课程设计---高频谐振放大电路.doc

*师范学院电气信息工程学院2014届通信工程专业课程设计报告*课程设计报告题 目： 高频谐振功率放大器 学生姓名： * 学生学号： * 系 别： 电气信息工程学院 专 业： 通信工程 年 级： 2014届 任课教师： * 电气信息工程学院制2013年5月高频谐振功率放大器学生：*指导教师：*电气信息工程学院 通信工程摘 要高频功率放大器是通信系统中发送装置的主要组件，用于发射机地末端。本课程设计的高频功率放大器电路由两极功率放大器组成，第一级为甲类功率放大器，第二级为丙类谐振功率放大器。分别对甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计的工作状态和计算出电路中各器件参数，从而设计出完整高频功率放大器电路，再利用电子设计软件multisim对电路仿真。适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180；丙 类放大器电流的流通角则小于180。乙类和丙类都适用于大功率工作。 丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放 大器大多工作于丙类。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，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。高频功率放大器在很多领域和方面都有应用，并且涉及到很多方面的知识点，则在此次设计中我们可以掌握高频宽带功放与高频谐振功放的设计方法，电路调谐及测试技术；负载的变化及激励电压，基极偏置电压，集电极电压的变化对放大器工作状态的影响；了解寄生振荡引起的波形失真及消除寄生振荡的方法；并且可以了解并掌握仿真软件的应用。关键词：高频谐振功率放大器 工作状态 效率 输出功率1课程设计的任务与要求1.1 课程设计的任务设计一个高频谐振功率放大器。1.2 课程设计的要求1.2.1、确定丙类谐振功率放大器设计的工作状态。1.2.2、确定丙类谐振功率放大器计算出电路中各器件参数。1.3 课程设计的研究基础1.3.1、高频功率放大器的主要功用是放大高频信号，并且以高效输出为目的，它主要应用于各种无线电发射机中。发射机中的振荡器产生的信号功率很小，需要经过多级高频功率放大器才能获得足够的功率，送到天线辐射出去。则此次可用两级功率放大器组成高频功率放大器，如下图1甲类谐振功放丙类谐振功放 小功率信号 大功率信号 图1.3.1 高频功率放大器原理方框图1.4课程设计的研究基础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。 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。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。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。图1.4.1为丙类谐振功率放大器方案提出2电路概要设计2.1 方案提出高频谐振功率放大器的电路构成，除电源和偏置电路外，主要由三个部分组成：（1）晶体管：大功率晶体管，能承受高电压、大电流，一般工作时发射极反偏(即工作状态为丙类)；（2）输入激励电路：提供功放所需激励信号电压。（3）输出谐振回路：需满足的条件为阻抗匹配。图1.2.1 高频谐振功率放大器的基本电路2.2 方案论证高频功率放大器的主要功用是放大高频信号，并且以高效输出为目的，它主要应用于各种无线电发射机中。本课程设计的高频功率放大器由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路，其中VT1 组成甲类功率放大器，晶体管VT2 组成丙类谐振功率放大器。从输出功率P0500mW来看，末级功放可以采用甲类或乙类或丙类功率放大器，但要求总效率50%，显然不能只用一级甲类功放，但可以只用一级丙类功放。本课程设计采用的电路甲类功放选用晶体管3DG130,丙类功放选用3DA1。首先设计丙类功率放大器，再设计甲类功率放大器。丙类功放通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的效率。3高频功率放大器系统方案设计3.1高频功率放大器的主要外部特性 当激励源（Uim)、负载(RL)或直流电源(UBB、UCC)发生变化时，都会影响到功放的工作状态，改变输出功率与效率；将外部参量变化时对功率放大器工作状态及性能指标的影响称为外部特性，包括负载特性RL的影响，放大特性Uim 的影响，调制特性UBB、UCC的影响。3.2高频功率放大器的负载特性谐振功放的直流电源VBB、VCC及激励电压Vbm不变时，放大器的输出电流Ico、Icm1,输出电压Vcm及功率、效率随负载变化的特性，称为放大器负载特性。UBB 、UBB 及Uim 固定时，ic(IC0 IC1)都确定；增大RL：放大器的工作状态变化:欠压 临界 过压图3.2 高频功率放大器的负载特性曲线3.3高频功率放大器的放大特性谐振功放的直流电源VBB、VCC及负载RL不变时，激励电压Vbm变化时，放大器的输出电流Ico、Icm1,输出电压Vcm及功率、效率随Vbm变化的特性，称为放大器的放大特性。在欠压区，输出电压振幅UC1m与输入电压振幅Uim近似呈线性关系可以实现对振幅变化信号的线性放大。在过压区，输出电压振幅UC1m近似呈现恒压特性，可以实现对振幅变化信号的限幅。增大Vbm：放大器的工作状态变化:欠压 临界 过压图3.3 高频功率放大器的放大特性曲线3.4丙类谐振功放原理图图3.4.1 高频谐振功率放大器变压器版总电路图图3.4.2 高频谐振功率放大器LC版总电路图3.5丙类功率放大器的理论分析本次高频谐振功率放大器的设计后一级为丙类高频谐振功率放大器。丙类高频谐振功率放大器作为有效放大级，作用是在不失真的前提下尽可能放大输出功率。图3.5.1 高频谐振功率放大器后一级电路图由效率60%和放大器的工作状态采用临界状态得：谐振回路电阻=20.5由 ，得： 集电极电流最大值为=34.62 mA输入功率为： =5mW由晶体管的直流=10，得：输出电压的振幅为7.5V若取集电极并联谐振回路的电容为C=0.01F得：绕制电感4.67H3.6甲类功率放大器的理论分析本次高频谐振功率放大器的设计前一级为甲类高频谐振功率放大器。甲类高频谐振功率放大器作为缓冲级，作用是为后一级的丙类高频谐振功率放大器提供匹配、有效的输入。 图3.6.1 高频谐振功率放大器前一级电路图甲类功率放大器的输出功率：PH = P1 =5mW由=，得：电阻为=300本级功放采用3DG12晶体管，取=30得：输入功率 =0.31mW放大器输入阻抗 =335则本级输入电压0.42V3.7 静态的理论分析当=0时，晶体管射极电位： = 8.9V =9.5V =0.17mA4 高频谐振功率放大器系统仿真和调试 4.1 仿真软件介绍Multisim是一个专门用于电子电路仿真和设计的EDA软件，它具有直观、方便的操作界面，创建电路、选用元器件和虚拟测试仪器等均可直接从屏幕图形中选取，操作简便。它具有完备的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域分析和频域分析、器件的线性和非线性分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法。在进行仿真的过程中，可以存储测试点的数据、测试仪器的工作状态、显示的波形。它先进的高频仿真设计和功能，是目前众多仿真电路所不具备的。4.2 系统仿真实现对电路进行仿真测试高频放大器的放大效果，在输入端输入1KHZ的正弦波信号，由仿真电路图在仿真示波器选择B通道观察输入的1KHZ的正弦波信号，如图5所示，输入电压Vi=326mV。图4.2 .1两个图的混合信号图4.2.2 原始输入信号图4.2 .3放大后的混合信号图4.3.4 放大前后两个图的混合信号的对比再观察仿真示波器A通道的波形，即经高频功率放大器放大的信号波形，如图6所示，由仿真示波器可得输出电压Vo=2.282V。放大增益A=Vo/Vi=2282mV/326mV =7, 20LgA=20Lg7=16.9dB,故由Multism仿真测得设计的高频功率放大器的电压放大增益Av=16.9dB。4.3 系统测试数据分析 总结调试结果：（1） 工作频率：f0 = 5.982MHz（2） 输出电压的幅度：UM = 7.2V（3） 计算得输出功率：P0 = 96.2Mw（4） 计算得输出效率：=58.6%5设计小结5.1 收获设计心得回顾起此次高频课程设计，至今我仍感慨颇多。的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在设计电路时和同组成员共同讨论解决问题，同时设计出的电路经过Multisim软件仿真达到预期的放大效果，不仅让小组所有成员共同获得努力后成功的欣喜，而且了解了Multism软件的使用。种种在此次学习到的知识或是能力必将有用于之后的学习或是将来的工作，这也是此次课程设计的目的所在。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正学到属于自己的知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，可以说得是多如牛毛，因为基础不牢固，再加上缺乏实际设计及动手的经验。 课设的这段日子真的是给我留下了很深的印象。我总结出，在每次课设中，遇到问题最好的办法就是请教别人，因为每个人掌握的情况都不一样，一个人不可能做到处处都懂，必须发挥群众的力量，复杂的事情才能够简单化。这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就遇到过，向他们请教远比自己在那边摸索来得简单，来得快。虽然我现在已经初步学会了如何设计符合要求的高频谐振功率放大器，但是离真正能够利用已学的知识自由设计使用电路的还有一段的距离。课设的这段时间我确实受益匪浅，不仅是因为它发生在特别的实践，更重要的是我的专业知识又有了很大的进步，因为进步总是让人快乐的。千里之行始于足下，我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。6参考文献1 刘泉主编. 通信电子线路. 武汉理工大学出版社，2005年1月2 陈永泰主编. 通信电子线路. 武汉理工大学出版社，2011年10月3 谢自美主编. 电子线路设计实验测试. 华中科技大学出版社，2006年8月 4 高吉祥主编. 电子技术基础实验与课程设计. 电子工业出版社，2002年5月5 曾兴雯主编. 高频电子线路. 高等教育出版社出版，