高频功率放大器

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1、高频功放设计一、总体设计思想1、基本原理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组成部分。根据放大器电流导通角θ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器。电流导通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ=180，效率η最高也只能达到50%，而丙类功放的θ<90º，效率η可达到80%，甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。由于在一般应用中以调频和调相为主，因此高频放大器一般工作于丙类状态下，且必须为LC回路，以实

2、现阻抗匹配。图1为一个高频谐振放大器的原理图。图1高频功率放大器原理图如图1所示电路为共发射极接法的晶体管高频功率放大器基本电路其中：为余弦电压，可表示为则：根据三极管的转移特性可得到集电极电流，为余弦脉冲波，如图2-4所示：图3波形根据傅立叶级数的理论，可分解为：式中：为直流电流分量为基波分量，为二次谐波分量，为n次谐波分量，其中，它们的大小分别为：是波形的脉冲幅度，、和分别为直流分解系数、基波分量分解系数和n次谐波分量分解系数，的大小可根据余弦脉冲分解系数表查。信号的导电角可以用下面的公式进行计算当信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网

3、络压降为：各信号的波形如图2-5所示：图4波形图功率关系：直流功率：PV=VCCICO输出功率：PO=Icm1Ucm放大管功耗：PT=PV-PO效率：η=PO/PV2、设计框图高频信号输入级谐振功率放大器后级丙类混合功率放大二、设计步骤和调试过程1、总体设计电路信号由输入端的高频放大电路做初步的放大为了在较宽的通带内使功率放大器增益相对稳定,电路由甲类、丙类两级功率放大器组成。甲类功率放大器的输出信号作为丙类功率放大器的输入信号,丙类功率放大器作为发射机末级功率放大器以获得较大的输出功率和较高的效率。电路原理如图1所示。根据设计要求和晶体管实际参数,采用

4、Philips公，司的NPN型高压晶体管2N5551作为放大管,三极管Q1、电感L1、电容C2组成甲类功率放大器,工作在线性放大状态。三极管Q2和由电感L3、电容C7、C6构成的负载回路组成丙类功率放大器。晶体管放大器的负载为部分接入的振荡回路，该回路对输入信号频率谐振，即W0=W。此时，回路呈现的阻抗最大，而对其它频率的阻抗很小，因而输入信号频率的电压得到放大，而其它频率信号受到抑制。同时振荡回路采用抽头连接，可以实现阻抗匹配，以提供晶体管集电极所需要的负载电阻，从而在负载（下一级晶体管的输入）上得到最大的电压输出。所以，振荡回路的作用是实现选频滤波及

5、阻抗匹配。图3：整体电路设计2、电路调整及测试根据设计的电路，以及计算的一些电路参数，度相应的模块进行了电路仿真，器仿真结果如下：图4：电路仿真图由图知：在有流通的时间内，倍频器的集电极瞬时电压上升速度比较快，故倍频器的集电极耗散功率比正常工作于基波状态时大得多，即集电极效率较低，且倍频次数n值较高，损耗较大，效率较低，故丙类倍频器一般只限于二倍频和三倍频的应用。根据Vbe和Vce的值在以Vbe为参变量的输出特性曲线ic=f(Vce)上找出对应的动态点和由此确定的ic值并画出ic的波形。其中，动态点的连线称为谐振功率放大器的动态线。3、实验调试结果电压增

6、益振幅与晶体管参数、负载电导、回路谐振电导和接入系数有关：为了增大，应选取大小的晶体管。为了增大要求负载电导小,如果负载是下一级放大器,则要求其小。回路谐振电导越小，越大。而取决于回路空载品质因数值，与成反比。还与接入系数n1,n2有关，但不是单调递增或单调递减关系。由于n1,n2还会影响回路有载品质因数值Qe，而Qe又将影响通频带,所以n1,n2的选择应全面考虑,选取最佳值。晶体管选定以后值已经确定），接入系数不变时，放大器的谐振电压增益只决定于回路的总电容和通频带的乘积。电容越大，通频带越宽，则增益越小。要想既得到高的增益，又保证足够宽的通频带，除了

7、选用大的晶体管外，还应该尽量减小谐振回路的总电容。利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大,然后设法将各个功放的输出信号相加,这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。三、结论及心得体会通过此次高频功率放大器的设计，使得我又重新复习了一次高频电子线路的知识，我更深刻的认识和学习了高频电子线路，增强了我的实践能力，对于电子方面的学习也增加了信心。这次的课程设计，我学会了怎样设计一个高频功率放大器，使得我的电子设计经验越来越多。参考资料[1]阳昌汉.高频电子线路.哈尔滨：高等教育出版社，2006.[2]吴运昌.模拟集成电路

8、原理与应用.广州：华南理工大学出版社，2000.[3]谢自美.电子线路设计·实验