高频谐振功率放大器讲课讲稿.docx
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高频谐振功率放大器讲课讲稿
高频谐振功率放大器
课程名称：
高频电子线路
设计课题：
高频谐振功率放大器
系别：
机电工程学院
专业班级：
电子信息工程
学生姓名：
指导教师：
设计时间：
2009/12/7—2009/12/12
高频谐振功率放大器
设计者：
指导教师：
摘要：
本电路主要由谐振回路、耦合回路、基极偏置电路三部分组成。
本电路主要应用于发射机的末级功率放大，突出特点为有较高的输出功率和效率。
关键词：
高频；甲类功放；丙类功放；谐振
引言：
利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，这是无线电发射机中的重要单元电路。
根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管电流导通角θ的范围，可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。
电流导通角越小，放大器的效率越高。
丙类放大器的导通角θ＜90%，效率η可达到80％，高频功率放大器一般选择在丙类工作状态。
本设计采用甲类功放输出的最大不失真信号作为激励源，丙类功放作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
1设计任务与要求
设计一个高频谐振功率放大器。
技术要求：
输出功率P0=3W,工作中心频率f0≈6.5MHz,效率η>50%，负载RL=50Ω,电源电压VCC=9V,2△f0.7=3.25MHz
2方案设计与论证
利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。
根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。
电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。
如甲类功放的θ＝180°，效率最高也只能达到50％，而丙类功放的θ＜90%，效率η可达到80％。
甲类放大器电流的流通角为180°，适用于小信号低功率放大。
乙类放大器导通角等于180°；丙类放大器导通角则小于180°。
乙类和丙类都适用于大功率工作。
丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。
高频功率放大器大多工作于丙类。
但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。
由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。
综上考虑本设计采用甲类功率放大器作为激励级，丙类功率放大器作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
基本电路如图1所示。
+9V
图1高频功率放大器基本电路
本设计要求输入6.5MHz信号经功率放大器放大输出一个信号,再经过阻抗变换网络产生高频输出交流电压，其基本框图如下所示。
图2高频功放原理框图
3
单元电路设计与参数计算
3.1确定功率放大器最佳负载R0
（图3）
设晶体管饱和电压降为1V, VCC=9V
R0=（VCC-VCE（SAT））²/2P0
=（9-1）²/（2×3）Ω=10.7Ω
3.2静态工作点
VEQ=
=（9-1）V=8V图3Q2集电极调谐回路
ICQ
IEQ=VEQ/Re=8/1.6A=5A
VCQ=VEQ+VCE=（8+1）V=9V
3.3晶体管Q2的选择
集电极基波电流振幅
Icm1=VCM/R0
=[VCC-VCE（SAT）]/R0=（9-1）/10.7A=0.74A
为了获得较高的效率及最大的输出功率 选取θc=70°：
a0（70°）=0.253a1（70°）=0.436，
集电极电流脉冲的最大值 ICM=Icm1/a1（70°）=0.74/0.436A=1.75A
直流分量 Ic0=ICM×a0（70°）=1.75×0.253A=0.43A
电源供给的直流功率 P==VCCIc0=9×0.43W=3.9W
集电极的耗散功率 PC=P=-P0=（3.9-3）W=0.9W
放大器的转换效率 ŋ=P0/P==3/3.9=77%
最大管耗 PCM≥0.2P0
集电极与发射极击穿电压 URCEO≥2VCC
即 URCEO≥18V
晶体管C1970的主要参数：
特征频率f=175MHZ额定输出功率P0=5W
集电极与发射极击穿电压URCEO=40V集电极额定电流Ic0=600mA
所以选用晶体管C1970.
3.4谐振回路及耦合回路的参数：
并联到LC回路上的总损耗电导为
=1/（QLW0L）,QL=
=
=2
go1=1/RO，gi2=1/RL
初级抽头比为P1=N2/N4=
①
初次级匝数比P2=N3/N4=
②
由①、②得
N3/N2=
=0.3
取N3=2,N2=6
若取集电极并联谐振回路的电容C=60pF,回路电容C=CC3+C3
（CC3=2～5pF,C3=57pF）得回路电感为
L=1/[（2πf0）²C]=1/[（2π×6.5×
）²×60×
]µH=10µH
得出N4=
N3
N4≈11
Ap=P0/PiAp随Pi变化而变化（Pi为输入功率）。
4总原理图及元器件清单
总原理图如图4所示。
由图可知，Q2中由LC单回路构成集电极负载，它调谐与放大器的中心频率。
LC回路与本级集电极电路的连接采用自耦变压器形式（抽头电路），与下级负载的连接采用变压器耦合。
采用这种自耦变压器－变压器耦合形式，可以减弱本级输出导纳与下级晶体管输入导纳对LC回路的影响，同时适当选择初级线圈抽头位置与初次级线圈的匝数比，可以使负载导纳与晶体管的输出导纳相匹配，以获得最大的功率增益。
为了避免寄生耦合，对集电极电源进行滤波。
丙类功放所需元器件清单如下表所示：
元件清单表
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
Re
1.6KΩ
1
0.15元
RL
50Ω
1
0.15元
Q2
C1970
f（MHZ）175
P0（W）5
URCEO（V）40
Ic0（mA）600
1
单价：
0.2元
厂家：
MTT
封装形式：
TO-202
C1
0.01µF
1
0.09元
C2
2～5pF
1
0.12元
C3
57pF
1
0.15元
C4
0.01µF
1
0.09元
C5
0.01µF
1
0.09元
ZL1
47µH
1
0.19元
L1
2.2µH
1
0.11元
Ce
0.01µF
1
0.09元
总计：
1.44元
图4高频功率放大器电路原理图
5末级丙类放大器的仿真
5、1构造实验电路（直接用信号源代替甲类激励模拟）
利用EWB软件绘制如图5所示的高频谐振功率放大器实验电路。
图5高频谐振功率放大仿真电路
图中，各元件的名称及标称值如下表所示。
序号
元件名称及标号
标称值
1
信号源Ui
270mV/2MHz
2
负载RL
10kΩ
3
基极直流偏置电压VBB
0.2V
4
集电极直流偏置电压VCC
9V
5
谐振回路电容C
13pF
6
基极旁路电容Cb
0.1uF
7
集电极旁路电容Cc
0.1uF
8
高频变压器T1
N=1;LE=1e-05H;LM=0.0005H;RP=RS=0
9
晶体管Q1
C1970
5、2动态性能测试
（1）输入输出电压波形
当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如图6所示的输入、输出波形。
图6高频谐振功率放大器输入、输出波形图
（2）调整工作状态
1分别调整负载阻值为5kΩ、100kΩ，可观测出输入输出信号波形的差异。
2分别调整信号源输出信号频率为1MHz、6.5MHz，可观测出谐振回路对不同频率信号的响应情况。
3分别调整信号源输出信号幅度为100mV、400mV，可观测出高频功率放大器对不同幅值信号的响应情况。
图7高频谐振功率放大器工作于欠压状态输入、输出波形图
图8高频谐振功率放大器工作于过压状态输入、输出波形图
由图8可知，工作与过压状态时，功率放大器的输出电压为失真的凹顶脉冲。
通过调整谐振回路电容或电感值，可观测出谐振回路的选频特性。
6结论与心得
为期一周的高频课程设计已经结束了，回顾设计的点点滴滴，我们有太多的收获，过程是痛苦的，结果是收获的。
这就是我们这一周来最大的感受。
我们是在发现问题和解决问题中不断进步的。
在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题，但在同伴们的共同努力下，辛苦的去钻研、去学习，最终都克服了这些困难，使问题得到了解决。
通过这一个星期的学习，我们都发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
经过这次课程设计，我们对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我们学到了不少实用的东西，对于一些专业基础课有了更深层次的掌握，并且提高了动手能力和独立解决问题的能力。
本周课程设计不但锻炼了我们最基本的高频电子线路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用。
7参考文献
《高频电子线路》主编：
张肃文出版社：
高等教育出版社2004年11月第四版
《电子线路设计、实验、测试》主编：
谢自美出版社：
华中理工大学出版2003年
《高频电子线路实验与课程设计》杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社，2005年
《高频电子电路》主编：
王卫东傅佑麟电子工业出版社
《高频电子线路》主编：
高吉祥电子工业出版社
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