高频谐振功率放大器的设计

2012~2013学年第一学期

《高频电子线路》课程设计

任务书

题目高频谐振功率放大器的仿真分析

班级

姓名

学号

指导教师

电气工程系

2014年12月17日

《高频电子线路》任务书

目录 (1)

摘要 (2)

第一章原理分析 (3)

1.1高频谐振功率放大器电路工作原理 (3)

1.2谐振功率放大器的特点 (3)

1.3高频功放的主要技术指标 (3)

1.3.1 功率关系 (3)

1.3.2 谐振功率放大器临界状态的计算 (4)

1.4 功率放大器的负载特性 (4)

1.4.1集电极电流、集电极电压随负载变化的波形 (5)

1.4.2 功率及效率随负载（工作状态）变化的波形： (5)

1.5谐振功率放大器的偏置电路及耦合电路 (5)

1.5.1直流馈电电路 (5)

1.5.2 输出回路和级间耦合回路 (5)

第二章高频功放电路的设计 (7)

2.1丙类功率放大器工作状态的确定 (7)

2.2 丙类高频功率放大器电路设计 (8)

第三章电路仿真 (9)

3.1 所用软件Multisim简介 (9)

3.2 仿真测试电路 (9)

3.2.1放大特性 (9)

3.2.2负载特性 (10)

3.2.3调制特性 (11)

参考文献 (14)

答辩记录及评分表 (15)

利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器，这是无线电发射机中的重要单元电路。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。本次设计采用甲类功放输出的最大不失真信号作为激励源，丙类功放作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。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，再设计出整体电路图，而后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并总结。

关键词：甲类功放;丙类功放;谐振回路;工作状态;仿真

第一章 原理分析

1.1高频谐振功率放大器电路工作原理

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。

利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。它是无线电发射机中的重要组成部件。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愈小放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ=180o ，效率η最高也只能达50%，而丙类功放的θ<90o ,效率η可达到80%。甲类功率放大器适合作为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放以获得较大的输出功率和较高的效率。

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。

1.2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） 输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。

1.3高频功放的主要技术指标

1.3.1 功率关系

功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率O P ，使之一部分转变为交流信号功率1P 输出去,一部分功率以热能的形式消耗在集

电极上，成为集电极耗散功率C P 。 根据能量守衡定理：

1o C P P P =+

直流功率：

输出交流功率：

2211111222

c c c c L L U P U I I R R =

⋅== C U -----回路两端的基频电压 c1I ----- 基频电流 L R ----回路的负载阻抗。

1.3.2 谐振功率放大器临界状态的计算

1.4 功率放大器的负载特性临界状态下，若已知电源电压Ucc ，BB U 三极管的参数C g ，

'U BB ，设电压利用系数为 ξ，集电极的导通角为θ。求谐振功率放大器的其余参数，如功率和效率等。

1.首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量cmax i 和θ 导通角θ：

'cos

BB BB

b

U U arc U θ+=

功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。在实际运用中，为兼顾高效率的输出功率和高效率，通常导通角为60~80度。 集电极电流脉冲幅值icmax ：

max (1cos )c c b i g U θ=-

2.根据：

22

1()1122c CC L L

U U P R R ξ=

= 可求得最佳负载电阻：

2

1

()2CC LCR

U R P ξ=

只在其他条件不变（CC U 、BB U 、U b 为一定），只变化放大器的负载电阻L R 而引起的放大器的电流、输出电压、功率、效率的变化特性。

0o c CC

P I U =⋅