高频功率放大器课程设计.docx

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学生课程设计报告
课程名称：高频电路原理•与分析专业班级： ____________________ 姓名： _______________________ 学号:
学期:
1.课程设计tl的 (2)
2.课程设计题H描述和耍求 (2)
3.课程设计报告内容 (2)
3. 1原理分析 (2)
3. 2电路总体设计 (5)
3. 3丙类功率放大器具体设计 (6)
3 . 4宽频功率放大器具体参数设计 (8)
3. 5电路仿真 (10)
4.结论 (12)
5.结束语 (13)
6.参考文献 (14)
7.附录 (15)
1.课程设计目的
通过木课程设计，对■理论知识进一步全面认识，加深对高频功率放大器的工作原理的理解，熟悉高频功率放人器的实际电路，初步学会高频功率放大器电路的设计，以达到理论知识与实践相结合。

2.课程设计题目描述和要求
设计一高频功率放大电路，要求三极管丁•作在丙类状态；输入己调波的蜂值为1 OOmV；载波频率6. 5MHz,输出功率：P1M1W；负载50Q ；效率r] M80%。

3.课程设计报告内容
3. 1原理分析
高频功率放大器川于发射机的末级，作用是将高频己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…定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰诂从信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

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貝有选频滤波作川的选频电路作为
输出冋路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放人器的输
出电路则是传输线变压器或莫他宽带匹配电路，因此乂称为非调谐功率放大器。

高
频功率放大器是--种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

在“低频电子线路”课程中已知，放人器可以按照电流导通角的不同，将其分
为甲、乙、丙三类工作状态。

甲类放大器电流的流通角为180°，适用丁•小信号低功率放大。

乙类放人器电流的流通角约等于90°；丙类放大器电流的流通角则小于90°。

乙类和丙类都适用丁•大功率工作。

丙类工作状态的输出功率和效率是三种工
作状态中放高者。

高频功率放人器人多工作于丙类。

但丙类放大器的电流波形失真
太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐冋路作为负载的谐振功率放人。

山于调谐回路具有滤波能力，I叫路电流与电压仍然极近于止弦波形，失真很小。

除了以上儿种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电了器件工作于开关
状态的丁类放大和戊类放大。

丁类放人器的效率比丙类放人器的还高，理论上可达100%,但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗（集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。

如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功
耗尽量减小，则工作频率可以捉高。

这就是戊类放人器。

我们已经知道，在低频放
人电路小为了获得足够人的低频输出功率，必须采用低频功率放人器，而几低频功
率放人器也是一种将流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。

高频功率放
大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高,但二者的工作频率和相对频带宽度却相湼很大，决定了他们之间有着木质的区别。

低频功率放大器的T作
频率低, 但相对频带宽度却很宽。

高频功率放大器的主要技术指标有：输岀功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。

这几项指标要求是丸相矛压的，在设计放人器时应根据具体要求，突出-些指标，兼顾其他'些指标。

例如实际屮有些电路，防止干扰是主要矛压，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。

功率放大器的效率是一个突岀的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有点接的关系。

放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。

为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。

但这些工作状态下的放大器的输岀电流与输岀电圧间存在很严重的非线性失真。

高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在肉类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选岀基波分量从而基本消除了非线性失真。

所以，高频功率放人器具有比低频功率放大器更高的效率。

高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分
析，工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法來分析苴工作原理和工作状态。

这种分析方法的物理概念淸楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。

窄带高 频功率放人器用于捉供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调 在谐振功率放人器小，为满足结它的输出功率和效率的要求，并冇较髙的功 率增益，除」E 选择放大器的工作状态外，还必须」E 确设计输入和输出匹配网络, 输入和输出匹配网络在谐振功率放人器屮的连接情况如图2所示。

无论是输入匹 配网络还是输岀匹配网络，它们都具有传输有川信号的作川，故乂称为耦合电路。

对于输出匹配网络，在求它具有滤波和阻抗变换功能，即滤除各次分最，使负载 上只有基波电压；将外接负载RL 变换成谐振功放所要求的负载电阻R,以保证 放大器输出所需的功率！因此,匹配网络也称滤波匹配网络。

对于输夭匹配同络, 要求它把放人器的输入阻抗变换为前级倍号源所需的负载阻抗，使电路能从前级 信号源获得尽可能大
的激励功率。

当有高频激励电压为u-UCosu) t 它加在基极与发射极Z 间。

其中，a 是激 励电压的瞬时值，w 是激励电压的振幅值，3=2irf 是激,励电压的角频率，f 是
激励电斥的频■ 入 配 • 出 匹 配 恪 * 1 ••0
信号或实现倍频的功能，通常工作于丙类状态。

图3.1.1丙类谐振放大器
图3. 1.2 内类放人器的匹配网络
率。

电路接好并将各电极电压加上时，则在集电极电路中就会出现受到基极电流控制的余弦脉冲，脉冲波形如图3.1.3所示。

人是周期性苗数，山数学知识可知，它可以用傅氏级数来展开，即
i^U+laiCosu) t+ L,]Cos2u)t+・・・+JLcosnco t (3. 1. 1) 可见，集电极电流等丁-其周期性脉冲的直流分量5、一次谐波(基波)5、
3. 2电路总体设计
方案一
根据设计要求，输入电压为100mV,输出功率大于等于1W,效率大于等于80%,应采用内类功率放人器，但丙类功率放人器激励信号应为人信号，一般在0.5V以上，可达1〜2V,甚至可以更大，故需多级放大，在这里采用两级放大, 第一级工作在甲类，其主要作用是放人激励信号，为第二级丙类放人器捉供人信号激励电压。

第二级工作在丙类，进行功率放大。

其屮甲类功放选用晶体管3DG130A,丙类功放选用3DA89,级间采用变压器进行耦合。

采用12V直流电源作为电源。