功率放大器本科毕业设计综述.docx

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功率放大器本科毕业设计综述

摘要

在当今社会中，无论是广播通信还是其它无线通信，发射机在发射信号时都要有一定的功率。

当传送信号的距离越远，所需发送功率就要越大。

高频功率放大器能满足这些要求，使其成功的发送大功率。

发射机是由高频功率放大器重要组成的,高频功率放大器也是通信系统必不可少的环节。

本论文介绍了高频功率放大器的基本原理和特性,并利用电子设计工具软件Multisim10.0对功率放大器电路从方案选择、单元电路设计、元器件参数选取等方面进行具体设计分析,同时对电路进行仿真测试,通过 仿真结果分析电路特性,使电路得到进一步完善。

仿真结果表明,该电路设计方案正确,能达到预期 设计要求,性能良好。

关键字：

高频功率放大器、仿真、软件Multisim10.0

Abstract

Intoday'ssociety,Bothbroadcastcommunicationorotherwirelesscommunication,Thetransmittertransmitsthesignalmusthaveacertainpower.Whenthetransmittedsignaldistancefarther,therequiredtransmissionpowerwillbemore.Highfrequencypoweramplifiercanmeettheserequirements,thesuccessfulsendingpower.Thetransmitteriscomposedofahighfrequencypoweramplifierisimportant,highfrequencypoweramplifieristheessentialcommunicationsystem.Thispaperintroducesthebasicprincipleandcharacteristicsofhighfrequencypoweramplifier,andthespecificdesignanalysisofthepoweramplifiercircuitfromtheschemeselection,design,unitcircuitcomponentsparametersselectionusingelectronicdesignsoftwareMultisim10.0,andthecircuitsimulationtest,thecircuitcharacteristicsthroughanalyzingthesimulationresults,thecircuithasbeenfurtherimproved.Thesimulationresultsshowthat,thecircuitdesignschemeiscorrect,canmeettheexpecteddesignrequirements,withgoodperformance.

Keywords:

Multisim10.0highfrequencypoweramplifier,simulation,software

目录

引言1

第一章高频功率放大器2

1.1高频功率放大器知识简介 2

1.2.高频放大器的分类 3

第二章电路工作原理及电路选择5

2.1电路工作原理5

2.2 电路的选择 5

2.3元件参数选取 6

第三章电路仿真8

3.1所用软件Multisim简介 8

3.2Multisim的特点8

3.3仿真测试电路 9

结论15

谢辞16

引言

在通信电路中，高频功率放大器作为发送设备的重要组成部分，能够弥补信号在无线传输过程中的衰耗。

由于通信距离越远对输出功率的要求越大，为了获得足够大的高频输出功率，就要采用高频功率放大器。

针对高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。

近年来,针对功率放大器设计的各种研究不断涌现,对功率放大器的性能进行优化的算法不断出现。

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

凭借NIMultisim，我们可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。

借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，我们能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。

与NILabⅥEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

高频功率放大器有关理论知识作介绍，在性能指标分析基础上进行单元电路设计最后设计出整体电路图，在软件中仿真验证是否达到技术要求，对仿真结果进行分析，增强对功率放大器的整体认识。

第一章高频功率放大器

高频功率放大器用于发射机的末级，作用是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。

1.1 高频功率放大器知识简介 

在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。

为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。

高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。

在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上辐射出去。

这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。

实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。

高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。

低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。

例如，自20至20000 Hz，高低频率之比达1000倍。

因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。

高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。

例如，调幅广播电台（535－1605 kHz的频段范围）的频带宽度为10 kHz，如中心频率取为1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。

中心频率越高，则相对频宽越小。

因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。

由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：

低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

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或其他宽带匹配电路，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。

1.2.高频放大器的分类 

  根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。

1. 窄带型高频功率放大器 

窄带高频功率放大器的特点是以具有选频电路作为输出回路，根据这个特点又将其称为调谐功率放大器或谐振功率放大器。

2. 宽带型高频功率放大器 

宽带高频功率放大器与窄带高频功率放大器不同的是其输出电路是传输线变压器或其他宽带匹配电路，故而又称为非调谐功率放大器。

无论是窄带型高频功率放大器还是宽带型高频功率放大器，它们都是一种将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出得能量转换器件。

它们都具有这样的特点：

采用谐振网络作负载；一般工作在丙类或乙类状态；工作频率和相对通频带相差很大；技术指标要求输出功率大、效率高。

1．3高频功率放大器的主要技术指标 

高频功率放大器的主要技术指标有：

输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。

这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。

在高频功率放大器中，为满足结它的输出功率和效率的要求，并有较高的功率增益，除正选择放大器的工作状态外，还必须正确设计输入和输出匹配网络。

  无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，它们都具有传输有用信号的作用，故又称为耦合电路。

对于输出匹配网络，在求它具有滤波和阻抗变换功能，即滤除各次分量，使负载上只有基波电压；将外接负载RL变换成谐振功放所要求的负载电阻R，以保证放大器输出所需的功率。

因此，匹配网络也称滤波匹配网络。

对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。

根据高频功率放大器的工作是否进入饱和区，可将放大器的工作状态分为欠压、过压和临界三种。

若晶体管在任何时刻都工作在放大状态，称为放大器工作在欠压状态（欠压区）；若晶体管工作时有部分时间进入饱和区，称放大器工作在过压状态。

若刚刚进入饱和区的边缘，称放大器工作在临界状态。

第二章电路工作原理及电路选择

2.1电路工作原理

利用宽带变压器作耦合回路的功放称为宽带功放。

常用宽带变压器有用高频磁芯绕制的高频变压器和传输线变压器。

宽带功放不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大，但效率很低，一般只有20%左右，一般作为发射机的中间级，以提供较大的激励功率。

能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。

用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。

在高频电路中，利用选频网络作为负载回路的功放称为谐振功放。

根据放大器电流导通角θc（0—π）的范围可分为甲类、乙类、丙类和丁类等功放。

电流导通角θc越小放大器的效率越高。

如丙类功放的θc小于90°， 丙类功放通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的功率。

2.2 电路的选择 

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

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或其他宽带匹配电路，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在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲类（导通角=360度）、乙类（导通角=180度）、甲乙类（导通角=180度~360度）。

甲类放大器电流的流通角为360度，适用于小信号低功率放大。

乙类放大器电流的流通角约等于180度；丙类放大器电流的流通角则小于180度。

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