最新微型计算机原理及接口技术钢琴课程设计.docx

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最新微型计算机原理及接口技术钢琴课程设计

微型计算机原理及接口技术钢琴课程设计

高频电子线路课程设计

题目：

高频功率放大器.

班级：

08级通信1班.

姓名：

马宗祥.

学号：

P081513166.

成绩：

.

组内分工

成员及分工：

程冲冲：

低频放大

马云、吴欣萌：

振荡及调制

洪学军：

倍频

向昊瀚：

高频放大

王进鑫、马宗祥：

高频功率放大

Notableofcontentsentriesfound.

一、设计目的

设计本高频功率放大器的目的是用于调频过程的末级，作用是将已调信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，使信号经过天线辐射到空间，并确保在一定的区域内接收机可以接收较为满意的信号。

二、设计要求

设计的放大器用于发射机末级因此要求输出功率大，效率也要较高，因此要求技术指标为：

输出功率：

≥500mW,工作中心频率中心

=6MHz,效率η>65%，负载为

=51Ω。

三、高频功率放大器原理

1、整体介绍

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。

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，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。

甲类放大器电流的流通角为360o，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180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。

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。

除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。

丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100％，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗（集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。

如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。

这就是戊类放大器。

我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。

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20000Hz，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（535－1605kHz的频段范围）的频带宽度为10kHz，如中心频率取为1000kHz，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）。

近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。

这样，它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。

综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高；它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。

　　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。

例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。

功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。

放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。

为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。

但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。

低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；采用推挽电路时可以工作在乙类。

高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。

所以，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。

高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法来分析其工作原理和工作状态。

这种分析方法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。

以上讨论的各类高频功率放大器中，窄带高频功率放大器：

用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调信号或实现倍频的功能，通常工作于乙类、丙类状态。

宽带高频功率放大器：

用于对某些载波信号频率变化范围大得短波，超短波电台的中间各级放大级，以免对不同fc的繁琐调谐。

通常工作于甲类状态。

2、具体原理分析

知道前级送来的高频激励电压为ug=Ugcosωt它加在阳极与阴极之间。

其中，ug是激励电压的瞬时值，Ug是激励电压的振幅值，ω＝2πf是激励电压的角频率，f是激励电压的频率。

当电路接好并将各电极电压加上时，则在板极电路中就会出现受到栅极电压控制的板流脉冲，脉冲波形如图3-1所示。

ia是周期性函数，由数学知识可知，它可用傅氏级数来表示，即 

ia=Ia0+Ia1cosωt+Ia2cos2ωt+…+Iancosnωt        （2.1）

可见，板极电流等于直流分量Ia0、一次谐波（基波）、二次谐波和其他高次谐波之和

图3-1脉冲波形

板极并联谐振回路要调谐到激励信号电压的频率，并且在实际情况下，振荡回路的Q值远大于1（考虑到下级负载引入的电阻），即回路的谐振性很强。

这样，谐振回路对基波的阻抗很大，而且是纯电阻性的，这就是我们熟知的谐振阻抗，一般用Roe来表示。

板极回路的直流电阻，可以看成是短路的。

同时，因为回路是调谐到基波，对于高次谐波回路失谐很大，所以回路对于高次谐波也近似于短路。

这样，板极电流通过回路时，在回路上所引起的只有基波电压。

输出电压不是脉冲形状，而是和输入激励电压一样的波形。

四、高频功率放大器的设计方案

1、确定放大器的工作状态

高频放大器的主要技术指标是输出功率与效率，设计放大器时应抓住的主要矛盾，工作状态的选择就是主要矛盾决定的。

因此，为了获得高的输出功率与效率，应采用丙类工作状态。

丙类功率放大器可工作在欠压、临界和过压状态。

因欠压状态效率低，而过压状态严重失真，谐波分量大。

为尽可能兼顾输出大功率、高效率，选用临界状态。

2、丙类功率放大器的估算

为了兼顾功率与效率，最佳导通角取

，在晶体管功率放大器中，可以通过变激励电压、基极偏压、集电极负载、集电极直流供电电压来改变放大器的工作状态。

晶体管用2N2219，其主要参数：

≥70MHz，

（功率增益）≥13dB，

=750mA，

（集电极饱和管压降）≥1.5v，hfe≥10.

放大器的工作状态采用临界状态，取

=70°,所以谐振回路的最佳电阻为:

=110Ω

集电极基波电流振幅:

≈0.095A

集电极电流最大值为：

=0.095/0.436=217.890mA

其直流分量为：

=

*

=217.890*0.253=55.126mA

电源供给的直流功率PD=Ucc*Ico=661.5mW

集电极损耗功率P’=PD-PC=161.532.3mW

转换效率η=PC/PD=500/661.5=75.6%

当本级增益

=13dB即20倍放大倍数，晶体管的直流β=10时，有：

输入功率为：

P1=P0/

=25mW

基极余弦电流最大值为：

=ICQ/β≈21.78mA

基极基波电流振幅：

=21.78

0.436=9.5mA

∴输出电压的振幅为UBM=2P1/IBM≈5.3V

输出振荡回路

=110Ω

=50Ω

所以振荡回路的电感L为1.46μH电容C为259pF。

3、电路结构设计

a）电路结构的主要组成：

1）集电极直流电源

2）基极偏置电路

3）大功率晶体管

4）输入激励电路

5）输出谐振回路

b）设计电路如下

c）个人模块仿真输出如下

五、整体电路设计

1、仿真输出波形

六、实验总结

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，通过这个方案包括设计了一套电路原理图，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中对其在电路中的使用有了更多的认识。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

参考文献：

高频功率放大器设计原理技术