高频电路设计

1、拗刑破坏济花高频电子线路课程设计报告题目：丙类功率放大器的设计与仿真院系：培黎工程技术学院电子工程系专 业：电子信息科学与技术班 级： 电信122本姓名：张彦梅学号：21020602050238指导教师：赵宇杰报告成绩： 2014年9月12日目录 TOC o 1-5 h z 一设计目的3.二 设计思路3. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.丙类功率放大器电路原理。3.三、设计过程4.集电极馈电电路4. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 极馈电电路5. HYPERLINK l bookmark1

2、6 o Current Document 丙类谐振功率放大器电路 5.模块电路设计7. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路 7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路 8 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 匹配网络9.V bb、Vcn Vb仆Vcc对丙类谐振功率放大器性能影响分析 9 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1负

3、载特性9. HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 四整体电路与系统调试及仿真结果 1.1五、元件与设备15晶体管的选择15 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 判别三极管类型和三个电极的方法 1.6 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 电容的选择16 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 设计体会与建议.17 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 参考文献17设计

4、目的电子技术迅猛发展。由分立元件发展到集成电路，中小规模集成电路，大规 模集成电路和超大规模集成电路。基本放大器是组成各种复杂放大电路的基本单 元。弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。 放大器在当今和未来社会中的作 用日益增加。高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，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输出功率， 而且，通信距离 越远，要求输出功率越大。所以，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设备的重要组成部分。丙类谐振功 率放大器在人类生活中得到了广泛的应用，而且能高效率的将电源供给的直流能 量转换为高频

5、交流输出，研究它具有很高的社会价值。设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真， 以及对丙类谐振功率放大器 发展的展望。二设计思路丙类功率放大器电路原理。图1-1为丙类谐振功率放大器原理图，为实现丙类工作，基极偏置电压VBB应 设置在功率的截止区。输入回路由于功率管处于截止状态，基极偏置电压 Vbb作为结外电场，无法克服结内 电场，没有达到晶体管门坎电压，从而，导致输入电流脉冲严重失真，脉冲宽度 小于900由i C B i B知，i C也严重失真，且脉宽小于 90。输出回路若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响 ，在静态转移特性曲线 (i CVbe)上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉

6、冲序列 ，脉冲宽度小于半 个周期。 VWV0V =(V一 0 二十 l 一图1-1 丙类谐振功率放大器原理图由Dirichlet 收敛定理可知，可将电流脉冲序列i c分解成平均分量、基波分 量和各次谐波分量之和，即i C =| CO + I clmCOS St+ I c2m COS2 St+,由于集电极谐振回路调制在输入信号频率上因而它对i c中的基波分量呈现的阻抗很大，且为纯电阻。而对其他谐波分量和平均分量阻抗均很小，可以忽略,这样，在负载上得到了所需的不失真的信号功率。三、设计过程.集电极馈电电路(b)并愦(B)串情根据直流电源连接方式不同，集电极电路又分为串联馈电和并联馈电两种, 如图3

7、-1所示：图 3-1(1)用馈电路 指直流电源Vcc、负载回路、功率管三者首位相接的一种直 流馈电电路。C1、LC为低通滤波电路，A点为高频地电位，既阻止电源的高频 成分影响放大器的工作，又避免高频信号流入直流电源。(2)并馈电路 指直流电源VCC、负载回路、功率管三者为并联关系的一种馈 电电路。如图LC为高频扼流圈，C1为高频旁路电容，避免高频信号流入直流 电源，C2为高频输出耦合电容，极馈电电路图3-2给出了几种基极馈电形式，基极的负偏压既可以是外加的，也可以由基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生。前者称为固定偏压，后者称为自给偏压。图中a是发射极自给偏压，CB为旁路电容；b为基极组合

8、偏压；c为零 偏压。自给偏压的优点是偏压能随激励大小变化，使晶体管的各极电流受激励变 化的影响减小，电路工作较稳定。c图3-2基极馈电形式丙类谐振功率放大器电路在放大器原理上，功率放大器与其他放大器一样，都是能量转换器件，最主 要是安全、高效和不失真(失真在允许范围内)地输出所需信号功率，为高效率 输出信号且不失真(或失真在允许的范围内)，通常采用丙类谐振功率放大器。 本章主要介绍丙类谐振功率放大器的电路组成和工作原理并对各种状态进行分 析。在丙类谐振功率放大器中，管外电路由直流馈电电路和自给偏自电路两部分组成。如图3-3-1所示为集电极直流馈电电路（用馈）,图中，Lc为高频扼流 圈，它与Cc

9、构成电源滤波电路，需要在信号频率上，Lc的感抗很大，接近于开路， Cc容抗很小，接近于短路，目的是避免信号通过直流电源而发生极间反馈，造成 工作不稳定。由于自给偏置效应可以使输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅，因此，在基极通常采用自给偏置电路，如图3-3-2所示，提高的偏置电压是由基极 电流脉冲iB中的平均分量Ibo在高频扼流圈Lb中固有直流电阻上产生的压降，电 路中Lb为功率管基极电路提供直流通路。滤波匹配网络介于晶体管和外接负载 之间，充分滤除不需要的高次谐波，以保证负载上的输出基波功率。图3-3-1集电极直流馈电电路（串馈）图3-3-2自给偏置电路图3-3-3为丙类谐振功率放大器

10、的简单基本电路，输入端采用自给偏置电路 输出端为集电极直流馈电电路（用馈）。图3-3-3 丙类谐振功率放大器的简单基本电路模块电路设计丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路我们知道，丙类谐振功率放大器输入端通常采用自给偏置电路提供偏置电压，采用这种方式可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出的作用。但要注意,存在自给偏置电路的丙类谐振功率放大器只能适宜等幅信号(载波、调频信号)而不适宜放大调幅信号，否则调幅信号包络将会失真。常用的基极偏置电路见图3-4-1(输出回路均以略去)所示。& B J11fC十%Lb 11图 3-4-1现分析基极偏置电压是怎样产生的(b)基极偏置电路，如图3-2-1

11、(b)所示，当电源V1电压处7在正半周期且电压振幅大于 PN结门坎电压时，基极导通，此时，记流经 Q的电 流为ii , 一个周期内的其他时间处于截止状态，此时，记流经 C的电流为i2。 显而易见，基极导通时流经 G的电流ii大于截止时的电流i2,即i ii2。G两 端的电压关系为U iiU i2,由于基极相对于地的电压波形为正半周期幅度小于负 半周期幅度，由傅里叶级数可知，它的平均分量为负，使功率管发射结正偏，处 于截止状态。丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路集电极直流馈电电路有两种连接方式：用馈和并馈。所谓申馈是指，将直流电 源、匹配网络和放大管用接起来的一种方式。 如图3-4-2(a

12、)所示，图中Lc为高频 扼流圈,Cc为电源滤波器，Zl为电抗。要求Lc对信号频率的感抗很大，接近开路，CC 的容抗很小，接近短路,是为了避免信号电流通过直流电源造成工作不稳定。图3-4-2(a) 串馈电路、(b)图3-4-2 (b)并馈电路并馈电路是把直流电源、匹配网络和放大器并接起来的一种馈电方式，如图2-4-2 (b)所示，图中Lc为高频扼流圈，Cci为隔值电容，&为电源滤波电容， 要求Lc对信号频率的感抗很大，接近开路，Cci和Cc2的电容很小，接近短路。匹配网络匹配网络介于晶体管和负载之间，在丙类谐振功率放大器电路中的作用非 常重要，具有阻抗转换、滤除高次谐波和高频率传送能量的作用。V

13、 BB、Vcm、Vbm VcC对丙类谐振功率放大器性能影响分析1负载特性所谓谐振功率放大器的负载特性是指 B、Vb而DVcc一定，放大器性能随Re 变化的特性。利用准静态分析法对负载特性进行分析，画出电路的特性曲线，如图 3-2-3 所示。由图3-4-3看以看出，当A 7古UBe0曲线由右向左移动(即A - A -A 方向移动)时，电路状态将发生变化，曲线较陡，近似直线斜率绝对值较大， 从而，Re较小；曲线较缓，近似直线斜率绝对值较小，因此，Re较大.所以，在A - A -A移动的过程中Re由小增大，放大器将由欠压状态进入过压状 态，相应的ic由余弦变化脉冲变为中间凹陷的脉冲波，用傅里叶级数将

14、电流脉 冲ic分解，即i C =I CO + I clmCOS St+ I c2m COS2 St+,可画出I c剂I C1m随Re变化特性，如图3-4-4所示。由 Vm=I c1nRe,Po=I 2c1mRe/2,PD=VJ co, Pc= Pd- P o ,4 c= Po /(P d + Po),可画出 Vcm、Po、Pd、P4C随Re变化曲线，如图3-4-5所示。7 |ln|V-9(u图3-4-3谐振功率放大器电路特性曲线图3-4-4 I c挤口 Icim随Re变化特性10Vrm . P。，P* . Pc ?7 CU女1除也压临界Rr图 3-4-5 Vcm、Po、Pd、Pc、 yc 随

15、Re 变化四 整体电路与系统调试及仿真结果4-1电路原理图111.仿真电路，根据不同的R3的值二变化的波形图4-212Oscilloscope-XSC1* *图4-3图4-4参数设置13图4-5Function Generator-.Csmrron14五、元件与设备5.1晶体管的选择任何电子电路都以电子元件为基础， 常用的元件由电阻器、电容器、电感器、 半导体器件（二极管、晶体管、场效应管以及集成电路）。半导体二极管和三极 管是组成分立元件电子电路的核心元件。二极管具有单向导电性 ，可用于整流检 波、稳压混频等电路。晶体管具有放大和开关作用 ，可用于放大、震荡、调制等 电路。晶体管分NPN和P

16、N国两大类。通过外壳上所标注的规格和型号，可以区分 出管子的类型、材料、功能大小、频率高频等性能。此外 ，管壳上一般还用色点 的颜色来表示管子的电流放大倍数 B的大致范围。如黄色表示B =3060,绿色 表示0=50110,蓝色表示0=90160,白色表示0=140200。15判别三极管类型和三个电极的方法要弄清管子类型与三个电极。将万用表至于电阻“ Rx 1K档，用黑表笔接 晶体管的某一脚（假设其为基极），用红表笔分别接另两个脚。若两次显示阻值 都很小，则表示该管是NPNt，且黑表笔所接管脚为基极；若两次显示的阻值都很 大，则表示是PNPt,且黑表笔所接管脚为基极；若两次显示阻值一大一小，则

17、 表示黑表笔所接管脚不是基极，按上述方法测量，直到找到为止。若三个管脚测 试下来，都不能确定基极。则晶体管可能以损坏。确定管子的类型和基极后，可进一步判断发射极和集电极。用万用表置于电 阻RX 1K挡，两表笔分别接除基极外的两个电极。对于 NPNf，用手指捏住基 极与黑表笔所接管脚，可测得一阻值。然后将两表笔对换 ，同样用手指捏住基极 与黑表笔所接管脚，又测得一阻值。所得阻值小的那次测量，黑表笔所接管脚所 接的是集电极,而红表笔所接的是发射极。对于PNPt，应用手指捏住基极与红表 笔所接管脚，所得阻值小白那次测量，红表笔所接的管脚为集电极，而黑表笔所接 的管脚为发射极。电容的选择射频电容的关键

18、指标是高Q和低ESR在功率放大器匹配电路的应用上，射 频功率的消耗与Q值成反比，直接与ESRfi成正比。高Q电容是保证功率放大器 增益和输出功率指标的关键因素。另外，电容器不是理想的电容，其模型都是由串联的电感、电阻和电容组成， 如图5-2-1所示，因此，高Q电容在不同频率下所呈现的等效电容值也不一样。CoLsESR图5-2-1不理想电容器16六课程设计体会与建议在这次高频电子线路课程设计实习中，我们充分的应用了所学的知识，通过去图书馆查阅相关资料和上网搜索相关知识，我们颇有收获，粗略设计出该电路。优点：电路简单，电路参数范围宽泛，设计时权衡了功率和效率，达到了较好的效果。缺点：输出波形有些误差。由于学的不够扎实，在课程设计中遇到很多困难。尤其是在调节输出时确定参量的过 程中深感书本知识的重要和自己学习过程对知识掌握的不完备。同时，在各个功能的设计过程中对好多的问题考虑不够全面，导致出现很多不必要的麻烦。通过这次课程设计，我充分感受到了Multisim的强大功能，并且通过课设，巩固了我们上课所学的知识，并且有所提高，还可以把它们运用到实际中来。这次课设也暴露出我平时