高频谐振功率放大器讲课讲稿

1、高频谐振功率放大器课程名称：高频电子线路设计课题：高频谐振功率放大器系 另0:机电工程学院专业班级：电了信息工稈学生姓名：指导教师：设计时间：2009/12/7 2009/12/12高频谐振功率放大器设计者：指导教师：摘要：本电路主要由谐振回路、耦合回路、基极偏置电路三部分组成。本电路主要应用于发射机的末级功率放大，突出特点为有较高的输出功率和效率。关键词：高频；甲类功放；丙类功放；谐振引言：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，这是无 线电发射机中的重要单元电路。根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管 电流导通角B的范围，可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大

2、器。电流导通角越小，放大器的效率越高。丙类放大器的导通角(X 90%,效率n可达到80%，高频功率放大器一般选择在丙类工作状态。本设计采用甲类功 放输出的最大不失真信号作为激励源，丙类功放作为末级功放以获得较大的输 出功率和较高的效率。1设计任务与要求设计一个高频谐振功率放大器。技术要求：输出功率Po=3W，工作中心频率f06.5MHz ,效率n>50 %，负载RL=5(K,电源电压 VCC=9V,0f0.7=3.25MHz2方案设计与论证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。根据放大 器电流导通角(的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放 大器。电流导通

3、角(愈小，放大器的效率n愈高。如甲类功放的0= 180°，效率 最高也只能达到50%，而丙类功放的0<90%,效率n可达到80%。甲类放大 器电流的流通角为180。，适用于小信号低功率放大。乙类放大器导通角等于 180°丙类放大器导通角则小于180°。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，因而不能用于低频功率放大， 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。综上考虑本设计采用甲

4、 类功率放大器作为激励级，丙类功率放大器作为末级功放以获得较大的输出功 率和较高的效率。基本电路如图1所示。图1高频功率放大器基本电路本设计要求输入6.5MHz信号经功率放大器放大输出一个信号，再经过阻抗变换 网络产生高频输出交流电压，其基本框图如下所示。6.5MH Z图2 高频功放原理框图3单元电路设计与参数计算3.1确定功率放大器最佳负载Ro(图3)设晶体管饱和电压降为1 V ,Vcc= 9 VRd=(Vcg V CE(SAT) 2/2Po=(9-1) 2/(2 X3) Q =10.7 Q3.2静态工作点VEC= Vcc Vce=(9-1)V=8VI cc I ec=Veq/R2=8/1.

5、6A=5AVcc= Vec+Se=(8+1)V=9V3.3晶体管Q2的选择集电极基波电流振幅I cmUgM R 0=V CG V CE(SAT) /R o=(9-1)/1O.7A=O.74A为了获得较高的效率及最大的输出功率图3 Q2集电极调谐回路选取 9 c= 70 ° :ao(7O °)=0.253a1(70 °)=0.436 ,集电极电流脉冲的最大值I CMFl cm1/ a 1(70 o)=0.74/0.436A=1.75A直流分量I co=I CMXao(7O °)=1.75 X).253A=0.43A电源供给的直流功率P= Vcd co=9X

6、O.43W=3.9W集电极的耗散功率Pc=F=- P o=(3.9-3)W=O.9W放大器的转换效率?= Po/P =3/3.9=77%最大管耗PcM> 0.2P0集电极与发射极击穿电压URce懐2 Vcc即URce詩 18V晶体管C1970的主要参数：特征频率f=175MHZ 额定输出功率P0=5W集电极与发射极击穿电压 URce=40V集电极额定电流I co=6OOmA所以选用晶体管C1970.3.4谐振回路及耦合回路的参数:并联到LC回路上的总损耗电导为G1pf 0=1/(QlW0L), Q l=2 f 0.76=6.5 103.25 106=2go仁 1/RO, gi2 =1/R

7、l初级抽头比为初次级匝数比Pi= N2/ N4=P2= N3/ N4=由、得N/N2=取 N3=2,N2=6若取集电极并联谐振回路的电容C=60pF,回路电容C=CC+Q(CC3=25pF, C 3=57pF)得回路电感为L=1/(2 no)2C=1/(2 nX6.5 Xio6) 260X1012田=10田2QlWoL ni得出N4=N3VRlN4 11Ap= P0/ Pi A p随P变化而变化（P为输入功率）。4总原理图及元器件清单总原理图如图4所示。由图可知，Q2中由LC单回路构成集电极负载，它 调谐与放大器的中心频率。LC回路与本级集电极电路的连接采用自耦变压器形 式（抽头电路），与下级

8、负载的连接采用变压器耦合。采用这种自耦变压器- 变压器耦合形式，可以减弱本级输出导纳与下级晶体管输入导纳对LC回路的影响，同时适当选择初级线圈抽头位置与初次级线圈的匝数比，可以使负载导 纳与晶体管的输出导纳相匹配，以获得最大的功率增益。为了避免寄生耦合， 对集电极电源进行滤波。丙类功放所需元器件清单如下表所示:元件清单表元件序号型号主要参数数量备注Re1.6K Q10.15 元fl50 Q10.15 元Q2C1970f (MHZ 175Po (W 5URceo( V) 40I c0 ( mA 6001单价：0.2元厂家：MTT封装形式：TO-20200.01 尸10.09 元C22 5pF10

9、.12 元C357pF10.15 元C40.01 尸10.09 元C50.01 尸10.09 元ZLi47田10.19 元Li2.2 口10.11 元Ce0.01 尸10.09 元总计：1.44元C图4高频功率放大器电路原理图5末级丙类放大器的仿真5、1构造实验电路（直接用信号源代替甲类激励模拟）利用EWB软件绘制如图5所示的高频谐振功率放大器实验电路图5高频谐振功率放大仿真电路图中，各兀件的名称及标称值如下表所示序号兀件名称及标号标称值1信号源Ui270mV/2MHz2负载RL10kQ3基极直流偏置电压VBB0.2V4集电极直流偏置电压VCC9V5谐振回路电容C13pF6基极旁路电容Cb0.

10、1uF7集电极旁路电容Cc0.1uF8高频变压器T1N=1;LE=1e-05H;LM=0.0005H;RP=RS=09晶体管Q1C19705、2动态性能测试(1)输入输出电压波形当接上信号源Ui时，开启仿真器实验电源开关，双击示波器，调整适当的时基及A、B通道的灵敏度，即可看到如图6所示的输入、输出波形。图6高频谐振功率放大器输入、输出波形图(2)调整工作状态1分别调整负载阻值为5 kQ、100 kQ，可观测出输入输出信号波形的差 异。2分别调整信号源输出信号频率为 1MHz、6.5MHz，可观测出谐振回路对 不同频率信号的响应情况。3分别调整信号源输出信号幅度为100mV、400mV，可观测

11、出高频功率放 大器对不同幅值信号的响应情况。OscilloscopeX pcsitim&pandlTirnfiY powition 卜佃 型匹-Channel 負Gno>und GwwwWwvwTriggerEd 护J7Lawl | DBEDAJ2J 旦 !ChannelimniV/DUi7 positioni JUKB o ocnL Ell：图7高频谐振功率放大器工作于欠压状态输入、输出波形图图8高频谐振功率放大器工作于过压状态输入、输出波形图由图8可知，工作与过压状态时，功率放大器的输出电压为失真的凹顶脉 冲。通过调整谐振回路电容或电感值，可观测出谐振回路的选频特性。6结论与

12、心得为期一周的高频课程设计已经结束了，回顾设计的点点滴滴，我们有太多 的收获，过程是痛苦的，结果是收获的。这就是我们这一周来最大的感受。我 们是在发现问题和解决问题中不断进步的。在此次设计时我们也遇到了不少的 困难和问题，但在同伴们的共同努力下，辛苦的去钻研、去学习，最终都克服 了这些困难，使问题得到了解决。通过这一个星期的学习，我们都发现了自己 的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理 论联系实际的能力还急需提高。经过这次课程设计，我们对前面的路有了更多 的信心，因为在这个过程中，我们学到了不少实用的东西，对于一些专业基础 课有了更深层次的掌握，并且提高了动手能力和独立解决问题的能力。本周课 程设计不但锻炼了我们最基本的高频电子线路的设计