高頻功率放大器

1、 本科生課程設(shè)計（論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計（論文）題目： 高頻功率放大器 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化104 學(xué) 號： 100302xxx 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：2012.07.022012.07.13 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué) 號100302117學(xué)生姓名李永基專業(yè)班級自動化104課程設(shè)計（論文）題目高頻功率放大器課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計參數(shù)：1. 采用全部或部分分立元件設(shè)計一種高頻功率放大器。2. 額定輸出功率3. 負(fù)載阻抗。4. 頻率響應(yīng)20KHZ設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，

2、明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評語及成績成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘要高頻功率放大器是發(fā)送設(shè)備的重要組成部分之一,通信電路中,為了彌補(bǔ)信號在無線 傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機(jī)具有

3、較大的功率輸出,通信距離越遠(yuǎn),要求輸出功率越大. 在高頻范圍內(nèi),為了獲得足夠大的高頻輸出功率,就要采用高頻功率放大器.由于高頻功 率放大器的工作頻率高,相對頻帶窄,所以一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路. 本課設(shè)高頻功率放大器主要由放大部分、頻率選通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中頻率選通網(wǎng)絡(luò)的作用是將外接負(fù)載電阻變換為放大器所需的最佳負(fù)載電阻，以保證輸出功率最大，同時還具有良好的濾波功能，充分濾除頻帶以外的高頻諧波分量，使外接負(fù)載上得到所需頻率分量的功率。關(guān)鍵詞：高頻功率放大器 偏置電路、直流饋電電路、濾波電路目 錄第一章 緒論11.1高頻功率放大器的知識簡介11.2高頻功率放大器的原理21.3高頻功率放大器的應(yīng)用

4、意義2第二章 方案論證32.1設(shè)計參數(shù)要求及方案選擇32.1.1設(shè)計參數(shù)：32.1.2 方案選擇32.2 總體方案和分析42.3 設(shè)計方案論證4第三章 高頻功率放大器各單元電路設(shè)計53.1自給偏置電路設(shè)計53.2直流饋電電路設(shè)計53.3濾波匹配網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計5第四章 高頻功率放大器整體電路設(shè)計64.1整體電路圖及工作原理64.2整機(jī)電路性能分析7第五章 設(shè)計總結(jié)8參考文獻(xiàn)9附錄10第一章 緒論1.1高頻功率放大器的知識簡介在通信電路中,為了彌補(bǔ)信號在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

5、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(shí)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. 高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和效率高,但二者的工 作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大, 決定了他們之間有著本質(zhì)的區(qū)別.低頻功率放大器 的工作頻率低, 但相對頻帶寬度卻很寬. 例

6、如, 20 至 20000 Hz, 自 高低頻率之比達(dá) 1000 倍. 因此它們都是采用無調(diào)諧負(fù)載,如電阻,變壓器等.高頻功率放大器的工作頻率高(由 幾百 kHz 一直到幾百, 幾千甚至幾萬 MHz) 但相對頻帶很窄. , 例如, 調(diào)幅廣播電臺 (535 -1605 kHz 的頻段范圍)的頻帶寬度為 10 kHz,如中心頻率取為 1000 kHz,則相對頻 寬只相當(dāng)于中心頻率的百分之一.中心頻率越高,則相對頻寬越小.因此, 高頻功率放 大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路.由于這后一特點(diǎn),使得這兩種放大器所選用的工 作狀態(tài)不同:低頻功率放大器可工作于甲類,甲乙類或乙類(限于推挽電路)狀態(tài);高頻

7、功率放大器則一般都工作于丙類(某些特殊情況可工作于乙類). 高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件.按其工作頻帶的寬窄劃分為窄 帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種,窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波 作用的選頻電路作為輸出回路,故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器;寬帶高頻功 率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路,因此又稱為非調(diào)諧功率放大 器.高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件,它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。1.2高頻功率放大器的原理高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其 輻射到空間

8、，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系 統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器 通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出 電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源 供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。 1.3高頻功率放大器的應(yīng)用意義在無線電發(fā)射系統(tǒng)中，高頻功率放大器用于對高頻載波或高頻已調(diào)波進(jìn)行功率放大，按照工作頻帶的范圍，

9、可以分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器。窄帶高頻功率放大器以諧振回路作負(fù)載，也稱為諧振功率放大器，主要用在固定載波的發(fā)射裝置中；而寬帶高頻功率放大器采用非選頻性負(fù)載，如傳輸線變壓器或其他的寬帶匹配電路，主要用在寬波段范圍的傳輸設(shè)備中。 第二章 方案論證2.1設(shè)計參數(shù)要求及方案選擇 2.1.1設(shè)計參數(shù)：1) 采用全部或部分分立元件設(shè)計一種高頻功率放大器。2) 額定輸出功率3) 負(fù)載阻抗。4) 頻率響應(yīng)20KHZ2.1.2 方案選擇在 "低頻電子線路"課程中已知,放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同,將其分為甲, 乙,丙三類工作狀態(tài).甲類放大器電流的流通角為 360 度,適用

10、于小信號低功率放大.乙 類放大器電流的流通角約等于 180 度;丙類放大器電流的流通角則小于 180 度.乙類和丙 類都適用于大功率工作. 丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者.高頻功率放大器大多工作于丙類.但丙類放大器的電流波形失真太大,因而只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大.由于調(diào)諧回路具有濾波能力,回路電流與電壓仍然極近于正弦波形,失真很小. 可是若僅僅是用一個功率放大器,不管是甲類或者丙類,都無法做到如此大的功率放 大. 綜上,確定電路設(shè)計由兩個模塊組成,第一模塊是放大電路,第二模塊是頻帶選通部分。2.2 總體方案和分析高頻功率放大器主要由放大部分、頻率選通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)

11、成，其中頻率選通網(wǎng)絡(luò)的作用是將外接負(fù)載電阻變換為放大器所需的最佳負(fù)載電阻，以保證輸出功率最大，同時還具有良好的濾波功能，充分濾除頻帶以外的高頻諧波分量，使外接負(fù)載上得到所需頻率分量的功率。設(shè)計方案框圖如圖1所示：頻帶選通部分放大部分輸入信號輸入輸出信號圖1 設(shè)計方案框圖2.3 設(shè)計方案論證本課設(shè)設(shè)計的電路（如圖2所示）為一窄帶高頻功率放大器電路，結(jié)構(gòu)簡單，原理明確，元件較易得到。該電路主要由自給偏置電路、直流饋電電路、濾波電路組成。圖2 功率放大電路下面給出各部分電路的方案論證：1. 自給偏置電路它是利用高頻扼流圈Lb中固有直流電阻來獲得反向扁置電壓的。另外Lb它能自動維持放大器的工作穩(wěn)定性，

12、因?yàn)樽云娐诽峁┑钠珘簲?shù)會隨著輸入信號而變化，輸入信號Uin增大，則集電極電流Ic1m，Ico增大，負(fù)偏壓增大，放大倍數(shù)會隨著減小。2. 直流饋電電路直流饋電電路采用的是并饋方式。所謂并饋，是指直流電源Ucc、負(fù)載諧振回路和功率管在電路形式上并聯(lián)的一種饋電方式。在圖1.1所示的電路圖中， Lc為高頻扼流圈，它們在信號頻率上的感抗很大，接近開路。Ce為旁路電容，對高頻具有短路作用，它與Lc構(gòu)成高頻退耦回路，以避免信號電流通過公共直流電源而產(chǎn)生級間反饋，造成工作不穩(wěn)定。Co為隔直流電容，它對信號頻率的容抗很小，接近短路。在并饋電路中，由于Co隔斷直流，諧振回路處于直流低電位，諧振元件可以直接接地，

13、因而電路安裝方便。但是Lc和Ce并聯(lián)在諧振回路上，他們的參數(shù)將影響回路諧振的調(diào)諧。3. 濾波電路濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲存起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L,當(dāng)電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時，它把能量儲存起來，而當(dāng)電流減小時，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。第三章 高頻功

14、率放大器各單元電路設(shè)計3.1自給偏置電路設(shè)計要使放大器工作在丙類，功率管基極應(yīng)加反向偏壓或加小于導(dǎo)通電壓的正相偏壓?；鶚O偏置電壓可采用集電極直流電源經(jīng)電阻分壓后供給，也可采用自給偏置電壓電路獲得。而采用Ucc分壓供給，只能提供小的正相基極偏壓，而自給偏壓只能提供反向偏壓。自給偏置電壓電路如圖3所示：圖3 偏置電路設(shè)計它是利用高頻扼流圈Lb中固有直流電阻來獲得反向扁置電壓的。另外Lb它能自動維持放大器的工作穩(wěn)定性，因?yàn)樽云娐诽峁┑钠珘簲?shù)會隨著輸入信號而變化，輸入信號Uin增大，則集電極電流Ic1m，Ico增大，負(fù)偏壓增大，放大倍數(shù)會隨著減小。 3.2直流饋電電路設(shè)計 集電極直流饋電電路有兩種連

15、接方式，分為串饋和并饋。串饋是指直流電源Ucc、負(fù)載諧振回路和功率管在電路形式上串聯(lián)的一種饋電方式。如果把上述三部分并聯(lián)在一起，則稱為并饋。并饋電路如圖4所示：圖4 直流饋電電路設(shè)計圖中Lc為高頻扼流圈，它們在信號頻率上的感抗很大，接近開路。Ce為旁路電容，對高頻具有短路作用，它與Lc構(gòu)成高頻退耦回路，以避免信號電流通過公共直流電源而產(chǎn)生級間反饋，造成工作不穩(wěn)定。Co為隔直流電容，它對信號頻率的容抗很小，接近短路。 在并饋電路中，由于Co隔斷直流，諧振回路處于直流低電位，諧振元件可以直接接地，因而電路安裝方便。但是Lc和Ce并聯(lián)在諧振回路上，他們的參數(shù)將影響回路諧振的調(diào)諧。3.3濾波匹配網(wǎng)絡(luò)電

16、路設(shè)計濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲存起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L，當(dāng)電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時，它把能量儲存起來，而當(dāng)電流減小時，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。濾波電路形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式（電容器C接在最前面）和電感輸入式（電感器L接

17、在最前面）。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中（而且當(dāng)電流很大時，僅用一電感器與負(fù)載串聯(lián)）。由于本課程設(shè)計的是高頻功率放大器，所以濾波電路應(yīng)采用電感輸入式，借以消除較大功率電源中的紋波信號。如圖5所示。圖5 濾波匹配網(wǎng)絡(luò)電路圖第四章 高頻功率放大器整體電路設(shè)計4.1整體電路圖及工作原理整機(jī)電路圖如圖6所示。圖6 功率放大器電路工作原理分析：高頻功率放大器主要由放大部分、頻率選通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其中頻率選通網(wǎng)絡(luò)的作用是將外接負(fù)載電阻變換為放大器所需的最佳負(fù)載電阻，以保證輸出功率最大，同時還具有良好的濾波功能，充分濾除工作頻帶以外的高頻諧波分量，使外接負(fù)載上得到所需頻

18、率分量的功率。4.2整機(jī)電路性能分析要使放大器工作在丙類，功率管基極應(yīng)加反向偏壓或加小于導(dǎo)通電壓的正相偏壓。基極偏置電壓可采用集電極直流電源經(jīng)電阻分壓后供給，也可采用自給偏置電壓電路來獲得。而采用Ucc分壓供給，只能提供小的正相基極偏壓，而自給偏壓只能提供反向偏壓。偏置電路是利用高頻扼流圈Lb中固有直流電阻來獲得反向扁置電壓的。另外Lb它能自動維持放大器的工作穩(wěn)定性，因?yàn)樽云娐诽峁┑钠珘簲?shù)會隨著輸入信號而變化，輸入信號Uim增大，則集電極電流Ic1m，Ico增大，負(fù)偏壓增大，放大倍數(shù)會減小。集電極直流饋電電路有兩種連接方式，分為串饋和并饋。串饋是指直流電源Ucc、負(fù)載諧振回路和功率管在電路形式上串聯(lián)的一種饋電方式。如果把上述三部分并聯(lián)在一起，則稱為并饋。下圖即為并饋電路。其中Lc為高頻扼流圈，它們在信號頻率上的感抗很大，接近開路。Ce為旁路電容，對高頻具有短路作用，它與Lc構(gòu)成高頻退耦回路，以避免信號電流通過公共直流電源而產(chǎn)生級間反饋，造成工作不穩(wěn)定。Co為隔直流電容，它對信號頻率的容抗很小，接近短路。在并饋電路中，由于Co隔斷直流，諧振回路處于直流低電位，諧振元件可以直接接地，因而