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1.3丙类谐振功率放大器的偏置电路及耦合电路
1.3.1直流馈电电路
1. 集电极馈电电路
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4所示:
C2 C A C1 (a) 串馈 L LC C L LC +VCC +VCC (b) 并馈 C1 图4 集电极馈电形式
(1) 串馈电路 指直流电源VCC、负载回路(匹配网络)、功率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。C、LC为低通滤波电路,A点为高频地电位,既阻止电
1源VCC中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(匹配网络)、功率管三者为并联连接的一种馈电电路。如图LC为高频扼流圈,C为高频旁路电容,避免高频信号流
1入直流电源,C2为高频输出耦合电容, 2. 基极馈电电路
基极馈电电路也分串馈和并馈两种,如图5所示: 1)基极偏置常采用自给偏置电路;------串馈 2)由负电源-U分压供给基极偏置电压;------串馈 3)零偏压;------串馈
图5 基极馈电形式
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1.3.2 输出回路和级间耦合回路
1. 级间耦合网络
对于中间级而言,最主要的是应该保证它的电压输出稳定,以供给下级功放稳定的激励电压,而效率则降为次要问题。多级功放中间级的一个很大问题是后级放大器的输入阻抗是变化的,是随激励电压的大小及管子本身的工作状态变化而变化的。这个变化反映到前级回路,会使前级放大器的工作状态发生变化。此时,若前级原来工作在欠压状态,则由于负载的变化,其输出电压将不稳定。 2. 输出匹配网络
输出匹配网络常常是指设备中末级功放与天线或其他负载间的网络。这种匹配网络有L型、?型、T型网络及耦合回路。输出匹配网络的主要功能与要求是匹配、滤波、和高效率。
需要匹配的原因:
当调谐功率放大器工作于最佳负载值时的功放的效率较高,输出功率较大。在实际电路中,放大器所要求的最佳电阻需要通过匹配网络和终端负载(如天线等)相匹配。
匹配的原理:
通过改变匹配回路的可调元件,将负载阻抗RL转换成放大管所要求的最佳负载阻抗RLCR,使管子送出的功率P1能尽可能多的馈至负载,如图6所示:
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图6 负载匹配网络
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L型匹配网络具有电路简单、容易实现的优点,不足之处是电路的品质因数Q值很低(通常Q<10),因此电路的滤波特性很差,所以在实际的发射机中常常用T型或π型网络作匹配之用。
RLCR?11?Q2RL
2C'?QQ221?Q2C L
Q???C?RL Q?RLCR?(1?Q)RL L'???LRL1?Q2
1.3.3 输出耦合回路
电路中RACA分别代表天线的辐射电阻与等效电容;Ln、Cn为天线回路的调谐元件,它们的作用是使天线回路处于串联谐振状态,以获得最大的天线回路电流iA,如图7所示:
Cn L1 C1 L2 Ln CA RA r1 图7 输出耦合电路
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2 设计电路
2.1开发与设计的总体思想
本电路主要应用功率放大器的基极和集电极的馈电原理,综合考虑高频信号的功率和效率,故设计成丙类放大器。其中,基极采用固定偏压,集电极采用串联馈电形式。
2.2 丙类功放原理图
具体原理电路如图8所示:
图8 丙类功放原理图
2.3设计过程
根据本次试验要求,首先确定放大器的工作状态:先设定集电极输出功率Po,并根据信号源及基极负偏压、截止电压确定导通角,计算输出效率。然后通过负载和最佳阻抗之间的关系,得出电路中选频网络的元件取值,进一步勾画出电路图。
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3 电路的仿真与分析
3.1仿真软件的介绍
电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件,它具有这样一些特点:
电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件,它具有这样一些特点:
(1)采用直观的图形界面创建电路:在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台,绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取; (2)软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似,可以实时显示测量结果。
(3)EWB软件带有丰富的电路元件库,提供多种电路分析方法。
(4)作为设计工具,它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。 (5)EWB还是一个优秀的电子技术训练工具,利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验,仿真电路的实际运行情况,熟悉常用电子仪器测量方法。 EWB的优点:
1、各元器件选择范围广,参数修改方便,不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板。使电路调试变得快捷方便。对《模拟电子技术基础》课程中的绝大部分电路都能应用,不仅能用于对单个电路特性和原理进行验证,也能就用于多级的组合电路。
2、元件库不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件,是一个全开放性的仿真实验和课件制作平台,给我们提供了一个实验器具完备的综合性电子技术实验室。可以在任意组合的实验环境中,搭建实验。通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。因此也适用于较大型的设计性实验。
3、EWB(电子学工作平台)为我们提供了一个很好的实用工具,使我们能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种电路的特性,讲解各种参数改变对电路的影响。学生可结合学习内容,进行接近于实际电路的调试分析,有利于对加深对理论理解。特别是一些大中专院校和广播电视大学,通过这样的计算机模拟仿真实验,把电子技术的理论教学和实验教学有机地结合了起来。
下列图像为软件界面和相关介绍:
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