W高频子线路设计方案——高频功率放大器设计方案.docx

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学号：

课程设计

高频电子线路课程设计——高频功率

题 目

放大器的设计

学

院

信息工程学院

专

业

通信工程

班

级

姓

名

指导教师

2010年 1月 26日

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

通信0704

指导教师：

工作单位：

信息工程学院

题 目:

高频电子线路课程设计——高频功率放大器的设计

初始条件：

1、可选元件：

晶体管、高频磁环、电阻、电容、开关等

2、仿真软件：

EWB

要求完成的主要任务：

电路的主要技术指标：

输出功率Po≥125mW，工作中心频率fo=6MHz，h>65%，已知：

电源供电为12V，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用3DA1，其主要参数：

Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe≥10，功率增益Ap≥13dB（20倍）。

时间安排：

1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；

2、课程设计时间为1周。

（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间1天；

（2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天；

（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。

指导教师签名：

2010年1月 日

系主任（或责任教师）签名：

2010年1月 日

武汉理工大学《高频电子线路课程设计》报告

目录

摘要 I

Abstract II

1高频功率放大器概述 1

1.1基本原理框图 2

1.2放大器工作状态特点 3

2设计原理 4

2.1整体介绍 4

2.2谐振放大器基本原理 4

2.3电路动态特性 6

3单元电路设计与参数计算 8

3.1设计要求及思路 8

3.2丙类功率放大器的设计及参数计算 8

3.2.1确定放大器的工作状态 8

3.2.2基极偏置电路计算 9

3.2.3谐振回路与耦合线圈的参数计算 9

3.2.4电源去耦滤波元件选择 10

3.3甲类功率放大器的设计 10

3.3.1电路性能参数计算 11

3.3.2静态工作点计算 11

4高频功率放大器总电路图 12

5仿真结果及分析 13

5.1甲类放大器、丙类功率放大器静态直流工作点的测量与比较 13

5.2末级谐振功率放大器（丙类）仿真 13

5.3仿真遇到的问题 14

6总结与体会 16

参考文献 17

附录 18

元件清单 18

本科生课程设计成绩评定表 19

摘要

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，广泛应用在发射机、高频加热装置和微波功率源等待脑子设备中。

高频功率放大器用于发射机的末级时，作用是为了弥补信号在无线传输的过程中的衰耗要求，将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。

高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

高频功率放大器大多工作于丙类。

高频放大器的主要技术指标是输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制。

关键词：

丙类功放高频选频回路功率与效率、技术指标

II

Abstract

High-frequencypoweramplifierforthetransmitterfinalstage,theroleofwirelesstransmissiontocompensateforsignalattenuationintheprocessofrequest,high-frequencysignalshavebeenmodulatedwavepoweramplifier,transmitpowertomeettherequirements,andthenthroughtheantennawillitsradiationintospace,toensureacertainregiontothesatisfactionofthereceivercanreceivethesignallevel,anddoesnotinterferewithadjacentchannelofcommunication.High-frequencycommunicationsystemstosendpoweramplifierisakeycomponentdevices.Theirworkisdividedintonarrowbandwidthofthehigh-frequencypoweramplifiersandbroadbandhigh-frequencypoweramplifiersaretwotypesofnarrow-bandhigh-frequencypoweramplifierusuallyhasafrequency-selectivefilteringeffectoffrequency-selectivecircuitastheoutputcircuit,itisalsoknownastunedpoweramplifier,orresonancepoweramplifier;broadbandhigh-frequencypoweramplifieroutputcircuitisatransmission-linetransformerotherbroadbandmatchingcircuits,socallednon-tunedpoweramplifier.High-frequencypoweramplifierisanenergyconversiondevice,theDCpowersupplywillbeconvertedintohighfrequencyACpoweroutput.Mosthigh-frequencypoweramplifierworkinClassC.

Keywords:

Chigh-frequencyamplifierpowerandefficiencyoffrequency-selectivecircuit

1高频功率放大器概述

在低频电子线路中，为了获得足够大的输出功率必须采用低频功率放大器。

这种低频功率放大器一般工作在甲类或是乙类（推挽输出）或甲乙类的放大器，效率不会超过78.5%，同样的在高频电子线路中，为了获得足够大的输出功率，也必须采用高频功率放大器。

不过，由于高频功率放大器的特殊性，高频功率放大器既可以工作在甲类或甲乙类状态，也可以工作在丙类或是丁类甚至是戊类，效率可以高过78.5%，比如在调幅信号发射机中，高频功率放大器把已调波的功率放大到足够的大，使调幅广播计划的覆盖地区能够正常的接听。

在通信方面，常常也需要高频功率放大器如闭路电视。

由此可见，高频功率放大器是通信发送设备的重要组成部分，广泛应用在发射机、高频加热装置和微波功率源等待脑子设备中。

高频功率放大器有窄带和宽带放大器两种。

窄带高频功放常采用具有选频功能的谐振网络作为负载，所以又被称为谐振功率放大器。

为了提高效率，谐振功率放大器常工作于乙类或是丙类状态。

带宽高频放大器采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载，它可以实现功率合成。

由于不采用谐振网络，因此这种高频功率放大器可以在很宽的范围内变换工作频率而不必调谐。

高频功率放大器的技术指标包括输出功率、效率、功率增益。

带宽和谐波抑制等。

这几项指标往往是相互矛盾的，对于不同应用，要有所兼顾。

它的主要技术指标是输出功率和效率。

由于高频功率放大器的输出功率比较大，耗能比较多，所以工作效率就显得比较重要。

放大器的基本原理都是利用输入基极或栅极的信号区控制集电极或是漏极或阳极的直流电源，让这个直流电源输出的功率转变为与输入信号频谱结构相同的输出信号的功率。

显然，这个转换的效率不能到100%，因为电子元器件本身还要消耗功率，比如电阻、晶体管、场效应管、电子管等。

事实上，这个直流电源输出的功率一部分转化为了交流输出，另一部分主要以热能的形式被集电极或是漏极或阳极所消耗。

称为耗散功率。

工作效率的提高意味着更加的节能。

20

1.1基本原理框图

高频功率放大器是对载波信号或高频信号进行功率放大的电路。

利用选频网络作为负载回路的功率放大器成为谐振功率放大器。

随着现代通信技术的日益发展高频放大应用的领域也越来越广。

在某些场合高频放大技术的高低成为制约本领域技术发展的关键所在。

比如射频手机和高频信号收发机等，都需要用到高频功率放大器，并且作为一项非常重要的技术攻关项目。

特别是移动电话机中高频功率放大器品质的高低直接影响其产品的技术指标。

所以本次课程设计我选择高频功谐振率放大器。

如图1-1所示为高频功放基本原理图，图中，高频扼流圈提供直流通路，C1为隔直流电容，谐振回路分别为输入和输出滤波匹配网络。

其中天线等效阻抗，作为输出负载。

与非谐振功放比较，它们都要求安全高效地输出足够大的不失真功率，但有一些区别。

图1-1高频功放基本原理框图

谐振式高频功率放大器的特点是：

①为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为反向偏置，由Eb（VBB）来保证，流过晶体管的电流为余弦脉冲波形；②负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。

1.2放大器工作状态特点

根据放大器的导通角q的范围可以分为甲类、乙类、丙类、丁类等功放。

电流导通角q的大小和效率有关系如下表2-1所示:

表2-1 各类功放特点

工作状态

半导通角

理想效率

负载

应用

甲类

180°

50%

电阻

低频

乙类

90°

78.5%

推挽，回路

低频，高频

甲乙类

90°-180°

50%-78.5%

推挽

低频

丙类

90°

大于78.5%

选频回路

高频

丁类

开关状态

90%-100%

选频回路

高频

高频功率放大器一般工作在丙类，属于非线性电路。

丙类的效率可以达到80%左右。

丙类功放作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的输出效率。

在这次的课程

设计的技术指标输出功率Po>500mw来看，末级功放可采用甲类或丙类功率放大器，但要求总效率η>50%，显然，只用一级甲类功放是不能达到目的的，故采用两级功率放大器，第一级采用甲类功率放大器，第二级采用丙类功率放大器。

.

2设计原理

2.1整体介绍

基本部分组成，即电子管、谐振回路和电源。

电子管在放大器中起着把直流能量转换为交流能量的作用；谐振回路是电子管的负载；电源供给电子管各电极