高频电子线路课程设计
高 频 功 率 放 大 器
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2010年6月2日
摘 要
在通信电路中，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。高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分，按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。
目 录
摘要............................................................................... 1 一 选题意义 ....................................................................... 3 二 总体方案 ....................................................................... 4 2.1方案论证 ..................................................................... 4 2.2甲类谐振放大器 ............................................................... 4 2.3丙类高功放 ................................................................... 5 2.4总体电路设计 ................................................................. 6 三 各部分设计及原理分析 ........................................................... 6 3.1 电路工作原理 ................................................................. 6 3.2 高功放性能分析 ............................................................... 9 3.2.1 谐振功率放大器的动态特性 ................................................. 9 3.2.2 功率放大器的负载特性 ..................................................... 9 3.2.3 放大器工作状态的调整 .................................................... 10 四 参数选择 ...................................................................... 12 4.1 设计任务要求 ................................................................ 12 4.2 参数计算 .................................................................... 12 4.2.1 甲类谐振放大器参数计算 .................................................. 12 4.2.2 丙类功放的参数计算 ...................................................... 14 五 电路仿真与结果分析 ............................................................ 16 5.1 输入信号波形 ................................................................ 16 5.2 一级甲类放大波形 ............................................................ 16 5.3 两级甲类放大波形 ............................................................ 17 5.4 最终输出波形 ................................................................ 17 六 结果分析 ...................................................................... 18 七 元件清单 ...................................................................... 19 八 心得体会 ...................................................................... 20 九 参考文献 ...................................................................... 21
一 选题意义
现代通信的发展趋势之一是在宽波段工作范围内能采取自动调谐技术，以便于迅速转换工作频率。由于在发射机里的振荡器所产生的高频振荡频率很小，因此在它后面要经过一系列的放大——缓冲级、中间放大级、末级功率放大器，获得足够的高频功率后，才能馈送到天线上辐射出去。为了满足上述要求，可以在发射机的中间各级采用宽带高频功率放大器
高频功率放大器是发送设备的重要组成部分。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功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，就要采用高频功率放大器。由于高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。
二 总体方案
2.1方案论证
在 “低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360度，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180度；丙类放大器电流的流通角则小于180度。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。
可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。
综上，确定电路设计由两个模块组成，第一模块是两级甲类放大器，第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，其作为功放输出级最好能工作在临界状态，因为此时输出交流功率最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。
2.2甲类谐振放大器
根据设计要求与参数计算设计的一级甲类谐振放大器如图2-1所示。通过选定基极偏置电阻值等方面使晶体管Q1工作在甲类状态，其中L、C3、C4、R6构成选频回路，通过调节可调电容C3使调谐回路选出与输入信号源相同的频率，在调谐回路中并联一电阻R，减小回路品质因数从而加宽通频带。
图 3-2 一级甲类放大电路设计
了提高增益，本次电路采用了两级甲类放大，其级联的单元电路如图2-2所示。选频回路参数选择一致。采用级联的方式是牺牲通频带来换取高的电压增益的。
图2- 2两级甲类放大电路设计