丙類功率放大器設計

1、丙類功率放大器設計摘 要本文分析了丙類功率放大器的電路原理，估計了下電路的相關參數(shù)值。對丙類功率放大器的性能進行了分析討論并對其工作狀態(tài)做出了基本的確定。關鍵詞：丙類功率放大器； Multisim仿真； 簡諧回路9目 錄1、方案選擇12、工作原理與參數(shù)計算12.1 實驗原理12.2 丙類諧振功率放大器的效率與功率22.2.1 放大器的集電極效率22.2.2 諧振功率放大器臨界狀態(tài)的計算32.3 功率放大器的負載特性32.3.1 uc、ic隨負載變化的波形32.3.2 丙類高頻功放的振幅特性42.3.3 欠壓、臨界、過壓工作狀態(tài)的調(diào)整42.4 諧振回路及耦合回路的設計52.5 基極偏置電路的設計

2、63、電路調(diào)試與排故63.1 實驗電路圖63.2 放大器電路設計要求73.3 丙類放大器電路分析74、結 論8參考文獻9主要元器件參數(shù)91、方案選擇高頻功率放大器用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進行功率放大，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，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機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，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; 窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電

3、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。功率放大器的任務是供給負載足夠大的信號功率，其主要性能指標是輸出功率和效率。丙類諧振功率放大器可獲得高效率的功率放大。諧振功率放大器主要有四個特點：放大管是高頻大功率晶體管，能承受高電壓和大電流；輸出端負載回路為調(diào)諧回路，既能完成調(diào)諧選頻功能，又能實現(xiàn)放大器輸出端負載的匹配；基極偏置電路為晶體管發(fā)射結提供負偏壓，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。 2、工作原理與參數(shù)計算2.1 實驗原理 利用選頻網(wǎng)絡作為負載回路的功率放大器稱為諧振放大器。如:圖 1 諧振高頻功率放大器原理圖所示。它是無線發(fā)射機中的

4、重要組成部件。根據(jù)放大器電流導通角的范圍可以分為甲類、乙類、丙類等不同類型的功率放大器。電流導通角愈小，放大器的效率愈高。如甲類功放的導通角，效率最高也只能達到，而丙類功放的導通角,效率可達到。甲類功率放大器適合作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。丙類功率放大器通常作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。本課設使用的是丙類功率放大器，研究的是是丙類功率放大器的功率及效率。圖1 簡諧功率放大器原理圖2.2 丙類諧振功率放大器的效率與功率功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流電源所供給的直流功率P0，實質(zhì)一部分轉(zhuǎn)換為交流信號功率P1輸出去，一部分功

5、率以熱能的形式損耗在集電極上，成為集電極耗散功率Pc。根據(jù)能量守恒定律：P0 = P1+ Pc直流功率：P0=Ic0Ucc輸出交流功率：P1=UCIc1=Uc回路兩端基頻電壓 Ic1基頻電流 RL回路的負載阻抗2.2.1 放大器的集電極效率 其中集電極電壓利用系數(shù)：波形系數(shù)： 為導通角的函數(shù)；越小越大。2.2.2 諧振功率放大器臨界狀態(tài)的計算 臨界狀態(tài)下，若已知電源電壓Ucc，UBB三極管的參數(shù)gc，設電壓利用系數(shù)為，集電極的導通角為。求諧振功率放大器的其余參數(shù)，如功率和效率等。1）首先要求求得集電極電流脈沖的兩個主要參量i和導通角：功率放大器的設計原則是在高效率下取得較大的輸出功率。在實際運

6、用中，為兼顧高效率的輸出功率和高效率，通常集電極電流脈沖幅值2）由值，查表的電流余弦脈沖的各諧波分量、，并求得各個分量的實際值Ic0、Ic1。3）根據(jù)P1=可求得最佳負載電阻：2.3 功率放大器的負載特性 只在其他條件不變（UCC、UBB、Ub為一定），只變化放大器的負載電阻RL而引起的放大器的電流、輸出電壓、功率、效率的變化特性。2.3.1 uc、ic隨負載變化的波形當負載電阻RL由小至大變化時，1.負載線的斜率由小至大，如圖中123。2.放大器的工作狀態(tài)由欠壓臨界過壓3.輸出電壓uc逐漸增大4.輸出電流ic的波形由尖頂脈沖凹頂脈沖具體變化過程如圖2所示：圖2 諧振功率放大器的負載特性高頻放

7、大器的工作狀態(tài)是由負載阻抗Rp、激勵電壓Vb、供電電壓VCC、VBB等4個參量決定的。為了闡明各種工作狀態(tài)的特點和正確調(diào)節(jié)放大器，就應該了解這幾個參量的變化會使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生怎樣的變化。2.3.2 丙類高頻功放的振幅特性高頻功放的振幅特性是指只改變激勵信號振幅時，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。由圖3 高頻功放的振幅特性可以看出，在欠壓區(qū)，、隨的增加而增加，但并不一定是線性關系。在過壓區(qū)，基本不隨變化，可以認為是恒壓區(qū)，放大等幅信號時，應選擇在此狀態(tài)。2.3.3 欠壓、臨界、過壓工作狀態(tài)的調(diào)整調(diào)整欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)，大致有以下幾種方法：改變集電極負載；改變供電電壓；改變

8、偏壓；改變激勵。方法1:改變，但、不變：當負載電阻由小至大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。在臨界狀態(tài)時輸出功率最大。方法2:改變，但、不變：當集電極供電電壓由小至大變化時，放大器的工作狀態(tài)由過壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入欠壓。方法3: 變化，但、不變或變化，但、不變：這兩種情況所引起放大器工作狀態(tài)的變化是相同的。因為無論是還是的變化，其結果都是引起的變化。當或由小到大變化時，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。圖3 高頻功放的振幅特性2.4 諧振回路及耦合回路的設計輸入耦合回路的作用是自前級取得最大的激勵功率，而輸出耦合回路則是保證放大器的輸出功率能有效地加到負載上。如圖1所示，丙類諧振功放的

9、輸出回路采用變壓器耦合方式，其作用可以歸納為：實現(xiàn)阻抗匹配，使負載電阻能與放大器的最佳負載匹配，以保證放大器傳輸?shù)截撦d的功率最大。與諧振回路配合，抑制工作頻帶范圍以外的頻率分量，使負載上只有基波分量及頻帶內(nèi)頻譜分量存在。耦合電路形式很多，本實驗采用變壓器耦合方式， 其等效電路如圖所示。為了減小晶體管輸出阻抗對耦合回路的影響，變壓器初級采用部分接入方式耦合。回路的諧振頻率為或諧振阻抗與變壓器線圈匝數(shù)比為 2.5 基極偏置電路的設計丙類諧振功率放大器常用的三種偏置電路如圖8所示。圖8(a)是利用基極電流在基區(qū)體電阻上的降壓作為偏置電壓。其電路簡單，但偏壓小，且易隨晶體管而變，不能保持穩(wěn)定的電壓，因

10、此一般用于大功率丙類諧振功放。圖(b)是利用基極電流的直流分量在上的降壓得到偏置電壓，為高頻旁路電容。其優(yōu)點是偏置電壓隨輸入信號的大小自動調(diào)節(jié)。圖(c)是利用發(fā)射極電流的直流分量在上建立偏壓，為高頻旁路電容。為了避免上產(chǎn)生交流負反饋，需設置時間常數(shù)。它可以自動維持放大器穩(wěn)定工作，當激勵信號加大時，負偏壓加大，似的相對增加量減小。3、電路調(diào)試與排故3.1 實驗電路圖高頻諧振功率放大器的的負載是諧振回路，其原理電路如圖 所示，電路由電壓源、直流偏置電路、晶體管、諧振回路和輸入回路組成。諧振負載對輸入信號諧振。晶體管在交流輸入信號的作用下產(chǎn)生，控制較大的集電極電流，流過諧振回路輸出大功率，完成了將提

11、供的直流功率轉(zhuǎn)換成交流輸出功率的任務。高頻諧振功率放大器靜態(tài)時晶體管截止，當有交流輸入電壓時，由于輸入電壓為大信號，晶體管工作于截止和導通兩種狀態(tài)。圖4 仿真電路圖3.2 放大器電路設計要求本次課設要求用Multisim仿真軟件做出一個符合要求的電路圖，以及對電路的分析和調(diào)試。電源電壓20V，中心頻率6MHz，功率增益大于13db，負載電阻5k。 圖5 中心頻率 圖6 9MH下功率放大波形圖3.3 丙類放大器電路分析根據(jù)直流電源連接方式的不同，集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種，如圖7。圖7 集電極饋電電路串饋電路指直流電源、負載回路(匹配網(wǎng)絡)、功 率管三者首尾相接的一種直流饋電電路

12、。、為低通濾波電路，A點為高頻地電位，既阻止電源中的高頻成分影響放大器的工作，又避免高頻信號流入直流電源。并饋電路 指直流電源、負載回路(匹配網(wǎng)絡)、功率管三者為并聯(lián)連接的一種饋電電路如圖5 為高頻扼流圈，為高頻旁路電容，避免高頻信號流入直流電源，為高頻輸出耦合電容。4、結 論通過這次課程設計，我充分感受到了EWB的強大功能，并且通過課設，鞏固了我們上課所學的知識，并把它們運用到實際中來。這次課設也暴露出我平時學習的不足，在今后的學習中要更加努力地學習，更加豐富自己的理論知識，同時增加自己親身實踐的機會，這樣理論指導實踐，實踐反過來加深理論的理解，這樣才能真正學懂一門科學。在這一周里，我總結出善于交流意見也是學習能力的一種體現(xiàn)，每次完成一個任務，我都會和同學們交流一下，找到自己的不足，從