(完整版)高频谐振功率放大器设计.doc

武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书

天津天狮学院

《高频电子线路》设计报告

题目：高频谐振功率放大器

专业：（本14级电子信息工程

班级：2班

姓名：黄霞

总成绩：

天津天狮学院信息与自动化学院

2016 年5 月10日

课程设计任务

具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、采用晶体管完成一个高频谐振功率放大器的设计

2、电源电压 V cc＝＋12V，采用 NXO－100 环形铁氧体磁芯，

3、工作频率 f 0＝6MHz

4、负载电阻 R L＝ 75 Ω时，输出功率P0≥100Mw，效率η >60％

5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总

目录

摘要 .................................................................................................................................................. I

1 高频功率放大器简介 (1)

1.1 高频功率放大器的分类 (1)

1.2 高频功率放大器的主要技术指标 . (2)

1.3 功率放大器的三种工作状态 (2)

1.4 高频功率放大器的分析方法 (3)

2 放大器电路分析 (4)

2.1 谐振功放基本电路组成 (4)

2.2 集电极电流余弦脉冲分解 (5)

2.3 谐振功率放大器的动态特性 (7)

2.3.1 谐振功放的三种工作状态 (7)

2.3.2 谐振功率放大器的外部特性 (8)

3 单元电路的设计 (11)

3.1 丙类功率放大器的设计 (11)

3.1.1 放大器工作状态的确定 (11)

3.1.2 谐振回路和耦合回路参数计算 (12)

3.2 甲类功率放大器的设计 (12)

3.2.1 电路性能参数计算 (12)

3.2.2 静态工作点计算 (14)

3.3 电路原理图 (14)

4 电路的安装与调试 (15)

5 课程设计心得体会 (16)

参考文献 (17)

附录 1 (18)

摘要

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功率输出，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。由于高频功率放大

器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。

本次课设报告先是对高频功率放大器有关理论知识作了一些简要的介绍，然后在性能

指标分析基础上进行单元电路设计，最后设计出整体电路图，在软件中仿真验证是否达到

技术要求，对仿真结果进行分析，最后总结课设体会。

关键词：高频谐振功率放大器谐振回路耦合回路工作状态

1高频功率放大器简介

在通信电路中，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功率输

出，通信距离越远，要求输出功率越大。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没备的重要组成部分。在无线电信号发射过程

中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，

如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上

辐射出去。这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。实际上高频功率放大器不仅

仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备

中都得到了广泛的应用。

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差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器

的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自 20至20000 Hz，高低频率之比达 1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几

百 Hz一直到几百、几千甚至几万 MHz ），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（ 535－1605 kHz的频段范围）的频带宽度为 10 kHz，如中心频率取为 1000 kHz，则相对频宽只相

当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一

般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态

不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放

大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。

1.1 高频功率放大器的分类

高频功率放大器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。高频功率放大器是一种能量转换

器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

谐振功率放大器的特点：

①放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。

②输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载

的匹配。

③基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态。

④输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。

1.2 高频功率放大器的主要技术指标

高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼

顾其他一些指标。例如，对于发射机的输出级，其特点是希望输出功率最高，对应的效率

不一定会最高；对于单边带发射机，则要求功率放大器非线性失真尽可能小，也就是谐波

抑制度是设计的主要问题。显然，在这类功率放大器中，效率是不很高的。

1.3 功率放大器的三种工作状态

高频功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接

的关系。放大器件的工作状态可分为甲类、乙类、丙类等，图1-1 为甲、乙、丙三种状态时的晶体管集电极电流波形。表1-1 为甲、乙、丙三种工作状态的特点。提高功率放大器效率的主要途径是使放大器件工作在乙类、丙类状态，但这些工作状态下放大器的输出电

流与输入电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数很

大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；采用推挽电路时可以工作在乙

类状态；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

工作在丙类状态，通过谐振回路的选频作用，可以滤除放大器的集电极电流中的谐波成分，选出基波从而消除非线性失真。因此，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。