LC谐振放大器.doc

LC谐振放大器摘 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。 本次设计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，最后焊接并调试电路。关键词：高频谐振功率放大器 谐振回路 耦合回路 工作状态AbstractHigh frequency power amplifier is an important part of the equipment to send one of communication, circuit, in order to make up for in process of wireless transmission signal attenuation requirements with greater transmitter output power and communications, the farther the distance, the greater the output power requirements. So in order to get enough high frequency output power, must use high frequency power amplifier. Due to the high frequency power amplifier high frequency band, relatively narrow, so the general use of the web as a load circuit choose frequency. The first design of the high frequency power amplifier theory knowledge about some briefly introduced, and then the performance index analysis in based on the circuit design, and in the end the design unit circuit diagram, a whole in software simulation verify whether attain the technical requirements of the simulation results on analysis, the final installation and debugging circuit circuit. Keywords：High-frequency resonant power amplifier Resonant circuit Coupling Loop Working condition一、方案比较与论证1基本方案根据要求，需要设计并制作一个低压、低功耗的LC谐振放大器；为了便于测试，在放大器的输入端插入一个40dB的固定衰减器。电路框图如下：图1-1电路基本框图2各模块方案的确定2.1衰减器衰减器一般采用电阻元件，有两种主要电路形式：型和T型。如图1-2所示： 图1-2 射频功率衰减器电路类型当衰减的分贝数较大时，在T型衰减器中R1将很小，由于受引线和焊点的影响，阻值过小很难保证其精度，从而影响衰减的准确度。如题中，输入输出阻抗为50，衰减为40dB时，T型衰减器中R49.01，R11.00，而型衰减器中R51.01，R12.5k，所以，当要求衰减较大时用型衰减器较合适，因此，本电路设计采用型衰减器。2.2 LC谐振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，这是无线电发射机中的重要组成部分。根据放大器的流通角的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同功率类型的放大器。电流导通角愈小，放大器的效率愈高。为了达到题目要求的增益不小于60dB，须采用两级功率放大器，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。本设计有以下两种方案：方案一：采用甲类功率放大器，为了提高增益，电路须采用两级甲类放大，但是甲类功放的流通角=180o，效率最高也只能达到50%。方案二：采用一级甲类功率放大器，另一级采用丙类功率放大器，丙类功放的60%，放大器的工作状态采用临界状态，取=70,所以谐振回路的最佳电阻为：=900集电极基波电流振幅为：3.33mA集电极电流最大值为：=3.33/0.436=7.638mA其直流分量为：=*=7.638*0.253=1.932mA电源供给的直流功率为：PD=Ucc*Ico=6.956mW集电极损耗功率为：P= PD PC =1.956mW转换效率为：= PC / PD =5/6.956=71.88%当本级增益=40dB，晶体管的直流=50时，有：丙类的输出功率为：P1=P0/AP=0.0005mW基极余弦电流最大值为：IBM = ICM / 0.1528mA基极基波电流振幅为：=0.15280.436=0.0666mA所以输出电压的振幅为：UBM =2 P1/ IB1M0.119V(2) 谐振回路和耦合回路参数计算（1）计算丙类类谐振回路参数由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流ICQ一般选取0.8-2mA为宜，现取IE=1.5mA 取=50 rbb=25 Cbe=25pF L=1.8H 由以上参数得:由于 因 所以 因为通频带 解得QL=50 所以 C3取60pF确定耦合电容及高频滤波电容C2=0.01F C4=0.1F C5=0.1F通频带则QL=50一级的增益为：或以功率增益为：以分贝表示，则(2) 耦合回路参数丙类功放输入、输出回路均为高频变压器耦合方式，其中基极体电阻Rbb25,则输入阻抗：87.1则输出变压器线圈匝数比为：0.47在这里，我们假设取N3=13和N1=2，若取集电极并联谐振回路的电容为C=60pF，则：1.82H采用10mm6mm5mm磁环来绕制输出变压器，因为有其中 =100H/m , A=, =25mm, L =1.82H所以计算得N2=72.5甲类功率放大器的设计（1）电路性能参数计算甲类功率放大器输出功率等于丙类功率放大器的输入功率，即：PH = P1 =5mW输出负载等于丙类功放输入阻抗，即：RH =87.1设甲类功率放大器为电路的激励级电路，变压器效率取0.9，则集电极输出功率为：PC =6.29510-4mw若取放大器的静态电流ICC = ICM=1.5mA，则集电极电压振幅为：UCM =2 PC / ICM =8.3910-4mV最佳负载电阻为：=1.515则射极直流负反馈电阻为：1780 (ICM)则输出变压器线圈匝数比为：0.152本级功放采用9018晶体管，取=50 =40则输入功率为：Pi = P0 /=2.3510-5mw甲类功率放大器输出功率等于丙类类功率放大器的输入功率，即：PH = P1 =6.29510-4W设甲类功率放大器为电路的激励级电路，变压器效率取0.9，则集电极输出功率为：PC =6.99410-5mW若取放大器的静态电流ICC = ICM=1.5mA，则集电极电压振幅为：UCM =2 PC / ICM =9.32510-5mV本级功放采用9018晶体管，取=50 =40则输入功率为：Pi = P0 /=4.9510-8mw放大器输入阻抗为：Ri= Rbb+*R3=25+30R3若取交流负反馈电阻Ri= Rbb，则Ri=25所以本级输入电压为：49.75v（2）确定静态工作点由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流ICQ一般选取0.8-2mA为宜，现取 IE=1.5mA ,UEQ=0.9V, UCEQ=2.7VRE=UEQ/IE=0.6K取流过R3的电流为基极电流的7倍，则有： R3=UBQ/(7IBQ)=9.52K 取10K则： （3）计算甲类谐振回路参数谐振频率f0=15MHz，谐振电压放大倍数大于60dB，通频带BW=300KHz。选取三极管9018，,取=50，工作电压3.6V，查手册得rbb=70，Cbe=25pF，取L=1.8H 。由于 所以得： 因 则有： 计算回路总电容C，得：因为通频带：解得回路的有载品质因数QL=50由此得到并联到LC回路上的总损耗电导为：又已知,。可求得在匹配时的初级抽头比为：三、电路原理图如图3-1 为高频谐振功率放大器的总体电路图。图3-1 高频谐振功率放大器电路图 4、 电路仿真图五、电路的焊接与调试 根据上述设计的元件参数，按图3-1所示电路进行焊接。先焊接第一级放大器，测量调整其静态工作点，使其满足或近似到理论设计值，再安装第二级放大器。测得晶体管9018静态时，基极偏置电压Ube=0，静态工作点调整后再进行动态调试。先假设谐振回路已经处于谐振状态，即集电极的负载电阻为纯阻抗。但是回路的初始状态或者在调谐过程中，回出现失谐状态，即集电极回路的阻抗呈感性或呈容性，将使回路的等效阻抗下降。这时集电极输出电压减小，集电极电流增大，集电极的耗散功率增加，严重时可能损毁晶体管。为保证元器件安全工作，调谐时可以先将电源电压+VCC降低到规定值的1/2-1/3，待找到谐振点后，再将+VCC升到规定值，然后微调一下回路参数就可以了。回路谐振时，高频电压表的读数应达到最大值，直流毫安表的读数为最小值，示波器检测的波形为不失真基波。6、 总结在本次设计竞赛过程中，我们组的队员紧密团结，精诚合作，最终完成了设计任务。通过本次比赛，我们不仅增强了动手能力、加深了理论知识的理解和认识，还学到了许多大学课堂学不到的知识，并深刻体会到共同协作和团队精神的重要性。另外，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信，通过这次的设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。参考文献：1. 张肃文编，高频电子线路，北京：高等教育出版社，2009.52. 华成英、童诗白编，模拟电子技术基础，北京：高等教育出版设，2006.53. 严