高平功率放大器

1、 高频功率放大器分析摘 要:高频功率放大器是发射机的重要组成部分,因而也是通信系统必不可少的环节。介绍了高频功率放大器应用和基本原理,并利用所学高频知识对丙类功率放大器电路从方案选择、 单元电路设计、 元器件参数选取等方面进行具体设计分析 ,同时对电路进行仿真测试 ,通过仿真结果分析电路特性 ,使电路得到进一步完善。关键词：高频功率放大器、功率放大器原理、高频功率放大器分析Abstract: High frequency power amplifier is an important part of the transmitter, which is an essential part of

2、communication system. Introduced the high-frequency power amplifier applications and basic principle and use their knowledge of high-frequency power amplifier circuit C from the program selection, cell design, components and other aspects of parameter selection of the specific design, and simulate t

3、he circuit test The simulation results of circuit characteristics, the circuit has been further improved.Keywords: High frequency power amplifier, power amplifier principle of high-frequency power amplifier朗读显示对应的拉丁字符的拼音 字典 - 查看字典详细内容一工作原理及要求功率放大器原理高频功率放大器是一种能量转换器件，它是将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出，通信中应用的

4、高频功率放大器，按其工作频带的宽窄可以分为窄带和宽带。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。通常把集电极电流导通时间相对应的角度的一半称为集电极电流的导通角，当导通角等于180，表示管子在整个周期全导通，叫做放大器工作在甲类，当其等于90表示管子半个周期内导通，叫做放大器工作 在乙类，当其小于90表示管子导通不到半个周期，叫做放大器工作在丙类。设计要求：(1)输出功率Po>500mw(2)总效率 >50%二、电路原理图： 丙类高频功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。因欠压状态效率低，而过压状态严重失真，谐波分量大，所以一般选用临界

5、状态。在晶体管功率放大器中，可以通过改变激励电压、基极偏压、集电极负载、集电极直流供电电压来改变放大器的工作状态。从输出功率Po>500mw来看，末级功放可采用甲类或丙类功率放大器，但要求总效率 >50%，显然，只用一级甲类功放是不能达到目的的，故采用两级功率放大器，第一级采用甲类功率放大器，第二级采用丙类功率放大器，其中甲类功放选用晶体管3DG12，丙类功放选择晶体管3DA1。其参数的设定：功放的基极偏置电压是利用发射极电流的直流分量在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，则集电极的输出电流为余弦脉冲波。利用谐振回路的选频作用可输出基波谐

6、振电压、电流。当功率放大器的电源电压，基极偏置电压，输入电压（或激励电压）确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻。当交流负载线正好穿过静态特性曲线的转折点A时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和管压降，集电极电流脉冲接近最大值。整个电路的原理图如图所示：功率放大器模块分析1丙类谐振功率放大器原理电路振网络的谐振频率为信号的中心频率。作用：滤波、匹配。:基极直流电压。作用:保证三极管工作在丙类状态的值应小于放大管的导通电压，通常取。：集电极直流电压作用：给放大管合理的静态偏置，提供直流能量。2 丙类谐振功率放大器的工作原理为余弦电压， 可表示为则：根据三极

7、管的转移特性可得到集电极电流，为余弦脉冲波，如图、所示： 波形根据傅立叶级数的理论，可分解为：式中：为直流电流分量 为基波分量，为二次谐波分量，为n次谐波分量，其中，它们的大小分别为： 是波形的脉冲幅度，、和分别为直流分解系数、基波分量分解系数和n次谐波分量分解系数，的大小可根据余弦脉冲分解系数表查。信号的导电角可以用下面的公式进行计算当信号通过谐振网络时，由于谐振网络的作用，可得其谐振网络压降为：各信号的波形如图2-5所示：图2-5 波形图功率关系：直流功率：PV=VCCICO输出功率：PO= Icm1Ucm放大管功耗：PT=PV-PO效率：= PO/PV丙类谐振功率放大器的性能分析一、丙类

8、谐振功率放大器的工作状态欠压状态：管子导通时均处于放大区；临界状态：管子导通时从放大区进入临界饱和；过压状态：管子导通时将从放大区进入饱和区；在实际工作中，丙类放大器的工作状态不但与有关，还与、和R有关。在丙类谐振功放中，工作状态不同，放大器的输出功率和管耗就大不相同，因此必须分析各种工作状态的特点，以及、和R的变化对工作状态的影响，即对丙类谐振功放的特性进行分析。二、丙类谐振功率放大器的动态线2.动态线的作法：三极管的输出特性曲线转上的参变量换成，在、和保持不变的情况下，假设取不同的值，根据式和可得以相对应的和值，从而确定输出特性曲线上的各个“动态点”，然后依次连接各个“动态点”就可以得到动

9、态线。其图形如2-6所示。图2-6 动态线3.不同工作状态的动态线如图2-7所示4.根据动态线分析放大器的特性（1）放大器工作在过压状态时，波形会出现下凹。（2）动态线、放大器的工作状态与、和的大小有关系。三、丙类谐振功率放大器的特性负载特性 基极调制特性调制特性集电极调制特性放大特性1.负载特性负载特性是指、和保持不变时，放大器的性能随R变化的特性。(1)工作状态的变化随着R从小变大，放大器将由欠压状态临界状态过压状态变化(2)波形的变化随着R增大，的变化如图2-8所示图2-8 随R变化的特性(3)、的变化特性如图2-9所示图2-9 、随R的变化(4)、的变化特性如图2-10所示图2-10

10、、的变化特性2.基极调制特性基极调制特性是指放大器在R、VCC和Ubm不变时，随VBB变化的特性(1)工作状态的变化随着VBB从小变大，放大器将由欠压状态临界状态过压状态变化(2)ic波形的变化如图2-11所示图2-11 ic随VBB的变化特性(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性如图2-12所示图2-12 Ucm、Ico、Icm1的变化特性3.集电极调制特性集电极调制特性是指放大器在VBB、R和Ubm不变时，随VCC变化的特性(1)工作状态的变化随着VCC从小变大，放大器将由过压状态临界状态欠压状态变化(2)ic波形的变化如图2-13所示图2-13 ic随VCC变化的特性(3)Ucm、Ic

11、o、Icm1的变化特性如图2-14所示图2-14 Ucm、Ico、Icm1的变化特性4.放大特性放大特性是指放大器在VBB、VCC和R不变时，随Ubm变化的特性(1)工作状态的变化随着Ubm从小变大，放大器将由欠压状态临界状态过压状态变化(2)ic波形的变化如图2-15所示图2-15 ic随Ubm的变化特性(3)Ucm、Ico、Icm1的变化特性如图2-16所示图2-16 Ucm、Ico、Icm1的变化特性本设计丙类功率放大器的设计(1)确定放大器工作状态：因为要求获得的效率>50%，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:=110.25集电极基波电

12、流振幅:0.095A集电极电流最大值为：=0.095/0.436=217.890mA其直流分量为：=*=217.890*0.253=55.126mA电源供给的直流功率PD =Ucc*Ico=661.5mW集电极损耗功率P= PD - PC转换效率= PC/PD=500/661.5=75.6%当本级增益=13dB即20倍放大倍数，晶体管的直流=10时，有：输入功率为：P1=P0/AP=25mW 基极余弦电流最大值为：IBM =ICM /21.78mA 基极基波电流振幅：=21.780.436=9.5mA 输出电压的振幅为UBM=2P1/ IB1M 5.3V(2)计算谐振回路和耦合回路参数丙类功放

13、输入、输出回路均为高频变压器耦合方式，其中基极体电阻Rbb<25,则输入阻抗87.1则输出变压器线圈匝数比为：0.68则这里，我们假设取N3=2和N1=3若取集电极并联谐振回路的电容为C=100pF，则100H用10mm×6mm×5mm磁环来绕制输出变压器，有其中=100H/m , A=, =25mm, L =60H 26(3)基极偏置电路参数计算基极直流偏置电压(其中U10.6V ) UB=U1-UbM COS -1.1V 则射极电阻RE2=/20 取高频旁路电容CE2=0.01f根据上诉条件，可得丙类的放大器的参数应如下所示3、甲类功率放大器的设计(1)计算电路性能参数综上所述，知甲类功率放大器输出功率等与丙类功放的输入功率，即：PH=P1=25mW 输出负载等于丙类功放输入阻抗，即RH=87.1 设甲类功率放大器的电路的激励级电路，如图1.2(变压器效率取0.8)图1.2甲类高频功率放大器则集电极输出功率PC=31mW ；若取放大器的静态电流ICC=ICM=7mA则集电极电压振幅UCM=2PC/ ICM=8.9V 最佳负载电阻为=1.3k则射极直流负反馈电阻357 (ICM) 则输出变压器线圈匝数比：3本级功放采用3DG12晶体管，取=30 =13dB即20倍放大倍数则输入功率P