通信電子電路課程設計

1、河南理工大學通信電子電路課程設計報告設計課題：高頻調諧功率放大器 專業(yè)班級：通信1107 學生姓名： 魏 坤 學 號：311109020726 指導教師：李 亞 設計時間： 2014年6月26號 摘要 在通信電路中，為了彌補信號在無線傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機具有較大的功率輸出，通信距離越遠，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

2、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用于各種類型的發(fā)射機中，而且高頻加熱裝置、高頻換流器、微波爐等許多電子設備中都得到了廣泛的應用。 高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的主要組件，用于發(fā)射機地末端。本課程設計的高頻功率放大器電路是丙類諧振功率放大器。通過給定的技術指標要求確定丙類諧振功率放大器設計的工作狀態(tài)和計算出電路中各器件參數(shù)，從而設計出完整高頻功率放大器電路，再利用電子設計軟件Protel設計電路。關鍵字 調諧放大器 集電極 槽路 工作狀態(tài) 負載特性1、調諧放大器的工作原理Ec、Eb為集電極和基極的直流電源。輸入信號經(jīng)變壓器T1 耦合到晶體管基-射極，這

3、個信號也叫激勵信號。 L、C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負載，這個回路也叫槽路。諧振功率放大器的基本電路 調諧功率放大器采用的是反向偏置，在靜態(tài)時，管子處于截止狀態(tài)。 折線法分析非線性電路電流電壓波形 通常把集電極電流導通時間相對應角度的一半稱為集電極電流的導通角，用符號表示，當=180時，表明管子整個周期全導通，叫做放大器工作在甲類，適用于小信號低功率放大；當時，表明管子半個周期導通，叫做放大器工作在乙類；當時，表明管子導通不到半個周期，放大器工作在丙類，高頻功率放大器大多工作在丙類。 在轉移特性的放大區(qū) 假設輸入信號 ，則加到晶體管基-射極的電壓為 ，晶體管導通范圍內(nèi)集電極電流ic的表達式

4、 根據(jù)導通角的定義，當時,即 1.1集電極 余弦電流脈沖分析 在丙類工作狀態(tài)下<90°。 當wt=0時，為最大值，用 表示，則由于晶體管工作在丙類狀態(tài)，晶體管集電極電流是一個周期性的余弦脈沖 。由傅立葉級數(shù)可知，一個周期性函數(shù)可以分解為許多余弦波（或正弦波）的疊加 ?？梢詫㈦娏鞣纸鉃?其中，直流分量幅值n次諧波分量幅值an稱作余弦脈沖分解系數(shù)，它們是導通角q的函數(shù)。 余弦脈沖分解系數(shù)曲線 從曲線可以看出：諧波次數(shù)越高其振幅值越??；對某一次諧波而言，總有一個相應的值可使振幅為最大值，根據(jù)導通角就可以求出各次諧波的分解系數(shù)。集電極效率其中 直流電源供給功率,集電極交流輸出功率1.2

5、 槽路在調諧功率放大器中，槽路是調諧在信號基波頻率的，槽路對基波有最大的阻抗，并且表現(xiàn)為純電阻性，而對于其他諧波，其阻抗要小得多，所以，槽路電壓基本上是一個正弦波，這樣雖然集電極電流是余弦脈沖，但借助于槽路的選頻作用，仍可獲得基本正弦的電壓輸出。 PL 負載功率，RL 所吸收的功率；PT 槽路損耗功率，槽路空載電阻R0所吸收的功率。hT取決于槽路的空載和有載品質因數(shù)。由于受到槽路元件質量的限制，Q0一般幾十到幾百。QL也不能太小，否則槽路濾波效果太差，輸出波形不好，一般QL =510。綜上所述，為了盡可能利用小功率容量的管子和電源，輸出較大的功率，應力求hT和hT高。hC高要適當選取q，電壓利

6、用系數(shù)盡可能大;hT高，要求槽路空載品質因數(shù)Q0大，即應選用低損耗的電感和電容元件。 2、調諧功率放大器的工作狀態(tài)分析 2.1調諧功率放大器的動態(tài)特性 調諧功率放大器的動態(tài)特性是晶體管內(nèi)部特性和外部特性結合起來的特性。晶體管內(nèi)部特性是在無載情況下，晶體管的輸出特性和轉移特性，晶體管外部特性是在有載情況下，晶體管輸入，輸出電壓（）同時變化時，與 ，特性。調諧放大器的動態(tài)特性   2.2 功率放大器的負載特性  負載特性是指諧振功率放大器當Ec、Eb和Ubm不變時，放大器中各個電流、電壓、功率和效率與晶體管等效負載電阻Rc之間的變化關系。電壓、電流隨負載變化波形如圖所

7、示。不同負載電阻時的動態(tài)特性上圖表示在三種不同負載Rc時，做出的三條不同動態(tài)特性曲線QA1，QA2,QA3A3'。其中QA1對應于欠壓狀態(tài)，QA2對應于臨界狀態(tài)，QA3A3'對應于過壓狀態(tài)。QA1相對應的負載電阻Rc較小，Ucm也較小，集電極電流波形是余弦脈沖。隨著Rc增加，動態(tài)負載線的斜率逐漸減小，Ucm逐漸增大，放大器工作狀態(tài)由欠壓到臨界，此時電流波形仍為余弦脈沖，只是幅值比欠壓時略小。當RC繼續(xù)增大，Ucm 進一步增大，放大器進入過壓工作狀態(tài)，此時動態(tài)負載線QA3與飽和線相交，此后電流隨沿飽和線下降到A3，。電流波形下凹，呈馬鞍形。放大器的負載特性曲線 欠壓狀態(tài)的功率和效

8、率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調幅，需采用這種工作狀態(tài)。 過壓狀態(tài)的優(yōu)點是，當負載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機的中間級、集電極調幅級常采用這種狀態(tài)。2.3放大器工作狀態(tài)的調整2.3.1 變化對放大器工作狀態(tài)的影響集電極調制特性 集電極調制特性是指當Eb、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能隨集電極電壓Ec變化的特性。 變化時對工作狀態(tài)的影響 集電極調制特性由于只有在過壓狀態(tài)，Ec對Ucm才能有較大的控制作用，所以集電極調幅工作在過壓狀態(tài)。2.3.2 變化對放大器工

9、作狀態(tài)的影響基極調制特性 基極調制特性是指當Ec、Ubm、Rc保持恒定，放大器的性能隨基極偏置電壓Eb變化的特性。由于只有在欠壓狀態(tài)，Eb對Ucm才能有較大的控制作用，所以基極調幅工作在欠壓狀態(tài)。2.4 高頻LC諧振功率放大器電路設計2.4.1設計任務要求設計一高頻功率放大器，要求的技術指標為：輸出功率Po125mW，工作中心頻率fo=6MHz， >75%.已知：電源供電為12V，負載電阻,RL=50，晶體管用2N2219，其主要參數(shù)：Pc=0.125W,Icm=0.8A,Vces=1.5V, ft=70MHz,hfe10，功率增益Ap13dB（20倍）。2.4.2實驗電路參數(shù)計算丙類高

10、頻調諧功率放大器可工作在欠壓狀態(tài)、過壓狀態(tài)和臨界狀態(tài)。因欠壓狀態(tài)效率低，而過壓狀態(tài)嚴重失真，諧波分量大，為盡可能兼顧輸出大功率、高效率，一般選用臨界狀態(tài)qc=70o。在晶體管功率放大器中，可以通過改變激勵電壓、基極偏壓、集電極負載、集電極直流供電電壓來改變放大器的工作狀態(tài)。功率放大器集電極的等效電阻為：集電極基波電流振幅為：95mA集電極電流脈沖的最大振幅為：216mA集電極電流脈沖的直流分量為：電源提供的直流功率為：集電極的耗散功率為：PC = PD P o= 0.65 0.125 = 0.525w集電極的效率為：h =Ro/ PD=80%滿足設計要求2.4.3高頻LC諧振功率放大器設計電路

11、丙類功放原理圖總體電路圖設計在諧振功放中，為了提高效率，都在丙類工作狀態(tài)，或者工作在更高效率的丁類和戊類。在這種情況下，功率管集電極電流為嚴重失真的脈沖序列波形或周期性的開關波形。為實現(xiàn)不失真放大，必須限定輸入信號為單一頻率的高頻正弦波（即載波信號）或者在高頻附近占有很窄頻帶的已調波信號。在這種信號作用下，功率管集電極電流波形為接近余弦的脈沖序列，用傅氏級數(shù)將它分解為平均分量，基波分量和各次諧波分量之和，輸出濾波匹配網(wǎng)絡取出基本波分量，濾除其它無用分量，就能在負載上獲得不失真的輸出信號。同理，在功率管輸入端，基極電流也是失真脈沖序列，通過輸入匹配濾波網(wǎng)絡的濾波作用，加到功率管輸入端的為不失真的

12、信號電壓。與非諧振功放一樣，在特定的偏置條件下，對應于特定大小的輸入信號，功率管有一最佳負載，這時，諧振功放的輸出功率最大，效率也較高。因此濾波匹配網(wǎng)絡除了濾波作用外，還起到匹配作用，即將輸出負載（往往是非電阻性負載）變換為功率管所需的最佳負載?？傊?，諧振功放是在限定輸入信號波形的情況下，通過濾波匹配網(wǎng)絡，使輸出負載上得到所需的不失真功率。心得體會 這次課程設計選題花費了我大量時間，最終確定課程設計題目是高頻放大器，因為對這方面內(nèi)容比較熟悉。通過設計高頻調諧功率放大器，進一步將理論轉化成實踐，并在實踐中檢驗理論。本次課程設計，是設計一個丙類諧振功率放大器。通過分析最大輸出功率與輸出阻抗的關系從而確定匹配網(wǎng)絡，進而確定電路中的各個參數(shù)，從而設計出丙類諧振放大器的電路圖。 這次課程設計對調諧功率放大器的工作原理有了充分的認識，對放大器工作的動態(tài)特性，負載特性，工作狀態(tài)有了一定的了解。復習了對高頻功率放大器的設計方法，并且對高頻諧振功率放大器的調諧和主要技術指標的測量方法有了新的認識，使我受益匪淺。本次課設的最大收獲是鍛煉了我的獨立思考能力，由于參數(shù)的計算比較復雜，需要自己