器電路圖。第一級(jí)為甲類(lèi)功率放大器，第二級(jí)為丙類(lèi)諧振功率放大器。圖 SEQ 圖 * ARABIC 3完整的高頻功率放大器電路圖電路仿真利用電子設(shè)計(jì)軟件multisim對(duì)電路仿真，根據(jù)圖3高頻功率放大器電路圖在軟件multisim中繪制出仿真電路圖，如圖4所示。圖 SEQ 圖 * ARABIC 4高頻功率放大器仿真電路圖對(duì)電路進(jìn)展仿真測(cè)試高頻放大器的放大效果，在輸入端輸入1KHZ的正弦波信號(hào)，由仿真電路圖在仿真

15、示波器選擇B通道觀察輸入的1KHZ的正弦波信號(hào)，如圖5所示，輸入電壓Vi=326mV。圖 SEQ 圖 * ARABIC 5 1KHZ的正弦波信號(hào)再觀察仿真示波器A通道的波形，即經(jīng)高頻功率放大器放大的信號(hào)波形，如圖6所示，由仿真示波器可得輸出電壓Vo=2.282V。放大增益A=Vo/Vi=2282mV/326mV =7, 20LgA=20Lg7=16.9dB,故由Multism仿真測(cè)得設(shè)計(jì)的高頻功率放大器的電壓放大增益Av=16.9dB。圖 SEQ 圖 * ARABIC 6高頻功率放大器放大后的信號(hào)設(shè)計(jì)心得高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的主要組件,經(jīng)過(guò)一周的對(duì)高頻功率放大器電路的設(shè)計(jì)使我對(duì)高

16、頻電路課程有了更深一步的了解，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。此次的高頻課設(shè)，不僅讓我加深了對(duì)電子電路理論知識(shí)的理解，還加強(qiáng)和同學(xué)交流溝通的能力，在設(shè)計(jì)電路時(shí)和同組成員共同討論解決問(wèn)題，同時(shí)設(shè)計(jì)出的電路經(jīng)過(guò)Multisim軟件仿真到達(dá)預(yù)期的放大效果，不僅讓小組所有成員共同獲得努力后成功的欣喜，而且了解了Multism軟件的使用。種種在此次學(xué)習(xí)到的知識(shí)或是能力必將有用于之后的學(xué)習(xí)或是將來(lái)的工作，這也是此次課程設(shè)計(jì)的目的所在。參考文獻(xiàn)謝嘉奎，2000，?電子線路 非線性局部(第四版)?M。北京：高等教育出版社。9c003a3610661ed9ad51f32a.html 2010年12月20日讀取。課程設(shè)計(jì)評(píng)分表學(xué)生姓名：蔡國(guó)慶 班級(jí)：08電子信息工程1班 學(xué)號(hào)：08314101課程設(shè)計(jì)題目：高頻功率放大器 工程內(nèi)容總分值實(shí) 評(píng)選題能結(jié)合所學(xué)課程知識(shí)、有一定的能力訓(xùn)練。符合選題要求5人一題10工作量適中，難易度合理10能力水平能熟練應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，有一定查閱文