課程設(shè)計(jì)---高頻諧振放大電路

1、<p><b>　　*</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目： 高頻諧振功率放大器 </p><p>　　學(xué)生姓名： *** </p><

2、p>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： ******** </p><p>　　系 別： 電氣信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　年 級(jí)：

3、 2014屆 </p><p>　　任課教師： **** </p><p><b>　　電氣信息工程學(xué)院制</b></p><p><b>　　2013年5月</b></p><p><b&

4、gt;　　高頻諧振功率放大器</b></p><p><b>　　學(xué)生：***</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：***</b></p><p>　　電氣信息工程學(xué)院 通信工程</p><p><b>　　摘 要</b></p><

5、p>　　高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的主要組件，用于發(fā)射機(jī)地末端。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的高頻功率放大器電路由兩極功率放大器組成，第一級(jí)為甲類功率放大器，第二級(jí)為丙類諧振功率放大器。分別對(duì)甲類功率放大器和丙類諧振功率放大器設(shè)計(jì)，通過給定的技術(shù)指標(biāo)要求確定甲類功率放大器和丙類諧振功率放大器設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)和計(jì)算出電路中各器件參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出完整高頻功率放大器電路，再利用電子設(shè)計(jì)軟件multisi

6、m對(duì)電路仿真。</p><p>　　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。</p><p&

7、gt;　　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。高頻功率放大器在很多領(lǐng)域和方面都有應(yīng)用，并且涉及到很多方面的知識(shí)點(diǎn)，則在此次設(shè)計(jì)中我們可以掌握高頻寬帶功放與高頻諧振功放的設(shè)計(jì)方法，電路調(diào)諧及測試技術(shù)；負(fù)載的變化及激勵(lì)電壓，基極偏置電壓，集電極電壓的變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響；了解寄生振蕩引起的波形失真及消除寄生振蕩的方法；并且可以了解并掌握仿真軟件的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵

8、詞：高頻諧振功率放大器 工作狀態(tài) 效率 輸出功率</p><p>　　1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求</p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)高頻諧振功率放大器。</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)的要求</p><p>　　1.2.1、確定丙類諧振功率放大器設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)。</p

9、><p>　　1.2.2、確定丙類諧振功率放大器計(jì)算出電路中各器件參數(shù)。</p><p>　　1.3 課程設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)</p><p>　　1.3.1、高頻功率放大器的主要功用是放大高頻信號(hào)，并且以高效輸出為目的，它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。發(fā)射機(jī)中的振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)功率很小，需要經(jīng)過多級(jí)高頻功率放大器才能獲得足夠的功率，送到天線輻射出去。則此次可用兩級(jí)功率放大器

10、組成高頻功率放大器，如下圖1</p><p>　　小功率信號(hào) 大功率信號(hào)</p><p>　　圖1.3.1 高頻功率放大器原理方框圖</p><p>　　1.4課程設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)</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)

11、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)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。</p><p>　　利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路

12、的功率放大器稱為諧振功率放大器。丙類功率放大器通常作為末級(jí)功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖1.4.1為丙類諧振功率放大器方案提出</p><p><b>　　2電路概要設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 方

13、案提出</b></p><p>　　高頻諧振功率放大器的電路構(gòu)成，除電源和偏置電路外，主要由三個(gè)部分組成：</p><p>　　（1）晶體管：大功率晶體管，能承受高電壓、大電流，一般工作時(shí)發(fā)射極反偏(即工作狀態(tài)為丙類)；</p><p>　?。?）輸入激勵(lì)電路：提供功放所需激勵(lì)信號(hào)電壓。</p><p>　?。?）輸出諧振回路：需

14、滿足的條件為阻抗匹配。</p><p>　　圖1.2.1 高頻諧振功率放大器的基本電路</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　高頻功率放大器的主要功用是放大高頻信號(hào)，并且以高效輸出為目的，它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。本課程設(shè)計(jì)的高頻功率放大器由兩級(jí)功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中VT1 組成甲類

15、功率放大器，晶體管VT2 組成丙類諧振功率放大器。從輸出功率P0≥500mW來看，末級(jí)功放可以采用甲類或乙類或丙類功率放大器，但要求總效率η＞50%，顯然不能只用一級(jí)甲類功放，但可以只用一級(jí)丙類功放。本課程設(shè)計(jì)采用的電路甲類功放選用晶體管3DG130,丙類功放選用3DA1。首先設(shè)計(jì)丙類功率放大器，再設(shè)計(jì)甲類功率放大器。</p><p>　　丙類功放通常作為發(fā)射機(jī)的末級(jí)，以獲得較大的輸出功率和較高的效率。</

16、p><p>　　3高頻功率放大器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1高頻功率放大器的主要外部特性</p><p>　　當(dāng)激勵(lì)源（Uim)、負(fù)載(RL)或直流電源(UBB、UCC)發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)影響到功放的工作狀態(tài)，改變輸出功率與效率；將外部參量變化時(shí)對(duì)功率放大器工作狀態(tài)及性能指標(biāo)的影響稱為外部特性，包括負(fù)載特性——RL的影響，放大特性——Uim 的影響，調(diào)制特性—

17、—UBB、UCC的影響。</p><p>　　3.2高頻功率放大器的負(fù)載特性</p><p>　　諧振功放的直流電源VBB、VCC及激勵(lì)電壓Vbm不變時(shí)，放大器的輸出電流Ico、Icm1,輸出電壓Vcm及功率、效率隨負(fù)載變化的特性，稱為放大器負(fù)載特性。UBB 、UBB 及Uim 固定時(shí)，ic(IC0 IC1)都確定；</p><p>　　增大RL：放大器的工作狀

18、態(tài)變化:欠壓 臨界 過壓</p><p>　　圖3.2 高頻功率放大器的負(fù)載特性曲線</p><p>　　3.3高頻功率放大器的放大特性</p><p>　　諧振功放的直流電源VBB、VCC及負(fù)載RL不變時(shí)，激勵(lì)電壓Vbm變化時(shí)，放大器的輸出電流Ico、Icm1,輸出電壓Vcm及功率、效率隨Vbm變化的特性，稱為放大器的放大特性。在欠壓區(qū)，

19、輸出電壓振幅UC1m與輸入電壓振幅Uim近似呈線性關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)對(duì)振幅變化信號(hào)的線性放大。在過壓區(qū)，輸出電壓振幅UC1m近似呈現(xiàn)恒壓特性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)振幅變化信號(hào)的限幅。</p><p>　　增大Vbm：放大器的工作狀態(tài)變化:欠壓 臨界 過壓</p><p>　　圖3.3 高頻功率放大器的放大特性曲線</p><p>　　3.4丙類諧振功放原理

20、圖</p><p>　　圖3.4.1 高頻諧振功率放大器變壓器版總電路圖</p><p>　　圖3.4.2 高頻諧振功率放大器LC版總電路圖</p><p>　　3.5丙類功率放大器的理論分析</p><p>　　本次高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)后一級(jí)為丙類高頻諧振功率放大器。丙類高頻諧振功率放大器作為有效放大級(jí)，作用是在不失真的前提下盡可能

21、放大輸出功率。</p><p>　　圖3.5.1 高頻諧振功率放大器后一級(jí)電路圖</p><p>　　由效率>60%和放大器的工作狀態(tài)采用臨界狀態(tài)得：</p><p>　　諧振回路電阻=20.5Ω</p><p><b>　　由 ，得： </b></p><p>　　集電極電流最大值為=3

22、4.62 mA</p><p><b>　　輸入功率為：</b></p><p><b>　　=5mW</b></p><p>　　由晶體管的直流β=10，，得：</p><p>　　輸出電壓的振幅為7.5V</p><p>　　若取集電極并聯(lián)諧振回路的電容為C=0.01μF

23、得：</p><p>　　繞制電感≈4.67μH</p><p>　　3.6甲類功率放大器的理論分析</p><p>　　本次高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)前一級(jí)為甲類高頻諧振功率放大器。甲類高頻諧振功率放大器作為緩沖級(jí)，作用是為后一級(jí)的丙類高頻諧振功率放大器提供匹配、有效的輸入。</p><p>　　圖3.6.1 高頻諧振功率放大器前一級(jí)電路圖

24、</p><p>　　甲類功率放大器的輸出功率：</p><p>　　PH = P1 =5mW</p><p><b>　　由=，得：</b></p><p><b>　　電阻為=300Ω</b></p><p>　　本級(jí)功放采用3DG12晶體管，取β=30得：</p&

25、gt;<p>　　輸入功率 =0.31mW</p><p><b>　　放大器輸入阻抗</b></p><p><b>　　=335Ω</b></p><p><b>　　則本級(jí)輸入電壓</b></p><p><b>　　≈0.42V</b>

26、;</p><p>　　3.7 靜態(tài)的理論分析</p><p>　　當(dāng)=0時(shí)，晶體管射極電位：</p><p><b>　　= 8.9V</b></p><p><b>　　=9.5V</b></p><p><b>　　=0.17mA</b></

27、p><p>　　4 高頻諧振功率放大器系統(tǒng)仿真和調(diào)試 </p><p>　　4.1 仿真軟件介紹</p><p>　　Multisim是一個(gè)專門用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的EDA軟件，它具有直觀、方便的操作界面，創(chuàng)建電路、選用元器件和虛擬測試儀器等均可直接從屏幕圖形中選取，操作簡便。它具有完備的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域分析和頻域分析、器件的線性和

28、非線性分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法。在進(jìn)行仿真的過程中，可以存儲(chǔ)測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)、測試儀器的工作狀態(tài)、顯示的波形。它先進(jìn)的高頻仿真設(shè)計(jì)和功能，是目前眾多仿真電路所不具備的。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)</p><p>　　對(duì)電路進(jìn)行仿真測試高頻放大器的放大效果，在輸入端輸入1KHZ的正弦波信號(hào)，由仿真電路圖在仿真示波器選擇B通道觀察輸入的1KHZ的正弦波信號(hào)，如圖5所示，

29、輸入電壓Vi=326mV。</p><p>　　圖4.2 .1兩個(gè)圖的混合信號(hào)</p><p>　　圖4.2.2 原始輸入信號(hào)</p><p>　　圖4.2 .3放大后的混合信號(hào)</p><p>　　圖4.3.4 放大前后兩個(gè)圖的混合信號(hào)的對(duì)比</p><p>　　再觀察仿真示波器A通道的波形，即經(jīng)高頻功率放大器放大的

30、信號(hào)波形，如圖6所示，由仿真示波器可得輸出電壓Vo=2.282V。放大增益A=Vo/Vi=2282mV/326mV =7, 20LgA=20Lg7=16.9dB,故由Multism仿真測得設(shè)計(jì)的高頻功率放大器的電壓放大增益Av=16.9dB。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析 </p><p><b>　　總結(jié)調(diào)試結(jié)果：</b></p>&l

31、t;p>　　工作頻率：f0 = 5.982MHz</p><p>　　輸出電壓的幅度：UM = 7.2V</p><p>　　計(jì)算得輸出功率：P0 = 96.2Mw</p><p>　　計(jì)算得輸出效率：=58.6%</p><p><b>　　5設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　5.1

32、收獲設(shè)計(jì)心得</p><p>　　回顧起此次高頻課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)電路時(shí)和同組成員共同討論解決問題，同時(shí)設(shè)計(jì)出的電路經(jīng)過Multisim軟件仿真達(dá)到預(yù)期的放大效果，不僅讓

33、小組所有成員共同獲得努力后成功的欣喜，而且了解了Multism軟件的使用。種種在此次學(xué)習(xí)到的知識(shí)或是能力必將有用于之后的學(xué)習(xí)或是將來的工作，這也是此次課程設(shè)計(jì)的目的所在。 </p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正學(xué)到屬于自己的知識(shí)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中

34、遇到的問題，可以說得是多如牛毛，因?yàn)榛A(chǔ)不牢固，再加上缺乏實(shí)際設(shè)計(jì)及動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)。 </p><p>　　課設(shè)的這段日子真的是給我留下了很深的印象。我總結(jié)出，在每次課設(shè)中，遇到問題最好的辦法就是請(qǐng)教別人，因?yàn)槊總€(gè)人掌握的情況都不一樣，一個(gè)人不可能做到處處都懂，必須發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情才能夠簡單化。這一點(diǎn)我深有體會(huì)，在很多時(shí)候，我遇到的困難或許別人之前就遇到過，向他們請(qǐng)教遠(yuǎn)比自己在那邊摸索來得簡單，來得快。&l

35、t;/p><p>　　雖然我現(xiàn)在已經(jīng)初步學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)符合要求的高頻諧振功率放大器，但是離真正能夠利用已學(xué)的知識(shí)自由設(shè)計(jì)使用電路的還有一段的距離。課設(shè)的這段時(shí)間我確實(shí)受益匪淺，不僅是因?yàn)樗l(fā)生在特別的實(shí)踐，更重要的是我的專業(yè)知識(shí)又有了很大的進(jìn)步，因?yàn)檫M(jìn)步總是讓人快樂的。千里之行始于足下，我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><

36、p><b>　　6參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉泉主編. 通信電子線路. 武漢理工大學(xué)出版社，2005年1月</p><p>　　[2] 陳永泰主編. 通信電子線路. 武漢理工大學(xué)出版社，2011年10月</p><p>　　[3] 謝自美主編. 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試. 華中科技大學(xué)出版社，200

37、6年8月 </p><p>　　[4] 高吉祥主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 電子工業(yè)出版社，2002年5月</p><p>　　[5] 曾興雯主編. 高頻電子線路. 高等教育出版社出版，2009年11月 </p><p>　　[6] 趙淑范等主編. 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 清華大學(xué)出版社，2006年8月</p><p><b&