【正文】 功 率放大級硬件電路以及示波器圖像 本機的功率放大級采用兩級功放設(shè)計，由于調(diào)制級輸出信號電壓幅度比較小，不滿足丙類諧振功率放大器的輸入電壓要求，因此，首先需要在調(diào)制級后邊接入一級甲類功放，以提高調(diào)制信號的電壓幅度，我們稱此級甲類功放為激勵級，激勵級同樣采用諧振功率放大器形式，其初級與次級線圈匝數(shù)比為 3:1，為使信號失真較小，初級線圈繞置26 圈，次級線圈繞置 9 圈。當(dāng)輸入音頻信號的幅度較大時，容易產(chǎn)生過調(diào)幅失真，此時，應(yīng)減小輸入音頻信號的輸入振幅值。 振幅調(diào)制級硬件電路以及示波器影像 模擬乘法器需要 +12V和 8V雙電源供電，因此，除了接入 +12V電源外，還需接入 8V電源，輸入信號分別接入高頻載波和音頻調(diào)制信號，輸出端可看見完整的已調(diào)信號，此時，如果輸出信號有少量失真或 者波形出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象，可以調(diào)節(jié) RP3 達(dá)到調(diào)節(jié)MC1496 的平衡電路的作用，調(diào)節(jié)時注意微圖 521 音頻信號輸入級硬件電路 圖 522 音頻信號振幅過大時失真圖 圖 523 音頻信號輸出波形輸出波形 圖 531 振幅調(diào)制級硬件電路 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 35 調(diào)，較大的變動可能會使失真更加嚴(yán)重。 主振級示波器圖像如圖（圖 512）所示。 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 32 （ 3） 功率增益 功放的輸出功率 P0與輸入功率 Pi之比稱之為功率增益，用符號Ap 表示， icp PPA? （ 455） 圖 451 高頻功放的測試電路 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 33 5 硬件電路調(diào)試過程及示波器圖像 在軟件仿真的基礎(chǔ)上，通過硬件的實踐與焊接，可以使我們不僅對本課題的理論知識有更好的掌握，更使我們在電子相關(guān)專業(yè)的實踐能力上有進(jìn)一步的提高，在實踐中還可以對理論設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行驗證與優(yōu)化，從而在理論和實踐相結(jié)合的過程中不斷提升自己的專業(yè)課知識。 放大器輸出功率可以由下式計算： LLRVP 20? （ 452） 式中， VL 為高 頻電壓表 V的測量值。如總電路圖所示，負(fù)載 RL與丙類諧振功率放大器的諧振回路之間采用變壓器耦合連接方式，從而能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗匹配的作用，集電極回路的諧振阻抗 R0 上的功率等于負(fù)載 RL 上的功率，所以可以將集電極的輸出功率視為高頻功放的輸出功率， 02102 1110 212121 RVRIIVP MCMCmcmc ??? （ 451） 測量功放主要技術(shù)指標(biāo)的電路如圖 451 所示，其中高頻信號發(fā)生器提供激勵信號電壓與諧振 頻率，示波器檢測波形失真，直流毫安表測量集電極的直流電流，高頻電壓表 V測量負(fù)載 RL 的端電壓，只有在集電極回路處于諧振狀態(tài)時才能進(jìn)行各項技術(shù)指標(biāo)的測量。調(diào)好后，接入調(diào)制信號，觀察調(diào)幅波形，改變音頻信號發(fā)生器輸出電壓，使音頻電壓幅值變化，觀察包絡(luò)的變化，在調(diào)制過程中還可能出現(xiàn)輸出波形不純，存在諧波分量的問題，因而還需要返回前級重新調(diào)節(jié)。 整機統(tǒng)調(diào) 由于將最后一級接上后，輸入阻抗值不再等于之前的假負(fù)載的阻抗值，因而可能會產(chǎn)生回路失諧的情況，所以還要進(jìn)行統(tǒng)調(diào)工作。產(chǎn)生的原因可能是級間通過電源產(chǎn)生串?dāng)_或是甲類功放與丙類功放的阻抗不匹配，級間相互影響。功率放大器最終調(diào)整到等效負(fù)載為 51Ω時得到一定的電壓值為止。為了消除或者防止自激，一般電路調(diào)整時應(yīng)先將電源電壓降低到正常工作的 31 或者 21使用，信號應(yīng)調(diào)到較小的數(shù)值，諧調(diào)時注意選擇匹配狀態(tài)。 另外，功率放大器工作不正常時可能會出現(xiàn)嚴(yán)重自激，功放自激時 集電極電流會突然增大至上百毫安以上（正常工作時集電極電流在 40~50mA 以下），這時功放管發(fā)熱嚴(yán)重，時間長了很可能就會燒壞，因而必須時刻注意防止功率放大器產(chǎn)生自激。調(diào)節(jié)電路中的 RP3 即可達(dá)到調(diào)節(jié)輸入音頻信號幅度大小的目的，改變音頻信號大小得到盡可能大的調(diào)幅度 Ma（注意防止產(chǎn)生過調(diào)幅失真），測得調(diào)幅度大小 滿足設(shè)計指標(biāo)要求后，將已調(diào)信號輸送到后級進(jìn)行功率放大，進(jìn)而通過天線輻射到自由空間中去 [26]。此時，可通過調(diào)節(jié)緩沖隔離級的射級電阻 RP1 來提高緩沖隔離級的輸入阻抗，也可以減小主振級和緩沖級的耦合及減小 C4 來調(diào)整輸出波形。 晶振級與緩沖級聯(lián)調(diào)時可能出現(xiàn)緩沖級輸出電壓明顯減小或波形失真的情況。 主振級調(diào)試 按設(shè)計的電路安裝好本振級后，調(diào)整晶體管的工作點，使震蕩管電流 為 3mA 左右，適當(dāng)調(diào)整 C1，使輸出頻率維持在 6MHz 左右，幅度置為 40mV，波形為正弦波。而電路的裝調(diào)順序一般從前級單元電路開始，向后逐級進(jìn)行。螺旋式天線的接收效率通常不如直線 1/4 波長的拉 桿天線，但是在某些應(yīng)用場合中更加關(guān)注天線的耐用性而不是有效性。螺旋式天線不是將元器件直線延長到 1/4波長，而是將天線螺旋纏繞成一個線圈。在真空中信號的傳播速度為光速，本機的中心頻率為 6MHz，因此，由公式 波長 =速度／頻率可得到信號波長為 米，由于天線長度比較長，因此可以采用螺旋形式的天線。 在日常的移動通信應(yīng)用技術(shù)中，拉桿天線是我們經(jīng)常接觸到的，雖然發(fā)射機應(yīng)用圖 362 低頻寄生振蕩的影響 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 28 時其覆蓋面積不是很大，但是由于其價格低廉，方便實用，因此得到了普遍的應(yīng)用。 Dbi 是相對于點源天線的增益，在各方向的增益是均勻相同的， dBd 相對于對稱陣子天線的增益 dBi=dBd+。 天線的增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信息的能力，一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面使使地面表面產(chǎn)生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。 所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能的接近饋線的特征阻抗。 天線的相關(guān)知識及設(shè)計 天線的輸入阻抗就是指天線饋電端輸入電壓與輸出電流的比值。 高頻寄生振蕩一般由電路的分布參數(shù)（分布電容，引線電感）影響造成的。下圖（圖 362）表示出疊加入低頻自激后的輸出波形。消除參量型寄生振蕩的常見方法是在基極或發(fā)射極接入防振電阻或引入適當(dāng)?shù)母哳l電壓負(fù)反饋，如果可能的話，可以適當(dāng)減小激勵信號電平 [6]。對輸 出波形影響較大的有 1/2 基波頻率和 3 倍頻自激，右圖（圖 361）所示為 1/2 基波頻率功放輸出端的合成波形。 寄生振蕩是高頻功率諧振放大器應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，常見的寄生振蕩有以下兩種： （ 1）參量自激型寄生振蕩 當(dāng)功放的輸出電壓 Vcm足夠大時，功放的動態(tài)工作點就可能進(jìn)入?yún)⒘繝顟B(tài)，這時晶體管的許多參數(shù)將隨著工作狀態(tài)而改變，如集電結(jié)電容 Cb39。這時集電極的輸出電壓將減小，集電極電流也隨之增大，從而導(dǎo)致集電極的耗散功率將增加，嚴(yán)重時還會損害晶體管。 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 26 諧振功率放大器的調(diào)整 設(shè)計并計算高頻諧振功放的前提是假定諧振回路已處于諧振狀態(tài)，即集電極的負(fù)載阻抗為純電阻。 將上述設(shè)計計算的原件參數(shù)按照上圖（圖 355）進(jìn)行安裝，然后逐級進(jìn)行調(diào)試。 L10， L20可以采用色碼電感，也可以采用環(huán)形磁芯繞制。取高頻旁路電容為 CE1=,輸入耦合電容為 C1=。1 ?? RhNN η 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 25 取次級匝數(shù) N2’=2，則初級匝數(shù) N1’=6. 激勵級功放采用 3DG12 晶體管，設(shè)β =30，取功率增益為 Ap=13dB（ 20 倍）， 則輸出功率為 mWAPP PCi ?? 功放的輸入阻抗為 ???? 3 2 5R 339。Rh39。 設(shè)高頻變壓器的效率為η = mWPP hC 60?? η 取功放的靜態(tài)電流 Icq=Icm=7mA 則集電極電壓的振幅 Vcm及等效負(fù)載電阻 Rh’ 分別為 KPVRVIPVCcmhCMCcm239。 若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容 C=100pF，得回路電感為 uHuHCfL o 10)( 2 4 ??? 若采用 10*6*5 的鐵氧體來繞制輸出耦合變壓器，則可計算出總線圈的匝數(shù)為 N2，即 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 24 uHNIAuL 32222 104 ??? ? 則 N2=8 （ C）基極偏置電路參數(shù)計算 基極直流偏置電壓 VVVV BMjB os ??? 射級電阻 ??? 102 CQBE IVR 取高頻旁路電容為 CE2=。 ??? 集電極的效率 %77/ ?? DC PPη 若設(shè)末級功率增益 Ap=13dB（ 20 倍），則輸入功率 mWAPAPP PcPoi 50??? 基極余弦脈沖電流的最大值（設(shè)晶體管 3DA1 的β =10） mAII CMBM ?? 基極基波電流的振幅 mAII BMMB 1911 ??? α 輸出電壓的振幅 VI PiV MBBM 1 ?? （ B）計算諧振回路及耦合回路的參數(shù) 丙類功放的輸入輸出耦合回路均為高頻變壓器耦合方式，其輸出阻抗 Zi 可計算如下： 86c o s1 139。 整個電路的原理圖（圖 355）見右： 3 功率放大器的設(shè)計過程 （ 1）所需器件 : 3DG12(主要參數(shù)： PCM=700mw， ICM=300mA， UCES≤ ， hfe≥ 30， ft≥ 150MHz，Ap≥ 6dB） 3DA1（主要參數(shù)： PCM=1w， ICM =750mA， UCES≥ ， hfe≥ 10， ft≥ 70MHz， Ap≥ 13dB） 鎳鋅鐵氧磁環(huán)（ NX100）若干 (規(guī)格：φ 10mmφ 6mmφ 5mm) 電源（ +Ucc=12V） 漆包線（Φ ） 電阻若干 電容若干 （ 2）丙類諧振功率放大器的設(shè)計 （ A）確定放大器的工作狀態(tài) 為獲得較高的效率η和最大的輸出功率 Pe，功放的工作狀態(tài)應(yīng)選為臨界狀態(tài)，取θ =70 度，可得此時集電極的等效負(fù)載電阻 552 )(2 )( 22 ????? PoV c e sV c cPcV c e sV c cRq 其中 Vcc=12V， Vces=， Pc=Po=1W。利用諧振回路的選頻作用可使輸出基波諧振電壓為 UC1，電流為 IC1. 當(dāng)功率放大器的電源電壓為 +Ucc，基極偏置電壓 Ub，輸入電壓（或激勵電壓） Ubm確定后，如果電流導(dǎo)通角θ選定，則放大器的工作狀態(tài)就只取決于集電極回路的等效負(fù)載電阻 Rq。 其參數(shù)的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為： 功放的基極偏置電壓UBE是利用發(fā)射極電流的直流分量 IEO在射級電阻 RE2上產(chǎn)生的壓降來提供的，故將其稱為自給偏壓電路。在晶體管功率放大器中，一般可以通過改變激勵電壓、基極偏壓、集電極負(fù)載、集電極直流供電電壓來改變放大器的工作狀態(tài)。 2 電路原理圖： 丙類高頻功率放大器可工作在欠壓狀態(tài)、過壓狀態(tài)和臨界狀態(tài)。表示放大器在工作 期間的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，稱為放大器工作在乙類，當(dāng)其導(dǎo)通角小于 90176。 一般把集電極電流導(dǎo)通時間相對應(yīng)的角度的一半稱為集電極電流的導(dǎo)通角，當(dāng)導(dǎo)通角等于 180176。 諧振功率放大器的設(shè)計過程 [1] 高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它的主要作用是將電源的直流轉(zhuǎn)換成高頻交流輸出，通信線路中應(yīng)用的高頻功率放大器，按其工作頻帶的寬窄可以分為窄帶和寬帶。過壓狀態(tài)的特點是效率高，損耗小，并且輸出電壓受負(fù)載電阻 RL的影像較小，近似為交流恒壓源特性，但由于效率低，并且集電極損耗大，一般不選擇在此狀態(tài)工作。 下圖（圖 354）是諧振功率放大器的負(fù)載特性曲線。負(fù)載特性是高頻功率放大器的重要特性之一。 cmU 越大， minCEu 越小，脈沖凹陷越深，脈沖的高度越小。 ? 過壓狀態(tài) 由于諧振功率放大器的負(fù)載是諧振回路，有可能產(chǎn)生較大的 cmU （例如諧振回路 Q值比較大）， minCEu 很?。ㄐ∮?CESu ），致使晶體管在 0?t?