高频功率放大器课程设计报告-

PAGEPAGE6《高频功率放大器》课程设计报告专业：通信工程年级：10级学号：100307001姓名：陈春燕指导教师：吴志伟日期：2012年12月24日

功率放大器一、设计目的1、了解功率放大器的状态、功能及特点2、学习如何设计高频功率放大器3、进一步掌握波形参数的测试方法二基本要求衰减器指标：衰减量40±2dB，特性阻抗50Ω，频带与放大器相适应。放大器指标：谐振频率：f0=15MHz；允许偏差±100kHz；增益：不小于60dB；−3dB带宽：2Δf0.7=300kHz；带内波动不大于2dB；输入电阻：Rin=50Ω；失真：负载电阻为200Ω，输出电压1V时，波形无明显失真。放大器使用3.6V稳压电源供电（电源自备）。最大不允许超360mW，尽可能减小功耗。三、设计原理为了弥补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。高频功率放大器的工作频率高，但相对带宽窄，因此高频功率放大器常采用选频网络作为负载回路。由于这一特点，高频功率放大器工作于丙类状态。丙类功放一般工作在发射机的末级，以获得较大的输出功率。丙类谐振放大器的原理图如图1-1所示。图1-1谐振放大器的基本工作电路四单元电路的分析1、系统组成系统包括3.6V电源、衰减器、多级运放放大模块。将220V的电压经过自制的电源降成3.6V为系统供电，信号经衰减器衰减掉40dB,以使频带与放大器想适应；再经过高感选频网络得到谐振频率为15MHZ，增益不小于60dB，并保证在-3dB带宽时，2∫0.7=300KHZ的信号；再经过运放得到最终满足要求的信号。2衰减器设计电阻网络构成固定衰减器。优点：电路简单，线性度好，高精密电阻器材易于购买，价格便宜衰减倍数没有太多限制。基于此可构建Tee型、Pi型或桥接Tee型结构的衰减网络。由于在题目要求中的特性阻抗为固定的50Ω，而且在后级的放大器中使用匹配的50Ω输入阻抗的放大器，阻抗固定则可以使用无源的π型对称网络电阻衰减网络进行衰减40dB，该网络衰减器具有输入输出特性阻抗一致，且不随衰减等级而变化的特点。电压的衰减倍数设为和特性阻抗ZC设为50Ω，则其可由以下公式计算出R1，R2，R3的电阻值（其中R2和R3阻值相同）：图仿真效果如图1-2图1-2衰减器仿真效果五电源模块电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供3.6V电压确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单采用2N39042N3904实现可变直流电压源。故不作详述。电路第一级：输入级输入级是连接振荡电路和中间级的放大电路，是整个功放电路中的第一级。它的作用是把来自函数信号发生器输入的0.8mW功率放大到中间级所需的200mW。输入级电路如图1-3：电路第二级和第三级图1-4总体电路图1-5六、主要仪器及器件示波器一台实验万能电路板一个直流稳压电源一台晶体管2N3904三片定值电阻50欧姆一个，电容150PF1个，可调60pF11个，1nF1个，10nF1个，100nF2个，100p个，82pF1个，10pF1个，500pF1个。电感2.4μH1个、4.2μH1个、47μH1个，56μH1个，100nH1个，150nH1个，430nF3个，1.5μH1个，10μH1个，散热片2片电烙铁一支焊锡一段排针若干导线若干万用表一个七、实验内容测试三级功率放大器的输出功率、输出电压、稳压直流电源提供的电流、电压以及计算出电路的效率八、实验步骤1、按图接好电路，并进行焊接2、对电路进行最后一次检查，主要是各器件型号与位置应正确，正负电源线不应错误。3、制作完成后，进行调试。4、把直流稳压电源接入电路（+12V），示波器接电路输出，观察输出波形及输出频率，把输出波形调到最大不失真，记录此时波形的幅度及频率。九、实验测试波形，实验功率和效率1.实验波形图无2、数据记录输入频率直流电流直流电压直流功率交流电压输出输出功率功率效率3.实验数据处理和分析实验失败原因分析电源滤波这一块没有做好，导致最终波形变成自激波Multisim仿真在高频阶段似乎已经不是很实用3，焊接电路不牢可能引起实验的失败。4、实验电路元件的选择可能引起实验结果的最后失败。5、阻抗匹配的没做好也可能会造成实验的失败。6、实验的调制没做好也可能会对实验造成失败。十一、过程中遇到的困难和注意事项首先，选择器材方面，需要选择Q值高的电感和三极管。刚开始，我们选择了普通的中周，经过测试，它能达到的6.5M的频率，因为我们需要的这种中轴体积小，重量轻，所以其中的铜线也必须非常的细，如果不小心，很容易把铜线搞断，想要再重新连接会非常困难。后来我们改变了中轴中的电容，缩小中轴的电容，以达到选频的频率的提高。但是，只是频率提高是没用的。我们发现中轴的品质因数Q值很小，效果很不理想。所以只能改变器材。我们偶然间发现一种高频磁芯，于是我们经过测试，发现效果很好，而且Q值很理想，而又遇到的困难是，我们的这种资源非常稀少。我们只拥有一块，所以，我们在接下来的几级放大选择高精度运放来实现放大。结合多方面考虑，我们选择了2N3904集成双运放。我们一开始选择把高精度运放组成反向放大器，每级电压值放大10倍，但是发现10倍的电路达不到15M就已经衰减很大了。于是，我们把运放的放大倍数减小了5倍，结果可以达成15M的指标。但是，集成运放放大倍数太小，对三级管放大倍数就提高了。于是，我们重新焊了一次，把集成电路改成正向放大，而且参照芯片的pdf文档对反馈电阻进行调整，改变了电压值，结果意外的发现效果明显比以前反向放大时效果要好很多，而且并未产生自激现象。十二、实验的心得体会经过一周的课程设计，我对高频实验有了更深一层的理解，尽管最终的结果失败了，但是我并不因此而灰心，而是更加对其失败产生更浓烈的兴趣，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，在设计电路时和同组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。这次的高频功率放大器设计让我学到了很多东西，虽然最后成了自激振荡，但是学到了宝贵的经验也是不错的。从第一天，我就开始投入设计过程。功率放大器的第一级（输入级），匹配网络跟需要用到的元件准备就绪后，就开始焊接电路板，焊接的过程还要注意电路的排版。就是这样一步一步，一级一级，慢慢焊接出来。但中间不免有遇到一些困难，比如焊接完电路的调试和调节、输出的电压值和电