高頻電子放大器畢業(yè)論文

1、<p>　　高 頻 功 率 放 大 器</p><p>　　系 別：電 氣 電 子 工 程 系</p><p>　　專業(yè)班級(jí)：應(yīng) 用 電 子（一） 班</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p>&l

2、t;p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年 4月 20日</p><p><b>　　摘 　 要</b></p><p>　　高頻功率放大器是發(fā)射機(jī)的重要組成部分,因而也是通信系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。介紹了高頻功率放大器應(yīng)用和基本原理,并利用電子設(shè)計(jì)工具軟件 Multisi m20

3、01對(duì)丙類功率放大器電路從方案選擇、 單元電路設(shè)計(jì)、 元器件參數(shù)選取等方面進(jìn)行具體設(shè)計(jì)分析 ,同時(shí)對(duì)電路進(jìn)行仿真測(cè)試 ,通過仿真結(jié)果分析電路特性 ,使電路得到進(jìn)一步完善。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高頻功率放大器應(yīng)用、功率放大器原理、高頻功率放大器仿真設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　High-f

4、requency power amplifier is an important part of the transmitter, which is an essential part of communication system. Introduced the high-frequency power amplifier applications and basic principle and the use of electron

5、ic design tools Multisi m2001 power amplifier circuit of C from the program selection, cell design, component selection and other aspects of the specific parameters of design analysis, simulation testing the circuit at t

6、he same time , the simulation results of circuit chara</p><p>　　Key words: High-frequency power amplifier applications Principle Power Amplifie Simulation and Design of High Frequency Power Amplifie<

7、;/p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要…………………………………………………………（2）</p><p>　　緒論…………………………………………………………（1）</p><p>　　1、功率放大器原理…………………………………………（2）</p><p>　　2、高頻功

8、率放大器仿真設(shè)計(jì)………………………………（5）</p><p>　　2.1對(duì)功率放大器的要求………………………………………（5）</p><p>　　2.2電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………（5）</p><p>　　2.3元件參數(shù)選取………………………………………………（6）</p><p>　　2.4仿真測(cè)試及結(jié)果分析………

9、………………………………（8）</p><p>　　3、總結(jié)……………………………………………………（10）</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………（11）</p><p>　　致謝…………………………………………………………………（12）</p><p><b>　　緒論</b>&l

10、t;/p><p>　　功率放大器簡(jiǎn)稱功放，可以說是各類音響器材中最大的一個(gè)家族了，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號(hào)處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。 以其主要用途來說，功放可以分做兩大類別，即專業(yè)功放與家用功放。一般說在其技術(shù)參數(shù)上往往會(huì)有一些獨(dú)特的要求，這類功放通常

11、稱為專業(yè)功放。而用于家庭的hi－fi音樂欣賞，av系統(tǒng)放音，以及卡拉ok娛樂的功放，通常我們稱為家用功放。隨著行動(dòng)電話、WLAN(Wireless Local Area Network)、藍(lán)牙(Bluetooth)的普及化，高頻電子設(shè)備已經(jīng)成為生活中的必需品，而電子設(shè)備使用的頻率也從過去的1GHz逐漸朝5GHz甚至更高頻方向發(fā)展。由于FET等主動(dòng)電子組件與電容、電感等被動(dòng)電子組件性能的提升，使得高頻電路的特性獲得大幅的改善。以往GHz的

12、電路大多是由micro strip line等分布定數(shù)電路所構(gòu)成，最近因?yàn)殡娮咏M件芯片化，因此高頻電路以集中定數(shù)電路居多，不過即使高頻電路已經(jīng)進(jìn)入集中定數(shù)電路時(shí)代</p><p><b>　　1、功率放大器原理</b></p><p>　　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)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)

13、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。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。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，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。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

14、頻交流輸出。在 “低頻電子線路”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、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360°，適用于小信號(hào)低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180°。丙類 放大器電流的流通角則小于180°。乙類和丙類都適用于大功率工作。丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不

15、能用于低頻功率放大，</p><p>　　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。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)。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。功率放大器的效率是一個(gè)突出的問題，其效率的高低與放大器的工作狀態(tài)有直接的關(guān)系。放大器的工作狀態(tài)可分為甲

16、類、乙類和丙類等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類、丙類，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域。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嚴(yán)重的非線性失真。低頻功率放大器因其信號(hào)的頻率覆蓋系數(shù)大，不能采用諧振回路作負(fù)載，因此一般工作在甲類狀態(tài)；采用推挽電路時(shí)可以工作在乙類。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，通過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

17、量從而基本消除了非線性失真。所以，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。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</p><p>　　2、高頻功率放大器仿真設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1　 對(duì)功率放大器的要求</p><p>　　功率放大器是通過將直流輸入功率轉(zhuǎn)換化為交流功率輸出 ,以提高發(fā)

18、射信號(hào)能量 ,便于接收機(jī)接收的電路 ,因而要求輸出功率大 ,效率高 ,同時(shí) ,輸出中的諧波分量應(yīng)該盡量小 ,以免對(duì)其他頻道產(chǎn)生干擾。根據(jù)電流導(dǎo)通角的不同 ,功率放大器分為甲類、 乙類、 丙類等 ,電路由饋電電路、 輸入匹配、 輸出匹配及級(jí)間耦合 4部分組成。對(duì)電路設(shè)計(jì)要求如下:工作頻率為 14.5 MHz,要求帶寬為 1.5MHz,輸出功率為不小于 20W。</p><p><b>　　2.2電路結(jié)構(gòu)設(shè)

19、計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)分析為了在較寬的通帶內(nèi)使功率放大器增益相對(duì)穩(wěn)定 ,電路由甲類、 丙類兩級(jí)功率放大器組成。甲類功率放大器的輸出信號(hào)作為丙類功率放大器的輸入信號(hào) ,丙類功率放大器作為發(fā)射機(jī)末級(jí)功率放大器以獲得較大的輸出功率和較高的效率。電路原理如圖 1所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和晶體管實(shí)際參數(shù),采用 Philps公司的 NPN型高壓晶體管 2N5551作為放大管 ,三極管Q1、 電感 L1、

20、電容 C2組成甲類功率放大器 ,工作在線性放大狀態(tài)。三極管 Q2和由電感 L3、 電容 C7、 C6構(gòu)成的負(fù)載回路組成丙類功率放大器。R1、 R2、 R3、 R4組成第 1級(jí)靜態(tài)偏置電阻 ,調(diào)節(jié)R2、 R3可改變放大器的增益。L1、 C2組成一級(jí)調(diào)諧回路 ,L2、 R5、 C4組成的部分在丙類功率放大器基極處產(chǎn)生負(fù)偏壓饋電 , R7為射級(jí)反饋電阻 ,調(diào)整 R7可改變丙類功率放大器的增益。C6、 C7、 L3組成末級(jí)調(diào)諧回路 , C6用來

21、微調(diào)諧振頻率以獲得最佳工作狀態(tài)。C8、 C9和 L4組成濾波回路 ,起到改善波形的作用。R9和 C10、 R11和 C11以及 R8和 C12均為負(fù)載回路外接電阻。集電極可選擇連接不同的負(fù)</p><p>　　2.3 元件參數(shù)選取</p><p>　　a) 功率放大器管:選用Philips公司的 NPN型高壓晶體管 (2N5551)作為放大管。</p><p>　　

22、b) 直流電源:根據(jù)設(shè)計(jì)要求放大器的電源電壓初始值均取+12V。</p><p>　　c) 甲類功率放大器的調(diào)諧回路由 L1和 C2組成 ,</p><p>　　根據(jù)諧振頻率公式:f = 12πLC及工作中心頻率為 14.5 MHz,取參數(shù)為 L1 = 1.0μH,C2 = 120 pF,丙類功率放大器的調(diào)諧回路由 L3、 C6、 C7組成 ,為使甲類功率放大器集電極的輸出信號(hào)能在丙類功率

23、放大器產(chǎn)生諧振 ,兩功率放大器調(diào)諧回路的諧振頻率應(yīng)一致 ,因此 ,取 L3 = 1.0μH, C7 = 120 pF。C6(最大值取 30 pF)用來微調(diào)調(diào)諧回路的諧振頻率 ,保證丙類功率放大器的輸入信號(hào)產(chǎn)生諧振。</p><p>　　d) 甲類放大器參數(shù)選取</p><p>　　甲類功率放大器的靜態(tài)偏置由 R1、 R4、 R2和 R3組成。R1、 R2一般在同一數(shù)量級(jí) ,取 R1 = 1

24、0 kΩ, R2最大值為 50kΩ,通過調(diào)節(jié) R2改變?nèi)龢O管基極 Q點(diǎn)電壓 ,即改變放大器增益 , R2取值越大時(shí) Q點(diǎn)電壓越大。取 R4 = 51Ω, R3最大值為 1 kΩ,通過調(diào)節(jié) R3 改變輸出信號(hào)增益 , R3不宜過大 ,否則會(huì)影響增益。此外 , C5為射極旁路電容 ,有效地控制了由于射極電阻 R3、 R4而引起電壓增益下降的問題。在高頻電路中射極旁路電容取值一般較小 ,這里取 C5 = 10 nF</p>&l

25、t;p>　　e) 丙類功率放大器參數(shù)選取</p><p>　　丙類功率放大器三極管 Q2的 be間負(fù)偏壓由 L2、R5、C4組成的電路產(chǎn)生 , L2起到傳送直流、 隔離交流的作用 ,使得 R5兩端為直流電壓。 取L2 = 100μH ,R5 = 51Ω, C4 = 10 nF。Q2射極電阻由 R6、 R7組成 ,取 R6 = 51 Ω, R7 最大值為 1 kΩ,通過調(diào)節(jié) R7改變丙類功率放大器增益 , R

26、7取值不宜過大 ,否則會(huì)降低增益。L4、 C8、 C9組成濾波回路 ,減小集電極輸出信號(hào)的失真。C8、C9一般取等值 ,這里取 C8 = C9 = 10 nF,L4 = 470μH。</p><p>　　f) 外接負(fù)載分別取 51Ω, 150Ω, 680Ω。3個(gè)電阻的取值差異較大是為了后面仿真測(cè)試丙類功率放大器的特性做準(zhǔn)備。</p><p>　　g) C1、C3以及 C10、C11 C12

27、均為隔直電容 ,其作用是傳送交流 ,隔離直流。在高頻電路中隔直電容取值一般較小 ,這里取 C1 = 51pF,C3=10nF,C10=C11=C12=10nF。</p><p>　　2.4 仿真測(cè)試及結(jié)果分析</p><p>　　a)　 甲類功率放大器的調(diào)諧測(cè)試</p><p>　　改變基極輸入正弦信號(hào)的頻率 ,當(dāng)取 f = 1 / ( 2 π/RC)≈14 . 5

28、MHz (L1、 C2回路諧振頻率 )時(shí) ,集電極獲得最大的電壓增益 ,這時(shí)再改變靜態(tài)偏置電阻 R3、R4的大小可獲得更大的電壓增益[ 2 ]。測(cè)試可得 , R2取 2.5 k Ω、 R3 取 50Ω時(shí)獲得最大電壓增益約為 30倍。</p><p>　　b)　 丙類功率放大器工作狀態(tài)的測(cè)試分析</p><p>　　調(diào)整丙類功率放大器電源電壓為 12 V,不接負(fù)載電阻。將基極與</p&

29、gt;<p>　　甲類功率放大器斷開 ,從基極處輸入2V ( P2 P)、 14 . 5 MHz的高頻信號(hào) ,用萬用表測(cè)量三極管 Q2 be間的電壓 ,測(cè)得該電壓為負(fù)偏壓 ,改變輸入電壓振幅 ,該偏壓隨之改變。此時(shí) ,接在集電極處的示波器上可看到放大輸出信號(hào) ,如圖 2所示。下面的波形(信道 B)為基極輸入信號(hào) ,上面的波形 (信道 A)為集電極輸出信號(hào) ,電壓增益約為 12倍。若使基極激勵(lì)信號(hào) ,Ub = 0。則測(cè)得負(fù)偏

30、壓也為 0,由此可看出丙類功率放大器工作狀態(tài)的特點(diǎn)。</p><p>　　c)　 測(cè)試調(diào)諧特性</p><p>　　調(diào)整參數(shù)使電路正常工作 ,保持功率放大器管的輸入信號(hào)為 2 V ( P2 P)左右 ,不接負(fù)載電阻 ,改變輸入信號(hào)從 8MHz～20MHz，,輸出電壓值如表 1所示：</p><p>　　基極輸入正弦信號(hào)頻率取 f = 1 / ( 2π RC )≈14

31、 . 5MHz(C6、 C7、 L3回路諧振頻率 )時(shí)集電極獲得最大的電壓增益 ,約為 12 . 5倍 ,這就說明了丙類功率放大器的調(diào)諧特性。</p><p><b>　　3、總結(jié)</b></p><p>　　利用電子設(shè)計(jì)工具軟件 Multisim2001設(shè)計(jì)了高頻功率放大器 ,并對(duì)所設(shè)計(jì)的功率放大器性能進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn) ,仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的放大器滿足設(shè)計(jì)要求 ,性能

32、良好。</p><p>　　參 　 考 　 文 　 獻(xiàn)</p><p>　　[ 1 ] 胡宴如 耿蘇燕 《高頻電子線路》 [M ]. 北京：高等教育出版社 1992.</p><p>　　[ 2 ] 孫加存 《電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)》 Multisi m2001 & Protel99 se[M ]南京:東南大學(xué)出版社 2001 </p>

33、<p>　　[ 3 ] 路勇. 電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真 [M ]. 2版. 北京:清華大學(xué)出版社 2004 .</p><p>　　[ 4 ] 曾興雯,《高頻電路原理與分析》（第三版）編 西安電子科技大學(xué)出版社 </p><p><b>　　2001.</b></p><p><b>　　致 謝</b></