丙类功率放大器设计

1、摘要本文分析了丙类功率放大器的电路原理，估计了下电路的相关参数值。对丙类功率放大器 的性能进行了分析讨论并对其工作状态做出了基本的确定。关键词：丙类功率放大器；multisim仿真；简谐回路目录1、方案选择12、工作原理与参数计算 12.1 实验原理12.2 丙类谐振功率放大器的效率与功率 22.2.1 放大器的集电极效率22.2.2 谐振功率放大器临界状态的计算32.3 功率放大器的负载特性32.3.1 uc、ic随负载变化的波形 32.3.2 丙类高频功放的振幅特性 42.3.3 欠压、临界、过压工作状态的调整 42.4 谐振回路及耦合回路的设计52.5 基极偏置电路的设计63、电路调试与

2、排故63.1 实验电路图63.2 放大器电路设计要求73.3 丙类放大器电路分析 74、结论8参考文献9主要元器件参数91、方案选择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，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；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

3、出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器。功率放大器的任务是供给负载足够大的信号功率，其主要性能指标是输出功率和效率。丙 类谐振功率放大器可获得高效率的功率放大。谐振功率放大器主要有四个特点：放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电 流；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；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；输入余弦波时， 经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。2、工作原理与参数计算2.1 实验原理利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振放大器。如：图1谐振高频功率 放大 器原理图所示。它是无线发射机中的重要

4、组成部件。根据放大器电流导通角c的范围可以分为 甲类、乙类、丙类等不同类型的功率放大器。电流导通角愈小，放大器的效率愈高。如甲类功 放的导通角c=180。，效率最高也只能达到50%，而丙类功放的导通角oc4。，效率可达到8。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。本课设 使用的是丙类功率放大器，研究的是是丙类功率放大器的功率及效率。图1简谐功率放大器原理图2.2 丙类谐振功率放大器的效率与功率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 电源所供给的直流功率po，实质一部分转换为

5、交流信号功率pi输出去，一部分功率以热能的 形式损耗在集电极上，成为集电极耗散功率pc。根据能量守恒定律：po=pl + pc直流功率：po=l coucc1 u 2 1输出交流功率：pi= 1 ucl c1= uc=,ic2irl2rl2uc回路两端基频电压基频电流rl回路的负载阻抗2.2.1放大器的集电极效率p ；uc ic1n =且=2=ltpou cc1 co2ucic1rlu cc u cc其中集电极电压利用系数:波形系 数：i”)为导通角。的函数；。越小 越大。ico 02rl2 2rl(u cc ) 2可求得最佳负载电阻：rlcr (詈苧2.3 功率放大器的负载特性只在其他条件不

6、变(ucc、ubb、ub为一定)，只变化放大器的负载电阻rl而引起的放大器的 电流、输出电压、功率、效率的变化特性。2.3.1 uc、ic随负载变化的波形当负载电阻rl由小至大变化时，1 .负载线的斜率由小至大，如图中2f 3。2 .放大器的工作状态由欠压一临界-过压3 .输出电压比逐渐增大4 .输出电流屋的波形由尖顶脉冲-凹顶脉冲具体变化过程如图2所示：图2谐振功率放大器的负载特性高频放大器的工作状态是由负载阻抗rp、激励电压vb、供电电压vcc、vbb等4个参 量决定的。为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器，就应该了解这几个参量的变化会使 放大器的工作状态发生怎样的变化。2.3.2

7、丙类高频功放的振幅特性高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅5时，放大器电流、电压、功率及效率的 变化特性。由图3高频功放的振幅特性可以看出，在欠压区，ico、心、uc随ub的增加而增 加，但并不一定是线性关系。在过压区，5基本不随5变化，可以认为是恒压区，放大等幅 信号时，应选择在此状态。2.3.3 欠压、临界、过压工作状态的调整调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种方法：改变集电极负载rl ；改变供电电压ucc ；改变偏压ubb ；改变激励ub。方法1：改变rl，但ub、ucc、ubb不变：当负载电阻rl由小至大变化时，放大器的丙类功率放大器设计工作状态由欠压经临界转入过压。在

8、临界状态时输出功率最大。方法2：改变ucc，但rl、ub、ubb不变：当集电极供电电压ucc由小至大变化时，放大 器的工作状态由过压经临界转入欠压。方法3： ub变化，但ucc、ubb、rl不变或ubb变化，但ucc、ub、rl不变：这两种 情况所引起放大器工作状态的变化是相同的。因为无论是ub还是u bb的变化，其结果都是引起ube的变化。当ubb或ub由小到大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过 压。0图3高频功放的振幅特性2.4 谐振回路及耦合回路的设计输入耦合回路的作用是自前级取得最大的激励功率，而输出耦合回路则是保证放大器的输 出功率能有效地加到负载上。如图1所示，丙类谐振功放

9、的输出回路采用变压器耦合方式，其作用可以归纳为：实 现阻抗匹配，使负载电阻卬能与放大器的最佳负载以匹配，以保证放大器传输到负载的功率 最大。与谐振回路配合，抑制工作频带范围以外的频率分量，使负载上只有基波分量及频带内 频谱分量存在。耦合电路形式很多，本实验采用变压器耦合方式，其等效电路如图所示。为了减小晶体 管输出阻抗对耦合回路的影响，变压器初级采用部分接入方式耦合。回路的谐振频率为2 lc 或lc谐振阻抗与变压器线圈匝数比为n 45 2porlrlnl2 ucmron 23 ol n 45rl 2.5基极偏置电路的设计丙类谐振功率放大器常用的三种偏置电路如图8所示。图8(a)是利用基极电流在

10、基区 体 电阻加上的降压作为偏置电压。其电路简单，但偏压小，且易随晶体管 性而变，不能 保持稳定的电压，因此一般用于大功率丙类谐振功放。图(b)是利用基极电流的直流分量在降 上的降压得到偏置电压，g为高频旁路电容。其优点是偏置电压随输入信号的大小自动调节。 图是利用发射极电流的直流分量在re上建立偏压，ce为高频旁路电容。为了避免re上产 生交流负反馈，需设置时间常数-。它可以自动维持放大器稳定工作，当激励信号加大 时，负偏压加大，似的侬相对增加量减小。3、电路调试与排故3.1 实验电路图高频谐振功率放大器的的负载是谐振回路，其原理电路如图所示，电路由电压源、直流 偏置电路、晶体管、谐振回路和

11、输入回路组成。谐振负载对输入信号谐振。晶体管在 交流输入 信号的作用下产生心，ib控制较大的集电极电流匕流过谐振回路输出大功率，完成了将必提供 的直流功率转换成交流输出功率的任务。高频谐振功率放大器静态时晶体管截止，当有交流输 入电压时，由于输入电压为大信号，晶体管工作于截止和导通两种 状态。xsc2v4大1/ vpk： 、9.359mhz 了 av1t|斗02 vxbp1 inwopf ：30phbjt npn virtualxmm1v2川20 v图4仿真电路图图6 9mh下功率放大波形图3.2 放大器电路设计要求本次课设要求用multisim仿真软件做出一个符合要求的电路图，以及对电路的分

12、析和调试。电源电压20v，中心频率6mhz，功率增益大于13db ,负载电阻5k。图5中心频率3.3 丙类放大器电路分析根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种，如 图图7集电极馈电电路串馈电路指直流电源vcc、负载回路（匹配网络）、功率管三者首尾相接的一种直流馈 电电路。c、lc为低通滤波电路，a点为高频地电位，既阻止电源vcc中的高频成分影响 放大器的工作，又避免高频信号流入直流电源。并馈电路指直流电源vcc、负载回路（匹配 网络）、功率管三者为并联连接的一种馈电电路如图5 lc为高频扼流圈，g为高频旁路电 容，避免高频信号流入直流电源，c2为高频输出耦合电容。4、结论通过这次课程设计，我充分感受到了 ewb的强大功能，并且通过课设，巩固了我们上课 所学的知识，并把它们运用到实际中来。这次课设也暴露出我平时学习的不足，在今后的学习 中要更加努力地学习，更加丰富自己的理论知识，同时增加自己亲身实践的机会，这样理论指 导实践，实践反过来加深理论的理解，这样才能真正学懂一门科学。在这一周里，我总结出善 于交流意见也是学习能力的一种体现，每次完成一个任务，我都