高频谐振功率放大器.docx

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高频谐振功率放大器

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

题目五：

高频谐振功率放大器设计

初始条件：

具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务：

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、采用晶体管完成一个高频谐振功率放大器的设计

2、电源电压Vcc＝＋12V，采用NXO－100环形铁氧体磁芯，

3、工作频率f0＝6MHz

4、负载电阻RL＝75Ω时，输出功率P0≥100Mw，效率η>60％

5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

时间安排：

二十周一周，其中3天硬件设计，4天软、硬件调试及答辩。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

2.高频谐振功率放大器的参数…………………………………………………………………4

2.1丙类功率放大器的设计………………………………………………………………………………4

2.1.2谐振回路和耦合回路参数计算……………………………………………………………………6

4.实物图展示………………………………………………………………………………………………8

本科生课程设计成绩评定表…………………………………………………………………………11

摘要

本文根据《高频电子线路》课中所学到的内容，设计了一种小型通信系统。

放大电路可以说是模拟信号处理电路的基本单元，尤其对高频接收机与发射机而言。

高频功率放大器（简称高频功放）主要用于放大高频信号或高频已调波（即窄带）信号。

由于采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗匹配等问题，因而高频功率放大器通常又称为谐振功率放大器。

就放大过程而言，电路中的功率管是在截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明显的非线性特性。

关键词：

高频谐振功率放大器谐振回路耦合回路工作状态

1.高频谐振功率放大器简介

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没备的重要组成部分。

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。

1.1高频功率放大器的特点

①放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。

②输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的匹配。

③基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态。

④输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。

1.2高频功率放大器的三种工作状态

放大器件的工作状态可分为甲类、乙类、丙类等，图1-1为甲、乙、丙三种状态时的晶体管集电极电流波形。

表1-2为甲、乙、丙三种工作状态的特点。

提高功率放大器效率的主要途径是使放大器件工作在乙类、丙类状态，但这些工作状态下放大器的输出电流与输入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很大，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状态；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，故通常工作在丙类状态，通过谐振回路的选频作用，可以滤除放大器的集电极电流中的谐波成分，选出基波从而消除非线性失真。

因此，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。

甲类乙类丙类

图1-2放大器的三种工作状态

1.3谐振功率放大器特性

1.负载特性：

负载特性是指放大器在VBB、VCC和Ubm不变时，随R变化的特性，如下图所示：

2.基极调制特性：

基极调制特性是指放大器在R、VCC和Ubm不变时，随VBB变化的特性，如下图所示：

3.集电极调制特性：

集电极调制特性是指放大器在VBB、R和Ubm不变时，随VCC变化的特性，如下图所示：

4.放大特性：

放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不变时，随Ubm变化的特性，如下图所示：

2.高频谐振功率放大器的参数

2.1丙类功率放大器的设计

2.1.1放大器工作状态的确定

由效率

>60%，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

=551.25Ω

集电极基波电流振幅

≈0.019A

集电极电流最大值为

=0.019/0.436=43.578mA

其直流分量为

=

*

=43.578*0.253=11.025mA

电源供给的直流功率为

PD=Ucc*Ico=132.3mW

集电极损耗功率为

P=PD–PC=32.3mW

转换效率为

η=PC/PD=100/132.3=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/AP=5mW

基极余弦电流最大值为

IBM=ICM/β≈4.36Ma

基极基波电流振幅

=4.36

0.436=1.9mA

所以输出电压的振幅为

UBM=2P1/IB1M≈5.3V

2.1.2谐振回路和耦合回路参数计算

丙类功放输入、输出回路均为高频变压器耦合方式，其中基极体电阻Rbb<25Ω,

则输入阻抗

≈87.1Ω

则输出变压器线圈匝数比为

≈0.37

在这里，我们假设取N3=3和N1=8，若取集电极并联谐振回路的电容为C=100pF，则

≈7.036μH

采用Φ10mm×Φ6mm×5mm磁环来绕制输出变压器，因为有

其中μ=100H/m,A=

=25mm,L=7.036μH

所以计算得N=7

2.2甲类功率放大器的设计

2.2.1电路性能参数计算

甲类功率放大器输出功率等于丙类功率放大器的输入功率，即：

PH=P1=5mW

输出负载等于丙类功放输入阻抗，即

RH=

=87.1Ω

设甲类功率放大器为电路的激励级电路，变压器效率

取0.8，则集电极输出功率

PC=

≈6.25mW

若取放大器的静态电流ICC=ICM=5mA，则集电极电压振幅

UCM=2PC/ICM=2.5V

最佳负载电阻为

=0.5kΩ

则射极直流负反馈电阻

≈1780Ω（

≈ICM）

则输出变压器线圈匝数比

≈2

本级功放采用3DG12晶体管，取β=30

=13dB即20倍放大倍数

则输入功率

Pi=P0/

=0.3125mW

放大器输入阻抗

Ri=Rbb+β*R3=25Ω+30R3

若取交流负反馈电阻R3=10Ω，则Ri=335Ω

所以本级输入电压

≈0.46V

2.2.2静态工作点计算

综上可知Ui=0时，晶体管射极电位

UEQ=ICQ×RE1=8.9V

UBQ=9.5V

IBQ=ICQ/β=0.17mA

若基极偏置电流I1=5IBQ，则

R2=UBQ/5IBQ≈11.2kΩ

所以，有

≈2.95Kω

3.高频谐振功率放大器的原理图

4.实物图展示

5.课程设计心得

本次的高频课程设计题目为高频谐振功率放大电路设计，以四人为一小组展开包括设计总体方案、绘制原理图、软件仿真焊接、调试等工作，不仅培养了我们团队协作的能力，同时也可以学到很多东西。

在这次的实验中，我们首先要查找大量的资料，来制定一个设计方案，讨论可行性。

然后，画出原理草图，清楚大概所需的元件，把电路分解为两部分，用所学的理论知识计算各元件的规格。

接下来用仿真软件multisim绘制原理图仿真，再调整参数。

然后就是焊接工作，元件相对较少，焊接进行的比较顺利。

后面就是调试了，在这一环节中出现了一些问题，但是经过小组成员的讨论，发现了问题所在，并最终修改调试成功。

我觉得每次的课程设计都是一次很好的学习机会，因为我们在课堂上掌握的理论知识要完成课程设计是不够的。

必须要我们自己动手去查找大量的资料，这培养了我们自学的能力，而且也巩固的课堂上所学的知识。

还有在这次的课程设计中，我知道了与队友的合作也是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力出主意才能将作品做的更加完美。

出问题大家一起齐心探讨，人都力量大，最后总能解决。

而团队合作也是当今社会所提倡的。

课设的这段日子真的是给我留下了很深的印象。

我总结出，在每次课设中，遇到问题最好的办法就是请教别人，因为每个人掌握的情况都不一样，一个人不可能做到处处都懂，必须发挥群众的力量，复杂的事情才能够简单化。

这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就遇到过，向他们请教远比自己在那边摸索来得简单，来得快。

另外，课程设计还锻炼了动手操作能力，以及熟练运用各种软件的能力。

总的来说，虽然课程设计时间比较短，但是收获却是多方面的，我很享受每次课程设计的过程，以及最终实现目的的结果！

6.参考文献

[1]刘泉《通信电子线路》武汉理工大学出版社，2005年1月

[2]赵淑范《电子技术实验与课程设计》清华大学出版社，2006年8月

[3]高建新《电子技术实验与实训》机械工业出版社，2006年8月

[4]高吉祥《电子技术基础实验与课程设计》电子工业出版社，2002年5月

[5]张新喜《Multisim10电路仿真及应用》机械工业出版社出版，2010年2月

本科生课程设计成绩评定表

姓名

性别

男

专业、班级

课程设计题目：

高频谐振功率放大器

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日