丙类高频功率放大器课程设计要点
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三、设计过程
3.1 系统方案论证
3.1.1 丙类谐振功率放大器电路
在放大器原理上， 功率放大器与其他放大器一样，都是能量转换器件，最主 要是安全、高效和不失真（失真在允许范围内）地输出所需信号功率，为高效率 输出信号且不失真（或失真在允许的范围内） ，通常采用丙类谐振功率放大器。 本章主要介绍丙类谐振功率放大器的电路组成和工作原理并对各种状态进行分 析。
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………………………………………………………………………… 18
八、参考文献…………………………………………………………………… 19
一、设计目的
电子技术迅猛发展。 由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杂放大电路的基本单 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。
我们知道 , 丙类谐振功率放大器输入端通常采用自给偏置电路提供偏置电 压，采用这种方式可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出的作用。 但要注 意 , 存在自给偏置电路的丙类谐振功率放大器只能适宜等幅信号 ( 载波、调频信号 ) 而不适宜放大调幅信号，否则调幅信号包络将会失真。
常用的基极偏置电路见图 3-2-1( 输出回路均以略去 ) 所示。
高频电子线路课程设计报告
题 目： 院 系： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 报告成绩：
丙类功率放大器 电子信息科学与技术
2013 年 12 月 20 日
目录
一、设计目的……………………………………………………………………
1
二、设计思路……………………………………………………………………
由于自给偏置效应可以使输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅 , 因此 , 在基极通常采用自给偏置电路 , 如图 3-1-2 所示，提高的偏置电压是由基极 电流脉冲 i B中的平均分量 I BO在高频扼流圈 LB中固有直流电阻上产生的压降，电 路中 LB为功率管基极电路提供直流通路。 滤波匹配网络介于晶体管和外接负载之 间 , 充分滤除不需要的高次谐波 , 以保证负载上的输出基波功率。
图 3-2-1 基极偏置电路
现分析基极偏置电压是怎样产生的 , 如图 3-2-1 （ b）所示，当电源 V1 电压处
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在正半周期且电压振幅大于 PN结门坎电压时，基极导通，此时，记流经 C2的电 流为 i 1 ，一个周期内的其他时间处于截止状态，此时，记流经 C1 的电流为 i 2 。 显而易见，基极导通时流经 C2 的电流 i 1 大于截止时的电流 i 2，即 i 1＞i 2 。C2 两 端的电压关系为 U i1 ＞U i2 . 由于基极相对于地的电压波形为正半周期幅度小于负 半周期幅度 , 由傅里叶级数可知，它的平均分量为负，使功率管发射结正偏，处 于截止状态。
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。 高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。 丙类谐振功 率放大器在人类生活中得到了广泛的应用， 而且能高效率的将电源供给的直流能 量转换为高频交流输出，研究它具有很高的社会价值。
设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真， 以及对丙类谐振功率放大器 发展的展望。
二、设计Leabharlann Baidu路
丙类谐振功率放大器工作原理
图 2-2-1 为丙类谐振功率放大器原理图 , 为实现丙类工作 , 基极偏置电压 VBB 应设置在功率的截止区。
输入回路 由于功率管处于截止状态，基极偏置电压 VBB 作为结外电场，无法克服结内 电场，没有达到晶体管门坎电压，从而，导致输入电流脉冲严重失真，脉冲宽度 小于 90o。 由 i C≈ βi B知， i C也严重失真，且脉宽小于 90o。 输出回路 若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响 , 在静态转移特性曲线 (i C～VBE) 上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列 , 脉冲宽度小于半 个周期。
在丙类谐振功率放大器中，管外电路由直流馈电电路和自给偏自电路两部 分组成。如图 3-1-1 所示为集电极直流馈电电路（串馈） ，图中， LC为高频扼流 圈 , 它与 CC构成电源滤波电路 , 需要在信号频率上， LC的感抗很大，接近于开路，
2
CC容抗很小，接近于短路，目的是避免信号通过直流电源而发生极间反馈，造成 工作不稳定。
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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
1
图 2-2-1 丙类谐振功率放大器原理图
由 Dirichlet 收敛定理可知 , 可将电流脉冲序列 i C分解成平均分量、基波分 量和各次谐波分量之和 , 即
i C =I CO+ I c1mcosω St+ I c2m cos2 ω St+… 由于集电极谐振回路调制在输入信号频率上因而它对 i C中的基波分量呈现 的阻抗很大， 且为纯电阻。 而对其他谐波分量和平均分量阻抗均很小， 可以忽略， 这样，在负载上得到了所需的不失真的信号功率。
图 3-1-1 集电极直流馈电电路（串馈）
图 3-1-2 自给偏置电路
图 3-1-3 为丙类谐振功率放大器的简单基本电路 , 输入端采用自给偏置电路 , 输出端为集电极直流馈电电路 ( 串馈 ) 。
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图 3-1-3 丙类谐振功率放大器的简单基本电路
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
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
3.1 系统方案论证
3.1.1 丙类谐振功率放大器电路
在放大器原理上， 功率放大器与其他放大器一样，都是能量转换器件，最主 要是安全、高效和不失真（失真在允许范围内）地输出所需信号功率，为高效率 输出信号且不失真（或失真在允许的范围内） ，通常采用丙类谐振功率放大器。 本章主要介绍丙类谐振功率放大器的电路组成和工作原理并对各种状态进行分 析。
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………………………………………………………………………… 18
八、参考文献…………………………………………………………………… 19
一、设计目的
电子技术迅猛发展。 由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杂放大电路的基本单 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。
我们知道 , 丙类谐振功率放大器输入端通常采用自给偏置电路提供偏置电 压，采用这种方式可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出的作用。 但要注 意 , 存在自给偏置电路的丙类谐振功率放大器只能适宜等幅信号 ( 载波、调频信号 ) 而不适宜放大调幅信号，否则调幅信号包络将会失真。
常用的基极偏置电路见图 3-2-1( 输出回路均以略去 ) 所示。
高频电子线路课程设计报告
题 目： 院 系： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 报告成绩：
丙类功率放大器 电子信息科学与技术
2013 年 12 月 20 日
目录
一、设计目的……………………………………………………………………
1
二、设计思路……………………………………………………………………
由于自给偏置效应可以使输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压振幅 , 因此 , 在基极通常采用自给偏置电路 , 如图 3-1-2 所示，提高的偏置电压是由基极 电流脉冲 i B中的平均分量 I BO在高频扼流圈 LB中固有直流电阻上产生的压降，电 路中 LB为功率管基极电路提供直流通路。 滤波匹配网络介于晶体管和外接负载之 间 , 充分滤除不需要的高次谐波 , 以保证负载上的输出基波功率。
图 3-2-1 基极偏置电路
现分析基极偏置电压是怎样产生的 , 如图 3-2-1 （ b）所示，当电源 V1 电压处
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在正半周期且电压振幅大于 PN结门坎电压时，基极导通，此时，记流经 C2的电 流为 i 1 ，一个周期内的其他时间处于截止状态，此时，记流经 C1 的电流为 i 2 。 显而易见，基极导通时流经 C2 的电流 i 1 大于截止时的电流 i 2，即 i 1＞i 2 。C2 两 端的电压关系为 U i1 ＞U i2 . 由于基极相对于地的电压波形为正半周期幅度小于负 半周期幅度 , 由傅里叶级数可知，它的平均分量为负，使功率管发射结正偏，处 于截止状态。
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。 高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。 丙类谐振功 率放大器在人类生活中得到了广泛的应用， 而且能高效率的将电源供给的直流能 量转换为高频交流输出，研究它具有很高的社会价值。
设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真， 以及对丙类谐振功率放大器 发展的展望。
二、设计Leabharlann Baidu路
丙类谐振功率放大器工作原理
图 2-2-1 为丙类谐振功率放大器原理图 , 为实现丙类工作 , 基极偏置电压 VBB 应设置在功率的截止区。
输入回路 由于功率管处于截止状态，基极偏置电压 VBB 作为结外电场，无法克服结内 电场，没有达到晶体管门坎电压，从而，导致输入电流脉冲严重失真，脉冲宽度 小于 90o。 由 i C≈ βi B知， i C也严重失真，且脉宽小于 90o。 输出回路 若忽略晶体管的基区宽度调制效应以及结电容影响 , 在静态转移特性曲线 (i C～VBE) 上画出的集电极电流波形是一串周期重复的脉冲序列 , 脉冲宽度小于半 个周期。
在丙类谐振功率放大器中，管外电路由直流馈电电路和自给偏自电路两部 分组成。如图 3-1-1 所示为集电极直流馈电电路（串馈） ，图中， LC为高频扼流 圈 , 它与 CC构成电源滤波电路 , 需要在信号频率上， LC的感抗很大，接近于开路，
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CC容抗很小，接近于短路，目的是避免信号通过直流电源而发生极间反馈，造成 工作不稳定。
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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
1
图 2-2-1 丙类谐振功率放大器原理图
由 Dirichlet 收敛定理可知 , 可将电流脉冲序列 i C分解成平均分量、基波分 量和各次谐波分量之和 , 即
i C =I CO+ I c1mcosω St+ I c2m cos2 ω St+… 由于集电极谐振回路调制在输入信号频率上因而它对 i C中的基波分量呈现 的阻抗很大， 且为纯电阻。 而对其他谐波分量和平均分量阻抗均很小， 可以忽略， 这样，在负载上得到了所需的不失真的信号功率。
图 3-1-1 集电极直流馈电电路（串馈）
图 3-1-2 自给偏置电路
图 3-1-3 为丙类谐振功率放大器的简单基本电路 , 输入端采用自给偏置电路 , 输出端为集电极直流馈电电路 ( 串馈 ) 。
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图 3-1-3 丙类谐振功率放大器的简单基本电路
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
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