高频LC谐振功率放大器的设计.docx

目 录前言 11高频LC谐振功率放大器原理 21.1原理电路 21.2功放的特性曲线 32高频LC谐振功率放大器电路设计 52.1电路要求的技术指标 52.2设计电路的组成及原理电路图 53高频LC谐振放大器电路的仿真与分析 63.1 EWB软件简介 63.2软件界面介绍 73.2.1 EWB 主窗口 73.2.2各元件库窗口 73.3 EWB软件对LC谐振放大器的仿真 93.3.1仿真电路 93.3.2设置函数信号发生器的输入 93.3.3电路仿真后的输出波形 93.3.4高频LC谐振功率放大器的放大倍数 103.3.5功率放大器输出功率、效率 113.4高频功率放大器的负载特性 123.4.1负载电阻不同时的输入输出波形 124.4.2不同负载情况下工作状态及输出功率分析 113.5高频功率放大器的振幅特性 123.5.1输入电压不同时的输出电压 123.5.2输入电压不同时放大器的工作状态及输出功率分析 123.6高频功率放大器的集电极调制特性 124.6.1集电极电压VCC不同时的输出电压 124.6.2集电极电压Vcc不同时放大器的工作状态及输出功率分析 124总结 124.1电路设计的优缺点 错误！未定义书签。

4.2心得体会 错误！未定义书签参考文献 16冃U言高频谐振放大器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，如在发射设备中， 为了有效地使信号通过信道传送到接收端，需要根据传送距离等因素来确定发射 设备的发射功率，这就要用高频谐振放大器将信号放大到所需的发射功率；在接 受设备中，从天线上感应到的信号是非常微弱的，一般在V级，要将传送的信 号恢复出来，需要将信号放大，这就需要用高频小信号谐振放大器来完成高频功率放大器的主要功能是放大高频信号，并且以高效输出大功率为目 的它主要应用于各种无线电发射机中发射机中的振荡器产生的信号功率很小， 需要经过多级功率放大器才能获得足够的功率，送到天线辐射出去高频功放的输出功率范围，可以小到便携式发射机的毫瓦级，大到无线电广 播电台的几十千瓦，甚至兆瓦级目前，功率为几百瓦以上的高频功率放大器， 其有源器件大多为电子管，几百瓦以下的高频功率放大器则主要采用双极晶体管 和大功率场效应管已知能量（功率）是不能放大的，高频信号的功率放大，其实质是在在输入 高频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率，因此除要求高频功放产生符 合要求的高频功率外，还应要求具有尽可能高的转换效率。

应当指出，尽管高频功放和低频功放的共同特点都要求输出功率大和效率 高，但二者的工作频率和相对频带宽度相差很大，因此存在着本质的区别低频 功放的工作频率低，但相对频带很宽工作频率一般在20—20000HZ，高频端与 低频端之差达1000倍所以，低频功放的负载不能采用调谐负载，而要用电阻， 变压器等非调谐负载而高频功放的工作频率很高，可由几百千赫到几百兆赫， 甚至几万兆赫，但相对频带一般很窄近年来，为了简化调谐，设计了宽带高频 功放，如同宽带小信号放大器一样，其负载采用传输线变压器或其他宽带匹配电 路，宽带功放常用在中心频率多变化的通信电台中放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态甲 类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大乙类放大器电流的 流通角约等于180o ；丙类放大器电流的流通角则小于180o乙类和丙类都适用 于大功率工作丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者高频 功率放大器大多工作于丙类但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于 低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大由于调谐回路 具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。

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1高频LC谐振功率放大器原理1.1原理电路图1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路除电源和偏置电路 外，它是由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成高频功放中常采用平面工 艺制造的NPN咼频大功率晶体管，它能承受咼电压和大电流，并有较咼的特征频 率f晶体管作为一个电流控制器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成T基极电流i，i控制了较大的集电极电流i，i流过谐振回路产生高频功率输出， b b c c从而完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务为了使高频功放以高效输 出大功率，常选在C类状态下工作，为了保证在C类工作，基极偏置电压U 应BB 使晶体管工作在截止区，一般为负值，即静态时发射结为反偏此时输入激励信 号应为大信号，一般在0.5V以上，可达1到2V，甚至更大晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关 控制作用线路特点：（1）谐振回路LC是晶体管的负载（2）电路工作在丙类工作状态； 基极负偏压（或零偏压）关系式：（1）外部电路关系式：u = —U + U cos①tbe BB bmu - U — U cos ① tce CC cm（2）晶体管的内部特性I - g C - U ）c m be BB（3）（半）导通角U coS0- U +U'bm BB BB根据晶体管的转移特性曲线可得:故得 n lU l + U'0 - arc cos ~BB BBUbm1.2功放的特性曲线必须强调指出：集电极电流忙虽然是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作 用，仍然能得到正弦波形的输出。

功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源 所供给的直流功率P0,使之一部分转变为交流信号功率P］输出去，另一部分功 率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率PC直流功率：Po-UC CLI -基频电流R -回路的负载阻抗1 L根据能量守衡定理：P =o输出交流功率： 1P = — U1 2u -回路两端的基频电压c图解分析法的步骤：1.测出晶体管的转移特性曲线及输出特性曲线，并将这两组曲线折线化处 理；2•作出不同工作状态下的动态特性曲线；3. 根据激励电压Ub的大小在特性曲线上画出对应输出电压Uc和电流脉冲 ic的波形；4. 分析功放的外部特性，即分析放大器的外部供电电压或负载的变化将如何 影响输出电压、输出电流、输出功率、效率等指标的晶体管的特性曲线及其特性方程由图可见，在放大区，有转移特性方程：所以，集电极电流随激励而正向变化由图可见，在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无 关因此有临界线方程：i = Su 在截止区，有方程：i = 0 u > U'c c ce c be BB图3晶体管的输入和输出特性曲线谐振功率放大器的动态特性曲线（负载线）高频放大器的工作状态是由负载 阻抗R、激励电压u、供电电压U ,U等4个参量决定的。

L b CC BB如果u ,u , U 3个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻R决CC BB b L定此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随R而变化的特性，就叫L做放大器的负载特性所谓动态特性是和静态特性相对应而言的，在考虑了负载的反作用后，所获 得的u u和i的关系曲线就叫做动态特性ce, be c2高频LC谐振功率放大器电路设计2.1电路要求的技术指标晶体管2N2222A的主要参数为V = 12V ,P = 500mW, I = 800mA，管子的cc c cm饱和管压降u <= 0.6V, p >= 30ces主要技术指标：交流电压放大倍数：A > 25u中心频率：15MHz输出交流电压峰-峰值：V > 2V(R = 2k0)op - p L通频带宽：> 土250 kHz(-3dB)2.2设计电路的组成及原理电路图基本部分组成，即晶体管、谐振回路和电源电子管在放大器中起着 把直流能量转换为交流能量的作用；谐振回路是电子管的负载；电源供给电子管 各电极电压，它们共同保证电子管的正常工作图5原理电路3丙类功率放大器电路的仿真与分析3.1EWB软件简介随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产 品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。

电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路 的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计EDA 是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统与 早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快， 而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性电子工作平台Electronics Workbench （EWB）（现称为MultiSim）软件是加 拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的 电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：（1）采用直观的图形界面创建电路:在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台， 绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；（2） 软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结 果3） EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法4） 作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据5） EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比 实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子 仪器测量方法。

6） 用EWB进行仿真模拟实验，实验过程非常接近实际操作的效果各元 器件选择范围广，参数修改方便，不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏 器件和印刷电路板使电路调试变得快捷方便7） 不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件，还提供了各种 丰富的调试测量工具：各种电压表、电流表、示波器、指示器、分析仪等是一 个全开放性的仿真实验和课件制作平台，给我们提供了一个实验器具完备的综合 性电子技术实验室8） EWB（电子学工作平台）为我们提供了一个很好的实用工具，使我们能 够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析因此非常适合电子类课程的教学和实验这次课程设计，我们将了解EWB软 件的初步知识和基本操作方法3.2软件界面介绍3.2.1EWB 主窗口菜单栏 元件库栏 工具栏 暂停艸灰复开关 启动/■停止开关r" Eliclir\kic5 YarklanchE门由 Edi E £hrcu.Ll An«-ly5L e ffindov0|園副昌需陽|囲胡川却占匡|爾IqJqI匝三i创 型£|剳罚智音陣|迥切團mp—I 1 耗口rni mH«vbl«stI.<^12DV^Q kHW DeA sample cireuitlG be Miwyzfd for].DC tdse point2. AC sweep4p--L0MH^,饰p resuill: caxihe 获袒 at ascilo^capB 也由@pki炫 by tucrurjg on 5un.uJnte- smteh, bUd seen m the t-iV ■ of walysL? g^«phs wondow,. 。