射频发射电路的设计

课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 课程设计的内容及要求： 一、设计说明一、设计说明 设计一个射频发射电路，已知条件：Vcc=+12V，激励级用晶体管为 3DG130， 其 PCM=0.7W，ICM=300mA，VCES0.6V，hfe30，fT=150M，AP6dB。输出级晶体 管为 3DA1，其 PCM=1W，ICM=750mA，VCES1.5V，hfe10，fT=70M，AP13dB。 二、技术指标二、技术指标 谐振频率 f0=10MHz, 输出功率 P00.5W，效率 50%。 发挥部分： 实现实时测量并显示放大电路的输出电压的幅度。 三、设计要求三、设计要求 1根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数； 2画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化） 。 四、实验要求四、实验要求 1根据技术指标制定实验方案；通过 multisim 软件仿真验证所设计的电路。 2进行实验数据处理和分析。 五、推荐参考资料五、推荐参考资料 1 谢沅清，通信电子电路，北京：电子工业出版社。2007 年 2 于洪珍，通信电子线路，北京：清华大学出版社。2006 年 3 谢自美，电子线路设计、实验、测试(第二版)。2004 年 目目 录录 1. 概述.1 2. 方案设计 .1 3. 电路工作原理及说明.2 3.1 高频丙类功率放大电路 .2 3.2 高频宽频功率放大电路 .4 4. 电路性能指标的测试.6 4.1 高频宽带功率放大电路仿真测试.7 4.2 高频丙类功率放大电路仿真测试 .8 5. 结论.9 6. 性价比.9 7课设体会及合理化建议.9 参考文献.11 附录 元器件清单.12 附录 整体电路原理图.13 0 摘要：摘要：本论文主要研究的是 0.5W 射频发射电路的设计，在这次设计中，电路主要是 由宽带功率放大器及丙类功率放大器组成。宽带功率放大器是利用宽带变压器作为 耦合回路来实现；丙类功率放大器是由 LC 谐振电路作为耦合电路，对载波信号或已 调窄带信号进行放大。将输入的信号进行有效的放大，实现 0.5W 射频电路的发射。 关键词：宽带功放；丙类功放；谐振功率放大关键词：宽带功放；丙类功放；谐振功率放大 1. 概述概述 电子技术是在十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，在二十世纪 发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。 随着电子技术的飞速发展，电子技术在日常生活中得到了广泛的应用，各类转 换电路的不断推出以及电子产品的快速更新，电子技术已成为世界发展和人们生活 中必不可少的工具。 本设计题目为 0.5W 射频发射电路的设计，运用了高频放大电路的原理。0.5W 射频发射电路是利用高频宽带功率放大器和高频谐振功率放大器的工作特性达到级 联放大的效果实现该设计。 设计要求：设计一个射频发射电路，已知条件：Vcc=+12V，激励级用晶体管为 3DG130，其 PCM=0.7W，ICM=300mA，VCES0.6V，hfe30，fT=150M，AP6dB。输 出级晶体管为 3DA1，其 PCM=1W，ICM=750mA，VCES1.5V，hfe10，fT=70M，AP13dB。 谐振频率 f0=10MHz, 输出功率 P00.5W，效率 50%。 2. 方案设计方案设计 0.5W 射频发射电路原理框图见图 1。 高频信号 发生器 高频宽带 功率放大 丙类功率 放大 图 1 0.5W 射频发射电路原理框图 输出信号 要求设计这一高频功放电路，首先要有一信号源作为输入端，为了能够到达功 1 放的效果，要在这端信号源接入一放大电路来实现放大，我便利用了宽带变压器作 为耦合回路的功率放大设计为宽带功率放大器，又由于本次的设计是射频发射，而 且丙类高频谐振放大器在通信电路中用于发送设备，所以选择其为下一级放大电路， 再用天线进行发射。 本次设计共分为二部分：高频宽带功率放大电路、高频丙类功率放大电路。 3. 电路工作原理及说明电路工作原理及说明 3.13.1 高频丙类功率放大电路高频丙类功率放大电路 高频丙类功率放大电路为本次设计的关键部分。根据放大器电流导通角的范 围，将电路设置为丙类放大，将其作为发射机的末级，获得较大的输出功率和较高 的效率。 高频丙类功率放大电路图见图 2。 图 2 高频丙类功率放大电路图 2 （1）确定放大器的工作状态 在本次设计中，为了获得较高的效率和较大的功率，所以我将功放的工作OP 状态设为临界状态，取。 70 可以得到此时的集电极的等效电阻: 110 5 . 02 5 . 112 2 )( 2 )( 222 ）（ O CESCC C CESCC q P VV P VV R 由集电极输出功率: mCmCC IVP 11 2 1 得出集电极基波电流振幅:mARPI qCmC 95110/5 . 02/2 1 由关系式)(),(/ 0011 CmCmCCm IIII 得出集电极电流脉冲的最大值及其直流分量: Cm I 0C I mAmAII mCCm 21644 . 0 /95)70(/ 11 mAmAII CmC 5425. 0216)70( 00 由直流电源供给的直流功率：CCVWIVPCCCD65 . 0 054 . 0 120 得出集电极的耗散功率: WPPP CDC 15 . 0 5 . 065 . 0 集电极效率：%77%10065 . 0 5 . 0/ DC PP 若设本级功率增益dBAP13 则输入功率mWAPAPP PCpOi 25/ 由关系式 BmBmfeCm IIhI 得出基极余弦脉冲电流的最大值（设晶体管 3DA1 的）10 mAmAII CmBm 6 . 2110/216/ 3 基极基波电流的振幅mAmAII BmmB 5 . 944 . 0 6 . 21)70( 1 由基极基波输入功率： mBmBi IVP 11 2 1 得出输入电压的振幅：VIPV mBiBm 3 . 50095. 0025 . 0 2/2 1 (2)计算谐振回路及耦合回路的参数 丙类功放的输入、输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗 = i Z 86 44 . 0 )70cos1 ( 25 )()cos1 ( 1 bb r 输出变压器线圈匝数比： 68 . 0 )5 . 012/(515 . 02/2 1 1 3 mCLC VPP N N 取3, 2 13 NN 若取集电极并联谐振回路的电容pFC100 则回路电感： H Cf L 5 . 2 101001010014 . 3 4 1 4 1 1212222 基极直流偏置电压VVVV BmjB 1 . 1cos 射级电阻： 2E R 20/ 0CB IV 取高频旁路电容：FCE01 . 0 2 3.23.2 高频宽频功率放大电路高频宽频功率放大电路 高频宽频功率放大电路为本次设计的第一部分。通过静态工作点的设定，构造 出高频变压器，在达到功率放大，实现宽带功放的设计。 高频宽带功率放大电路图见图 3。 4 图 3 高频宽带功率放大电路图 （1）计算电路参数 由于宽带功率放大位第一级放大，所以宽带功放的输出功率等于下一级放大 H P 丙类功放的输入功率，输出负载等于丙类功放的输入阻抗。 i P i Z 即86,25 iHiH ZRmWPP 设高频变压器的效率。75 . 0 T 功放集电极的输出功率为：mWmWPP THC 3375 . 0 /25/ 取功放的静态电流,则集电极电压的振幅和等效负载电阻mAII CmCQ 7 Cm V 为, H RVIPV CmCCm 4 . 97/332/2KPVR CCmH 3 . 1103324 . 92/ 322 设计直流负反馈电阻： 286007 . 0 )6 . 04 . 912(/ )( 1CQCESCmCCE IVVVR 取标称值为 290 5 高频变压器匝数比：386103 . 175 . 0 / 3 2 1 HHT RRNN 取次级匝数,则初级匝数2 2 N6 1 N 在本次设计中，要求本级功放采用 3DG130 晶体管，设，若取功率增益30 ,则输入功率：dBAP13mWAPP PCi 65 . 1 2033/ 功放的输入阻抗：,若取,则， FF bb i RRrR3025 10 3 R 325 i R 可以求出本级输入电压的振幅VPRV iiim 0 . 13251065 . 1 22 3 （2）计算静态工作点 3DG130 晶体管的射级电位：VRIV ECQEQ 0 . 2286007 . 0 1 则mAIIVVVV CQBQEQBQ 23 . 0 /,7 . 27 . 0 若取基极偏置电路的电流 BQ II5 则，取标称值 KIVR BQBQB 3 . 21023 . 0 57 . 25/ 3 2 K5 . 2 KRVVVR BBQBQCCB 6 . 8/ )( 21 在实验中，取的电位器；取高频旁路电容,输KKR101 . 5 1 FCE02 . 0 2 入耦合电容。FC02 . 0 1 在本次课设中，用到了去耦滤波电路，采用的是 LC 低通滤波器。 4.4. 电路性能指标的测试电路性能指标的测试 在 Multisim 仿真实验中，输入信号源，观察高频宽带功率放大电路和高频丙类 功率放大电路的输出波形以及电压表上的示数，测试电路的性能指标。 电路仿真电路图如图 4。 6 图 4 0.5W 射频发射电路仿真电路 4.14.1 高频宽带功率放大电路仿真测试高频宽带功率放大电路仿真测试 将示波器接在宽带功率放大电路的输出端，输出波形如图 5。 图 5 宽频放大电路输出波形 MHznsTf87 . 9 4 . 101/1/1 7 4.24.2 高频丙类功率放大电路仿真测试高频丙类功率放大电路仿真测试 将示波器接在丙类功率放大电路的输出端，输出波形如图 6；并在负载两端 L R 接入电压表，测得示数如图 7。 输出波形： 图 6 丙类放大电路输出波形 MHznsTf93 . 9 7 . 1001/1 负载两端电压： 图 7 负载电压 由图 7 所示的负载两端电压可以得出功率： W R U P L L O 579 . 0 51 434 . 5 22 8 电路集电极输出电流： 图 8 集电极电流 由图 8 所示的集电极电流可以得出输出功率： %70%100 12069 . 0 579 . 0 / 2 CCCO LL D o VI RU P P 5.5. 结论结论 本课题是要设计一个 0.5W 射频发射电路，通过宽频功率的放大将输入信号进行 了放大，但输出的频率仍保持不变，后又由这一级的输出为丙类放大器的如MHz10 入，经过选频放大的处理，再一次对输入信号进行了放大，达到射频的发射。在此 工作过程中，为了避免外界的干扰，在此电路中设计了去耦滤波电路，保持 12V 电 源不变，完成此次设计。在谐振功率放大器的选择中，根据放大器导通角的范围， 可以分为甲类、乙类、丙类、丁类功率放大器，由于输出功率给定为,mWPo500 可以采用乙类和丙类功放。由于在高频的理论知识中只介绍了丙类功率放大器，故 在设计中我只采用了丙类放大，但在实际中，乙类放大较丙类放大更具优势，因为 器导通角较小，故放大器的效率更高。 6.6. 性价比性价比 本次设计方案中，所选取的元器价格比较便宜，性能良好。在本次设计中用到 了变压器及三极管等，这些器件在日常生活中都广泛使用，在电路设计中，实现了 射频的发射。从器件的选择到设计整体都考虑器件的常见度与成本。总体看来都遵 循性价比原则。 7 7课设体会及合理化建议课设体会及合理化建议 通过这一周的课程设计我收获了很多，在这段时间，我查阅了许多关于射频电 9 路的资料，并通过各种方式，如上网，翻阅相关书籍，询问老师等等，这对我日后 的学习很有帮助。在电路基础的学高频习中，我再一次接触到了 Multisim 软件，通 过这次课设，我对 Multisim 有了更多的了解，对其的使用也更加熟练，在以后的学 习中将会更加了解到该软件的应用，同时对高频的理论知识更一步掌握，明白了在 品是学习中没弄懂的那部分知识，收获很大。 一周的时间是很短暂的，但在这一周中我所学到的东西确实很多。在做可设的 过程中，发生故障是不可避免，比如程序不能运行，连出的电路输出的波形不正确、 电压值与理论值相差很多等问题。经过老师、同学的帮助，在进行改过后，仿真电 路终于可以正常的运行。我觉得电路是否能正常运行并不重要，重要的是学习的过 程，在这个过程中我锻炼了自学能力，增加了理论知识以及坚定了信念，而这些恰 恰是我迈向社会所需要的。在以后的生活中，没有了老师的指导，靠的就是自己的 自学与坚持。非常感谢这次的课设，在此向我的指导教师致以深深的谢意，感谢老 师的耐心指导。 在这次课程设计的过程中我也看到了自己的不足，如对知识的掌握还是不够牢 固，有很多东西现在不能熟练的掌握，对于软件的控制能力也不是很好，希望日后 会提供给我们更多的锻炼机会来培养我们的实践能力。 10 参考文献参考文献 1 杨翠娥主编. .高频电子线路实验与课程设计. . M哈尔滨：哈尔滨工程大学 出版，2001 年 2 胡宴如、耿苏燕主编. .高频电子线路