【正文】 ，相應(yīng)的輸出電壓很小，因此，在諧振功率放大器中只需研究直流及基波功率。60?? 時(shí)，效率可達(dá)90%，隨著 ? 的減小，效率還會(huì)進(jìn)一步提高。所以，諧振功率放大器一般取 ? 為 70 度左右 [24]。將不進(jìn)入飽和區(qū)的工作狀態(tài)稱為欠壓，其集電極電流脈沖形狀如圖中曲線①所示，為頂尖余弦脈沖。如果晶體管工作剛好不進(jìn)入飽和區(qū)，則稱為臨界工作狀態(tài)，其集電極電流脈沖形狀如圖中曲線②所示，雖然仍為尖頂余弦脈沖，但頂端變化平緩。 ? 欠壓狀態(tài) 根據(jù)丙類諧振功率放大器的工作原理可知，基極電壓最大值 maxCEu 與集電極電壓最小值 minCEu 出現(xiàn)在同一時(shí)刻，所以只要當(dāng) minCEu 比較大（大于 maxBEu ），晶體管工作就不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)而工作在欠壓狀態(tài)。 ? 臨界狀態(tài) 增大 cmU ， minCEu 就會(huì)減少，可使放大器在 minCECE uu ? 時(shí)工作在放大區(qū)和飽和區(qū)之間的臨界點(diǎn)上，晶體管工作在放大區(qū)和截止區(qū)，所以集電極電流仍為尖頂余 弦脈沖。因?yàn)樵陲柡蛥^(qū)晶體管集電結(jié)被加上正向電壓， BEu 的增加對(duì) ci 的影想很小，而 ci 卻隨 CEu圖 353 放大器的工作狀態(tài) 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 的下降迅速減小，所以使得集電極電流脈沖頂部產(chǎn)生下凹現(xiàn) 象。 （ 2） 負(fù)載特性 當(dāng)放大器中直流電源帶電壓 CCV ， BBV 及輸入電壓振幅 imU 維持不變時(shí)，放大器的電流、電壓、功率與效率等隨諧振回路諧振電阻 Re 變化的特征，稱為放大器的負(fù)載特征。根據(jù)諧振功率放大器工作狀態(tài)的分析可知，當(dāng) CCV BBV 及 imU 不變，負(fù)載 Re 變化時(shí)，就會(huì)引起放大器輸出電壓 cmU 的變化，從而使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化。 由圖中的負(fù)載特性可以看出高頻功放各種狀態(tài)的特點(diǎn)：臨界狀態(tài)輸出功率最大，效率也較高，通常應(yīng)選擇在此狀態(tài)工作。在實(shí)際調(diào)整中，高頻功放可能會(huì)經(jīng)歷上述各種狀態(tài)，利用負(fù)載特性就可以正確判斷各種狀 態(tài)，已進(jìn)行正確的調(diào)整。由于高頻功率放大器的工作頻率高，相對(duì)頻帶又比較窄，所以工作時(shí)一般采用（ a）電流、電壓變化曲線 （ b）功率、效率變化曲線 圖 354 諧振功率放大器負(fù)載特性 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。表示管子在整個(gè)工作周期內(nèi)全部導(dǎo)通，稱為放大器工作在甲類狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)通角等于 90176。表示管子的導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周期，稱為放大器工作在丙類狀態(tài)。因?yàn)榍穳籂顟B(tài)的工作效率較低，而過(guò)壓狀態(tài)的又會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的失真，所以一般選用讓其工作在臨界狀態(tài)。 由于輸出功率要求 Po≥ 1W，因此功放可采用甲類或者丙類功率放大器，但由于總效率要求η≥ 50%，顯然，只采用 一級(jí)甲類功放是達(dá)不到要求的，故采用兩級(jí)功放電路，第一級(jí)采用甲類功率放大器作為激勵(lì)級(jí)，第二級(jí)采用丙類功率放大器，其中甲類功放選用的晶體管為 3DG12，丙類功放選擇的晶體管為 3DA1。當(dāng)放大器的輸入信號(hào) Ui為正弦波時(shí)，則在集電極輸出波形為電流為 Ic的余弦脈沖波。 圖 355 高頻功率放大器電路圖 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 當(dāng)交流負(fù)載線正好穿過(guò)靜態(tài)特征曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn) A 時(shí)，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和管壓降 UCES，集電極電流脈沖接近最大值 Icm。 集電極基波電流振幅為 mARqPcI mc 19021 ?? 集電極電流脈沖的最大值 mAII mccm mA19011 ??? α 直流分量為 ????? αcmco II 電源供給的直流功率為 WIVP coccD ??? 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 集電極的耗散功率 為 WPPP CDc 39。 ??? （ θ ）θ ） α（ bbrZi 輸出變壓器線圈匝數(shù)比為 511221113 ?? ????MCCV RPNN 取 N3=7， N1=8。 （ 3）寬帶功率放大器 (激勵(lì)級(jí)）設(shè)計(jì) （ A）計(jì)算電路參數(shù) 寬帶功率放大器的輸出功率應(yīng)等于下級(jí)的丙類功率放大器的輸入功率，并且其輸出負(fù)載應(yīng)等于丙類功放的輸入阻抗。 ???? 射級(jí)直流負(fù)反饋電阻 3601 ???? Icq V cesV cmV ccR E 高頻變壓器匝數(shù)比為 339。239。 bbrRi 取負(fù)反饋電阻 R3=10Ω 則本級(jí)輸入電壓的振幅為 VRiPiVim ?? （ B）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) 由上述計(jì)算結(jié)果得到靜態(tài)時(shí)晶體管的射級(jí)電位為 ???????βCQBQEQBQECQEQIIVVVVVRIV 取基極偏置電路的電流 I1=5IBQ，則 KIVRBQBQ ?? b qV b q 2B1 ??? V ccR 試驗(yàn)調(diào)整時(shí)取 R1=+10K 的電位器。 高頻電路的電源去耦合濾波網(wǎng)絡(luò)通常采用π型 LC 低通濾波器，如下圖所示， L10，L20可按經(jīng)驗(yàn)取 50uF~100uF， C10， C20， C11， C21按經(jīng)驗(yàn)取 。此外，還可以在輸出變壓器的次級(jí)與負(fù)載 Rl 之間插入 LC 濾波器，以改變 R1上的輸出波形。先 安裝一級(jí)調(diào)整一級(jí)，然后安裝第二級(jí)在調(diào)試第二級(jí)，兩級(jí)安裝完后，兩級(jí)在進(jìn)行聯(lián)調(diào)。但回路的初始狀態(tài)或者在調(diào)諧過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)回路失諧的狀態(tài)，即集電極回路的阻抗呈感性或者呈容性，將使回路的等效阻抗下降。為保證晶體管安全工作，進(jìn)行調(diào)諧時(shí)，可以先將電源電壓 +Vcc 降低到規(guī)定值的 1/2~1/3，等找到諧振點(diǎn)后，再將 +Vcc 升到規(guī)定值，在回路諧振時(shí)，示波器檢測(cè)的波形應(yīng)為不失真波形 [13]。c的變化就特別明顯，將產(chǎn)生許多新的頻率分量存在于晶體管的輸出和輸入端，其中某些頻率分量由于相位和幅度比較合適，從而形成了自激震蕩。 參量自激震蕩的特點(diǎn)是必須要在外加信號(hào)的激勵(lì)下才能夠產(chǎn)生，因此斷開(kāi)激勵(lì)信號(hào)觀察震蕩是否繼續(xù)存在是判斷是否存在自激型寄生震蕩的有效方法。 （ 2）反饋型寄生振蕩 反饋型寄生震蕩分為低頻寄生震蕩和高頻或超高頻寄生震蕩，低頻寄生震蕩的頻率低于放大器的 工作頻率，高頻寄生振蕩的頻率高 于放大器的工作頻率。 圖 361 1/2基波的影響 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 低頻寄生振蕩一般是由功放輸入輸出回路中的分布電容引起的，消除辦法是設(shè)法破壞他的正反饋支路，例如減小基極回路線圈電感量或串入電阻Rf，降低線圈的 Q 值等。消除高頻寄生振蕩的有效辦法是盡量減小引線的長(zhǎng)度，合理布局元器件或基極回路接入防振電阻等 [6]。天線與饋線 的連接，最佳情形就是天線的輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特征阻抗，這時(shí)饋線終端沒(méi)有功率反射，饋線上沒(méi)有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。一般移動(dòng)通信的天線的輸入阻抗為 50Ω [6]。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此電波就稱為垂直極化波；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行于地面時(shí)，此電波就稱為水平極化波。因此，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般采用垂直極化的傳播方式 [6]。表征天線增益的參數(shù)主要是 dBd 和 dBi。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn) [6]。由于天線的長(zhǎng)度必須與信號(hào)的波形相比擬時(shí)，信號(hào)才能被有效的輻射，我們知道天線傳播一般都是以波長(zhǎng)的 1/4 奇數(shù)倍進(jìn)行傳播，所以在做天線時(shí)為了縮小長(zhǎng)度一般選取波長(zhǎng)的 1/4 作為天線的長(zhǎng)度，這樣不僅能達(dá)到最佳的傳播性能，而且也節(jié)省了空間和物質(zhì)消耗。與常規(guī)的拉桿天線相比，螺旋式天線提供了較短的物理長(zhǎng)度，但與 1/4波長(zhǎng)的拉桿天線比較起來(lái)，它的帶寬更有限。單元中的金屬線與直線拉桿天線有同樣的電子長(zhǎng)度，但整體物理長(zhǎng)度變短，并且在盤(pán)繞后顯得更加靈活。 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 4 單元電路調(diào)試與整機(jī)統(tǒng)調(diào) 整機(jī)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算順序一般是從末級(jí)單元電路開(kāi)始，向前逐級(jí)進(jìn)行。電路的調(diào)試順序?yàn)橄确旨?jí)調(diào)整單元電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，測(cè)量其性能參數(shù)，然后再逐級(jí)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，直到整機(jī) [9]。此部分單元電路調(diào)試時(shí)，最好先斷開(kāi)與后級(jí)調(diào)制電路的接線，以免后級(jí)調(diào)制電路對(duì)主振級(jí)造成影響，將此單元電路調(diào)試好后，在把電路產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波輸送到調(diào)制級(jí)以供后級(jí)進(jìn)行調(diào)制和功率放大。產(chǎn)生的主要原因是緩沖隔離級(jí)的輸入阻抗比較小，從而使主振級(jí)負(fù)載較重。 信號(hào)調(diào)制級(jí)調(diào)試 本機(jī)調(diào)制級(jí)主要采用 MC1496 進(jìn)行模擬信號(hào)的調(diào)制，為使 MC1496 工作在最佳狀態(tài)，并且使輸出已調(diào)信號(hào)失真度更小，在 MC1496 周邊需外加調(diào)平衡電路，調(diào)制部分的作用主要是將低頻的音頻信號(hào)加載到高頻載波中去，從而增大有用信號(hào)的功率，再通過(guò)天線輻射到空間中去，此部分的調(diào)試，一般是通過(guò)改變輸入音頻信號(hào)的幅度來(lái)調(diào)節(jié)輸出已調(diào)信號(hào)的調(diào)幅度。 功率放大級(jí)調(diào)試 功率放大級(jí)的主要作用是將前級(jí)產(chǎn)生的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行功率放大，先通過(guò)激勵(lì)級(jí)（甲類諧振功率放大級(jí)）進(jìn)行電壓的放大，然后再加入丙類諧振功率放大器進(jìn)行功率的放大，在此電路調(diào)試中難點(diǎn)在于線圈的繞制，不恰當(dāng)?shù)睦@制方法或者錯(cuò)誤的線圈繞制匝數(shù)可能會(huì)造成輸出波形失真或者雜波較多，因此，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行線圈匝數(shù)的河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 調(diào)節(jié)以及相應(yīng)繞制方法的變動(dòng) [18]。自激的原因是多方面的，比如分布參數(shù)大，布線不合理，電感線圈繞的不規(guī)則，晶體管性能不佳，信號(hào)過(guò)大，波形失真，輸入電路匹配不佳，沒(méi)有完全調(diào)諧等都會(huì)造成自激。為了消除自激現(xiàn)象在功率放大器基極電路和集電極電路中可串接小電阻，待電路正常工作后慢慢升高信號(hào)電壓和電源電壓。 功率激勵(lì)級(jí)與功率放大級(jí)聯(lián)調(diào)時(shí)，往往也會(huì)出現(xiàn)高頻自激、輸出功率較小、波形失真較大等現(xiàn)象。這可在每一級(jí)單元電路的電源上加低頻或高頻去耦電路，以消除來(lái)自電源的串?dāng)_，也可 以重新調(diào)整諧振回路，使回路諧振 [19][20]。重新對(duì)可變電容進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)改變耦合電容，直至達(dá)到要求為止。最終已調(diào)信號(hào)波形（圖 441）如下 [8]： 圖 441 最終已調(diào)信號(hào)波形 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 31 主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)試方法 （ 1）輸出功率 在末級(jí)負(fù)載 RL 上輸出的最大不失真的功率即為高頻功放的輸出功率?？梢酝ㄟ^(guò)高頻電壓表 V及直流毫安表 mA 的指針來(lái)判斷集電極回路是否諧振，即電壓表 V的指針為最大值，毫安表 mA 的指針為最小值時(shí)集電極回路處于諧振狀態(tài)（或用掃頻儀測(cè)量）。 （ 2）效率 功放的能量轉(zhuǎn)換效率主要由集電極的效率所決定，所以常將集電極的效率視為高頻功放的效率，用 ? 表示，即 DCPP?? （ 453） 圖 451 所示電路可以用來(lái)測(cè)量功放的效率，集電極回路諧振時(shí)， ? 的值由下式計(jì)算： CCCOLLDC VI RVPP2??? （ 454） 式中， LV 為高頻電壓表的測(cè)量值； CDI 為直流毫安表的測(cè)量值。 主振級(jí)硬件電路以及示波器圖像 主振級(jí)硬件電路如圖（圖 511）所示，接通電源后，如 果此時(shí)在單元電路后的測(cè)試點(diǎn)處輸出波形為 6MHz 的正弦波，則此部分硬件電路滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，如果輸出波形不是 6MHz 的正弦波，則應(yīng)該調(diào)節(jié) C1 的輸出波形滿足 6MHz 的正弦波要求，此外，調(diào)節(jié) RP0 可以改變輸出正弦波的電壓幅值，一般使輸出信號(hào)幅值在 40mV左右即可。 音頻信號(hào)輸入級(jí)硬件電路以及示波器圖像 圖 511 主振級(jí)硬件電路圖 圖 512 主振級(jí)示波器圖像 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 音頻信號(hào)輸入級(jí)硬件電路如圖（圖 521）所示，首先接入 +12 電源，然后在話筒輸入端接入信號(hào)發(fā)生器，此時(shí)注意調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的 幅值，信號(hào)發(fā)生器默認(rèn)的輸入信號(hào)幅值為 1V，但是對(duì)于 LM386 來(lái)說(shuō)輸入幅度過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生很大的失真，失真圖如圖（圖 522）所示，此時(shí)，應(yīng)該調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的輸入振幅值，輸入信號(hào)振幅值在 3080mV左右時(shí)，輸出信號(hào)的波形比較穩(wěn)定，經(jīng) LM386 放大后的如圖（圖 523）所示。 調(diào)節(jié)輸入音頻信號(hào)的振幅值，可以得到調(diào)幅度不同的已調(diào)波形，下圖所示為調(diào)幅度分別為 和 1 時(shí)的已調(diào)波波形。 當(dāng)輸入音頻信號(hào)振幅值為 0mV 時(shí)，觀察示波器輸出波形為 6MHz 正弦波，表明已調(diào)信號(hào)確實(shí)由音頻信號(hào)和載波信號(hào)調(diào)制而成，當(dāng)音頻信號(hào)輸入為 0 時(shí)，已調(diào)信號(hào)為載波信號(hào)，符合調(diào)制定義。下圖所示