通信基本电路高频功率放大器课程设计

通信基本电路

课程设计

题目：高频功率放大器的设计

班级：通信09-03班

*名：**

学号： ************

日期：2012.9.3—2012.9.14

指导老师：**

高频功率放大器的设计

一、概述：

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。它将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。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。

根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。电流导通角θ越小，放大器的效率η越高；如甲类功率放大器的θ=180o,效率η最高也只能达到50%。当θ=900时，表明管子半个周期全导通，乙类放大器；而丙类功率放大器的θ<90o,效率η最高也只能达到80%。高频功率放大器工作在非线性区域，工程上采用折线法来近似分析。高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

二、主要技术指标：

高频功率放大器的主要技术指标有：

(1)高频输出功率

高频输出功率是指负载R L上得到的最大不失真功率,如图2所示电路图，由于负载R L与丙类放大器的谐振回路之间采用变压耦合方式，

实现了阻抗匹配，则集电极回路的谐振阻抗R0上的功率等于负载R L 上的功率，即

P0 = U L2

；

R L

(2)效率

高频功率放大器的总效率由晶体管集电极效率ηc和槽路效率ηT、而槽路效率也就是小信号调谐放大器的谐振回路效率，放大器的能量转换效率主要是由集电极的效率决定，所以通常将集电极效率视为高频功率放大器效率，用η表示即：

;

η=P0

P s

式中：P0为晶体管集电极的输出功率；

P s电源供给的直流功率；

(3)中心频率f0、负载电阻R L和功率增益等，在设计功率放大器时，要根据放大器的特点，兼顾其指标。

三、本次课程设计中，主要技术指标如下：

(1)输出功率大于100mW

(2)工作中心频率约为5MHz

(3)效率大于50%

(4)负载为50欧姆

四、总体方案论证：

从输出功率P0≥100mW来看，末级的功放可以采用甲类或乙类或丙类功率放大器，但要求总的效率η＞50%，显然不能只使用一级甲类功率放大器。但可以采用一级丙类功率放大器。故采用两级功率放大

器，第一级采用甲类功率放大器，第二级采用丙类功率放大器，其中甲类功率放大器采用晶体管3DG12，丙类采用晶体管3DA1。

五、总体设计框图如下：

图1 总体设计框图

甲类功率放大器适合做中间级或输出功率较小的末级功率放大器。丙类功率放大器通常作为末级功率放大器以获得较大的输出功率和较高的效率，晶体管工作在非线性区域（截止和饱和区）。丙类高频功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。因欠压状态效率低，而过压状态严重失真，谐波分量大，所以一般选用临界状态。同时, 为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量, 采用LC谐振回路作为选频网络。如图2为由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路。

图2 高频功率放大器

六、高频功率放大器电路设计：

首先设计丙类功率放大器，再设计甲类功率放大器。

1.丙类功率放大器的设计

已知：电源电压U CC=12V,晶体管3DA1的主要参数为P CM=1W，I CM=750mA， U CES≥1.5V,f T≥70MHz,A P ≥13dB,BV CEO ≥50V,β=10。

丙类功率放大器的基极偏置电压—U BE是利用发射极电流的直流分量I E0在射极电阻R E2上产生的压降来提供的。当放大器的输入信号U i为正弦波时，则集电极的输出电流i c为余弦脉冲波。利用谐振回路L2C2的选频作用可输出基波谐振电压u c1、电流i cl。如图画出了丙类功率放大器的输入电压u be与集电极电流i c波形关系。

图3 输入电压u be与集电极电流i c波形

(1)确定放大器的工作状态

如图2所示为获取较高的效率η及最大的输出功率P0，放大器的工作状态选临界状态，取θ=70O，由此可得谐振回路的最佳负载电阻R C为

R C=(U cc−U CES)2

=550Ω；

2P0

同时可得集电极基波电流振幅Iclm为

=20mA;

I clm=√2P0

R C

集电极电流脉冲的最大值为

I cmax=Iclm/α1(700)=47mA;

集电极直流分量为

I c0= I cmax·α0(700)=12mA；

电源供给的的直流功率P s为：

P S = U CC I C0 = 144mW；

集电极的耗散功率为：

P C = P S– P0 = 44 mW;

放大器的转换效率为：

η= P0/P S = 70%

若设本级功率增益A P=13dB(20倍)，输入功率P i为：

P i = P0/A P = 5 mW；

基极余弦脉冲电流的最大值I bmax为:

I bmax = I cmax / β = 4.7 mA; 基极基波电流的振幅I blm为:

I blm = I bmaxα1(700)= 2 mW; 输入电压的振幅U bm为：