毕业设计（论文）fm发射机功放电路的设计与制作

1、 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3188 绪论 PAGEREF _Toc3188 3 HYPERLINK l _Toc774 第一章 高频功率放大器的相关介绍 PAGEREF _Toc774 4 HYPERLINK l _Toc16016 PAGEREF _Toc16016 4 HYPERLINK l _Toc4453 1.2 高频功率放大器的分类 PAGEREF _Toc4453 4 HYPERLINK l _Toc7931 功率放大器的三种工作状态 PAGEREF _Toc7931 4 HYPERLINK l _Toc24740 第二章 方案的研究

2、与选择 PAGEREF _Toc24740 5 HYPERLINK l _Toc9821 2.1 方案的比拟 PAGEREF _Toc9821 5 HYPERLINK l _Toc5961 2.2 方案选择 PAGEREF _Toc5961 6 HYPERLINK l _Toc6061 第三章 电路的设计与分析 PAGEREF _Toc6061 7 HYPERLINK l _Toc4278 谐振功放根本原理电路组成 PAGEREF _Toc4278 7 HYPERLINK l _Toc7149 3.2 集电极电流余弦脉冲分解 PAGEREF _Toc7149 8 HYPERLINK l _To

3、c10371 3.3 谐振功率放大器的动态特性 PAGEREF _Toc10371 10 HYPERLINK l _Toc1159 第四章 电路参数的设计 PAGEREF _Toc1159 13 HYPERLINK l _Toc1492 4.1 末级功放的设计 PAGEREF _Toc1492 13 HYPERLINK l _Toc12748 4.2 鼓励级宽带功放电路设计 PAGEREF _Toc12748 15 HYPERLINK l _Toc3706 第五章 结论 PAGEREF _Toc3706 17 HYPERLINK l _Toc17951 参考文献: PAGEREF _Toc17

4、951 18 HYPERLINK l _Toc21465 致 谢 PAGEREF _Toc21465 22FM发射机功放电路的设计与制作摘要：现代无线电技术的根底，非高频莫属。无线通信设备的各个模块之间的联系，系统结构，工作原理，及设计理念等各个方面都是我们要认真学习的最根本的理论知识，掌握每个知识点并且要突出实际的应用，做到理论与实践的结合。我们要深刻领悟相关技术内容，让我们在设计与制作的过程中能够灵活应用。从一个信号的发射到接收，其起始端必然是信号的发射端，因此，我们要将发射机功率制作成我们需要的大小，高频功率放大器便为我们实现发射机的功能提供了可能。高频功率放大器被置于整个发射机模块的末

5、端，其作用就是放大我们将要发射的信号的功率，使其符合发送功率的规格，再经过天线辐射扩散到空间中去，在一定区域内，信号电平能够被接收机所接收，而且不能干扰相邻的信道通信。这样，我们就能实现信息发送功能了。关键词：高频功率放大器，调频，发射机，功率。 FM transmitter power amplifier circuit design and productionAbstract: The foundation of modern radio technology, the high frequency. Of the relationship between the various mod

6、ules of the wireless communication equipment, system structure, working principle, all aspects and design idea that we should seriously study the most basic theoretical knowledge, to master each knowledge point and should highlight the practical application and achieve the combination of theory and

7、practice. We should deeply understand related technical content, let us in the process of design and production flexibility. From a signal transmitting to receiving, it is inevitably between signal transmitter, therefore, we must now set to be we need the size of the transmitter power, high frequenc

8、y power amplifier and realize the function of the transmitter for us to provide the possibility. High frequency power amplifier is placed at the end of the transmitter module, the effect is magnified the launch of the signal power, we are going to make it conform to send the specifications of the po

9、wer, through the antenna radiation spread into space, in a certain area, the signal level can be received by receiver, communication and can not interfere with the adjacent channel. In this way, we can realize the information function.Key words: High frequency power amplifier, FM transmitter, Power.

10、绪 论在当今信息大爆炸的社会，人们越来越追求高标准的生活，那就对信息的水准要求更高了，保密、高效、迅捷是信息传输的重要标准。无线电通信是其中的中流砥柱，对于传递准确，高效，实时的信息，无线通讯的发送设备就必须要有高频功率放大器来保证支持。现实中高频功率放大器往往不能跟着通信技术的快速开展而开展，因此造成整个电子通信行业的开展缓慢。因此，研究与有效运用高频功率放大器，在整个电子行业中影响巨大。所以，本论文将主要针对高频放大器的工作原理及相关的一些应用做简单探讨，通过有关的资料，和我们所掌握的理论知识，对应实验的要求：即进行性能指标分析，设计电路图，利用软件进行仿真，得出准确的实验数据，来验证是否

11、到达我们想要符合的技术要求。从而分析仿真结果，以到达对高频功率放大器有较强的认识。 第一章 高频功率放大器的相关介绍功率放大器，又被人们称为“功放。在当今所掌握的通信技术中，高频放大器被广泛应用。高频谐振功放一般位于整个发射机模块的末端，其作用主要是：将高频信号增大或者是高频已调波，即“窄带信号。在实现功能的过程中，我们要解决功率放大时的效率，失真，阻抗变换等一系列复杂问题，所以我们要采用谐振回路作为负载。就放大过程而言，明显的非线性曲线特性是电路中的晶体管在截止与放大等区域中所表现出来的。但对于它的效果而言，可以使其具备较为可观的效率且不失真。1.2 高频功率放大器的分类高频功率放大器根据工

12、作频带的宽窄来划分，.宽带高频功率放大器.窄带高频功率放大器。窄带高频功放经常以选频电路作为输出回路，它具有选频滤波的作用，因此窄带高频功放也可以被称为调谐功率放大器或者是谐振功率放大器。高频功放能够将电源供应它的直流能量转换成为高频交流输出。它所具有的特点有以下四点：.窄带高频功放的工作频率和相对通频带相差非常大。.窄带高频功放的技术指标要求较高，即它的输出功率大、效率高。.窄带高频功放采用谐振网络作为负载。.窄带高频功放通常在丙类状态或者乙类状态两种状态下工作。 功率放大器的三种工作状态我们在研究高频功率放大器的过程中，最需要妥善解决的问题就是高频功放的效率问题，它效率的上下与放大器的工作

13、状态有着必然的联系。通过对放大器件的工作状态的分析，我们可以将其分为甲类状态、乙类状态、丙类状态三种，图1-1分别为甲类状态、乙类状态、丙类状态的晶体管集电极电流波形。工作一般在甲类状态的信号的频率覆盖系数很大，所以我们使用的负载不能是谐振回路；在乙类状态下时，我们必须采用推挽电路，它才能正常工作；一般工作在丙类状态，可以选出基波来消除非线性失真。因此，低频功率放大器的工作效率要比高频功率放大器的工作效率要低很多。 a甲类 (b)乙类 (c)丙类图1-1 放大器的三种工作状态第二章 方案的研究与选择2.1 方案的比拟方案一: 甲类功放用于小信号低功率放大的甲类放大器的导通角为360。它的特点是

14、：放大器的工作点Q，设在负载线的中心附近,因此晶体管处于输入信号的整个周期内都可以导通。放大器的工作方式可以单管也能推挽，之所以瞬态失真和交替失真比拟小，是因为放大器工作在特性曲线的线性范围内。优点是：调试较为方便，电路设计简单；缺点是：晶体管功耗较大，效率很低。功率理论的最大值大概只有51，并具有较大非线性的失真。现在的设计根本上不再使用这种方式，因为它的工作效率比拟低。方案二：乙类功放用于大功率工作状态的乙类放大器的导通角正好等于180。它的特点是：在放大器的静态点Q处时，倘假设没有信号的输入，几乎不消耗输出端的功率。输出端的负半周如果是正弦波，那么就在Vi的负半周期之内，输出端的负半周是

15、正弦波；同理，在Vi的正半周内时，输出端的正半周是负弦波，所以乙类功放必须用两管推挽工作。其优点是效率较高(78%)，其缺点是“交越失真较大，因为放大器有一段工作在非线性的区域内。方案三：丙类功放 丙类放大器，它和乙类功放一样，适用于大功率工作状态，它的导通角小于180。但是丙类功放的工作效率和功率是甲类功放，乙类功放，丙类功放三种工作状态中最高的。它的特点是：能够通过谐振回路的选频功能，使集电极获得最大的电压增益，进而最大可能的防止非线性的失真,来到达功率放大的目的。但是，丙类功放由于只适宜用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。调谐回路具有滤波的能力，失真会比拟小。2.2 方案选择在整个学习

16、的过程中。我们了解到功率放大器主要的要求是不能失真，并且使信号功率增大，所以在实验中不但要向负载提供较大的电流，而且要向它提供较大的信号电压。所以放大器必须要有以下的特点：1、 放大器的输出功率要足够的大：它的负载信号的功率，要与输出的电流和输出的交流电压的乘积成正比。同时也要让输出电压与输出电流都必须足够大，才能得到可用的输出功率，这就要求功率放大器的功率放大管值的范围要大，所以它们往往在接近极限状态下工作。2、 效率要高：负载得到的信号功率与直流电源提供的功率之比要大。大功率输出，要想不浪费电能，就要求功率放大器有较高的转换效率。3、 非线性失真要够小：电压与电流的摆动的幅度很大，它的功率

17、就很容易超出三极管的线性范围，从而导致非线性失真，这是因为功率放大器是在大信号状态下工作。因此，满足负载的要求是非常有必要的措施。 根据上述要求和三类方案的比拟，可知：甲类的效率太低，乙类失真较大，而且效率较之丙类要低，所以这次实验采用丙类功放。 第三章 电路的设计与分析 谐振功放根本原理电路组成如图3-1所示，高频功率放大器的原理电路图。通常选择在丙类状态下工作，是为了使高频功率放大器能最高效率的输出大功率。在一电阻性的元件中，耗散功率相等于流过该元件的电流与元件两端电压的乘积。我们可由图知道，基极直流偏压VBB 使基极处于反向偏压的状态。这对于NPN型三极管来说，它的耗散功率极小，只有当鼓

18、励信号是正值时，并且要在一段时间内，才能够产生集电极电流。图3-1 高频功率放大器谐振功率放大器各级电压，电流波形如图3-2所示。图3-2 谐振功率放大器各级电压和电流波形图 3-2 谐振功率放大器各级电压和电流波形图3-2谐振功率放大器3.2 集电极电流余弦脉冲分解在晶体管特性曲线理想化之后，丙类工作状态下产生的集电极电流脉冲是：尖顶余弦脉冲。这适用于欠压或者临界状态。假设将尖顶余弦脉冲分解成傅里叶级数，可推出 (3-1) 由傅里叶级数的求系数法，推出 (3-2) (3-3) (3-4) 其中(3-5)(3-6) (3-7) / 1 /0 = 101230 , 1 , 2 , 310 30

19、50 70 90 110 130 150 1700图3-3 导通角由上图3-3可以看出，当c120时，Icm1/Ic max到达最大值。当Ic max与负载阻抗Rp为某定值的情况下时，输出功率接近最大值。所以，取c=120是最正确通角。但是，此时的放大器却处于效率很低的甲类工作状态，因此，为了让效率和功率两者兼得，取导通角为70度上下。3.3 谐振功率放大器的动态特性如下列图3-4所示，其为电压、电流随负载变化的波形图。 ic ic 3 2 1 Im 0 180 90 半导通角 t B A C D 3 2 1 负载增大 Eb=Ebmax max VCC Q ecmin Vc 1.欠压状态 2.

20、临界状态 3.过压状态 R Vc Vc图3-4 电压、电流随负载变化波形高频放大器的工作状态是由负载阻抗Rp、供电电压VCC、VBB、鼓励电压Vb这4个参数决定的。要正确调节放大器，知道其工作状态会随着这几个参量的改变，而产生怎样的变化。 1、谐振放大器的负载特性 RLRcer欠压过压P1P0PC RRecrIC1mVC1mIC0欠压过压 (a)集电极分量随负载电阻变化 b功率随负载电阻变化 图3-5 谐振放大器的负载特性 2、集电极调制特性VC1mIc1mIc0过压 临界 欠压过压 临界 欠压VCCVCCP1P0 (a)集电极分量随供电电压变化 (b)功率随供电电压变化图3-6 谐振放大器的

21、集电极调制特性3、基极调制特性 VC1mIC1mIC0欠压 0 临界 过压VBBP0P1欠压 0 临界 过压VBB a集电极分量随偏置电压变化 (b)效率随偏置电压变化 图3-7 谐振放大器的基极调制特性4、放大特性VC1MIC1MIC0P0P1欠压 临界 过压欠压 临界 过压VbmVbm (a)集电极分量随基极电压变化 (b)功率随基极电压变化图3-8 谐振放大器的放大特性 第四章 电路参数的设计发射机要想把信号发射出去，就必须先将信号的功率增大。并且当电路的性能不稳定，就很容易导致自激，这是因为功率增益不可能集中到末级功放，所以我们要根据发射机模块的特点及作用，进行分配功率增益。调频振荡器

22、的输出很稳定，功率鼓励级与末级功放功率增益要根据实际情况适当的改小些，但是功率必须要一定大小才能进行。功率鼓励和末级功放电路如下列图4-1所示。图4-1功率鼓励和末级功放4.1 末级功放的设计1、为了得到较高的效率与最大的输出功率P，中选丙类放大器的工作状态为临界状态，时，功放管那么是3DA1。如表4-1所示。表4-13DA1参数表PCMICMVCEShfefTAP1W750mA1070MHz13dB (1)最正确匹配负载，计算公式如：由公式可得到：集电极最大的输出电压(2)由于，集电极基波的电流振幅：所以，集电极电流最大值(3)由于，集电极电流的直流分量，那么电源供应的直流功率为(4)集电极

23、耗散功率(小于PCM =1W)(5)其中，总效率，输入功率，如果假设(20倍)，那么(6)基极余弦脉冲电流的最大值Ibm(设晶体管3DA1的=10)：基极基波的电流振幅：基极电流的直流分量：基极输入电压的振幅：最后，丙类功放的输入阻抗：2、计算电路参数(1)输出变压器的线圈的匝数比N5/N3：那么取N5 =2，N3 =2。(2)谐振回路的电容：C3=1PF谐振回路中的电感L：(3)它的总匝数比为N=N3+N4由公式3-2所示，可得到： 4-1式4-1中，N为变压器初级线圈匝数，为磁导率，l=25mm为平均磁路长度，A=25mm2为磁芯截面积。计算得N=5，那么N4=3。值得我们注意的是：这里的

24、变压器的匝数N3、N4、N5的值只能作为参考，因为分布参数的影响与设计值相差，可能会比拟大。所以，通常采用磁芯位置可以调节的高频变压器，来方便调试。3、基极偏置电路发射极电阻为R5，由公式：R5 =13，可得到：，R5 =13取标称值高频旁路电容C5 = ，电容C4 = 4.2 鼓励级宽带功放电路设计所使用的型号为3DG130。3DG130的参数如下面的表4-2所示。表4-23DG130参数表PCMICMVCEShfefTAP700mW300mA30150MHz13dB1、计算电路参数(1) 有效输出功率PH和输出电阻RH 即,(2) 实际输出功率P，假设高频变压器的效率，那么可知(3) 集电

25、极电压振幅Ucm和等效负载电阻RH：假设取功放的静态电流为，那么可知，大约为1K(4)高频变压器匝数比N1/N2假设取变压器次级线圈匝数值N2=2，那么初级线圈匝数值N1=6。(5)发射极直流负反应电阻R4 取标准值140(6)功放输入功率Pi这里使用3DG130晶体管，假设(20倍)，那么输入功率为(7)功放输入阻抗Ri(取,)我们假设取交流负反应电阻值的大小等于10，那么Ri=325。(8)本级输入的电压振幅Uim2、计算各电路静态工作点(1)VBQ、IBQ(2)R1、R2 (I1=510倍IBQ)假设取基极偏置电路的电流，那么可得到取标准值R2=2k。那么：(3)高频旁路的电容大小为C1

26、。 第五章 结 论本次设计主要通过多级低通滤波，采用了丙类功率放大的工作方式。对要实验的信号源，在保证不失真的前提下，对其进行放大。而且能向模块中所驱动的负载提供较大的功率，使其符合实验规格。因此，丙类功率放大器可以由首端的输入级、中间级和末端的输出级紧密相连。这三局部任务的内容与作用各不相同。之所以它的输入电阻大、共模抑制能力强、阻抗匹配适合等，是因为输入级和待放大的信号源相连。中间级的作用主要是用于完成对信号电压的放大任务，保证有够大的输出电压。而主要负责向负载提供足够的大功率，是输出级的任务。丙类功放的4个特点：1、高频谐振功率放大电路在三种状态下都可以工作。 2、在工程实验中我们经常使

27、用到的一种近似的方法是折线分析法。我们对丙类谐振功放进行性能分析时，也是利用折线分析法,得到它的相关特性。 3、丙类谐振功放的输出回路有串馈与并馈，输入回路那么经常使用自给负偏压方式。4、工作在临界状态时，折线化的动态线在性能的分析中起到了非常关键的作用。 通过不断的发现问题和解决问题，我最终到达了任务书上的要求。参考文献:1 HYPERLINK :/ cqvip /Main/Search.aspx?w=%e8%a3%b4%e6%98%8c%e5%b9%b8 裴昌幸宽带无线通信技术的现状与开展J.西安： HYPERLINK :/ cqvip /qk/94357X/200411/ ?电子世界?2004年，第11期.2 夏路易，石宗义电路原理图与电路板设计教程protel99seM北京：北京希望电子出版社，20023 王志刚，龚杰星现代电子线路J北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2003：32474 康华光电子技术根底J北京：高等教育出版社，1999：89965 曾兴雯，刘乃安，陈健高频电子线路J北京：高等教育出版社，2004：95-976 王卫东高频电子电路J北京：电子工业出版