整理任务书高频功率放大器设计1电子档.docx

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整理任务书高频功率放大器设计1电子档

湖南工程学院

课程设计

课程名称通信电子线路课程设计

课题名称高频功率放大器设计

专业电子信息工程

班级1103班

学号

姓名

指导教师成胡晓东

2013年6月14日

一.设计要求3

1.1已知条件3

1.2主要技术参数3

1.3具体要求3

二.设计原理4

三.电路设计5

3.1电路设计概要5

3.2丙类功率放大器设计5

3.2.1放大器的工作状态6

3.2.2谐振回路及耦合回路的参数6

3.2.3基极偏置电路参数设计8

3.3甲类功率放大器设计8

3.3.1电流性能参数8

3.3.2静态工作点9

3.4高频功率放大器完整电路图9

四.电路仿真11

五.设计心得14

参考文献15

一.设计要求

1.1已知条件

+VCC=+12V,晶体管3DG130的主要参数为PCM=700mW，ICM=300mA，VCES≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz，放大器功率增益AP≥6dB。

晶体管3DA1的主要参数为PCM=1W，ICM=750mA，VCES≥1.5V,hfe≥10,fT=70MHz,AP≥13dB。

1.2主要技术参数

输出功率P0≥1.5W，工作中心频率f0≈8MHz，效率η＞60%，负载RL=75Ω。

1.3具体要求

分析高频功率放大器原理，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计的工作状态和计算出电路中各器件参数，利用电子设计工具软件multisim对电路进行仿真测试，分析电路的特性。

二.原理分析

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。

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组成部分。

根据放大器电流导通角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θ愈小，放大器的效率η愈高。

如甲类功放的θ=180，效率η最高也只能达到50%，而丙类功放的θ<90º，效率η可达到80%，甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。

丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。

图1为丙类谐振功率放大器。

图1丙类谐振功率放大器

三.电路设计

3.1电路概要设计

本课程设计的高频功率放大器由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路，其中VT1组成甲类功率放大器，晶体管VT2组成丙类谐振功率放大器。

从输出功率P0≥1.5W来看，末级功放可以采用甲类或乙类或丙类功率放大器，但要求总效率η＞60%，显然不能只用一级甲类功放，但可以只用一级丙类功放。

本课程设计采用的电路甲类功放选用晶体管3DG130,丙类功放选用3DA1。

首先设计丙类功率放大器，再设计甲类功率放大器。

3.2丙类功率放大器设计

根据1.1已知条件中所给出的晶体管3DA1的主要参数为PCM=700mW，ICM=300mA，VCES≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz，放大器功率增益AP≥6dB。

由此在multisim数据库中比对各种型号的晶体管找出BCW65A型号的晶体管个主要参数比较适合，因此选择BCW65A型号的晶体管作为丙类功率放大器的晶体管。

3.2.1放大器的工作状态

为获得较高的效率η及最大输出功率P0。

放大器的工作状态选为临界状态，取

，得谐振回路的最佳负载电阻Re为

，集电极基波电流振幅

为Ic1m=

=286mA，集电极电流脉冲的最大值Icm及其直流分量Ic0，即Icm=Ic1m/α1（

）=650mA，Ic0=Icm·α0（

）=162.5mA。

电源供给的直流功率PD为：

PD=VCCIc0=1.95W。

集电极的耗散功率PC'为：

PC'=PD-P0=0.45W。

放大器的转换效率η为：

η=P0/PD=77%。

若设本级功率增益AP=13dB（20倍），输入功率Pi为Pi=P0/AP=75mW，基极余弦脉冲电流的最大值为Ibm（设晶体管3DA1的直流β=10）Ibm=Icm/β=65mA，基极基波电流的振幅Ib1m为Ib1m=Ib1mα1（

）=28.6mA，输入电压的振幅Vbm为Vbm=

=5.2V

。

3.2.2谐振回路及耦合回路的参数

在谐振功率放大器中，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，输入和输出匹配网络在谐振功率放大器中的连接情况如图2所示。

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。

图2丙类谐振功率放大器的匹配网络

丙类功放的输入输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗|Zi|可计算，　　

，输出变压器线圈匝数比为

=

=1.43，取N3=7,N1=5。

若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为L=1/（4π2fo2C）=4uH。

若采用的

的NXO-100铁氧体磁环来绕制输出耦合变压器，可以计算变压器一次线圈的总匝数N2，即由

可得N2≈5。

需要指出的是，变压器的匝数N1、N2、N3的计算值只能作为参考值，由于电路高频工作时分布参数的影响，与设计值可能相差较大。

为调整方便，通常采用磁心位置可调节的高频变压器。

3.2.3基极偏置电路参数计算

　基极直流偏置电压VB为VB=Vj-VBmcosθ=-1.168v。

　　射极电阻RE2为RE2=|VB|/ICO=7.2Ω。

　　取高频旁路电容CE2=0.01μF。

3.3甲类功率放大器设计

根据1.1已知条件中所给出的晶体管3DG130的主要参数为PCM=1W，ICM=750mA，VCES≥1.5V,hfe≥10,fT=70MHz,AP≥13dB，以此为标准在multisim主数据库中进行筛选，选择较为适合的2N2219型号的晶体管作为甲类功率放大器的晶体管。

3.3.1电流性能参数

由丙类功率放大器的计算结果可得甲类功率放大器的输出功率PO'应等于丙类功放的输入功率Pi，输出负载Re'应等于丙类功放的输入阻抗|Zi|，即PO'=Pi=75mW,Re'=|Zi|=86Ω。

集电极的输出功率P0为（若取变压器效率ηT=0.8）P0=PO'/ηT≈60mW。

若取放大器的静态电流ICQ=Icm=14mA，得集电极电压的振幅Vcm及最佳负载电阻Re分别为Vcm=2P0/Icm=8.6V，RH′=Vcm2/2Pc=616Ω。

因射极直流负反馈电阻RE1为RE1=

=200Ω，取标称值200Ω，得输出变压器匝数比为N1/N2=2.4，若取二次侧匝数N2=5，则一次侧匝数N1=12。

本级功放采用3DG12晶体管，设β=30，若取功率增益AP=13dB（20倍），则输入功率Pi为Pi=P0/AP=3mW，得放大器的输入阻抗Ri为Ri≈rb'b+βR3=25Ω+30×R3

若取交流负反馈电阻R3=7.2Ω则Ri=325Ω，得本级输入电压的振幅Vim为Vim=

=1.2V。

3.3.2静态工作点

由上述计算结果得到静态时（Vi=0）晶体管的射极电位VEQ为VEQ=ICQRE1=2.8V，则VBQ=VEQ+0.7V=3.5V，IBQ=ICQ/β=0.47mA，若取基极偏置电路的电流I1=5IBQ，则R2=VBQ/5IBQ=1489.4Ω，取标称值1.5kΩ。

R1=

Rb2=3.617Kω。

在实验时可以调整时取R1=3.60kΩ电位器。

取高频旁路电容CE1=0.02μF，输入耦合电容C1=0.02μF。

高频电路的电源去耦滤波网络通常采用π形C1=0.02μFLC低通滤波器，L10,L20可按经验取50~100μH，C10，C11，C20，C21按经验取0.01μF。

L10,L20可以采用色码电感，也可以用环形磁心绕制。

3.4高频功率放大器完整电路图

四.电路仿真

利用电子设计软件multisim对电路仿真，根据高频功率放大器电路图在软件multisim中绘制出仿真电路图，如下图所示。

对电路进行仿真测试高频放大器的放大效果，在输入端输入8MHZ的正弦波信号，由仿真电路图在仿真示波器选择A通道观察输入的8MHZ的正弦波信号，如图所示。

再观察仿真示波器B通道的波形，即经高频功率放大器放大的信号波形，如图所示，由仿真示波器可得输出电压。

（2）区域、流域、海域的建设、开发利用规划。

环境影响篇章或说明

再观察仿真示波器A、B通道的综合波形，及高频功率放大器的输入输出对比波形如图所示，

五.设计心得

1.环境影响评价工作等级的划分高频功率放大器是通信系统中发送装置的主要组件,经过一周的对高频功率放大器电路的设计使我对高频电路课程有了更深一步的了解，课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

此次的高频课设，不仅让我加深了对电子电路理论知识的理解，还加强和同学交流沟通的能力，在设计电路时和同组成员共同讨论解决问题，同时设计出的电路经过Multisim软件仿真达到预期的放大效果，不仅让小组所有成员共同获得努力后成功的欣喜，而且了解了Multism软件的使用。

种种在此次学习到的知识或是能力必将有用于之后的学习或是将来的工作，这也是此次课程设计的目的所在。

本次课程设计中，虽然未能碰到实实在在的电子元器件，但相信自己的动手能力绝对有了更进一步的提高，通过multisim仿真软件的应用文，加深了自己对所学内容的理解和消化，巩固了已学的理论知识。

（二）环境保护法律法规体系所以说，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻的理解。

另外，尽管只是电脑上的模拟操作，但个人认为也为后续课程的学习打下了一定的实践基础……这些都提高了我们发现问题和解决问题的能力及对相关问题资料查找、分析、筛选、整合的能力。

总而言之，不管做什么事，难于易始终是并存的，把难变为易的过程就是痛苦到欢乐的改变。

回顾这两周，让自己感悟最深的还是：

坐而言不如力而行！

意愿调查评估法（简称CV法）是指通过调查等方法，让消费者直接表述出他们对环境物品或服务的支付意愿（或接受赔偿意愿），或者对其价值进行判断。

在很多情形下，它是唯一可用的方法。

如用于评价环境资源的选择价值和存在价值。

第五章　环境影响评价与安全预评价

1.环境影响评价工作等级的划分

安全评价的原理可归纳为四个基本原理，即相关性原理、类推原理、惯性原理和量变到质变原理。

参考文献：

1、《国内外小功率晶体管册》上海科学技术出版社

（4）根据评价的目的、要求和评价对象的特点、工艺、功能或活动分布，选择科学、合理、适用的定性、定量评价方法对危险、有害因素导致事故发生的可能性及其严重程度进行评价。

2、《电子技术基础实验》陈大钦.高等教育出版社

3、《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出版

（2）区域、流域、海域的建设、开发利用规划。

环境影响篇章或说明4、《高频电子线路》高吉祥主编高等教育出版社出版

5、《高频电子线路》张肃文主编高等教育出版社出版

（二）安全预评价范围6、《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编华中理工大学出版社