高频功率放大器的设计

1、一、电路原理1电路原理及用途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，这是无线电发射机中的重要组成部分。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功

2、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在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，电流导通角愈小，放大器的效率愈高。如甲类功放的=180，效率最高也只能达到50%，而丙类功放的 90，效率可达到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。丙类谐振功率放大器原理电路本实验课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V

3、T2 组成丙类谐振功率放大器。2主要技术指标 额定输出功率。在放大器频率特性与谐波失真系数均能达到规定的技术指标下(普通功放失真度小于1%，高保真功放失真度小于0.1%)，功率放大器所能输出的连续正弦波信号功率。峰值功率：即P.P功率。将额定输出功率中的有效值电压，换算为峰值电压得出的功率。因为峰值电压等于1.414倍有效值电压，所以峰值功率即等于2倍额定功率。最大输出功率：即PM功率。在额定负载电阻上，放大器能符合基本参数要求，简谐信号的最大输出功率。最大有用功率：在额定负载电阻上，输入1kHz的简谐信号，当谐波失真系数为10%时的输出功率。在振幅允许的范围内l放大器能重放声音的频率范围。在

4、额定的频率范围内，输出电压幅度的最大值与最小值之比，以分贝数(dB)来表示其不均匀度。普通功放的频率响应为20Hz-20kHz约(+/-)l-3dB；优质功放的频率响应为20Hz-20kHz约+/-0.1dB。功率放大器额定输出电压与无信号输入时实测噪声电压比称为信号噪声比，简称信噪比，通常以分贝数来表示。信噪比：301og(额定输出电压噪声电压)普通功效的信噪比约6O-90dB；专业级功效信噪比要求大于100dB。二、设计步骤和调试过程1、总体设计电路总体设计：从输出功率P0100mW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60%，显然不能只用一级甲类功放，但可以只用一

5、级丙类功放。本设计采用了如图4所示的电路，其中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。2、电路工作状态或元件参数的确定1.丙类功率放大器设计对于输出匹配网络，在求它具有滤波和阻抗变换功能，即滤除各次分量，使负载上只有基波电压；将外接负载RL 变换成谐振功放所要求的负载电阻R，以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络也称滤波匹配网络。对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。 电源供给的直流功率PD为： PD=VCCIc0=0.65W 集电极的耗散功率PC为：

6、 PC=PD-P0=0.15W 放大器的转换效率为：=P0/PD=77% 若设本级功率增益AP=13dB（20倍），输入功率Pi为Pi=P0/AP=25mW基极余弦脉冲电流的最大值为Ibm（设晶体管3DA1的直流=10）Ibm=Icm/=21.6mA基极基波电流的振幅Ib1m 为Ib1m=Ib1m1()=9.5mA在谐振功率放大器中，为满足结它的输出功率和效率的要求，并有较高的功率增益，除正选择放大器的工作状态外，还必须正确设计输入和输出匹配网络。 输入和输出匹配网络在谐振功率放大器中的连接情况如图所示。无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，它们都具有传输有用信号的作用，故又称为耦合电路。确定放

7、大器的工作状态 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|Zi|可计算， 输出变压器线圈匝数比为 取N3=2,N1=3。 若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为 若采用的的NXO-100铁氧体磁环来绕制输出耦合变压器，可以计算变压器一次线圈的总匝数N2，即由 可得N28 需要指出的是，变压器的匝数N1、N2、N3的计算值只能作为参考值，由于电路高频工作时分布参数的影响，与设计值可能相差较大。为调整方便，通常采用磁心位置可调节的高频变压器。为获得较高的效率及最大输出功率P0。放大器的工作状态选为临界状态，取，得谐振回路的最佳负载电阻Re为 ，集电极电流脉冲的

8、最大值Icm及其直流分量Ic0，即 Icm= Ic1m / 1（）=216mA Ic0= Icm 0（）=54mA 基极偏置电路参数计算，基极直流偏置电压VB为 射极电阻RE2为 RE2=|VB|/ICO=20取高频旁路电容CE2=0.01F 2.甲类功率放大器设计 设甲类功率放大器的电路如图4所示的激励级电路，得集电极的输出功率P0为(若取变压器效率T=0.6)P0=PO/T46mW 若取放大器的静态电流ICQ=Icm=7mA，得集电极电压的振幅Vcm及最佳负载电阻Re分别为 Vcm=2P0/Icm=8.9V，若取二次侧匝数N2=2，则一次侧匝数N1=6 本级功放采用3DG12晶体管，设=3

9、0，若取功率增益AP=13dB（20倍），则输入功率Pi为 Pi=P0/AP=1.55mW得放大器的输入阻抗Ri为Rirbb+R3=25+30R3若取交流负反馈电阻R3=10， 则Ri=235得本级输入电压的振幅Vim为由丙类功率放大器的计算结果可得甲类功率放大器的输出功率PO应等于丙类功放的输入功率Pi，输出负载Re应等于丙类功放的输入阻抗|Zi|，即PO=Pi=25mW,Re=|Zi|=86。 计算静态工作点 由上述计算结果得到静态时(Vi=0)晶体管的射极电位VEQ为VEQ=ICQRE1=2.5V则VBQ=VEQ+0.7V=3.2V，IBQ=ICQ/=0.23mA若取基极偏置电路的电流I

10、1=5IBQ，则R2=VBQ/5IBQ=2.8k取标称值3k。在实验时可以调整时取R1=5.1k+10k电位器。 取高频旁路电容CE1=0.022F，输入耦合电容C1=0.02F。高频电路的电源去耦滤波网络通常采用形C1=0.002FLC低通滤波器如图所示，L10,L20可按经验取50100H，C10，C11，C20，C21按经验取0.01F。L10,L20可以采用色码电感，也可以用环形磁心绕制。将以上设计计算的元件参数按照图所示电路进行安装，然后再逐级进行调整。最好是安装一级调整一级，然后两级进行级联。3、仿真及仿真结果分析multisim仿真图如下图4、设计电路的性能评测电路基本实现了设计

11、要求，工作中心频率，负载电阻，输出功率和效率基本能够达到要求，但是波形有一定的失真，可能是元器件之间的干扰以及参数的选择有一定的出入所致。3、 结论及心得体会这是开学以来第一次课程设计，做的题目为高频功率放大器，开始的时候有点摸不到头绪，但是经过翻阅所学过的教材和在网上下载相关的资料，对高频功率放大器有了一定的了解，同时也有了一定的设计思路。分析题目知道本次设计要想达到设计指标，必须要设计一个较为理想的丙类功率放大器，然后将甲、丙类功率放大电路连接起来。在经过耐心的调试得到了基本符合要求的指标。在实验过程中，对静态工作点的选择方面花费了一定时间，但也让我对这方面调试的知识有了一定了解。通过本次课程设计，我加深了对高频电子线路所学内容理解和掌握。并认识到一定要把理论知识和实践相结合，只有这样，才能真正掌握所学的知识。4、 参考资料1