超短波电台课程设计

1、摘要由于高频功放的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载 回路。为了使谐振功放的输入端能够从信号源或前级功放得到有效的功率，输出 端能够向负载输出不失真的最大功率或满足后级功放的要求，在谐振功放的输入 和输出端必须加上匹配网络.对于选频网络，采用微带线匹配滤波，同时通过控 制电源调整管的通断来改变匕c的大小从而改变Um和PO的大小。超短波电台是采用频率调制，通过对高频丙类谐振功率放大器，LC的n型网 络，自动功率控制电路的原理进行分析，从而设计出由集成高频功放、选频网络、 自动功率控制电路组成的超短波电台发信机中的高频功率放大器。自动功率控制 电路由可调电位器和电容组成的二极管检

2、波器，差分放大器和调整管等相关元器 件设计而成。高频功率放大电路的技术指标涉及各个问题，我们从节省能量和效 率方面选择丙类高频功率放大器，也是设计的关键。同时为了滤除丙类工作时产 生的众多高次谐波分量，常采用LC谐振回路作为选频网络。电容和电感组件组 成选频网络，本文选用LCn型构成选频电路二者相串联后组成带通选频电路， 使通过此电路的信号频率处于高频和低频信号之间，故能够使其工作在一定的频 率范围之内。关键词：丙类功放高频 放大器选频目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 课题描述1 HYPERLINK l boo

3、kmark23 o Current Document 设计过程2 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 谐振功率放大器工作原理2 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 谐振功率放大器工作性能分析5 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 设计相应的高频功放（丙类）集成电路图7 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 匹配网络8 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 匹配网

4、络作用8 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 2.2.2 匹配网络分类9 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 自动功率控制电路分析9 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 设计内容10 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 在高频功放阶段12 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document LC n型选频网络电路图12 HYPERLINK l bookmark108 o

5、 Current Document 自动功率控制电路12 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 总结13 HYPERLINK l bookmark115 o Current Document 参考文献14课题描述调频发射机框图:本次设计的任务涉及三个方面：即超短波电台发信机中的高频功率放 大器包含发信机末端的高频功放，选频网络，自动功率控制电路。高频功率放大电路的技术指标涉及各个问题，我们从节省能量和效率 方面选择丙类高频功率放大器，同时为了滤除丙类工作时产生的众多高次 谐波分量，常采用LC谐振回路作为选频网络。对于选频匹配网络，高频大功率管的输

6、入输出阻抗值很小，而且是 频率函数，所以，为了获得最大的输出功率，高频功率放大器的输入端 好输出端以及多级高频功率放大的级间耦合都要采用L型，T型匹配网 络。对于丙类工作状态，为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量， 常采用LC谐振回路作为选频网络，工作频率为457.7458MHZ对于本 次设计，采用微带线匹配滤波的方式。设置自动功率控制电路，通过控制电源调整管的通断以改变 匕大 小来改变U po设计过程谐振功率放大器工作原理原理图如图2.1所示：图2.1图2.1谐振功率放大器的基本电路其中U 分别是输入信号和输出信号顶产回路等效总电阻，Ico和IC1M 分别是集电极电流I中的直流分量和基波

7、振幅，UBB和8是直流电源。由此可以得到集电极电源提供的直流功率 谐振功放输出交流功率P。、集 电极效率n和集电极功耗P ： C集电极电源提供的直流功率：pd = vcci co（2.1.1）11谐振功放输出交流功率：Po = 2 Icm U = 212 R（2.1.2）（2.1.3）门 =O =dm（2.1.3）P 2 ICOVCC（2.1.4）设输入信号是角频率为的单频正弦波，输出选频回路调谐在输入信号的 0相同频率上。对回路1用KVL得： v = V + v = V + Vo s t（2.1.5） b e B B bB B b（2.1.6）对回路1用（2.1.6）其中：七输入交流信号；u

8、c:输出交流信号从以上公式可知：如果要增大输出功率，在回路等效总电阻不变的情况下, 需增大Ic1m,当器件确定时，就是要增大输入信号振幅Um ；如果要提高效率, 需增大Icim或减小、(减小、即减小集电极功耗，通过降低静态工作点可以实 现)。所以，增大输入信号振幅和降低静态工作点是实现大功率高效率的两条重 要途径。三种不同静态工作点情况时晶体管转移特性分析。其中qa、Qb和幻分别是甲 类、乙类和丙类工作时的静态工作点。其对应的关系如图2.2所示：图2.2三种不同静态工作点情况时晶体管转移特性分析从节省能量的角度考虑，效率显得尤为重要。所以我们选择丙类高频电路， 对于丙类状态下转移特性进行如下分

9、析：如果将输入信号在一个周期内的导通情况用对应的导通角度2。来表示，则 称。为导通角。可见，00 180，在放大区，可以得到集电极电流：i = g(VB + Ub coso t - Uo )(2.1.7)当cot=0j, I =0,可求得：sin 0 -。cos 01 - cos 0sin 0 -。cos 01 - cos 0C1a （0 ）=-si0 -0 c 0 s1 - cos 0c1 0 - sin 0 cos 0兀 1 - cos 0c其中2.1.8 2.1.9和2.1.10式表示尖顶余弦脉冲的分解系数波形系数:g （0 ）二九二i m/i（0 o =%21 LLax oKE ）（2

10、.1.8）（2.1.9）（2.1.10）（2.1.11）根据2.1.8式到2.1.11式可以得出尖顶余弦脉冲的分解系数a(0)与波形系数g/0)的相关关系图如下:图2.3图2.3尖顶余弦脉冲的分解系数a(0)与波形系数g 1(0)由图2.3可以a1(900) =a1(1800) =0.5,这两种情况分别对应于乙类和甲 类工作状态，均比丙类(0 900)的值高，而a 1的最大值是a ( 1200)=0.536, 处于甲乙类工作状态。这意味着当回路等效总电阻R和脉冲高度Im固定 时，丙类的输出功率比甲类、甲乙类和乙类都要小一些，但丙类的集电极效 率比它们都要高。集电极效率：门=p=1*匕土C P

11、2 以CC由以上可得丙类状态的转移特性分析图如图2.4所示：图2.4丙类状态的转移特性分析图根据图2.3和2.4同时为了兼顾效率和输出功率两个重要指标，一般9 =70。作为最佳导通角。2.1.1.谐振功率放大器工作性能分析负载特性负载特性是指VBB、VCC和Ubm保持不变时，放大器的性能随R变化的特性。随着R从小变大，放大器将由欠压状态一临界状态一过压状态变化。如图2.5为谐振功放的负载特性曲线：图2.5谐振功的负载特性曲线固定ub、uc、ub三个参数，随着火尸的逐渐增大，动态线由欠压状态进 入临界状态，再到过压状态。在欠压区“恒流”即七、匕0变化缓慢，U变化很快；在过压区“恒压”即Um变化缓

12、慢，I 1、/。变化很快。在临界状态，输出功率Po最大，集电极效率C接近最大，此时为最佳工作 状态。调制特性如图2.6基极调制特性曲线：图2.6基极调制特性曲线固定Ucc、Rp、U娜三个参数，基极偏压Ubb变化。基极调制目的：使um随UB的变化而变化。故功放应工作在欠压状态，才 能使U况对Um有控制作用。放大特性 如图2.7为谐振功放的负载特性曲线:固定固定、U 、R三个参数，输入 变化BB CC Pbm欠压状态：Um随Ubm增大而增大； 过压状态：随着Ub增加，U几乎不变。2.1.2.设计相应的高频功放（丙类）集成电路图图2.8功率放大器（丙类）原理图匹配网络如图2.9为匹配网络的相关原理图

13、%/ft 一输出匹配网络%/ft 一输出匹配网络图2.9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2.7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。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。2.2.1.匹配网络作用使负载阻抗与放大器所需要的最佳阻抗相匹配，

14、以保证放大器传输到负载 的功率最大抑制工作频率范围以外的不需要频率，即它应有良好的滤波作用在有几个电子器件同时输出功率的情况下，保证它们都能有效地传送功率 到负载，但同时又应尽可能地使这几个电子器件彼此隔离，互不影响22.2匹配网络分类它分为T型、倒L型、兀型三大种类，这里我们主要设计的是n型匹配网络。如图2.10所示n型匹配网络图CaJth)d)图2.10兀型匹配网络图2.11为兀型网络的另一种形式图2.11兀型网络的另一种形式自动功率控制电路自动功率控制电路作为高频集成功率放大电路的重要组成部分，有相当重要 的作用。在现实的应用中，需要调整通过高频集成功放电路的控制电压，使输出 功率达到规

15、定值。因此在使用时，需要在外电路加入功率自动控制电路，使输出 功率达到稳定状态，同时也要保证集成电路的安全工作，避免损坏。因此，在系 统电路中加入自动功率控制电路尤为重要，而且控制电压的大小与高频集成功放 电路的效率、工作频率也有很大关系。本设计中我们采用的电路图2.11所示图2.11自动功率控制电路其中二极管检波器电路有两个特点：二极管是否导通，不仅与输入电压Uj有关，还取决于输出电压UO，即输出信号有反馈作用。二极管导通时，电容 充电，充电时间为r ；二极管截止时，电容放电，放电时间常数为RC，由于二 极管导通电阻rd很小,则会有、RC.此电路中二极管检波电路的作用是取出与 M57704H

16、输出功率成正比的低频电压分量。设计内容参照以上发信机末端的高频功放，选频网络，自动功率控制电路设计原理分 析得出超短波电台发信机中的高频功率放大器的电路图：M577O4H图3.1超短波电台发信机中的高频功率放大器图3.1电路图部总体分析：超短波电台采用频率调制，工作频率457.7458MHz,发射功率5W.由各部 分工作原理图可知，由输入端输入等幅调频信号，经过带通电路部分（由2200P 电容的高通电路和与之相并联的680。电阻、0.2W6P的可调电容的低通电路， 进入高频集成功放电路M57704H，经过其频率放大作用后，一路由微带线匹配 滤波后，经过二极管Vm,1000P电容L108所组成的

17、高通电路、LCn型选频网 105络所组成的低通电路，由发射天线发射出去。在高频功放阶段我们选择由Motorola公司生产的高频功率放大器MHW系列，这里选用 M57704.它的电特性参数为：当 V=12.5V, P=0.2 W, Z Z%时，输出功率 Po=13 W,功率增益Gp=18.1dB，效率35%40%。功放等效电路图如图3.2)q7L工微带线 、)q7L工微带线 、图3.2功放等效电路图LC n型选频网络电路图图3.1中，1000PF和L108组成高通选频电路，LCn型选频网络组成低通选频 电路。二者相串联后组成带通选频电路，使通过此电路的信号频率处于高频信号 和低频信号之间，能够使

18、其工作在一定的频率范围之内。另一路则作为自动功率 控制信号去控制高频集成功放电路M57704H内第一级功放的增益。由高频集成功 率放大电路M57704H放大得信号经过微带线进入二极管检波电路。经过2PF电容 隔离高频，进入二极管V113。经V113信号进入2200PF电容和与之相并联得10K。 的可调电位器。其中与M57704H管脚相连的2.2Q电阻，在电路中有限流的作 用，而与其相并联的两个电容100p F和2200PF，它们得作用都是滤波，但是 100. F的电容是为滤掉电路中低频信号，而2200PF电容则会滤掉电路中的高频 信号。而连接在M57704H管脚和管脚之间的电容则与它们的作用相

19、同，分别 过滤掉电路中的高频信号和低频信号。自动功率控制电路图3.1中自动功率控制电路由V113、10Kq的可调电位器和2200PF电容组成 的二极管检波器，V、V组成的差分放大器和调整管V几部分组成。自动功 104105103率控制电路中V104、V105组成的差分放大器和调整管V103构成一个发射极负反馈增 益控制电路。信号由V104、V105的两个基极双端输入，从V104的集电极进入调整管 V，通过控制V集电极的电压，来控制高频集成功放M57704H的放大功率。总结通过这次课程设计，我学到了很多东西，让我对课本的知识有了更深刻的认 识。在这两周内，我进一步了解丙类高频功率放大器、选频网络的基本原理，让 我以前并不是太懂的知识得到了提升，并且将提高了我的思考与解决问题的能 力。掌握了分析通信电路的一些方法。高频功率放大电路广泛应用于各个领域， 所以熟练掌握高频功放能让我们