丙类倍频器的设计与仿真
丙类倍频器说明书
丙类倍频器说明书 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】《通信电子线路》课程设计说明书丙类倍频器学院:电气与信息工程学院学生姓名:苏指导教师:张松华职称副教授专业:电子信息工程班级:电子1402学号:完成时间: 2016年12月湖南工学院通信电子线路课程设计课题任务书学院:电气与信息工程学院专业:电子信息工程摘要本设计介绍了丙类倍频器的工作原理,与丙类功率放大器近似相同。
主要是采用一些简单的电子元件组合而成,即它是由放大电路和谐振回路组成。
利用三极管的放大作用和LC谐振回路作为选频网络,选出合适的频率信号,并且调谐在三次谐波频率上,对于无用的频率信号进行滤除,减少失真。
设计过程中,先在Multisim12电路仿真软件上进行了电路仿真,然后结合实际情况,绘制原理图,购买元器件画PCB电路图,最后进行了实物制作和调试。
调试结果,输出信号的频率是输入信号的三倍,且输出功率大于500mW,集电极效率大于75%,并且电路工作在丙类状态,说明设计成功。
关键词:丙类倍频器;LC谐振回路;S9018目录1 绪论设计课题的研究意义在无线电发射机、频率合成器等电子设备中的中间级,常需要通过倍频器使输出信号的频率比输入信号频率成整数倍增加,不仅使工作频率提高,在调频系统中还可以扩大频偏。
采用倍频器一是可以降低电子设备的主振频率,对提高设备的频率稳定度有利。
因为振荡器的频率越高,频率稳定度就越差,一般主振器频率不宜超过5MHz 。
因此,当发射机频率高于5MHZ 时,通常采用倍频器。
二是在通信机的主振器工作波段不扩展的条件下,可利用倍频器扩展发射机输出级的工作波段。
例如,主振器工作在~3)MHz,在其后采用放大倍频级,该级在波段开关控制下,既能工作在放大状态,又能工作在二倍频或四倍频状态。
这样,随波段开关的改变,发射机输出级就可获得~3)MK(3~6)MK 和(6~12)MHZ三个波段的输出。
丙类功率放大器仿真分析
丙类功率放大器仿真分析摘要:本文利用proteus软件,对高频丙类功率放大器进行仿真分析,通过仿真结果分析电路特性,使电路得到进一步完善。
加深理解高频丙类功率放大器工作原理。
关键词:proteus 丙类功率放大仿真1.引言根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管集电极电流导通角θ的范围,可分为甲类、甲乙类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。
电流导通角越小,放大器的效率越高,丙类功率放大器的导通角θ < 9o0,其效率可达85% ,所以高频功率放大器一般选择丙类工作状态。
本文利用proteus软件对丙类功率放大器电路进行仿真,通过仿真结果与理论相对照方式加深对高频丙类功率放大器电路的理解。
2. proteus简介proteus嵌入式系统仿真与开发平台是由英国labcenter公司开发的,是目前世界上最先进最完善的电路设计与仿真平台之一。
proteus软件可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围元器件进行系统仿真。
proteus软件提供了丰富的测试信号用于电路测试。
对电路系统的教学,学生的实验、课程设计、毕业设计、电子设计竞赛等都有很大的帮助。
通过动态器件如电机、led、lcd开关等,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,可以实时看到运行后的输入输出的效果。
3.丙类功率放大器的基本理论图1是丙类谐振功率放大器的原理电路,l、c组成并联谐振回路,作为集电极负载回路,负载回路既可以实现选频滤波的功能,又实现阻抗匹配。
放大器的工作状态由偏置电压vbb的大小决定,当vbb<vbe(on)时为丙类状态。
3.1工作原理若激励电压us=umcosωt ,且vbb<vbe(on),则电路工作在丙类状态。
ube= vbb +us = vbb + umcosωt电路的工作波形如图 2所示。
晶体管的集电极电流ic为周期性的余弦脉冲。
实际上工作在丙类状态的晶体管各极电流ib、ic、ie 均为周期性余弦脉冲,均可以展开为傅立叶级数。
实验3 丙类高频功率放大器
实验3 丙类高频功率放大器仿真高频功率放大电路通常在发射机末级功率放大器和末前级功率放大器中,主要对高频信号的功率进行放大,使其达到发射功率的要求。
在硬件实验中,我们已经对高频功率放大器的幅频特性、负载特性及电路效率进行了测试。
在仿真实验中,我们将对放大器的其它特性进行进一步的仿真研究。
一、实验电路:电路特点:晶体管基极加0.1V的负偏压,电路工作在丙类,负载为并联谐振回路,调谐在输入信号频率上,起滤波和阻抗变换作用。
二、测试内容(一)高频功率放大电路原理仿真1、集电极电流Ic与输入信号之间的非线性关系晶体管工作在丙类的目的是提高功率放大电路的效率,此时晶体管的导通时间小于输入信号的半个周期。
因此,集电极电流Ic将是周期的余弦脉冲序列。
(1)、当输入信号的振幅有效值为0.75V时,对晶体管集电极电流Ic进行瞬态分析。
设置:起始时间为0.03S,终止时间为0.03005S,输出变量为I(V3)仿真分析。
记录并分析实验结果。
(2)、当输入信号振幅为1V时,对晶体管集电极电流Ic进行瞬态分析,设置同上。
记录并分析实验结果,指出输出信号波形顶部凹陷失真的原因是什么?2、输入信号与输出信号之间的线性关系将电路中R1改取30K,重复上述过程,使用示波器测试电路输出电压波形。
记录并分析实验结果,指出输出信号波形与步骤1的实验结果有何区别?为什么?(二)高频功率放大电路外部特性仿真测试1、调谐特性调谐特性指在R1、V1、V BB、Vcc不变的条件下,高频功率放大电路的Ico、Ieo、Uc等变量随C变化的关系。
将C1改用可变电容器,调C1使电路处于谐振状态(C1=50%),回路阻抗最大,呈纯阻,电流最小,此时示波器显示输出信号幅度最大,电流表显示电流最小值;当改变C1值,回路失谐,回路阻抗变小,回路电流变大,输出波形出现失真。
通过示波器和电流表观察记录实验结果,并对实验结果进行分析。
使用波特图仪和小信号交流分析方法测试测试并记录电路的调谐特性。
丙类谐振功率放大器仿真实验报告
丙类谐振功率放大器仿真实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是通过仿真实验,掌握丙类谐振功率放大器的基本原理、特性及其设计方法,并能够分析其电路结构以及各部分参数对电路性能的影响。
二、实验原理1. 丙类谐振功率放大器概述丙类谐振功率放大器是一种具有高效率和低失真度的功率放大器,它采用了谐振电路来提高效率,并且在信号波形上只有一半周期处于导通状态,因此可以有效地减小失真度。
2. 丙类谐振功率放大器电路结构丙类谐振功率放大器的电路结构主要由晶体管、变压器和谐振电路组成。
其中,晶体管作为信号放大元件,变压器起到匹配阻抗和提高输出功率的作用,而谐振电路则用于提高效率并减小失真度。
3. 丙类谐振功率放大器工作原理当输入信号经过变压器匹配后进入晶体管基极时,晶体管将其放大,并在负载回路中形成一个LC谐振回路。
当晶体管的基极电流为零时,回路中的能量被释放并形成一个正弦波输出信号。
由于谐振电路的存在,输出功率可以得到有效提升。
三、实验步骤1. 打开仿真软件,并新建一个丙类谐振功率放大器电路。
2. 设计晶体管的工作点,并给出其参数。
3. 设计变压器的匹配阻抗,并计算其参数。
4. 设计谐振电路,确定其参数。
5. 测试电路性能,包括输出功率、效率和失真度等指标。
四、实验结果与分析在本次实验中,我们采用了ADS软件进行仿真设计,并得到了以下结果:1. 工作点设计:选择了2SC1946A型晶体管,其工作点为Vce=12V、Ic=1A。
2. 变压器设计:采用两段变比为1:4和1:2的变压器,其匹配阻抗为50Ω。
3. 谐振电路设计:选择了LC谐振回路,其中电感L=10μH、电容C=100pF。
4. 性能测试:输出功率为10W,效率为70%,失真度小于5%。
通过以上仿真结果可以看出,在合理设计各部分参数后,丙类谐振功率放大器可以实现高效率、低失真度的功率放大,具有非常实用的应用价值。
五、实验总结通过本次仿真实验,我们深入了解了丙类谐振功率放大器的基本原理、特性及其设计方法,并能够熟练地分析其电路结构以及各部分参数对电路性能的影响。
丙类倍频器和宽带高频功率放大器
宽带高频功率放大器
➢传输线变压器
• 将传输线绕在高磁导率、低损耗的磁环 上构成的。
➢主要特点:工作频带极宽
• 上限频率可达上千兆赫兹; • 频率覆盖系数可答10000。
➢工作方式
• 传输线原理与变压器原理相结合 • 其能量根据激励信号频率的不同以传输
线或以变压器方式传输。
传输线变压器
传输线变压器的应用
• 可降低主振器的频率,有利类倍频器的工作原理
• 丙类倍频器一般工作于弱欠压和临界状态,可以 临界状态分析,如:
1 Pon 2IcnmUcnm
Cn
Pon 1IcnU mcnm pDC 2 IC0VCC
• n般越n取大2,~P3级on和。ηcn越小且<n的谐波难滤除,所以一
功率合成与分配应用举例:
小结:
✓1.倍频器按其工作原理可分为丙类倍频器和参 量倍频器。
✓2.传输线变压器是以传输线原理和变压器原理 相结合的方式工作,因此具有良好的宽频带传 输特性。
• 当n>2时,一般设 陷波电路,从而有效 滤除低次谐波。如图:
丁类高频功率放大电路
➢丁类放大电路中,三极管处于开关状 态。
➢在理想情况下,丁类高频功率放大电 路的效率可达100%,实际情况下也可 达90%左右。
丁类高频功率放大电路
• V1、V2各饱和 导通半周,尽管 导通电流很大, 但相应的管压降 很小,这样每管 的管耗就很小, 放大器的效率也 很高。
丙类倍频器
➢倍频器:输出信号的频率比输入信号 的频率高n倍的电路。
➢分类: • 丙类倍频器——工作频率为几十兆赫 • 参量倍频器——工作频率高于100兆赫
丙类倍频器的工作原理
➢原理:利用器件的非线性对输入信号 进行非线性变换,再利用谐振系统从 各次谐波中取出所需的n次谐波分量, 从而实现n倍频。
基于Multisim的丙类功率放大电路设计
• 118•本文通过丙类功率放大电路在实际中的应用情况,经过计算确定电路元器件参数的实际数值。
通过Multisim 14仿真软件,进行了仿真环境下的电路分析,在仿真环境中使用仪器仪表对电路电流、电压波形进行了方便、快捷的观察和分析,结果与理论基本一致,说明电路组成的确定和元器件的选择正确。
丙类功率放大电路也称为C 类功率放大电路。
丙类功率放大电路效率较高,用于高频功率放大。
如果设计一个丙类功率放大电路,中心工作频率f 0=100MHZ ,输出功率P o =10W ,η≥80%,负载R L =50Ω,功率增益为6d B ,在设计过程中使用Multisim 仿真软件能够简单方便的进行参数改变、分析设计的效果。
1 确定电路组成根据设计要求确定电路组成,丙类功率放大电路的实现有三个部分,基极偏置电路,集电极偏置电路和滤波匹配网络。
1.1 基极馈电电路的确定基极偏置电路有以下几种实现方法:基极自偏压、零偏压、固定偏压、分压式偏压方式。
从功率效率角度分析,导通角θ越小,效率越高,因此基极偏压应选用反向偏压方式,使晶体管导通角减小,但反向偏置电压不能太大,否则晶体管处于截止工作状态,无法对输入信号进行功率放大,因此选用自给偏压中的零偏压方式,为基极提供近似为零的反向偏压。
1.2 集电极馈电电路的确定集电极馈电方式有串馈和并馈两种方式。
串馈方式,滤波匹配网络处于直流高电位,回路元件不能直接接地。
并馈方式,滤波匹配网络处于直流低电位,电路安装较串馈电路方便,因此选用并馈方式实现。
1.3 滤波匹配网络的确定滤波匹配网络要求完成三方面的作用:工作在丙类状态的放大电路,集电极电流为余弦脉冲,相对于输入信号是失真信号,该信号通过傅里叶级数分解,可以看为无穷多个余弦信号的合成。
滤波电路需要选择集电极电流中基波分量,即选择输入信号的频率,滤除其它无用频率分量。
第二需要达到最佳负载,根据负载特性,此时电路输出功率达到最大。
再者需要进行阻抗匹配,使有用功率高效率的传输给负载。
丙类高频功率放大器课程设计
高频电子线路课程设计报告题目:丙类功率放大器院系:____________________________专业:电子信息科学与技术班级:____________________________姓名:____________________________学号:____________________________指导教师:_________________________报告成绩:_________________________2013年12月20日一、 设计目的 (1)二、 设计思路 (1)三、 设计过程 (2)3.1、 系统方案论证3.1.1丙类谐振功率放大器电路3.2、 模块电路设计3. 2. 1丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路3. 2. 2丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路3. 2. 3匹配网络3.2.4 VBB 、Vcm 、Vbm 、VCC 对丙类谐振功率放大器性能影响分析四、整体电路与系统调试及仿真结果 (11)4.1电路设计与分析4. 2.仿真与模拟4. 2. 1 Multisim 简介4. 2. 2基于Multisim 电路仿真用例五、 主要元器件与设备 (14)5. 1晶体管的选择5. 1. 2判别三极管类型和三个电极的方法5. 2电容的选择六、 课程设计体会与建议 (17)6.1、 设计体会6.2、 设计建议七、结论 八、参考文献 一、设计目的电子技术迅猛发展。
山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朵放大电路的基本单 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1819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。
高频丙类功率放大器的仿真分析_雷连英
Vcc(v)
6
8
10
12
14
15
Vout(Vpp) 5.998 8.000 10.031 11.527 11.621 11.683
从 表 3 中 可 明 显 看 出,当 Vcc 较 小 时,随 着 Vcc 的 增 大,输 出 电 压 幅 度 增 加 较 快;当 Vcc 较 大 时,输 出 电 压 幅 度 增 加 减 缓.因 此 利 用 放 大 器工作在过压区时的这种特性可以实现集电极调幅输出。
● 【参考文献】
[1]罗杰.东.高频电子电路.第 2 版.电子工业出版社,2009.
图 2 丙类高频功率放大器原理图
作者简介:雷连英,实验师,就职于桂林电子科技大学教学实践部,主要从 事电子电路的教学与研究。
[责任编辑:常鹏飞]
1 功率放大器电路结构分析
功率放大器用于提高发射信号能量, 便于接收机接收的电路,因 而要求在失真允许的范围内输出功率及效率尽量高。 电路主要部分为 驱动级、功放级、级间匹配及输出匹配等 4 部分组成,电路设计基本要 求如下:工作频率为 40 MHz,输出功率约 100MW。 本文主要讨论功放 级电路参数变化对整个功率放大器电路的影响, 1.1 设计分析
结果表明随着输入信号的增大电路的工作状态逐渐由欠压区到临界直至进入过压区由上表可近似估计输出信号为11552vpp极管q2工作于临界状态此时输入信号为300mvpp33集电极调制特性高频功率放大器的集电极调制特性是指在其他参数不变的条件vcmic0ic1m与vcc之间的关系实验中通过改变电源电压vcc观测高频丙类功率放大器输出的变化情况设定输入vin280mvpp观测输数据如表3所示
c)电源电压:选择常用+12V 电源。
6高频电子技术实验六、倍频器
实验六丙类倍频器一、实验原理
倍频器的作用:将输入信号频率成整数倍增加。
使用倍频器的优点:
(1)能降低主振级频率,使其稳定工作。
(2)扩展发射机的工作波段。
(3)提高发射机工作稳定性。
构建仿真电路如下图:
三极管请按如下选取:
二、倍频特性实验
1、输出波形观察(请将输出波形截图粘贴如下)
输出波形的频率为Hz
2、傅里叶分析
将原理图中的信号源频率改为500KHz,谐振网络元件参数不变,使电路成为2倍频器,观察并记录输入与输出波形,并与丙类功放实验结果比较,说明什么问题?通过傅里叶分析,观察结果。
(提示:在单击“仿真”菜单中中“分析”选项下的“傅里叶分析”命令,在弹出的对话框中设置。
在“分析参数”标签页中的“基本频率”中设置基波频率与信号源频率相同,谐波数量中设置包括基波在内的谐波总数,“取样的停止时间”中设置停止取样时间,通常为毫秒级。
在输出变量页中设置输出节点变量)
请将傅里叶分析结果粘贴如下。
甲、丙类级联调谐放大器的系统设计与仿真分析
甲、 丙类级联调谐放大器 的系统设计 与仿真分析 蔡 志明, Nhomakorabea叶轻舟
( 福建工程学 院 电子信息 与电气工 程系 , 福州 300 ) 5 18
摘
要: 目前 , 丙类调谐 放 大器 的理论研 究较 为 离散 , 少 多级级 联 系统设 计 的 理 论 分析 与 测试 甲、 缺
方法 。根据 设计 案例 指标 需 求 , 结合 理论 分析 , 用 M hs 采 u im进 行仿 真 与测 试 , 级联 系统设 计 中元 i 对
d sg t o c iv s t e tc nc l rq i me t a d c n b frn e fr s s ma c d sg fc as A , e in me d a h e e e h ia e u r n s n a e a r ee c o y t t e i o l C h h e e e i n s
w rig odtnajs n, fc nycl l i ,ip d c a hn . i u tnrsl dct ta te ok n io dut t e i c a uao m ea em t i Sm li ut i i eh t . nc i me i e c tn n c g ao e sn a h
第 5 卷 第 7期 2 21 02年 7 月
电讯 技 术
T lc mmu iain E gn e ig e o e nct n ier o n
3.4 丙类倍频器
3.4 丙类倍频器
3.4 丙类倍频器
一、 功能: 将输入信号频率成整数倍增加。
f
倍频器
nf
二、采用倍频器的优点: (1)能降低主振级频率,使其稳定工作。 (2)扩展发射机的工作波段。 (3)在调频和调相发射机中,采用倍频器可扩展 调频(相)波频移(相移)。 (4)提高发射机工作稳定性。因为采用倍频器,
uc I cnm cosntRp Ucnm cosnt
EXIT
通信电子线路
3.4 丙类倍频器
1 1 I cnmU cnm U cnm I cM n ( c ) 2 2
n次倍频器输出功率: P0 n n次倍频器效率:
cn
n (c ) 1 (c ) P 0n P 0
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输入频率与输出频率不同,从而减弱了寄生耦合。
EXIT
通信电子线路
3.4 丙类倍频器
三、分类
按其工作原理可分为 丙类倍频器: 利用丙类放大器电流脉冲中的 谐波经选频回路获得倍频
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模拟乘法器实现倍频:
利用晶体管结电容随电压变 化的非线性来获得I U P0 n 2 cnm cnm 1 n ( c ) U cnm P Vcc I c 0 2 0 ( c ) Vcc
cn c
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故在其他情况相同的条件下,丙类倍频器的输出功率和效 率远低于丙类放大器,且随n的增大而迅速降低。 1200 最佳导通角与次数n的关系: c n 0 n 2, 600 , 2最大 n 3, 40 ,3最大
通信电子线路
3.4 丙类倍频器
四、丙类倍频器的工作原理
n
丙类放大器的课程设计
丙类放大器的课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解丙类放大器的基本工作原理,掌握其电路组成及功能。
2. 学生能描述丙类放大器的特点,了解其在实际应用中的优缺点。
3. 学生掌握丙类放大器输出功率、效率的计算方法,并能运用相关公式进行计算。
技能目标:1. 学生能运用所学知识,正确搭建丙类放大器的电路,并进行调试。
2. 学生能够通过实验,观察丙类放大器的工作状态,分析实验数据,提出改进措施。
3. 学生能运用仿真软件,模拟丙类放大器的工作过程,进一步优化电路设计。
情感态度价值观目标:1. 学生在课程学习中,培养对电子技术的兴趣,提高学习积极性。
2. 学生通过团队合作,培养沟通协作能力,增强团队意识。
3. 学生在学习过程中,关注电子技术在实际应用中的环保、节能问题,树立社会责任感。
课程性质:本课程为电子技术课程的一部分,侧重于实践操作和理论知识的结合。
学生特点:学生为高中二年级学生,具有一定的电子技术基础,对实践操作感兴趣。
教学要求:结合学生特点,注重理论与实践相结合,提高学生的实际操作能力,培养学生的创新意识和团队协作能力。
通过本课程的学习,使学生能够掌握丙类放大器的相关知识,为后续深入学习电子技术打下基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面:1. 丙类放大器的基本原理:- 放大器分类及丙类放大器的工作原理;- 丙类放大器的电路组成及其功能;- 丙类放大器的工作状态及其特点。
2. 丙类放大器的性能分析:- 输出功率、效率的计算方法;- 丙类放大器的非线性失真及其影响;- 丙类放大器的稳定性分析。
3. 丙类放大器的应用与实验:- 丙类放大器在实际应用中的优缺点;- 搭建丙类放大器电路,进行调试和性能测试;- 利用仿真软件模拟丙类放大器工作过程,优化电路设计。
教学内容安排与进度:1. 第1课时:介绍放大器分类及丙类放大器的基本原理;2. 第2课时:分析丙类放大器的电路组成及其功能;3. 第3课时:讲解丙类放大器的工作状态、特点及性能分析;4. 第4课时:进行丙类放大器电路的搭建与调试;5. 第5课时:利用仿真软件进行丙类放大器电路设计与优化。
丙类倍频器的设计与仿真
88
现代电子技术 Modern Electronics Technique
Feb. 2014 Vol. 37 No. 3
丙类倍频器的设计与仿真
孙冬艳
(南开大学 电子信息与光学工程学院,天津 300071)
摘 要:基于晶体管丙类功率放大器的原理,设计晶体管丙类倍频器,给出了倍频器中基极偏置电路元件参数设计过
第3期
孙冬艳:丙类倍频器的设计与仿真
89
因而有:
θC
=
arccos
Vth - VBB Vbm
将式(3)代入式(2)得:
(3)
iC = gCVbm(cos ωt - cos θC), | ωt - 2kπ | < θC (4)
集电极电流 iC 的最大值为:
ICm = gCVbm(1 - cos θC)
本文首先介绍丙类倍频器原理,然后利用 Multisim 软件设计并仿真一个三倍频电路。
1 丙类倍频器原理
丙类倍频器的工作原理和丙类谐振式功率放大器
的工作原理相同,电路图可用图 1 表示,不同的是输出
谐振回路调谐于输入频率的谐波频率,因而集电极上呈
现的交变电压的频率为输入频率的倍频。
图 1 中,基极电路的电压间有以下关系:
(5)
利用傅里叶级数分解,iC 可表示为:
i
C
=
Multisim 软件是美国国家仪器公司推出的一种功 能强大的电路设计与仿真软件,包含丰富的电子元件库
收稿日期:2013⁃10⁃18
并 可 以 自 建 仿 真 模 型 ,有 各 类 使 用 方 便 的 虚 拟 仪 器 ,既 可 对 模 拟 或 数 字 电 路 分 别 进 行 仿 真 ,也 可 进 行 数 模 混 合电路仿真 [6⁃ 。 8] 特别是包含在射频电路设计中常用的 可 调 电 感 、可 调 电 容 等 可 调 元 件 ,在 仿 真 过 程 中 可 以 实 时调节元件参数,非常适合需要调谐的丙类放大电路的 设计仿真 。 [9⁃11]
丙类功率放大器设计
此部分仿真效果
甲级功放部分
输出负载阻抗R=86(老师计算过) 取功放的静态电流Ic=7mA 集电极电压Vc=2P0/Ic=7.14V 集电极电阻Rc=Vc2/2Pc=1K 变压器N1:N2=√RC/R=3.5 ,取N1=7,N2=2 rbb’=25 求输入电压 U2/rbb=25mW/Ap 得U=50mV
1:设计要求 2:设计思路 3:参数计算1)电源电压:12v (2)功率增益>10db(取13dB,即20倍) (3)输出功率500mw
(4)工作中心频率10mhz
(5)效率>50%
(6)输入输出阻抗50欧姆
甲类功放
丙类功放
负载端
参数计算
设P0=500mW,取C=100pf,可得L=2.6uH。 RP=(Vcc-Vces)2/2P0=110Ω 变压器匝数:N1/N2=√RL/Rp =1.5 N1=15,N2=10 交流电流值 :Ic1=2P0/U=95.3mA 直流分量 Ic0=Icm*α0(70)=56mA(实际测得是65mA) 用实际上测得的数据得交流脉冲的最大值 :Icm=Ico/α0(70)=255mA 同理可得交流电流的实际值为:Icm*0.44=112mA; 所以电源的供给功率:Pv=Vcc*Ico=780mW 效率n=P0/Pv=65% 输入功率Pin=P0/Ap=25mW. Ibm=Icm/β=25.5m Ib1m=Ibm*α(70)=11mA. 输入电压U =2P/Ib1m=4.5V 设计偏置电阻Re=(UCos70—Vbe)/Ico=14
最终仿真电路图及结果
丙类功率放大器的设计与仿真
摘要本论文使用EWB软件对丙类谐振式功率放大器的进行了仿真设计。
首先,根据电路的性能指标要求,对丙类谐振式功率放大器的电路参数进行工程估算;然后,利用软件对估算的电路进行进一步分析,通过观测、分析丙类谐振式功放的调制特性、负载特性、放大特性的基础上,调整电路的参数,从而达到优化电路参数的目的,以使电路的各项性能指标满足预期的设计要求。
关健词: EWB;丙类功率放大器;放大特性;负载特性ABSTRACTIn this dissertation,the simulation of the class-C resonant Power-Amplifier is given in detail by studying EWB, by using which the accurate simulation analysis of the estimated circuit is obtained after the Circuit parameters of the class-C resonant Power-Amplifier are estimated according to the circuit performance. On the base of observing and analyzing load characteristics, amplify characteristics and modulation characteristics, optimized Circuit Performance are obtained by adjusting the circuit parameters for the purpose of meeting the demands of the design.Keywords:EWB;class C amplifier;amplification characteristics;load characteristics目录第1章前言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究意义 (1)1.3 研究内容 (2)第2章丙类功率放大器原理 (2)2.1 丙类功率放大器的电路组成及工作原理 (3)2.2 丙类谐振功率放大器的效率与功率 (3)2.3 丙类放大器的工作特性 (4)2.3.1 调制特性 (4)2.3.2 放大特性(振幅特性) (5)2.3.3负载特性 (6)第3章丙类功率放大器电路设计与仿真分析 (8)3.1放大器电路设计要求 (8)3.2设计电路图 (8)3.3 EWB软件介绍 (9)3.3.1 EWB操作介绍 (9)3.3.2 EWB软件中各界面介绍 (11)3.4 仿真结果及分析 (12)3.4.1测量高频功率放大器的技术指标 (12)3.4.2 调制特性的仿真分析 (12)3.4.3 放大特性(振幅特性)的仿真分析 (14)3.4.4 负载特性的仿真分析 (16)总结 (20)参考文献 (1)致谢 (2)第1章前言1.1 研究背景随着无线通信技术的高速发展,市场对射频电路的需求越来越大,同时对射频电路的性能要求也越来越高。
丙类倍频器说明书
丙类倍频器说明书(总28页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除《通信电子线路》课程设计说明书丙类倍频器学院:电气与信息工程学院学生姓名:苏指导教师:张松华职称副教授专业:电子信息工程班级:电子1402学号: 10完成时间: 2016年12月湖南工学院通信电子线路课程设计课题任务书学院:电气与信息工程学院专业:电子信息工程摘要本设计介绍了丙类倍频器的工作原理,与丙类功率放大器近似相同。
主要是采用一些简单的电子元件组合而成,即它是由放大电路和谐振回路组成。
利用三极管的放大作用和LC谐振回路作为选频网络,选出合适的频率信号,并且调谐在三次谐波频率上,对于无用的频率信号进行滤除,减少失真。
设计过程中,先在Multisim12电路仿真软件上进行了电路仿真,然后结合实际情况,绘制原理图,购买元器件画PCB电路图,最后进行了实物制作和调试。
调试结果,输出信号的频率是输入信号的三倍,且输出功率大于500mW,集电极效率大于75%,并且电路工作在丙类状态,说明设计成功。
关键词:丙类倍频器;LC谐振回路;S9018目录1 绪论 (1)设计课题的研究意义 (1)设计课题任务及要求说明 (1)方案介绍 (1)主要性能指标 (2)工作原理说明 (2)2 丙类倍频器电路的设计 (4)丙类倍频器的原理分析及总电路框图 (4)丙类倍频器的单元电路分析及参数计算 (7)3 丙类倍频器的仿真 (9)Multisim 仿真软件简介 (9)仿真电路的建立 (10)仿真结果分析 (10)4 丙类倍频器的结果及误差分析 (13)实物操作说明 (13)调试数据 (13)误差分析 (14)设计结论 (14)5 设计总结与体会 (15)参考文献 (17)致谢 (18)附录 (19)附录A 电路原理图和PCB图 (19)附录B 电路实物图 (20)附录C 元器件清单 (21)1 绪论设计课题的研究意义在无线电发射机、频率合成器等电子设备中的中间级,常需要通过倍频器使输出信号的频率比输入信号频率成整数倍增加,不仅使工作频率提高,在调频系统中还可以扩大频偏。
丙类倍频器说明书
《通信电子线路》课程设计说明书丙类倍频器学院:电气与信息工程学院学生姓名:苏指导教师:张松华职称副教授专业:电子信息工程班级:电子1402学号:完成时间: 2016年12月湖南工学院通信电子线路课程设计课题任务书学院:电气与信息工程学院专业:电子信息工程摘要本设计介绍了丙类倍频器的工作原理,与丙类功率放大器近似相同。
主要是采用一些简单的电子元件组合而成,即它是由放大电路和谐振回路组成。
利用三极管的放大作用和LC谐振回路作为选频网络,选出合适的频率信号,并且调谐在三次谐波频率上,对于无用的频率信号进行滤除,减少失真。
设计过程中,先在Multisim12电路仿真软件上进行了电路仿真,然后结合实际情况,绘制原理图,购买元器件画PCB电路图,最后进行了实物制作和调试。
调试结果,输出信号的频率是输入信号的三倍,且输出功率大于500mW,集电极效率大于75%,并且电路工作在丙类状态,说明设计成功。
关键词:丙类倍频器;LC谐振回路;S9018目录1 绪论 (1)1.1 设计课题的研究意义 (1)1.2 设计课题任务及要求说明 (1)1.3 方案介绍 (1)1.4 主要性能指标 (2)1.5 工作原理说明 (2)2 丙类倍频器电路的设计 (3)2.1 丙类倍频器的原理分析及总电路框图 (3)2.2 丙类倍频器的单元电路分析及参数计算 (5)3 丙类倍频器的仿真 (6)3.1 Multisim 仿真软件简介 (6)3.2 仿真电路的建立 (6)3.3 仿真结果分析 (7)4 丙类倍频器的结果及误差分析 (8)4.1 实物操作说明 (8)4.2 调试数据 (8)4.3 误差分析 (8)4.4 设计结论 (8)5 设计总结与体会 (9)参考文献 (9)致谢 (10)附录 (11)附录A 电路原理图和PCB图 (11)附录B 电路实物图 (11)附录C 元器件清单 (11)1 绪论1.1 设计课题的研究意义在无线电发射机、频率合成器等电子设备中的中间级,常需要通过倍频器使输出信号的频率比输入信号频率成整数倍增加,不仅使工作频率提高,在调频系统中还可以扩大频偏。
【精品课程设计】丙类高频功率放大器课程设计
课程设计前言 (2)1丙类功放原理 (3)1.1 丙类谐振功率放大器的功率与效率 (3)1.1.1 功率关系 (3)1.1.2 放大器的集电极效率 (3)1.1.3 谐振功率放大器临界状态的计算 (4)1.2 功率放大器的负载特性 (4)1.2.1 uc、ic 随负载变化的波形 (4)1.2.2 功率及效率随负载(工作状态)变化的波形 (5)1.3丙类谐振功率放大器的偏置电路及耦合电路 (6)1.3.1直流馈电电路 (6)1.3.2 输出回路和级间耦合回路 (7)1.3.3 输出耦合回路 (8)2 设计电路 (9)2.1开发与设计的总体思想 (9)2.2 丙类功放原理图 (9)2.3设计过程 (9)3 电路的仿真与分析 (10)3.1仿真软件的介绍 (10)3.2放大电路的仿真与分析 (12)3.2.1试验电路参数 (12)3.2.2计算谐振回路与耦合回路的参数 (12)3.2.3主要技术指标的测试 (14)4 总结 (15)参考文献 (16)课程设计前言高频谐振放大器广泛应用于通信系统和其他电子系统中,如在接受设备中,从天线上感应的信号是非常微弱的,高频小信号谐振放大器来完成;在发射设备中,为了有效地使信号通过信道传送到接收端,需要根据传送距离等因素来确定发射设备的发射功率,这就要用高频谐振功率放大器将信号放大到所需的发射功率。
高频功率放大器的主要功用是发射高频信号,并且以高效输出大功率为目的。
发射机中的振荡器产生的信号功率很小,需要经多级高频功率放大器才能获得足够的功率,送到天线辐射出去。
已知能量(功率)是不能放大的,高频信号的功率放大,其实质是在输入高频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率,因此除要求高频功率放大器产生符合要求的的高频功率外,还应要求具有尽可能高的转换效率。
低频功率放大器可以工作在A(甲)类状态,也可以工作在B(乙)类状态,或AB(甲乙)类状态。
B类状态要比A类状态效率高(A类最大效率50%;B类最大效率为78.5%)。
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丙类倍频器的设计与仿真作者:孙冬艳来源:《现代电子技术》2014年第03期摘要:基于晶体管丙类功率放大器的原理,设计晶体管丙类倍频器,给出了倍频器中基极偏置电路元件参数设计过程。
利用Multisim软件对所设计电路进行了仿真,通过调整LC并联回路的谐振频率实现对输入信号的三倍频,根据输出信号的频谱图提出进一步优化电路的办法。
仿真表明应用Multisim软件辅助设计丙类倍频器,可以使电路设计更加直观高效。
关键词:倍频器;谐振;基极偏置;丙类放大中图分类号: TN771⁃34 文献标识码: A 文章编号: 1004⁃373X(2014)03⁃0088⁃03 Design and simulation of class C frequency multiplierSUN Dong⁃yan(College of Electronic Information and Optical Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China)Abstract: A class C frequency multiplier with a transistor is designed based on the principle of class C power amplifier. The design process of the component values of the base bias circuit are provided. Multisim software is used to simulate the circuit and the resonant frequency of LC tank multiple circuit is adjusted to triple the frequency of the input signal. The optimizing method of the circuit is proposed according to the frequency spectrum of the output signal. The simulation result shows that with the aided design of Multisim, the design of class C frequency multiplier will be more intuitive and efficient.Keywords: frequency multiplier; resonance; base bias; class C power amplifier0 引言在无线电发射机等电子设备的中间级,常需要通过倍频器使输出信号的频率比输入信号频率成整数倍增加,不仅使工作频率提高,在调频系统中还可扩大频偏。
倍频器按工作原理可以分为丙类倍频器和参量倍频器两大类[1⁃2]。
丙类倍频器利用晶体管的非线性电阻效应,基于丙类放大器工作原理,用选频回路将输入正弦波的某次谐波选出,从而实现倍频功能。
晶体管在非线性区工作时,折线分析法是较方便的工程计算方法,但频率进入中频和高频区便会由于晶体管的内部物理过程,使实际值与计算数值可能有很大的不同[3],往往是对晶体管电路的学习和应用中遇到的难点问题。
在非线性电路的设计中利用先进的仿真软件可以在对参数理论计算的基础上,更快捷高效地实现电路的设计和优化,在教学上起到理论学习和实践能力培养的作用[4⁃5]。
Multisim软件是美国国家仪器公司推出的一种功能强大的电路设计与仿真软件,包含丰富的电子元件库并可以自建仿真模型,有各类使用方便的虚拟仪器,既可对模拟或数字电路分别进行仿真,也可进行数模混合电路仿真 [6⁃8]。
特别是包含在射频电路设计中常用的可调电感、可调电容等可调元件,在仿真过程中可以实时调节元件参数,非常适合需要调谐的丙类放大电路的设计仿真[9⁃11]。
本文首先介绍丙类倍频器原理,然后利用Multisim软件设计并仿真一个三倍频电路。
1 丙类倍频器原理丙类倍频器的工作原理和丙类谐振式功率放大器的工作原理相同,电路图可用图1表示,不同的是输出谐振回路调谐于输入频率的谐波频率,因而集电极上呈现的交变电压的频率为输入频率的倍频。
图1中,基极电路的电压间有以下关系:[vBE=vb+VBB=Vbmcosωt+VBB] (1)参看图2,[iC]为:[iC=gC(Vbmcosωt+VBB-Vth),Vbmcosωt>Vth-VBB] (2)集电极电流流通角[θC]满足:[VbmcosθC=Vth-VBB]因而有:[θC=arccosVth-VBBVbm] (3)将式(3)代入式(2)得:[iC=gCVbm(cosωt-cosθC),ωt-2kπ集电极电流[iC]的最大值为:[ICm=gCVbm(1-cosθC)] (5)利用傅里叶级数分解,[iC]可表示为:[iC=ICmcosωt-cosθC1-cosθC=ICmα0(θC)+ICmα1(θC)cosωt+…+ICmαn(θC)cosnωt] (6)由图2可看出[iC]为余弦电流脉冲,其形状可由[ICm]和[θC]两个参数确定。
由式(6)可知集电极电流[iC]中包含直流分量、基波分量和丰富的谐波分量。
由于图1中集电极经过LC 谐振回路接到[VCC,]若谐振回路在功放工作时调谐于某谐波频率,因而谐振回路对电流的此谐波频率分量呈现的电阻最高,而对于电流脉冲中的直流分量、基波分量和其他各次谐波分量,谐振回路呈现的阻抗的模很小,因而集电极电压变化为频率为此谐波的正弦电压,谐振功率放大器就成了倍频器。
图1 倍频器电路原理图图2 集电极电流和基极输入电压的关系倍频器的集电极效率可表示为:[ηC=12ξαn(θC)α0(θC)=12ξgn(θC)] (7)式中[n]为倍频数。
从式(7)可知需适当选取[θC]值使[αn(θC)]值尽可能大,不同的倍频次数最佳流通角也是不同的,最佳[θC]值可用[120°n]计算[3]。
[θC]在实际电路中可以通过改变基极偏置电压或改变基极激励电压的幅度来调整。
基极偏置电压可采用集电极直流电源经电阻分压后提供固定偏置,也可采用自给偏压电路来获得,自给偏压只能提供反向偏压。
在图1中,[VBB>0]对应正向基极偏压,[VBB由于集电极电流脉冲的高次谐波的分解系数总小于基波分解系数,所以,倍频器的输出功率和效率都低于基波放大器,并且倍频次数越高,相应的谐波分量幅度越小,其输出功率和效率也就越低,即同一个晶体管在输出相同功率时,作为倍频器工作,其集电极损耗要比作为基波放大器工作时大。
另外,倍频次数过高,对输出回路的要求就会过于苛刻而难于实现。
并且,当增高倍频次数,为了得到一定的功率输出,就需增大输入信号幅度,使得晶体管发射结承受的反向电压增大。
所以,一般单级丙类倍频器采用二次或三次倍频,若要提高倍频次数,可将倍频器级联起来使用。
2 三倍频电路设计利用Multisim软件,设计一个输入为24 MHz正弦波,输出为72 MHz的丙类倍频电路。
2.1 电路原理图根据丙类倍频器电路原理,在Multisim软件平台选取相应的器件,构成如图3所示的实验电路。
图3 丙类倍频器仿真电路正弦波信号源[V2]的频率[fi=]24 MHz,[L1]和[C4]构成的并联谐振回路应调谐在三倍频[3fi=]72 MHz。
电感[L1=]0.1 μH,电容[C4]采用150 pF可调电容,在仿真过程中改变可调电容大小,观察频谱仪XSA1使输出信号频谱的最大值在72 MHz处。
要改变流通角的大小,可以通过改变输入信号的振幅值或者改变基极偏置来实现。
2.2 基极偏置电路设计为便于分析,应用等效电源定理对图3的基极电路的直流供电电路进行变换并简化,如图4所示。
图4 输入简化电路图4中,[VBB=VCC·R2R1+R2,][Rb=R1·R2R1+R2,][VCC=5 ]V。
输入回路中[vBE=VBB-IB0Rb-IE0Re+Vbmcosωt。
]三倍频电路的最佳流通角[θC=40°,]因此有:[cosθC=0.766,][α0(θC)=0.147,][α3(θC)=0.165 1。
]选用三极管2N5769,参数[fT=650] MHz,在[fb=]24 MHz时计算电流放大倍数[β=fTfb=27。
]设基极体电阻[r′bb=20 Ω,]基射级阈值电压[Vth=0.6]V,输入端交流信号有效值为0.2 V,即输入信号振幅[Vbm=2×0.2=0.28]V。
则:[IBm=Vbm(1-cosθC)r′bb=3.28 mA][ICm=βIBm=88.56 mA][IB0=α0IBm=0.48 mA][IC0=α0ICm=13.02 mA][IC3=α3ICm=14.62 mA][IE0=IB0+IC0=13.50 mA]在[ωt=θC]时,有[VBB-IB0Rb-IE0Re+VbmcosθC=Vth,]可以得到:[VBB-IB0Rb-IE0Re=0.38]令[Re=20]Ω,得到[VBB-IB0Rb=0.65,]实际取[R1=]6.2 kΩ,[R2=3]kΩ,根据所取元件值得到实际的[VBB=1.63]V,[Rb=2.02]kΩ。
3 仿真结果运行电路进行仿真,观察输出信号的频谱图,调节可变电容[C4]的滑动端至72 MHz处的信号具有最大幅度,图5为此时的频谱图,72 MHz频率分量幅度为13.5 dB,在24 MHz、48 MHz和96 MHz的频率分量幅度分别为-31 dB、-20.5 dB和-16.7 dB,如果需要进一步抑制这些频率分量并增强电路的带负载能力,在后级要增加选频网络和功率驱动电路。
图5 输出信号频谱4 结语通过对丙类倍频器的电路原理分析和参数计算,利用Multisim软件,实现了倍频器电路的设计,仿真分析使设计过程简便直观。
电路设计过程表明对高频电路的设计采用理论计算与仿真分析结合的方式,是一个有效的途径,对高频电路的学习和应用都有极大帮助。
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