【正文】 Ucc*Ico= 集電極損耗功率 P’= PD PC = 轉(zhuǎn)換效率 η = PC/PD=500/=% 當(dāng)本級(jí)增益 ?A =13dB 即 20 倍放大倍數(shù)，晶體管的直流 β =10 時(shí)，有： 輸入功率為： P1=P0/ pA =25mW 基極余弦電流最大值為： BQI =ICQ/β ≈ 基極基波電流振幅： )70(1 ???? BQBM II =? = ∴輸出電壓的振幅為 UBM=2P1/ IBM ≈ 輸出振蕩回路 pR =110Ω LR =50Ω LLP RQR )1( 2?? HHRQLOLLs ??? *6*2 51* 6 ??? HLQL SLP ?)11( 2 ??? pFLfC P 2594 1 22 ?? ? 所以振蕩回路的電感 L 為 H 電容 C 為 8 259pF。 丙類(lèi)功率放大器的估算 為了兼顧功率與效率，最佳導(dǎo)通角取 o70 ，在晶體管功率放大器中，可以通過(guò)變激勵(lì)電壓、基極偏壓、集電極負(fù)載、集電極直流供電電壓來(lái)改變放大器 7 的工作狀態(tài)。因欠壓狀態(tài)效率低，而過(guò)壓狀態(tài)嚴(yán)重失真，諧波分量大。因此，為了獲得高的輸出功率與效率，應(yīng)采用丙類(lèi)工作狀態(tài)。輸出電壓不是脈沖形狀，而是和輸入激勵(lì)電壓一樣的波形。同時(shí)，因?yàn)榛芈肥钦{(diào)諧到基波，對(duì)于高次諧波回路失諧很大，所以回路對(duì)于高次諧波也近似于短路。這樣，諧振回路對(duì)基波的阻抗很大，而且是純電阻性的，這就是我們 熟知的諧振阻抗，一般用 Roe來(lái)表示。 當(dāng)電路接好并將各電極電壓加上時(shí)，則在板極電路中就會(huì)出現(xiàn)受到柵極電壓控制的板流脈沖，脈沖波形如圖 31 所示。 具體原理分析 知道前級(jí)送來(lái)的高頻激勵(lì)電壓為 ug=Ugcosω t 它加在 陽(yáng) 極與陰極之間。寬帶高頻功率放大器：用于對(duì)某些載波信號(hào)頻率變化范圍大得短波， 超短波電臺(tái) 的中間各級(jí)放大級(jí)，以免對(duì)不同 fc的繁瑣調(diào)諧。這種分析方法的物理概念清楚，分析工作狀態(tài)方便，但計(jì)算準(zhǔn)確度較低。所以，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。低頻功率放大器因其信號(hào)的頻率覆 5 蓋系數(shù)大，不能采用諧振回路作負(fù)載，因此一般工作在甲類(lèi)狀態(tài)；采用推挽電路時(shí)可以工作在乙類(lèi)。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類(lèi) 、丙類(lèi)，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域。功率放大器的效率是一個(gè)突出的問(wèn)題，其效率的高低與放大器的工作狀態(tài)有直接的關(guān)系。這幾項(xiàng)指標(biāo)要求是互相矛盾的，在設(shè)計(jì)放大器時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求，突出一些指標(biāo)，兼顧其他一些指標(biāo)。綜上所述可見(jiàn)，高頻功率放大器與低頻功率放大器的共同之點(diǎn)是要求輸出功率大，效率高；它們的 不同之點(diǎn)則是二者的工作頻率與相對(duì)頻寬不同，因而負(fù)載網(wǎng)絡(luò)和工作狀態(tài)也不同。近年來(lái)，寬頻帶發(fā)射機(jī)的各中間級(jí)還廣泛采用一種新型的寬帶高頻功率放大器，它不采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路，而是以頻率響應(yīng)很寬的傳輸線作負(fù)載。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。例如，調(diào)幅廣播電臺(tái)（ 535－ 1605 kHz 的頻段范圍）的頻帶寬度為 10 kHz，如中心頻率取為 1000 kHz，則相對(duì)頻寬只相當(dāng)于中心頻率的百分之一。因此它們都是采用無(wú)調(diào)諧負(fù)載，如電阻、變壓器等。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對(duì)頻帶寬度卻很寬。我們已經(jīng)知道，在低頻放大電路中為了獲得足夠大的低頻輸出功率，必須采用低頻功率放大器，而且低頻功率放大器也是一種將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流輸出的能量轉(zhuǎn)換器。如果在電路上加以改進(jìn)，使電子器件在通斷轉(zhuǎn)換瞬間的功耗盡量減小，則工作頻率可以提高。除了以上幾種按電流流通角來(lái)分類(lèi)的工作狀 態(tài)外，又有使電子器件工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的丁類(lèi)放大和戊類(lèi)放大。但丙類(lèi)放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。丙類(lèi)工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。乙類(lèi)放大器電流的流通角約等于 180o；丙類(lèi)放大器電流的流通角則小于 180o。在 “ 低頻電子線路 ” 課程中已知，放大器可以 按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類(lèi)工作狀態(tài)。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通 常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱(chēng)為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是 傳輸線變壓器 或其他寬帶匹配電路，因此又稱(chēng)為非調(diào)諧功率放大器。 三、 高頻功率放大器原理 整體介紹 高頻功率放大器用于 發(fā)射機(jī) 的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過(guò) 天線 將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信。 高頻電子線路課程設(shè)計(jì) 題目： 高 頻 功 率 放 大 器 . 班級(jí)： 08 級(jí)通信 1 班 . 姓名： 馬宗祥 . 學(xué)號(hào)： P081513166 . 成績(jī)： . 1 組內(nèi)分工 成員及分工： 程沖沖：低頻放大 馬云、吳欣萌：振蕩及調(diào)制 洪學(xué)軍：倍頻 向昊瀚：高頻放大 王進(jìn)鑫、馬宗祥：高頻功率放大 2 目錄 一、設(shè)計(jì)目的 ................................................................................................. 2 二、設(shè)計(jì)要求 ................................................................................................. 2 三、高頻功率放大器原理 ............................................................................... 2 1．整體介紹 ............................................................................................. 2 2．具體原理分析 ...................................................................................... 4 四、高頻功率放大器的設(shè)計(jì)方案 ................................................................... 5 確定放大器的工作狀態(tài) ....................................................................... 5 丙類(lèi)功率放大器的估算 ....................................................................... 5 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................................................... 7 a)電路結(jié)構(gòu)的主要組成 ........................................................................ 7 b)設(shè)計(jì)電路如下 .................................................................................. 7 c)個(gè)人模塊仿真輸出 ........................................................................... 7 五、整體電路設(shè)計(jì) .......................................................................................... 8 仿真輸出波形 ...................................................................................... 9 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) ................................................................................................11 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................... 12 附錄：調(diào)頻調(diào)制總電路圖（圖 14） ......................................................... 9 3 一、 設(shè)計(jì)目的 設(shè)計(jì)本高頻功率放大器的目的是用于調(diào) 頻 過(guò)程的末級(jí)，作用是將已調(diào)信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，使信號(hào)經(jīng)過(guò)天線輻射到空間，并確保在一定的區(qū)域內(nèi)接收機(jī)可以接收較為滿意的信號(hào)。 二、 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)的放大器用于發(fā)射機(jī)末級(jí)因此要求輸出功率大，效率也要較高，因此要求技術(shù)指標(biāo)為：輸出功率： 0P ≥ 500mW,工作中心頻率中心 of =6MHz,效率η 65%，負(fù)載為 LR =51Ω 。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。甲類(lèi)放大器電流的流通角為 360o，適用于小信號(hào)低功率放大。乙類(lèi)和丙類(lèi)都適用于大功率工作。高頻功率放大器大多工作于丙類(lèi)。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。丁類(lèi)放大器的效率比丙類(lèi)放大器的還高，理論上可達(dá) 100％，但它的最高工作頻率受到開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間所產(chǎn)生的器件功耗 4 (集電極耗散功率或陽(yáng)極耗散功率）的限制。這就是戊類(lèi)放大器。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率 大和效率高，但二者的工作頻率和相對(duì)頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。例如，自 20 至 20200 Hz，高低頻率之比達(dá) 1000 倍。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百kHz 一直到幾百、幾千甚至幾萬(wàn) MHz），但相對(duì)頻帶很窄。中心頻率越高，則相對(duì)頻寬越小。由于這后一特點(diǎn)，使得這兩種放大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類(lèi)、甲乙類(lèi)或乙類(lèi)（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類(lèi)（某些特殊情況可工作于乙類(lèi)）。這樣，它可以在很寬的范圍內(nèi)變換工作頻率，而不必重新調(diào)諧。 高頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號(hào)失真度）等。例如實(shí)際中有些電路，防止干擾是主要矛盾，對(duì)諧波抑制度要求較高，而對(duì)帶寬要求可適當(dāng)降低等。放大器的工作狀態(tài)可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)和丙類(lèi)等。但這些工作狀態(tài)下的放大器的輸出電流與輸出電壓間存在很?chē)?yán)重的非線性失真。高頻功率放大器因其信號(hào)的頻率覆蓋系數(shù)小，可以采用諧振回路作負(fù)載，故通常工作在丙類(lèi)，通過(guò)諧振回路的選頻功能，可以濾除放大器集電極電流中的諧波成分，選出基波分量從而基本消除了非線性失真。高頻功率放大器因工作于大信號(hào)的非線性狀態(tài)，不能用線性 等效電路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法 —— 折線法來(lái)分析其工作原理和工作狀態(tài)。以上討論的各類(lèi)高頻功率放大器中，窄帶高頻功率放大器：用于提供足夠強(qiáng)的以載頻為中心的窄帶信號(hào)功率，或放大窄帶已調(diào)信號(hào)或?qū)崿F(xiàn)倍頻的功能，通常工作于乙類(lèi)、丙類(lèi)狀態(tài)。通常工作于甲類(lèi)狀態(tài)。其中， ug是激勵(lì)電壓的瞬時(shí)值， Ug是激勵(lì)電壓的振幅值， ω ＝ 2πf 是激勵(lì)電壓的角頻率， f是激勵(lì)電壓的頻率。 ia是周期性函數(shù)，由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，它可用傅氏級(jí)數(shù)來(lái)表示，即 ia=Ia0+Ia1cosω t+Ia2cos2ω t+?+I ancosnω t （ ） 可見(jiàn)， 板極電流等于直流分量 Ia0、一次諧波 (基波 )、二次諧波和其他高次諧波之和 6 圖 31 脈沖波形 板極并聯(lián)諧振回路要調(diào)諧到激勵(lì)信號(hào)電壓的頻率，并且在實(shí)際情況下，振蕩回路的 Q值遠(yuǎn)大于 1(考慮到下級(jí)負(fù)載引入的電阻 )，即回路的諧振性很強(qiáng)。板極回路的直流電阻，可以看成是短路的。 這樣，板極電流通過(guò)回路時(shí)，在回路上所引起的只有基波電壓。 四、 高頻功率放大器的設(shè)計(jì)方案 確定放大器的工作狀態(tài) 高頻放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率，設(shè)計(jì)放大器時(shí)應(yīng)抓住的主要矛盾，工作狀態(tài)的選擇就是主要矛盾決定的。丙類(lèi)功率放大器可工 作在欠壓、臨界和過(guò)壓狀態(tài)。為盡可能兼顧輸出大功率、高效率，選用臨界狀態(tài)。晶體管用 2N2219，其主要參數(shù)： Tf ≥ 70MHz， pA (功率增益）≥13dB， maxIc =750mA， ceV （集電極飽和管壓降）≥ ， hfe≥ 10. 放大器的工作狀態(tài)采用臨界狀態(tài)，取 ? =7017