高频功率放大器课程设计

1、 课 程 设 计课 程 高频电子线路 题 目 高频功率放大器 院 系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年 2月 24日 课程设计任务书课程 高频电子线路题目 高频功率放大器的设计专业 姓名 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等1、主要内容 利用所学的高频电路知识，设计一个高频功率放大器。通过本次电路设计，掌握高频谐振功率放大器的设计方法、电路调谐及测试技术。加深对高频电子线路课程理论知识的理解，提高电路设计及电子实践能力。2、基本要求 设计一个高频功率放大器，主要技术指标为： (1) 工作中心频率； (2) 输出功率； (3) 负载电阻； (4) 效率。3、主要参考资料 1

2、 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006. 2 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993. 3 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000. 4 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002.完成期限 2月20日-2月24日 指导教师 专业负责人 2012 年 2 月 17 日东北石油大学本科生课程设计（报告）一、 电路基本原理1. 电路原理及用途在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出的功率越大。为了获得足够大的高频输出功率，必

3、须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率表很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上辐射出去。由于高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。、谐振回路的作用利用选频网络作为负载回路的功率放大器成为谐振功率放大器，它是无线电发射机中的重要组成部件，它有两个作用：第一：阻抗变换的作用。第二：滤波作用。利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，它是无线电发射机中的重要组成部件。所谓阻抗变换就是把

4、实际负载阻抗变换为电子管所要求韵负载阻抗。一般情况下，放大器的实际负载阻抗都较小，如天线的输入阻抗通常只有几十欧姆，而放大器所要求的负载通常是几百欧姆至几千欧姆，为了使放大器有最大的功率输出，实际工作中要求两者相等。lc并联谐振回路可以起到把较小的阻抗变化为其工作状态所要求的最佳负载阻抗的作用。、 功放电路的工作原理利用选频网络作为负载回路的功放称为谐振功放。根据放大器电流导通角c的范围可分为甲类、乙类、丙类和丁类等功放。电流导通角c越小放大器的效率越高。如丙类功放的c 小于 90，丙类功放通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的功率。谐振功率放大器的特点：、放大管是高频大功率晶体管

5、，能承受高电压和大电流。、输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的匹配。、输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。由于晶体管工作在丙类状态，晶体管集电极电流是一个周期性的余弦脉冲 。由傅立叶级数可知，一个周期性函数可以分解为许多余弦波（或正弦波）的叠加 。可以将电流分解为 （1）、分别为集电极电流的直流分量、基波分量以及各高次谐波分量的振幅在对谐振功率放大器进行分析与计算时，关键在于直流分量和基波分量等前面几项利用周期函数傅立叶级数的公式，可以求出式（1）直流分量及各次谐波分量下面仅列出前面几项的表达式 只要知道电流脉冲的最大值和通角即可计算出直

6、流分量、基波分量及各次谐波分量各次谐波分量变化趋势是谐波次数越高，其振幅越小。因此，在谐振放大器中只需研究直流功率及基波功率。放大器集电极直流电源提供的直流输入功率为： 谐振功放集电极输出回路输出功率等于基波分量在谐振电阻rp上的功率为： 集电极的功耗为： 放大器集电极能量装换效率等于输出功率与电源供给功率之比，即其中，甲类状态，乙类状态，丙类状态，可见，工作在丙类状态时，效率最高。由于越小，其工作效率越好，但同时也对输入信号提高了要求，所以一般选在左右即可。2. 主要技术指标高频功率放大器的主要技术指标有高频输出功率、效率、功率增益和谐波抑制度等。在设计功率放大器时，总是根据放大器的特点，突

7、出其中的一些指标，兼顾另外的一些指标。例如，对于发射机的输出级，其特点是希望输出功率最高，对应的效率不一定会最高；对于单边带发射机，则要求功率放大器非线性失真尽可能小，也就是谐波抑制度是设计的主要问题，显然在这类功率放大器中，效率不是很高的。在本次课程设计中，主要技术指标如下：、工作中心频率；、输出功率表；、负载电阻；、效率。二、 设计方案从输出功率来看，末级功放可采用甲类或丙类功率放大器，但要求总效率 60%，显然，只用一级甲类功放是不能达到目的的，故采用两级功率放大器，第一级采用甲类功率放大器，第二级采用丙类功率放大器，其中甲类功放选用晶体管3dg12，丙类功放选择晶体管3da1。由两级功

8、率放大器组成的电路总体设计方案如下图所示：下面分别介绍各级的原理及基本关系式：1、丙类功率放大器、确定放大器工作状态由技术指标效率，放大器的工作状态采用临界工作状态，取，所以谐振回路的最佳电阻为：集电极基极电流振幅为：集电极电流最大值为： 其直流分量为：一般取电源，则电源供给的直流功率为：集电极损耗功率为：转换效率为：60%，满足设计指标。本级增益即20倍放大倍数，晶体管的直流时，输入功率为：基极余弦电流最大值为：基极基波电流振幅为：所以输入电压的振幅为：、计算谐振回路和耦合回路参数丙类功放输入、输出回路均为高频变压器耦合方式，其中基极体电阻，则输入阻抗为有此得输出变压器线圈匝数比为：由经验，

9、在这里，我们假设取n3=3和n1=8若取集电极并联谐振回路的电容为c=100pf，则60h用10mm6mm5mm磁环来绕制输出变压器，所以有，其中，所以。 、基极偏置电路参数计算基极直流偏置电压为： (其中 )则射极电阻 （取高频旁路电容）2、甲类功率放大器、确定放大器工作状态甲类功率放大器输出功率等与丙类功放的输入功率，即： 输出负载等于丙类功放输入阻抗，即： 设甲类功率放大器为电路的激励级电路，变压器效率取0.8，则集电极输出功率若取放大器的静态电流，则集电极电压振幅最佳负载电阻为：射极直流负反馈电阻为：输出变压器线圈匝数比为：本级功放采用3dg12晶体管，取，即20倍放大倍数则输入功率，

10、放大器输入阻抗 若取交流负反馈电阻，则，本级输入电压0.46v、计算静态工作点综上可知时，晶体管射极电位，若基极偏置电流 ，则所以有2.95k三、电路调试及仿真分析利用电子设计软件multisim对电路仿真，在软件multisim中绘制出仿真电路图如下图所示。对电路进行仿真测试高频放大器的放大效果，在输入端输入1khz的正弦波信号，仿真电路图如下图所示：上图的两个波形中，上面是a通道的波形，即输出波形，下面是b通道，即输入波形，输出电压，放大增益，,故由multism仿真测得设计的高频功率放大器的电压放大增益。四、总结与体会高频功率放大器是通信系统中发送装置的主要组件,经过五天的对高频功率放大

11、器电路的设计，使我对高频电路课程有了更深一步的了解，课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。此次的高频课设，不仅让我加深了对电子电路理论知识的理解，还加强和同学交流沟通的能力，在设计电路时和同题目成员共同讨论解决问题，同时设计出的电路经过multisim软件仿真达到预期的放大效果，不仅让我们共同获得努力后成功的欣喜，而且了解了multism软件的使用。种种在此次学习到的知识或是能力必将有用于之后的学习或是将来的工作，这也是此次课程设计的目的所在。参考资料 1 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006. 2 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993. 3 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000. 4 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002. 5 王志刚，龚杰星现代电子线路m北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2003：3247 6 胡宴如，耿苏燕高频电子线路m北京：高等教育出版社，2009：56958东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称高频电子线路题目名称高频功率放大器设计学生姓名学号指导教师姓名职称序号评价项目指 标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规