射频宽带放大器.doc

射频宽带放大器 （D题） 摘要射频宽带放大器是目前功率放大器的主要发展趋势，实现方案多种多样，如采用E-PHEMT晶体管（ATF-55143）器件模型和其他元件模型设计，LQ801宽带功率晶体管，由于实验室条件有限以及要结合课堂学以致用，考虑到射频宽带放大器的频带较宽的情况下，端口阻抗变化比较大，使得宽带放大器的匹配电路以功率匹配为主，本设计采用了集成块UPC1651,3DA87A高频大功率管，频率漂移小的三极管C9018 和由L和C构成的T型基本网络组成输入匹配网络， 在输入匹配网络方案的比较中，因为传输线变压器要自行绕制磁环，以及磁环的磁通在功率较大时会出现饱和，以致大信号时等效L下降，功率送不过去以及T型网络较熟知，所以我们选择了型基本网络构成的输入匹配网络，整个电路分为三个模块，前级阻抗匹配和功率放大电路、中间级带宽变换部分、后级高频放大部分组成，在设计中合理设计了测试点。本设计涉及到Multisim 12.0,DXP软件的应用，用Multisim 12.0,对各个模块电路进行了仿真，仿真表明设计方案符合要求，用DXP软件进行了PCB板的生成，利用PCB雕刻技术完成了PCB板的制作，最后进行了安装调试。 关 键 词UPC1651 3DA87A C9018 1 方案比较与选择 1.1输入匹配网络方案比较 输入匹配网络的比较可有多种方案完成，例如 方案一：T型基本网络构成的输入匹配网络 由电感和电感搭接，最容易实现，在理论分析中也容易计算，可以找到设计电路 所需电感电器件，具有可行性。 方案二：传输线变压器传输线变压器在设计中有两点必须注意，一是源阻抗，负载阻抗和传输线阻抗的匹配关系，二是输入端和输出端在规定的连接和接地方式下应用，因此，在设计中采用1:4传输线变压器且用高u低耗的高频磁环，高频磁环必须自行绕制，磁环的磁在功率较大时会出现饱和，以致大信号时等效L下降，功率送不过去 综上所述，系统将采用方案 一，采用这种方案可以利用实验室的有限条件， 达到设计目的。 1.2 频带内增益起伏控制方案比较 频带内增益起伏控制的比较可有多种方案完成，例如 方案一：补偿匹配 频率补偿网络会使放大电路的输入或者输出的驻波系数VSWR增加不利于前级 和后级电路的设计。 方案二：负反馈负反馈使放大器的功率增益大幅度降低，但对放大器的众多性能都有改进但反馈越 深，改进的性能越好。 综上所述，系统将采用方案 二 采用这种方案可以更快更简易的实现设计。 1.3 射频宽带放大的核心部件选择 方案一、E-PHEMT晶体管 方案二、LQ801宽带功率晶体管 方案三、UPC1651 综上所述，系统将采用方案三，因为实验室只有 UPC1651 2 理论分析与计算 2.1 频带内增益起伏控制放大器的增益是指放大器输出的功率与输入端口功率之比。增益平坦度描述了在 放大器允许温度范围内的某一温度下对放大器增益进行扫频测试，反应出的固定输 入功率下增益的变化值，定义为： 其中，、分别为增益频率扫描曲线的幅度最大值和最小值 为了实现频带内平坦的功率增益一般采用有补偿匹配、负反馈和平衡放大3种技术。频率补偿网络会使放大电路的输入或者输出的驻波系数VSWR增加不利于前级和后级电路的设计，而负反馈使放大器的功率增益大幅度降低。 2.2 增益调整 2.2.1 分板块调整 前级增益调整电路 中间级用到了UPC165集成功率放大器，只要在此芯片不损坏且焊接无误就可实现放大 后级增益调整与前级相同 3 电路设计 3.1 系统总体基本原理方框图 整个系统可由三部分组成，前级阻抗匹配和功率放大电路、中间级带宽变换部分、后级高频放大部分 3.2 原理图 3.3 由DXP生成的PCB图 4 设计技巧 L4与R6并联是为了减小Q值，增大带宽 为解决电容缺货采用多电容并联 设置了合适的测试点 某些电感自行绕制 在输出口并联电感，调整输出阻抗 5 测量方法及测量结果 5.1 测试方案及测试条件 5.1.1 输入输出阻抗测量 在输入端和信号源之间串入一已知电阻Rs，在放大器正常工作的 情况下,用交流毫 伏表测出Us和 Ui，则满足 在放大器正常工作的条件下，测出输出端不接负载的输出电压和接入负载后 的输 出电压 ，输出阻抗满足 ，在测量中应注意，必须保持RL 前后 接入信号的大小不变 5.1.2 增益采用分级测量法 通正5V直流电压，测第一级9018工作状态，测得Ube约为0.7V,正常工作，在TP2 处输入高频信号，在TP4处可粗测得高频信号5 ，不接入UPC1651，通正12V直 流电压测后级增益， 5.1.3 测频带宽度利用幅频特性曲线，在1MHZ-60MHZ内取合适的测试点，用描点法描出幅频特性曲 线，测量电路如下框图所示 5.2 测试条件 5.2.1测试仪器仪表： 1、BT-3DIII 频率特性测试仪 2、TC2270A 高频数显毫伏表 3、SG1052S 高频信号发生器 4、UTD2025C 数字示波器 5、KH-DD型 交流数字毫伏表（10HZ-2MHZ） 6、VC9808A 数字万用表 7、YB1601 低频信号发生器 8、YB4340C 双踪示波器 9、扫频仪5.3 测试结果f/MHi/mV83100.46120.85158.12170.46200250uo/V3.24.04.86.036.808.4310.48Au=uo/ui40404040404040输入电压有效值 /mV输出电压有效值/V电压放大倍数Av上限截止频率 /MHz下限截止频率 /MHz频带宽度输入阻抗/输 出阻抗/ 58 7 40 1 25 24 50 50 6 结论 6.1作品达到的标准 经过三天的设计与调试，电路基本成型。由于地区僻远，条件有限，最终达到了部分 要求，还有一些发挥部分。 测得电压增益Av=40，输入电压有效值Ui58mv。 放大器输入阻抗 50 ，输出阻抗 50 。 6.2存在的问题及改进措施 问题 干扰比较大，存在失真。除了UPC651芯片直接稳定的放大，分立元件组 的前级和后级放大不理想，干扰大。 改进 如果再有时间，会把电路进一步优化，减少干扰, 放大器各级电路加入磁珠和电容滤 波磁珠可滤除电流上的高频毛刺，电容滤除较低频率的干扰，它们配合在一起可较好地 滤除电路上的串扰：我还会重新設计输入输出的放大级，并且要在焊接电路之前认真并 耐心用multism仿真并设计无误后在进行焊接电路。 参考文献： 高频电子线路，阳昌汉主编，北京：高等教育出版社，2006年 常用电子元器件简明手册，沈任元 吴勇主编 机械工业出版社，2011年 电路设计与仿真，杨欣 王玉凤 刘湘黔 编著 清华大学出版社 2011年 全国大学生电子设计竞赛技能训练.2版.黄智伟 北京航空航天大学出版社，2011. 全国大学生电子设计竞赛制作实训.2版. 黄智伟 北京航空航天大学出版社，2011. 射频与微波功率放大器设计 张玉兴,赵宏飞等译 电子工业出版社,2006.4. 射频功率放大器电路设计 黄智伟 西安电子科技大学出版社,2009.1 附录：附1：元器件明细表 序号型号名称及材质规格数量/个备注 1UPC1651集成功率放大器 1 2LM7805集成稳压器 1 33DA87A硅NPN型高频功率管FT100MHZ 1 4 9018硅NPN型高频小功率晶体管FT700MHZ 1 5 LED发光二极管 1D1 6多圈微调电位器110K 1R4 7 微调电位器50K 1R2 8 高频瓷介电容27pF 2C4 C71000pF 2C2 C3100pF 2C5 C66pF 1C847pF 2C14 C151500pF 2C9 C11 9 微调电容器7-25 1C1247pF 1C13 10 色环电感10mH 2L1 L3 12 绕制6-17T电感 3.2mH 1L4 13 金属膜色环电阻2K 1R5330K 1R61K 2R7 R8 14 测试用色环电阻20K-100K之间各电阻 若干个R50 1RL 15 铝电解电容1