高頻諧振功率放大器課件

1、武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目 五：高頻諧振功率放大器設(shè)計初始條件：具較扎實的電子電路的理論知識及較強(qiáng)的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設(shè)計能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實驗儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、采用晶體管完成一個高頻諧振功率放大器的設(shè)計2、電源電壓Vcc 12V，采用NXO100環(huán)形鐵氧體磁芯，3、工作頻率f06MHz 4、負(fù)載電阻RL 75時， 輸出功率P0100Mw， 效率605、完成

2、課程設(shè)計報告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計總結(jié)）。時間安排： 二十周一周，其中3天硬件設(shè)計，4天軟、硬件調(diào)試及答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 目錄 摘要1 1. 高頻功率放大器簡介1 1.1 高頻功率放大器的特點(diǎn)1 1.2 高頻功率放大器的三種工作狀態(tài)2 1.3 諧振功率放大器特性3 2. 高頻諧振功率放大器的參數(shù)4 2.1丙類功率放大器的設(shè)計4 2.1.1放大器工作狀態(tài)的確定4 2.1.2諧振回路和耦合回路參數(shù)計算6 2.2甲類功率放大器的設(shè)計6 2.2.1電路性能參數(shù)計算6 2.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)計算7 3.電路原理圖8 4.實物圖展示8 5. 課程

3、設(shè)計心得體會9 參考文獻(xiàn)10本科生課程設(shè)計成績評定表11 摘要 本文根據(jù)高頻電子線路課中所學(xué)到的內(nèi)容，設(shè)計了一種小型通信系統(tǒng)。放大電路可以說是模擬信號處理電路的基本單元，尤其對高頻接收機(jī)與發(fā)射機(jī)而言。高頻功率放大器（簡稱高頻功放）主要用于放大高頻信號或高頻已調(diào)波（即窄帶）信號。由于采用諧振回路作負(fù)載，解決了大功率放大時的效率、失真、阻抗匹配等問題，因而高頻功率放大器通常又稱為諧振功率放大器。就放大過程而言，電路中的功率管是在截止、放大至飽和等區(qū)域中工作的，表現(xiàn)出了明顯的非線性特性。 關(guān)鍵詞：高頻諧振功率放大器 諧振回路 耦合回路 工作狀態(tài)1. 高頻諧振功率放大器簡介在通信電路中，為了彌補(bǔ)信號在

4、無線傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機(jī)具有較大的功率輸出，通信距離越遠(yuǎn)，要求輸出功率越大。為了獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用高頻功率放大器。高頻功率放大器是無線電發(fā)射沒備的重要組成部分。在無線電信號發(fā)射過程中，發(fā)射機(jī)的振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號功率很小，因此在它后面要經(jīng)過一系列的放大，如緩沖級、中間放大級、末級功率放大級等，獲得足夠的高頻功率后，才能輸送到天線上輻射出去。這里提到的放大級都屬于高頻功率放大器的范疇。實際上高頻功率放大器不僅僅應(yīng)用于各種類型的發(fā)射機(jī)中，而且高頻加熱裝置、高頻換流器、微波爐等許多電子設(shè)備中都得到了廣泛的應(yīng)用。 1.1 高頻功率放大器的特點(diǎn) 放大管是高頻大功率晶體管，能承受

5、高電壓和大電流。 輸出端負(fù)載回路為調(diào)諧回路，既能完成調(diào)諧選頻功能，又能實現(xiàn)放大器輸出端負(fù)載的匹配。 基極偏置電路為晶體管發(fā)射結(jié)提供負(fù)偏壓，使電路工作在丙類狀態(tài)。 輸入余弦波時，經(jīng)過放大，集電極輸出電壓是余弦脈沖波形。 1.2 高頻功率放大器的三種工作狀態(tài) 放大器件的工作狀態(tài)可分為甲類、乙類、丙類等，圖1-1為甲、乙、丙三種狀態(tài)時的晶體管集電極電流波形。表1-2為甲、乙、丙三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)。提高功率放大器效率的主要途徑是使放大器件工作在乙類、丙類狀態(tài)，但這些工作狀態(tài)下放大器的輸出電流與輸入電壓間存在很嚴(yán)重的非線性失真。低頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋系數(shù)很大，不能采用諧振回路作負(fù)載，因此一般工

6、作在甲類狀態(tài)；采用推挽電路時可以工作在乙類狀態(tài)；高頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋系數(shù)小，可以采用諧振回路作負(fù)載，故通常工作在丙類狀態(tài)，通過諧振回路的選頻作用，可以濾除放大器的集電極電流中的諧波成分，選出基波從而消除非線性失真。因此，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。 甲類 乙類 丙類圖1-2 放大器的三種工作狀態(tài) 1.3 諧振功率放大器特性1. 負(fù)載特性：負(fù)載特性是指放大器在VBB、VCC和Ubm不變時，隨R變化的特性 ，如下圖所示：RRecrIC1mVC1mIC0欠壓過壓RLRecr欠壓過壓P1P0PCh 2.基極調(diào)制特性：基極調(diào)制特性是指放大器在R、VCC和Ubm不變時，隨VB

7、B變化的特性，如下圖所示：IC1mIC0欠壓 0 臨界 過壓VBBhP0P1欠壓 0 臨界 過壓VBB3.集電極調(diào)制特性：集電極調(diào)制特性是指放大器在VBB、R和Ubm不變時，隨VCC變化的特性，如下圖所示：VC1mIc1mIc0過壓 臨界 欠壓過壓 臨界 欠壓VCCVCChP1P0 4. 放大特性：放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不變時，隨Ubm變化的特性，如下圖所示：VC1MIC1MIC0hP0P1欠壓 臨界 過壓欠壓 臨界 過壓VbmVbm2. 高頻諧振功率放大器的參數(shù)2.1丙類功率放大器的設(shè)計 2.1.1放大器工作狀態(tài)的確定由效率60%，放大器的工作狀態(tài)采用臨界狀態(tài)，取=70,所以

8、諧振回路的最佳電阻為=551.25集電極基波電流振幅0.019A集電極電流最大值為=0.019/0.436=43.578mA其直流分量為=*=43.578*0.253=11.025mA電源供給的直流功率為PD=Ucc*Ico=132.3mW集電極損耗功率為P= PD PC =32.3mW轉(zhuǎn)換效率為= PC / PD =100/132.3=75.6%當(dāng)本級增益=13dB即20倍放大倍數(shù)，晶體管的直流=10時，有：輸入功率為P1=P0/AP=5mW基極余弦電流最大值為IBM = ICM / 4.36Ma基極基波電流振幅=4.360.436=1.9mA所以輸出電壓的振幅為UBM =2 P1/ IB1

9、M5.3V2.1.2諧振回路和耦合回路參數(shù)計算丙類功放輸入、輸出回路均為高頻變壓器耦合方式，其中基極體電阻Rbb25,則輸入阻抗87.1則輸出變壓器線圈匝數(shù)比為0.37在這里，我們假設(shè)取N3=3和N1=8，若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容為C=100pF，則7.036H采用10mm6mm5mm磁環(huán)來繞制輸出變壓器，因為有其中 =100H/m , A=, =25mm, L =7.036H所以計算得N=72.2甲類功率放大器的設(shè)計 2.2.1電路性能參數(shù)計算甲類功率放大器輸出功率等于丙類功率放大器的輸入功率，即：PH = P1 =5mW輸出負(fù)載等于丙類功放輸入阻抗，即RH =87.1設(shè)甲類功率放大器為

10、電路的激勵級電路，變壓器效率取0.8，則集電極輸出功率PC =6.25mW若取放大器的靜態(tài)電流ICC = ICM=5mA，則集電極電壓振幅UCM =2 PC / ICM =2.5V最佳負(fù)載電阻為=0.5k則射極直流負(fù)反饋電阻1780 (ICM)則輸出變壓器線圈匝數(shù)比2本級功放采用3DG12晶體管，取=30 =13dB即20倍放大倍數(shù)則輸入功率Pi = P0 /=0.3125mW放大器輸入阻抗Ri= Rbb+*R3=25+30R3若取交流負(fù)反饋電阻R3=10，則Ri=335所以本級輸入電壓0.46V2.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)計算綜上可知Ui=0時，晶體管射極電位UEQ= ICQRE1 = 8.9VUB

11、Q =9.5VIBQ = ICQ /=0.17mA若基極偏置電流I1 =5 IBQ，則R2 = UBQ /5 IBQ 11.2k所以，有2.95K3. 高頻諧振功率放大器的原理圖 4.實物圖展示5.課程設(shè)計心得 本次的高頻課程設(shè)計題目為高頻諧振功率放大電路設(shè)計，以四人為一小組展開包括設(shè)計總體方案、繪制原理圖、軟件仿真焊接、調(diào)試等工作，不僅培養(yǎng)了我們團(tuán)隊協(xié)作的能力，同時也可以學(xué)到很多東西。 在這次的實驗中，我們首先要查找大量的資料，來制定一個設(shè)計方案，討論可行性。然后，畫出原理草圖，清楚大概所需的元件，把電路分解為兩部分，用所學(xué)的理論知識計算各元件的規(guī)格。接下來用仿真軟件multisim繪制原理

12、圖仿真，再調(diào)整參數(shù)。然后就是焊接工作，元件相對較少，焊接進(jìn)行的比較順利。后面就是調(diào)試了，在這一環(huán)節(jié)中出現(xiàn)了一些問題，但是經(jīng)過小組成員的討論，發(fā)現(xiàn)了問題所在，并最終修改調(diào)試成功。 我覺得每次的課程設(shè)計都是一次很好的學(xué)習(xí)機(jī)會，因為我們在課堂上掌握的理論知識要完成課程設(shè)計是不夠的。必須要我們自己動手去查找大量的資料，這培養(yǎng)了我們自學(xué)的能力，而且也鞏固的課堂上所學(xué)的知識。 還有在這次的課程設(shè)計中，我知道了與隊友的合作也是一件快樂的事情，只有彼此都付出，彼此都努力出主意才能將作品做的更加完美。出問題大家一起齊心探討，人都力量大，最后總能解決。而團(tuán)隊合作也是當(dāng)今社會所提倡的。課設(shè)的這段日子真的是給我留下了很深的印象。我總結(jié)出，在每次課設(shè)中，遇到問題最好的辦法就是請教別人，因為每個人掌握的情況都不一樣，一個人不可能做到處處都懂，必須發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情才能夠簡單化。這一點(diǎn)我深有體會，在很多時候，我遇到的困難或許別人之前就遇到過，向他們請教遠(yuǎn)比自己在那邊摸索來得簡單，來得快。 另外，課程設(shè)計還鍛煉了動手操作能力，以及熟練運(yùn)用各種軟件的能力。 總的來說，雖然課程設(shè)計時間比較短，但是收獲卻是多方面的，我很享受每次課程設(shè)計的過程，以及最終實現(xiàn)目的的結(jié)果！ 6. 參考文獻(xiàn)1 劉泉通信電子線路 武漢理工大學(xué)出版社，2005年1月2 趙淑范電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計清華大學(xué)出版社，2006