高平功率放大器

1、 高頻功率放大器分析摘 要:高頻功率放大器是發(fā)射機(jī)的重要組成部分,因而也是通信系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。介紹了高頻功率放大器應(yīng)用和基本原理,并利用所學(xué)高頻知識對丙類功率放大器電路從方案選擇、 單元電路設(shè)計(jì)、 元器件參數(shù)選取等方面進(jìn)行具體設(shè)計(jì)分析 ,同時(shí)對電路進(jìn)行仿真測試 ,通過仿真結(jié)果分析電路特性 ,使電路得到進(jìn)一步完善。關(guān)鍵詞：高頻功率放大器、功率放大器原理、高頻功率放大器分析Abstract: High frequency power amplifier is an important part of the transmitter, which is an essential part of

2、communication system. Introduced the high-frequency power amplifier applications and basic principle and use their knowledge of high-frequency power amplifier circuit C from the program selection, cell design, components and other aspects of parameter selection of the specific design, and simulate t

3、he circuit test The simulation results of circuit characteristics, the circuit has been further improved.Keywords: High frequency power amplifier, power amplifier principle of high-frequency power amplifier朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音 字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容一工作原理及要求功率放大器原理高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出，通信中應(yīng)用的

4、高頻功率放大器，按其工作頻帶的寬窄可以分為窄帶和寬帶。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。通常把集電極電流導(dǎo)通時(shí)間相對應(yīng)的角度的一半稱為集電極電流的導(dǎo)通角，當(dāng)導(dǎo)通角等于180，表示管子在整個(gè)周期全導(dǎo)通，叫做放大器工作在甲類，當(dāng)其等于90表示管子半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，叫做放大器工作 在乙類，當(dāng)其小于90表示管子導(dǎo)通不到半個(gè)周期，叫做放大器工作在丙類。設(shè)計(jì)要求：(1)輸出功率Po>500mw(2)總效率 >50%二、電路原理圖： 丙類高頻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(yán)重失真，諧波分量大，所以一般選用臨界

5、狀態(tài)。在晶體管功率放大器中，可以通過改變激勵(lì)電壓、基極偏壓、集電極負(fù)載、集電極直流供電電壓來改變放大器的工作狀態(tài)。從輸出功率Po>500mw來看，末級功放可采用甲類或丙類功率放大器，但要求總效率 >50%，顯然，只用一級甲類功放是不能達(dá)到目的的，故采用兩級功率放大器，第一級采用甲類功率放大器，第二級采用丙類功率放大器，其中甲類功放選用晶體管3DG12，丙類功放選擇晶體管3DA1。其參數(shù)的設(shè)定：功放的基極偏置電壓是利用發(fā)射極電流的直流分量在射極電阻上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號為正弦波時(shí)，則集電極的輸出電流為余弦脈沖波。利用諧振回路的選頻作用可輸出基波諧

6、振電壓、電流。當(dāng)功率放大器的電源電壓，基極偏置電壓，輸入電壓（或激勵(lì)電壓）確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻。當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過靜態(tài)特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A時(shí)，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和管壓降，集電極電流脈沖接近最大值。整個(gè)電路的原理圖如圖所示：功率放大器模塊分析1丙類諧振功率放大器原理電路振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為信號的中心頻率。作用：濾波、匹配。:基極直流電壓。作用:保證三極管工作在丙類狀態(tài)的值應(yīng)小于放大管的導(dǎo)通電壓，通常取。：集電極直流電壓作用：給放大管合理的靜態(tài)偏置，提供直流能量。2 丙類諧振功率放大器的工作原理為余弦電壓， 可表示為則：根據(jù)三極

7、管的轉(zhuǎn)移特性可得到集電極電流，為余弦脈沖波，如圖、所示： 波形根據(jù)傅立葉級數(shù)的理論，可分解為：式中：為直流電流分量 為基波分量，為二次諧波分量，為n次諧波分量，其中，它們的大小分別為： 是波形的脈沖幅度，、和分別為直流分解系數(shù)、基波分量分解系數(shù)和n次諧波分量分解系數(shù)，的大小可根據(jù)余弦脈沖分解系數(shù)表查。信號的導(dǎo)電角可以用下面的公式進(jìn)行計(jì)算當(dāng)信號通過諧振網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于諧振網(wǎng)絡(luò)的作用，可得其諧振網(wǎng)絡(luò)壓降為：各信號的波形如圖2-5所示：圖2-5 波形圖功率關(guān)系：直流功率：PV=VCCICO輸出功率：PO= Icm1Ucm放大管功耗：PT=PV-PO效率：= PO/PV丙類諧振功率放大器的性能分析一、丙類

8、諧振功率放大器的工作狀態(tài)欠壓狀態(tài)：管子導(dǎo)通時(shí)均處于放大區(qū)；臨界狀態(tài)：管子導(dǎo)通時(shí)從放大區(qū)進(jìn)入臨界飽和；過壓狀態(tài)：管子導(dǎo)通時(shí)將從放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)；在實(shí)際工作中，丙類放大器的工作狀態(tài)不但與有關(guān)，還與、和R有關(guān)。在丙類諧振功放中，工作狀態(tài)不同，放大器的輸出功率和管耗就大不相同，因此必須分析各種工作狀態(tài)的特點(diǎn)，以及、和R的變化對工作狀態(tài)的影響，即對丙類諧振功放的特性進(jìn)行分析。二、丙類諧振功率放大器的動(dòng)態(tài)線2.動(dòng)態(tài)線的作法：三極管的輸出特性曲線轉(zhuǎn)上的參變量換成，在、和保持不變的情況下，假設(shè)取不同的值，根據(jù)式和可得以相對應(yīng)的和值，從而確定輸出特性曲線上的各個(gè)“動(dòng)態(tài)點(diǎn)”，然后依次連接各個(gè)“動(dòng)態(tài)點(diǎn)”就可以得到動(dòng)

9、態(tài)線。其圖形如2-6所示。圖2-6 動(dòng)態(tài)線3.不同工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)線如圖2-7所示4.根據(jù)動(dòng)態(tài)線分析放大器的特性（1）放大器工作在過壓狀態(tài)時(shí)，波形會(huì)出現(xiàn)下凹。（2）動(dòng)態(tài)線、放大器的工作狀態(tài)與、和的大小有關(guān)系。三、丙類諧振功率放大器的特性負(fù)載特性 基極調(diào)制特性調(diào)制特性集電極調(diào)制特性放大特性1.負(fù)載特性負(fù)載特性是指、和保持不變時(shí)，放大器的性能隨R變化的特性。(1)工作狀態(tài)的變化隨著R從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)臨界狀態(tài)過壓狀態(tài)變化(2)波形的變化隨著R增大，的變化如圖2-8所示圖2-8 隨R變化的特性(3)、的變化特性如圖2-9所示圖2-9 、隨R的變化(4)、的變化特性如圖2-10所示圖2-10

10、、的變化特性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(shí)，隨VBB變化的特性(1)工作狀態(tài)的變化隨著VBB從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)臨界狀態(tài)過壓狀態(tài)變化(2)ic波形的變化如圖2-11所示圖2-11 ic隨VBB的變化特性(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性如圖2-12所示圖2-12 Ucm、Ico、Icm1的變化特性3.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(shí)，隨VCC變化的特性(1)工作狀態(tài)的變化隨著VCC從小變大，放大器將由過壓狀態(tài)臨界狀態(tài)欠壓狀態(tài)變化(2)ic波形的變化如圖2-13所示圖2-13 ic隨VCC變化的特性(3)Ucm、Ic

11、o、Icm1的變化特性如圖2-14所示圖2-14 Ucm、Ico、Icm1的變化特性4.放大特性放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不變時(shí)，隨Ubm變化的特性(1)工作狀態(tài)的變化隨著Ubm從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)臨界狀態(tài)過壓狀態(tài)變化(2)ic波形的變化如圖2-15所示圖2-15 ic隨Ubm的變化特性(3)Ucm、Ico、Icm1的變化特性如圖2-16所示圖2-16 Ucm、Ico、Icm1的變化特性本設(shè)計(jì)丙類功率放大器的設(shè)計(jì)(1)確定放大器工作狀態(tài)：因?yàn)橐螳@得的效率>50%，放大器的工作狀態(tài)采用臨界狀態(tài)，取=70°,所以諧振回路的最佳電阻為:=110.25集電極基波電

12、流振幅:0.095A集電極電流最大值為：=0.095/0.436=217.890mA其直流分量為：=*=217.890*0.253=55.126mA電源供給的直流功率PD =Ucc*Ico=661.5mW集電極損耗功率P= PD - PC =161.532.3mW轉(zhuǎn)換效率= PC/PD=500/661.5=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(shí)，有：輸入功率為：P1=P0/AP=25mW 基極余弦電流最大值為：IBM =ICM /21.78mA 基極基波電流振幅：=21.780.436=9.5mA 輸出電壓的振幅為UBM=2P1/ IB1M 5.3V(2)計(jì)算諧振

13、回路和耦合回路參數(shù)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Rbb<25,則輸入阻抗87.1則輸出變壓器線圈匝數(shù)比為：0.68則這里，我們假設(shè)取N3=2和N1=3若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容為C=100pF，則100H用10mm×6mm×5mm磁環(huán)來繞制輸出變壓器，有其中=100H/m , A=, =25mm, L =60H 26(3)基極偏置電路參數(shù)計(jì)算基極直流偏置電壓(其中U10.6V ) UB=U1-UbM COS -1.1V 則射極電阻RE2=/20 取高頻旁路電容CE2=0.01f根據(jù)上訴條件，可得丙類的放大器的參數(shù)應(yīng)如下所示3、甲類功率放大器的設(shè)計(jì)(1)計(jì)算電路性能參數(shù)綜上所述，知甲類功率放大器輸出功率等與丙類功放的輸入功率，即：PH=P1=25mW 輸出負(fù)載等于丙類功放輸入阻抗，即RH=87.1 設(shè)甲類功率放大器的電路的激勵(lì)級電路，如圖1.2(變壓器效率取0.8)圖1.2甲類高頻功率放大器則集電極輸出功率PC=31mW ；若取放大器的靜態(tài)電流ICC=ICM=7mA則集電極電壓振幅UCM=2PC/ ICM=8.9V 最佳負(fù)載電阻為=1.3k則射極直流負(fù)反饋電阻357 (ICM) 則輸出變壓器線圈匝數(shù)比：3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P