四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告

1、四川师范大学成都学院通信电子线路实训设计四川师范大学成都学院通信电子线路实训设计高频功率放大器设计高频功率放大器设计 学生姓名学生姓名胡小林胡小林学学 号号20111012752011101275学学 院院通信工程通信工程专业名称专业名称光纤宽带光纤宽带班班 级级20112011 级宽带级宽带 2 2 班班指导教师指导教师王北川王北川成成 绩绩 四川师范大学成都学院四川师范大学成都学院二二一三年十二月一三年十二月四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告I四川师范大学成都学院四川师范大学成都学院通信电子线路实训任务书通信电子线路实训任务书课程设计名称通信电子线路实训实训题目功率放大器学 生 姓

2、名胡小林年级2011专业光纤宽带学号2011101275指 导 教 师王川北职称助教备注实训起止日2013 年 11 月至 2013 年 12 月设计内容设计内容:设计一高频功率放大器，要求的技术指标为：输出功率Po=2W，工作中心频率fo=4MHz，50%已知：电源供电为12V，负载电阻,RL=75，晶体管用2N2219，其主要参数：Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe10，功率增益Ap13dB（20倍） 。任务与要求：任务与要求：1、掌握功率放大器的工作原理以及工作方式。2、了解功率放大器工作特点，由于高频振动器所产生的高频振动信号的功率很小。3、

3、本次课程设计使通过已学的电路基础知识，模拟高频振动功率放大器。4、使发射机内部各级电路之间信号功率能有效传输。5、这就要求放大器输入端和输出端都能实现阻抗匹配。主要参考资料主要参考资料：1 张肃文 高频电子线路 高等教育出版社 1979 年 5 月第 1 次印刷。2 管致中 无线电技术基础高等教育出版社 19633 董在望 通信电路原理 第二版 高等教育出版社 2002 4 阳昌汉 高频电子线路 第 2 版 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 20015 曹志刚 钱亚生 现代通信原理 北京 清华大学出版社 19926 谢自美 主编， 电子线路设计实验测试 第三版，华中科技大学出版社 2003.77

4、杨翠娥 主编， 高频电子线路实验与课程设计 ，哈尔滨工程大学出版社 2008.58 何中庸 译， 高频电路设计与制作 ，科学出版社 2007.49 谢沅清 主编， 模拟电子线路 ，成都电子科大出版社 2004.610 张肃文 主编， 高频电子线路第三版，高教出版社 2005.3四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告II摘要：摘要： 高频振动器所产生的高频振动信号的功率很小，不能满足发射机天线对发射机的功率要求，所以在发射之前需要经过功率放大后才能获得足够的功率输出。本次课程设计使通过已学的电路基础知识，模拟高频振动功率放大器，使发射机内部各级电路之间信号功率能有效传输，这就要求放大器输入端和

5、输出端都能实现阻抗匹配。即放大器输入端阻抗和信号阻抗匹配，放大器输出端阻抗和负载阻抗匹配。关键字关键字：高频振动器，发射机，放大器，负载 Abstract: High frequency vibrator of high-frequency vibration signals generated by the power is small, can not meet the requirement of the transmitter antenna of the transmitter power, so before launch after power amplifier is need

6、ed to get enough power output. The curriculum design made by have learn basic knowledge of circuit, analog power amplifier, high-frequency vibration make the transmitter signal power can effective transmission between internal circuit at all levels, which requires the amplifier input and output term

7、inal can realize the impedance matching. The amplifier input impedance and signal impedance matching, amplifier output impedance and load impedance matching.Key words: High frequency vibrator, transmitter, amplifiers, load四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告III目目 录录前言前言 .11.1.概述及基本原理概述及基本原理 .21.1 高频功率放大器.21.2 高频功率放

8、大器设计目的.32.2.方案及各部分设计原理方案及各部分设计原理 .52.1 功率放大器电路设计.52.1.1 整体介绍.52.1.2 原理分析.62.2 具体分析.83.3.参数的计算和选择参数的计算和选择 .83.1 功率放大器输出功率的计算分析.83.2 谐振回路的分析.93.3 放大管栅极和板极的电流电压关系.103.4 高频功率放大器的能量关系.123.5 发射管的工作状态.134.4.仿真结果及分析总结仿真结果及分析总结 .145.5.设计总结设计总结 .166.6.参考文献参考文献 .18四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告0前言当今社会各种娱乐学习节目层出不穷，而这些节目之

9、中有很多都有趣味、知识抢答环节，所以，各种抢答器就应运而生。我们为适应高校等多代表队单位活动的需要，本次所做的课程设计就是一个集抢答、计分功能于一体的一个电子产品,讲述了电路各部分的设计原理及所能实现的功能 ,它要求要对各种编码器、锁存器、触发器、计数器、定时器以及多谐振荡器等多种数字电子芯片熟悉，并能加以运用。抢答、记分器市面上的产品已经非常的多，对于自己设计的这个电子产品也自知有许多的不足，但能首次设计自己的产品，并能在实现相同功能的基础上节约成本也是非常有意义的，还有助于提高自己的动手能力，丰富课余生活。1.1.概述及基本原理概述及基本原理 1.1 高频功率放大器高频功率放大器是对载波信

10、号或高频信号进行功率放大的电路。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。随着现代通信技术的日益发展高频放大应用的领域也越来越广。在某些场合高频放大技术的高低成为制约本领域技术发展的关键所在。比如射频手机和高频信号收发机等，都需要用到高频功率放大器，并且作为一项非常重要的技术攻关项目。特别是移动电话机中高频功率放大器品质的高低直接影响其产品的技术指标。所以本次课程设计我选择高频功谐振率放大器。放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为 360 度，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180 度；丙类放大器电流的流通角

11、则小于 180 度。乙类和丙类都适用于大功率工作。 丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。 可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告1甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。 综上，确定电路设计由两个模块组成，第一模块是甲类放大器，第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，其作为功放输出级最好能工作在临界状态，因为此时输出交流功率最大，效率也较高，一般认为此工作状态为

12、最佳工作状态。如图 1 所示为高频功放基本原理图，图中，高频扼流圈提供直流通路，C1 为隔直流电容，谐振回路分别为输入和输出滤波匹配网络。其中天线等效阻抗，作为输出负载。与非谐振功放比较，它们都要求安全高效地输出足够大的不失真功率，但有一些区别。确定功放的工作状态丙类高频功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。因欠压状态效率低，而过压状态严重失真，谐波分量大，为尽可能兼顾输出大功率、高效率，一般选用临界状态，其电流流通角在 600-900c范围。现设。在晶体管功率放大器中，可以通过改变激励电压、基极偏70oc压、集电极负载、集电极直流供电电压来改变放大器的工作状态。集电极电流余弦脉冲直

13、流 ICO 分解系数，集电极电流余弦脉冲基波 ICM10700.25,o分解系数，。1700.44o图 1 高频功放基本原理图四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告2谐振式高频功率放大器的特点是：一、为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为反向偏置，由 Eb（VBB）来保证，流过晶体管的电流为余弦脉冲波形；二、负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。1.2 高频功率放大器设计目的由于高频振动器所产生的高频振动信号的功率很小，不能满足发射机天线对发射机的功率要求，所以在发射之前需要经过功率放大后才能获得足够的功率输出。在通信

14、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，要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。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。这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都

15、是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大， 决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自 20 至20000 Hz，高低频率之比达 1000 倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由 几百 kHz 一直到几百、几千甚至几万 MHz） ，但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（5351605 kHz 的频段范围）的频带宽度为 10 kHz，如中心频率取为 1000 kHz，则相对频 宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此， 高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。

16、由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类） 。四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告3高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大 器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高

17、频交流输出。利用宽带变压器作耦合回路的功放称为宽带功放。常用宽带变压器有用高频磁芯绕制 的高频变压器和传输线变压器。宽带功放不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大，但效率很低，一般只有 20%左右，一般作为发射机的中间级，以提供较大的激励功率。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的范围可分为甲类、乙类、丙类和丁类等功放。电流导通角越小放大器的效c率越高。如丙类功放的小于 90o， 丙类功放通常作为发射机的末级，以获c得较大的输出功率和较高的功率。本次课程设计使通过已学的电路基础知识，模拟高频振动功率放大器，使发射机内部各级电路之间信号功率能有效传输，这就要

18、求放大器输入端和输出端都能实现阻抗匹配。即放大器输入端阻抗和信号阻抗匹配，放大器输出端阻抗和负载阻抗匹配2.2.方案及各部分设计原理方案及各部分设计原理2.1 功率放大器电路设计2.1.1 整体介绍基本部分组成，即电子管、谐振回路和电源。电子管在放大器中起着把直流能量转换为交流能量的作用；谐振回路是电子管的负载；电源供给电子管各电极电压，它们共同保证电子管的正常工作。放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。实际运用时，该比值使用 dB 来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态范围应大于 90 dB。四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告4自然界的各种噪声形成周围的

19、背景噪声，而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大，在通常情况下，将这个强度差称为动态范围，优良音响系统在输入强信号时不应产生过载失真，而在输入弱信号时，有不应被自身产生的噪声所淹没，为此好的音响系统应当具有较大的动态范围，噪声只能尽量减少，但不可能不产生噪声。 放大器有两个主要电路：板极电路和栅极电路。板极电路包括并联振荡回路和直流板极电压 Ea 的馈电电路。振荡回路由电感 L1、电容 C1 和电阻 r 组成。电路中 C1为高频旁路电容，L1为高频阻流圈。在栅极电路中加入直流偏压 Eg，一般 Ea 为负值。电路中 C2和 L2分别是栅极回路的高频旁路电容和高频阻流圈。2.1.2 原理分析

20、知道前级送来的高频激励电压为 ug=Ugcost 它加在栅极与阴极之间。其中，ug 是激励电压的瞬时值，Ug 是激励电压的振幅值，2f 是激励电压的角频率，f 是激励电压的频率。ui 为负半周时，V1 集电极信号为正半周，V2、V3 导通，V4、V5 截止。在信号电流流向负载 RL 形成正半周输出的同时向 Co 充电，使UCo=1/2UCC。ui 正半周时，V1 集电极信号为负半周，V2、V3 截止，V4、V5 导通。此时，Co 上的 1/2UCC 与 V4、V5 形成放电回路，若时间常数 RLC 远大于输入信号的半周期，则电容上电压基本不变，而流过管子和负载的电流仍由基极控制，这样在负载上获

21、得负半周输出信号，于是负载上获得完整的正弦信号输出。功放的工作原理其实很简单， 就是将音源播放的各种声音信号进行放大， 以推动音箱发出声 音。 从技术角度看，功放好比一台电流的调制器，它将交流电转变对直流电，然后受音源播放的 声音信号控制， 将不同大小的电流， 按照不同的频率传输给音箱， 这样音箱就发同相应大小、 相应频率的声音了。 由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部 的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。按当前音响消四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告5费的需求，民用音响中的功 放已基本定型为两大类，即纯音乐功放和家庭影院 AV 功放。

22、 1、纯音乐功放 纯音乐功放在设计上强调最低的信号失真，忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的 技巧以满足人们对音乐的最佳欣赏要求，这就是人们常说的 HI-FI（hi-fidelity，高保真） 。在 设计和生产上， 纯音乐功放的要求极为严格。 纯音乐功放品质的高低并不完全由它的技术指 标所决定，不能简单地看它标注的功率多少高，频响多么宽，失真多么低，而应该特别注重 其设计生产工艺和音乐的解晰力。 比如技术指标并不太高的胆机就要比很多晶体管功放声音 好听。 、 2、AV 功放 一般来说包括功放部分和信号处理部分。 其功放部分原理上与传统功放没有什么区别， 只不 过增加了几个声道， 也就是将

23、几个功放结合在了一起； 其信号控制处理部分涉及信号的音频、 视频选择、信号解码处理、信号声场处理以及收音、监听等功能。 一般一台高品质的 AV 功放首先应该在影视节目的信号处理上有较好的声场还原， 声道 隔离度要高，气氛渲染也不能太夸张；其次在功放部分的音质表现上，尤其是主声道的音质 要求尽量接近较好的纯音乐功放。 功放的分类 功放一般分为前级功放、后级功放与合并级功放，合并机就是把前级、后级集于一身的 机器。前级是用来把信号作初步放大、调节音量的；而后级则是把前级来的信号作大量放大 来推动扬声器。 前级也分为有源及无源两种。有源的前级是使用电源把信号放大，而无源的前级就只 有调节音量的功效。

24、 老实讲， 现今成功的无源前级不多， 因为音源与后级的内阻有很大分别， 只靠一个音量开关把音源与后级连接起来，内阻的差别会使动态、细节、频应尽失！有源的 前级除了调节音量外，还可作初部广大及降低音源及后级间内阻之别，即用作缓冲。 当电路接好并将各电极电压加上时，则在板极电路中就会出现受到栅极电压控制的板流脉冲，脉冲波形如图 2 所示。ia 是周期性函数，由数学知识可知，它可用傅氏级数来表示，即 ia=Ia0+Ia1cost+Ia2cos2t+Iancosnt 可见，板极电流等于直流分量 Ia0、一次谐波(基波)、二次谐波和其他高次谐波之和。四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告6图 2 脉冲

25、波形板极并联谐振回路要调谐到激励信号电压的频率，并且在实际情况下，振荡回路的 Q 值远大于 1(考虑到下级负载引入的电阻)，即回路的谐振性很强。这样，谐振回路对基波的阻抗很大，而且是纯电阻性的，这就是我们熟知的谐振阻抗，一般用 Roe 来表示。板极回路的直流电阻，可以看成是短路的。同时，因为回路是调谐到基波，对于高次谐波回路失谐很大，所以回路对于高次谐波也近似于短路。这样，板极电流通过回路时，在回路上所引起的只有基波电压。输出电压不是脉冲形状，而是和输入激励电压一样的波形。2.2 具体分析串联偏置是说电子器件，负载电路和直流电源三部分串联起来的。在上面所提到的电路中 LC 是 负载贿回路；L是

26、高频厄流圈，它对直流是短路的，但对高频则呈现很大的阻抗，可以认为是开路的，以阻止高频电流通过功用电源内阻产生高频能量损耗，特别是避免在个级之间由此而产生的寄生偶合；C是高频旁路电容，他们对高频应呈现很小的阻抗，相当于短路。加入这些附属元件 L，C等的目的就是为了使电路能满足上述组成电路的原则。偏置电路中都存在着自给偏置效应，即当由小增大时，基极电流脉冲中的平均分量相应增大，它在偏置电阻上的压降增大，结果使基极偏置电压向负值方向增大。由此表明在输入信号激励下，由于自给偏置效应，基极偏置电压将不四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告7等于静态偏置电压，且其值随着输入激励幅度增大而向负值方向增大。

27、滤波匹配网络的作用是阻抗匹配和选频滤波。3.3.参数的计算和选择参数的计算和选择3.1 功率放大器输出功率的计算分析令 ua=Ia1Roecost=Uacost 其中 UaIa1Roe 是回路电压的幅度。由于 ua 的正方向与 Ea 相反，所以板极的瞬时电压为 ea=Ea-ua=Ea-Uacost 由 LC 谐振回路的基本知识可知，当板极回路谐振于激励信号频率时，板极回路对基波电流呈现一个纯电阻的谐振阻抗为 2.36420.364CDoPPPw 式中， -回路特性阻抗； -回路有载品质因数； r-回路有载总损耗电阻 由于高次谐波不在回路上产生压降，所以回路两端的高频电压为 Ua= Ia1Roe

28、 其中 Ia1 为振幅值。 在负载上产生的高频功率为 2.36420.364CDoPPPw 由上分析可知，只要在放大器的栅极电路中输入激励电压，便可以在板极负载上获得高频输出功率。同时也可以看出，板流 ia 虽是脉冲形状，但由这一电流在回路两端产生的电压降却是正弦形式。其关键是放大器的板极接有一个LC 并联谐振回路。3.2 谐振回路的分析采用谐振回路作负载是高频放大器区别于低频放大器的特点，它有两个作用：第一是阻抗变换的作用；第二是滤波作用。四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告8以前边系统为例，设板极回路与负载回路之间的互感为 M，再设负载回路已调至谐振，天线回路的串联电阻为 RA，则在有

29、载的情况下板极回路的等效阻抗应为 2212 1.53322*2CCCESpoVVRP12/348cmopIPRmA对于给定的 RA，我们可以调整 M、L、C 三个量来满足下面两个条件：(1)使等效的并联回路谐振于工作频率；(2)使 Roe 之值等于电子管所要求的最佳数值。这样就实现了阻抗匹配。 回路的滤波作用，就是把我们所需要的放大后的基波信号选出来，把不需要的谐波抑制掉。我们知道，工作于乙类或丙类的放大器，其板流为一脉冲，其中除含直流分量、基波分量外，还有谐波分量。如果负载是个电阻，它决不能把其中的基波分量选出来。但在 LC 的并联谐振回路中，由于线圈的电阻很小，可以认为对直流是短路的。对基

30、波来说，当谐振时，回路的等效阻抗是一个数值较大的纯电阻，其值为 L/Cr。对于 n 次谐波，回路严重失谐，故回路对 n 次谐波呈现的阻抗与基波相比可以忽略不计。因此，尽管 ia 中含有很多的谐波分量，但在回路两端只产生很小的谐波电压，只有基波分量 Ia1 才能在回路两端产生足够大的电压降。根据欧姆定律得 1110( )111222OccmDCcoccPI UgPI U 式中 ua=Uacost 既然 Ua 是正弦电压，故通过 LC 回路的电流必然也是正弦电流。由此得出结论：由于并联 LC 回路的谐振特性起着滤波作用，尽管板流是脉冲形式的，但回路电流和回路两端的电压仍然是正弦形式的。 这一现象也

31、可以从能量的观点来解释，即回路是由 LC 组成的，而 L 和 C都是贮能元件。在板流流通的时间内，回路贮存能量，在板流截止的时间内，回路又放出能量，这样就维持了振荡回路中振荡电流的连续性。3.3 放大管栅极和板极的电流电压关系 在讨论能量关系之前，有必要了解放大管栅极和板极的电压、电流工作波形及其相位关系。图 3 表示高频功率放大器在工作时的栅压、栅流和板压、板四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告9流等的变化曲线以及它们之间的相位关系。在 N1-2(a)中，Eg为电子管的截止偏压，Eg 为工作偏压。设电子管栅极上所加的高频电压为 ug=Ugcost，则栅极的瞬时 eg 为 eg=Eg+Ug

32、cos 图 3 丙类放大器工作波形为了获得得高的效率，放大器一般工作在丙类状态，则偏压|Eg|大于板流的截止偏压|Eg|。当 eg 超过 Eg 时，即 N1-2(a)中的 t1t4 期间，电子管的板流流通，ia 的波形是余弦脉冲的一部分。其流通时间为 2，称 为板流流通角，如 N1-2(b)所示。当 eg 大于零时，即 N1-2(a)中的 t2t3 间，电子管出现栅流，其波形也近似于余弦脉冲波，其流通时间为 2g，称 g 为栅流流通角，如 N1-2(c)所示。 因板流是个余弦脉冲，可用富氏级数将其分解，于是就得到 ia 中的直流分量 Ia0 和基波分量 Ia1，分别如图(d)、(e)所示。由于

33、板极回路谐振于基波，所以 Ia1 在回路两端产生电压降 ua 的波形和变化规律与 Ia1 相同，如图(g)所示。由图(f) 可见，瞬时板压 ea 的最小值为 eamin=Ea-Ua，而最大值为eamax=Ea+Ua。eamin 有时也称为剩余电压，意思是回路剩给板极的电压。四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告10回路电压的峰值 Ua 对直流板压 Ea 之比，称为板压利用系数，以符号 表示，即 cmccUU意思是直流馈电电压 Ea 中有百分之多少可以转变为高频输出电压。我们还可以用下式来表示 ，即 cmccUU由 N1-2(a)、(b)、(c)可见，板流通角 取决于 eg 曲线与截止偏压 E

34、g两个交点的位置，而栅流通角 g 则取决于 eg 曲线与时间轴的两个交点的位置，显而易见 g。 在大多数情况下板流脉冲可以近似地用一个余弦脉冲来表示，这是因为板流的动态特性曲线近似一条直线，如 N1-2 所示，所以 eg 作余弦变化时，板流脉冲也跟着作余弦变化。但栅流动态特性曲线就不能当作一条直线，所以栅流脉冲的形状也不能当作余弦脉冲，而是近似于余弦平方脉冲或三角形脉冲，如 N1-3 所示。图中虚线为理想化动态特性曲线和栅流脉冲，实线为实际动态特性曲线和栅流脉冲波形 图 4 栅流脉冲从图 4 还可以看出在任何情况下 eg 与 Ia1 是同相变化的，而 ua 则作反相变化。由此得出结论：当 eg

35、=egmax 时，ea=eamin；反之，当eg=egmin 时，则 ea=eamax，而 eamax 的极限值是 2E。3.4 高频功率放大器的能量关系四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告11能量关系指的是功率放大器能量的来源和分配问题，它对放大器的安全工作、节约能源、输出大的功率都非常重要。 在板极电路中主要有三部分能量：直流电源供给的能量，电子管输送到振荡回路的能量和电子轰击板极在板极产生的热能。显然后两种能量是由前一能量转换得来的。根据能量守恒定律，三者应该平衡。 谐振时回路呈现一纯电阻，流经它的基波电流振幅为 Ia1，它在回路上引起的基波电压振幅为 Ua，因此，回路从电子管得到的

36、高频功率为 2211122cmocmppUPIRR 供给电子管板极电路的唯-能源是直流电压 Ea，所以直流输入功率为 P0=EaIa0 直流输入功率 P0 中的大部分经电子管的转换变成输出功率 P，剩余部分则使电子管的板极发热变为板极损耗功率 Pa，所以 Pa=P0+P 于是我们就可以得到功率放大器的效率 为 1110( )111222OccmDCcoccPI UgPI U 式中, 称为波形系数，它是板极流通角的函数。 由上述公式可以看出，放大器实质上是把直流功率 P0 转化为高频功率P的能量转换器，其转换效率为 。显然，提高效率是我们所希望的。为此我们应提高板压利用系数 和减小通角 为的是提

37、高 ()，但过分减小 ，将导致 Ia1 减小，因而输出功率 P也会减小，所以 有一最佳值。 从电子管内部的物理过程来进行分析。当电子从阴极向板极运动时，如果受到电场的加速，电子便从电场中吸收能量。如果受到电场的减速，则电子把能量交给电场。 电子在向板极的运动过程中，受到直流电场的加速(其大小决定于直流电压 Ea)，增加动能，也就是电子由直流电场取得能量，这部分能量是由直流电源供给的。但是在板极上还叠加有高频电压 ua 它的相位正好与激励电压 ug 相反，因此电子受到高频电场的排斥而减小了动能，所减小的动能等于电子交给高频电场的能量，这部分能量就是回路上高频功率 P的来源。电子以剩余的动能轰击板

38、极，从而产生板耗。四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告123.5 发射管的工作状态 根据放大器有无栅流及栅流大小(即动态工作范围)分类，可分为缓冲状态、欠压状态、临界状态、弱过压状态和强过压状态。缓冲状态是指无栅流工作，此时电子管的板栅动特性只限于负栅压区中。如图 3（a）所示。欠压状态是指虽然也有栅流，但和板流相比却十分微小，因而不至于使板流尖顶脉冲波形严重失真。此时板栅动特性延伸到正栅压区，但延伸范围很小。图 4-1(b)所示。 过压状态是指栅流很大，板流脉冲波形有很大凹陷。此时板栅动特性在正栅压延伸范围较大，称为过压状态。过压状态又有弱过压和强过压之分。板流脉冲有凹陷，但并不下降到零

39、，称为弱过压状态临界状态是指板栅动特性延伸到正栅区使板流脉冲出现平顶而尚未产生凹陷时的工作状态，此时栅流大于欠压状态的栅流。4.4.仿真结果及分析总结仿真结果及分析总结四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告13图 5 总电路图将电路用 Muitisim 进行仿真运行，分别记录负载及激励电压 Ug 对功率放器的影响。 当功率放大器的电源电压+Ucc，基极偏压 Ub，输入电压 C 确定后，如果电容导通角确定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻Rp。谐振功率放大器的交流负载特性如图所示。四川师范大学成都学院通信电子线路实训报告14图 6 谐振功率放大器的负载特性激励电压 ugUgcost 是随时间而变化的。当 Eg、Ea、Roe 保持不变时，激励电压振幅 Ug 的变化对工