1、高频电子线路课程设计说明书高频功率放大器院、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 副教授 专 业： 通信工程 班 级： 通信 1103 班 完成时间： 2013 年 12 月 15 日 1摘 要高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，就要采用高频功率放大器。由于高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。本课程设计的高频功率放大器电路由两极功率放大器组成，第一级为甲类功率放大器，第二级为丙类
2、谐振功率放大器。分别对甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计的工作状态和计算出电路中各器件参数，从而设计出完整高频功率放大器电路，再利用电子设计软件 multisim 对电路仿真。通过仿真结果分析电路特性 ,使电路得到进一步完善。报告中首先给出设计目标和电路功能分析，然后讨论各级电路具体设计和原理图，后给出了实际搭建电路测试的数据及分析，最后总结实验并给出了 PCB 绘图。关键词：高频功率放大器；甲类功放；丙类功放；选频回路2ABSTRACTHigh frequency power amplifier is one of the
3、 important components of transmission equipment, communications circuits, in order to compensate for signal transmission in the wireless transmitter in the attenuation requirements have greater power output, communication distance, the greater the required output power. In the high-frequency range,
4、in order to obtain a large enough frequency output power, we must use high-frequency power amplifier. Due to the high frequency power amplifier high frequency, relatively narrow band, so commonly used frequency-selective network as a load circuit. The curriculum design of high frequency power amplif
5、ier circuit by bipolar power amplifier, the first class is class a power amplifier, second class C class tuned power amplifier. On class a power amplifier and C class tuned power amplifier design, through the given technical requirements to determine the class a power amplifier and a C class tuned p
6、ower amplifier design working state and calculate circuit in the device parameters, and design integrity of high frequency power amplifier circuit, and the use of Electronic Design Software Multisim for circuit simulation. Through the analysis of simulation results of circuit characteristics, so tha
7、t the circuit has been further improved. The report first gives the design goal and function of circuit analysis, and then discuss the various circuit design and schematics, gives the actual circuit structures test data and analysis, finally summarizes experimental and gives the PCB drawing.Key word
8、s: high frequency power amplifier; class a power amplifier;class c power amplifier;frequency selective network; 3目 录1 设计任务及要求和工作原理说明 .41.1 设计任务及要求 .41.2 设计课题总体方案思路介绍及工作原理说明 .42 电路各模块功能介绍及参数的确定 .72.1 设计课题的参数选择 .72.2 设计课题的硬件系统各模块功能简要介绍 .102.3 设计课题的仿真图、PCB 图 .123 电路的仿真与实物调试 .133.1 电路的仿真 .133.2 实物电路调试结果
9、 .143.3 电路的仿真分析 .153.4 实物电路调试分析 .153.5 误差分析 .164 结束语 .17致 谢 .18参考文献 .19附录 A 实物图 .20附录 B 元器件清单 .2141 设计任务及要求和工作原理说明1.1 设计任务及要求1)输出功率 mWP502)工作中心频率 MHZf13) %74)负载电阻 50LR5)晶体管用 3DG130,其主要参数： , ,Wpcm625mAIc0MHZfr101.2 设计课题总体方案思路介绍及工作原理说明1.2.1 设计课题总体方案思路介绍功率放大器是通过将直流输入功率转换化为交流功率输出,以提高发射信号能量 ,便于接收机接收的电路 ,
10、因而要求输出功率大 ,效率高 ,同时 ,输出中的谐波分量应该尽量小 ,以免对其他频道产生干扰。根据电流导通角的不同 ,功率放大器分为甲类、 乙类、 丙类等 ,电路由馈电电路、 输入匹配、 输出匹配及级间耦合 4 部分组成。其中，回路的滤波作用，就是把我们所需要的放大后的基波信号选出来，把不需要的谐波抑制掉。我们知道，工作于乙类或丙类的放大器，其 Ic 为一脉冲，其中除含直流分量、基波分量外，还有谐波分量。如果负载是个电阻，它决不能把其中的基波分量选出来。但在 LC 的并联谐振回路中，由于线圈的电阻很小，可以认为对直流是短路的。对基波来说，当谐振时，回路的等效阻抗是一个数值较大的纯电阻。对于 n
11、 次谐波，回路严重失谐，故回路对 n 次谐波呈现的阻抗与基波相比可以忽略不计。既然输入信号是正弦电压，故通过 LC 回路的电流必然也是正弦电流。由此得出结论：由于并联 LC 回路的谐振特性起着滤波作用，尽管板流是脉冲形式的，但回路电流和回路两端的电压仍然是正弦形式的。 高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。功率放大器的效率5是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故
12、通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。1.2.2 功率放大器的工作原理说明高频功率放大器是对载波信号或高频信号进行功率放大的电路。利用选频网络作为负载回路的功率放大器成为谐振功率放大器。在某些场合高频放大技术的高低成为制约本领域技术发展的关键所在。比如射频手机和高频信号收发机等，都需要用到高频功率放大器，并且作为一项非常重要的技术攻关项目。特别是移动电话机中高频功率放大器品质的高低直接影响其产品的技术指标。如图 1.2 所示为高频功放基本原理图，图中，高频扼流圈提供直流通路，C1 为隔直流电容，谐振回路分别为输入和输
13、出滤波匹配网络。其中天线等效阻抗，作为输出负载。与非谐振功放比较，它们都要求安全高效地输出足够大的不失真功率，但有一些区别。图 1.2.1 高频功放基本原理图61.2.3 Protel工作原理图图 1.2.2 高频功率放大器 Protel图NPN 型高压晶体管 2N5551 作为放大管 ,三极管 Q1、 电感 L1、 电容 C3组成甲类功率放大器 ,工作在线性放大状态。三极管 Q3 和由电感 L3、 电容 C11、 C9 构成的负载回路组成丙类功率放大器。R1、 R2、 R3、 R4 组成第 1级静态偏置电阻 ,调节 R2、 R3 可改变放大器的增益。L1、 C3 组成一级调谐回路 ,L2、
14、R5、 C2 组成的部分在丙类功率放大器基极处产生负偏压馈电 , R7 为射级反馈电阻 ,调整 R7 可改变丙类功率放大器的增益。C9、 C11、 L3组成末级调谐回路 , C9 用来微调谐振频率以获得最佳工作状态。C8、 C7 和 L4 组成滤波回路 ,起到改善波形的作用。集电极可选择连接不同的负载。当基极输入的正弦信号频率取值在 L1、 C3 谐振频率附近时 ,集电极输出正弦信号电压增益最大。C1 为射级旁路电容 ,有效地控制了可能由于射级电阻 R3、 R4过大而引起电压增益下降的问题。当甲类功率放大器输出信号大于丙类功率放大器三极管 Q2 的 be 间负偏压时 , Q3 才导通工作。 当
15、 L3、 C11 处谐振频率与从甲类功率放大器集电极获得的放大输出正弦信号的频率一致时 ,丙类功率放大器工作于谐振状态 ,集电极将获得最大的电压增益 ,达到功率放大的目的C1、 C5 为隔直电容 ,其作用是传送交流 ,隔离直流。在高频电路中隔直电容取值一般较 小 ,这里取 C4=10nF, C5=10nF。72 电路各模块功能介绍及参数的确定2.1设计课题的参数选择2.1.1 看 Protel原理图分析参数的确定图 2.1.1 高频功率放大器1.静态工作点的设置由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流 ICQ一般在0.82mA 之间选取为宜。设计电路中取: 任取合适的 的值。mAICQ
16、5.1eR因为： (2.1) eEQRV(2.2) BB(2.3) QC(2.4) I1052而 (2.5)BQI因为 R 1=(VCC-VBQ)R2/VBQ (2.6)82.丙类功放的参数计算 （1）确定功放的工作状态丙类高频功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。因欠压状态效率低，而过压状态严重失真，谐波分量大，为尽可能兼顾输出大功率、高效率，一般选用临界状态，其电流流通角 在 60 C90 范围。现设 。在晶体管功率放大器中，可以通过改变激励电压、25.070基极偏压、集电极负载、集电极直流供电电压来改变放大器的工作状态。集电极电流余弦脉冲直流 分解系数 ，集电极电流余弦脉冲基波
17、 0CI25.070Ic1m分解系数, 。设功放的输出功率为 0.5W。功率放大器集电极4.1的等效电阻为： R P=(VCC-VBQ)/2P0=110 (2.7) 集电极基波电流振幅为: mARIPcm95/20（2.8）集电极电流脉冲的最大振幅为: AImcc 164.95701ax（2.9）集电极电流脉冲的直流分量为: (2.10)cC 52.060ax0 电源提供的直流功率为: WmVIPCD.0（2.11）集电极的耗散功率为： C 1.0（2.12）集电极的效率为: 765.0PD（2.13）又 mAWAi 20.0（2.14）基极余弦脉冲电流的最大值（设 2N5551 的 =10）
18、: IcmB6.1（2.15）基极基波电流的振幅为：AIBm5.97011（2.16）基极输入的电压振幅：VIPVmBiBm3.521（2.17）基极偏置电路计算：(2.18)CosE.70eCERIV09（2.19）20541.0mAVIRCEe（2.20） （2）电源去耦滤波电路元件型LC低通滤波器。高频电路的电源去耦滤波网络通常采用 型 LC 低通滤波器，滤波电感可按经验取50500H，并联滤波电容一般取10nF。 电路中为10nF。（3）计算谐振回路与耦合线圈的参数 输出采用 型匹配网路,原理图如 2.1.1 所示，仿真电路如 2.1.2 所示图 2.1.2 10MHZ谐振功率放大器电路由滤波匹配网有以下公式：
