高频功率放大器课程设计报告书

目录

1 .概述及基本原理 (1)

2.方案及各部分设计原理分析 (2)

2.1整体介绍 (2)

2.2原理分析 (2)

2.3具体分析 (3)

3.参数的计算和选择 (4)

3.1功率放大器输出功率的计算分析 (4)

3.2谐振回路的计算分析 (5)

3.3放大管栅极和板极的电流电压关系 (6)

3.4高频功率放大器的能量关系 (8)

3.5发射管的工作状态 (9)

4.仿真结果及分析总结 (10)

5.心得体会 (13)

6.参考文献 (14)

1 .概述及基本原理

高频功率放大器是对载波信号或高频信号进行功率放大的电路。利用选频网络作为负载回路的功率放大器成为谐振功率放大器。随着现代通信技术的日益发展高频放大应用的领域也越来越广。在某些场合高频放大技术的高低成为制约本领域技术发展的关键所在。比如射频手机和高频信号收发机等，都需要用到高频功率放大器，并且作为一项非常重要的技术攻关项目。特别是移动电话机中高频功率放大器品质的高低直接影响其产品的技术指标。所以本次课程设计我选择高频功谐振率放大器。

如图1-1所示为高频功放基本原理图，图中，高频扼流圈提供直流通路，C1为隔直流电容，谐振回路分别为输入和输出滤波匹配网络。其中天线等效阻抗，作为输出负载。与非谐振功放比较，它们都要求安全高效地输出足够大的不失真功率，但有一些区别。

图1-1高频功放基本原理图

谐振式高频功率放大器的特点是：①为了提高效率，放大器常工作于丙类状态，晶体管发射结为反向偏置，由E b（V BB）来保证，流过晶体管的电流为余弦脉冲波形；②负载为谐振回路，除了确保从电流脉冲波中取出基波分量，获得正弦电压波形外，还能实现放大器的阻抗匹配。

2.方案及各部分设计原理分析

2.1整体介绍

基本部分组成，即电子管、谐振回路和电源。电子管在放大器中起着把直流能量转换为交流能量的作用；谐振回路是电子管的负载；电源供给电子管各电极电压，它们共同保证电子管的正常工作。

放大器有两个主要电路：板极电路和栅极电路。板极电路包括并联振荡

回路和直流板极电压E

a 的馈电电路。振荡回路由电感L

1

、电容C

1

和电阻r组成。

电路中C

1'为高频旁路电容，L

1

'为高频阻流圈。在栅极电路中加入直流偏压E

g

，

一般E

a 为负值。电路中C

2

'和L

2

'分别是栅极回路的高频旁路电容和高频阻流圈。

2.2原理分析

知道前级送来的高频激励电压为u g=U g cosωt它加在栅极与阴极之间。其中，u g是激励电压的瞬时值，U g是激励电压的振幅值，ω＝2πf是激励电压的角频率，f是激励电压的频率。

当电路接好并将各电极电压加上时，则在板极电路中就会出现受到栅极电压控制的板流脉冲，脉冲波形如图3-1所示。i a是周期性函数，由数学知识可知，它可用傅氏级数来表示，即

i a=I a0+I a1cosωt+I a2cos2ωt+…+I an cosnωt （2.1）

可见，板极电流等于直流分量I a0、一次谐波(基波)、二次谐波和其他高次谐波之和

图3-1脉冲波形

板极并联谐振回路要调谐到激励信号电压的频率，并且在实际情况下，振荡回路的Q值远大于1(考虑到下级负载引入的电阻)，即回路的谐振性很强。这样，谐振回路对基波的阻抗很大，而且是纯电阻性的，这就是我们熟知的谐振阻抗，一般用R oe来表示。板极回路的直流电阻，可以看成是短路的。同时，因为回路是调谐到基波，对于高次谐波回路失谐很大，所以回路对于高次谐波也近似于短路。

这样，板极电流通过回路时，在回路上所引起的只有基波电压。输出电压不是脉冲形状，而是和输入激励电压一样的波形。

2.3具体分析

串联偏置是说电子器件，负载电路和直流电源三部分串联起来的。在上面所提到的电路中LC是负载贿回路；L‘是高频厄流圈，它对直流是短路的，但对高频则呈现很大的阻抗，可以认为是开路的，以阻止高频电流通过功用电源内阻产生高频能量损耗，特别是避免在个级之间由此而产生的寄生偶合；C’是高频旁路电容，他们对高频应呈现很小的阻抗，相当于短路。加入这些附属元件L‘，C’等的目的就是为了使电路能满足上述组成电路的原则。

偏置电路中都存在着自给偏置效应，即当由小增大时，基极电流脉冲中的平均分量相应增大，它在偏置电阻上的压降增大，结果使基极偏置电压向负值方向

增大。由此表明在输入信号激励下，由于自给偏置效应，基极偏置电压将不等于静态偏置电压，且其值随着输入激励幅度增大而向负值方向增大。滤波匹配网络的作用是阻抗匹配和选频滤波。

3.参数的计算和选择

3.1功率放大器输出功率的计算分析

令u a=I a1R oe cosωt=U a cosωt (2.2)

其中U a＝Ia1R oe是回路电压的幅度。由于u a的正方向与E a相反，所以板极的瞬时电压为

e a=E a-u a=E a-U a cosωt (2.3)

由LC谐振回路的基本知识可知，当板极回路谐振于激励信号频率时，板极回路对基波电流呈现一个纯电阻的谐振阻抗为

式中，--回路特性阻抗；

--回路有载品质因数；

r'--回路有载总损耗电阻

由于高次谐波不在回路上产生压降，所以回路两端的高频电压为U a= I a1R oe (2.5)

其中I a1为振幅值。

在负载上产生的高频功率为

由上分析可知，只要在放大器的栅极电路中输入激励电压，便可以在板极负载上获得高频输出功率。同时也可以看出，板流i a虽是脉冲形状，但由这一电流在回路两端产生的电压降却是正弦形式。其关键是放大器的板极接有一个LC并联谐振回路。