高频丙类功率放大器的设计要点.docx

目录1 引言 12 丙类功率放大器原理 22.1 谐振功率放大器 22.1.1 谐振功率放大器的基本电路 22.1.2 线路特点 22.1.3 关系式 22.2 谐振功率放大器的功率和效率 22.2.1 放大器的功率 22.2.2 放大器的集电极效率 32.3 功率放大器的负载特性 32.3.1 欠压状态 42.3.2 临界状态 42.3.3 过压状态 42.4 丙类谐振功率放大器的偏置电路 43 丙类功率放大器电路设计 53.1 确定放大器的工作状态 53.2 丙类功率放大器的偏置电路： 53.3 选频网络 53.4 各参量的确定 54 丙类功率放大器电路的仿真与分析 74.1 EW瞅件简介 74.2 仿真结果与分析 94.2.1 仿真电路与测试 94.2.2 丙类功率放大器的负载特性 124.2.3 输入信号幅度的变化对功率放大器的影响 134.2.4 直流电压源电压对功率放大器的影响 145 总结 16参考文献 171引言高频功率放大器的主要功用是放大高频信号， 并且以高效输出大功率为目的主要 应用于各种无线电发射机中高频信号的功率放大，实质是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，因此除要求高频功率放大器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。

功率放大器一般分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作方式，为了进一步提高工作 效率还提出了丁类与戊类放大器 谐振功率放大器通常工作于丙类工作状态， 属于非线 性电路丙类功率放大器半导通角 0<90口，理想效率”>78.5%,负载为选频回路电子实习，是以学生自己动手动脑，并亲手设计、制作、组装与调试为特色的它 将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神 作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的 基础和必要条件鉴于无线通信技术的高速发展，本次课设对于通信专业的学生意义重大本次课设研究内容包括：在理解丙类放大器工作原理的基础上，设计丙类功率放大器并利用电路仿真软件 EWB对功放的主要性能指标进行相关测试，同时观察高频丙类功率放大器的负载特性 及研究输入信号幅度的变化对功率放大器的输入功率、 输出功率、总效率的影响并且研究直流电源电压对高频丙类功率放大器工作状态的影响52丙类功率放大器原理2.1谐振功率放大器2.1.1谐振功率放大器的基本电路icUbb Ucc图1基本电路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。

2.1.2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）2.1.3关系式1外部电路关系式：Ube - -Ubb Ubm cos tUce =Ucc -Ucm COS t2晶体管的内部特性：ic — gc(ube -U BB)3 （半）导通角根据晶体管的转移特性曲线可得:U bm cOS^ "UBBU bbBB故得： [=arc cosU BB I，U bbUbm即集电极电流的导通角是由输入回路决定的2.2 谐振功率放大器的功率和效率2.2.1 放大器的功率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 P1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根据能量守衡定理：直流功率： Po=|c0o CPo = P + PCU CC输出交流功率:UCRl回路两端的基频电压回路的负载阻抗U； 1I2R2RL =2IciRlIC1-——基频电流2.2.2 放大器的集电极效率P. UccIcO集电极电压利用系数二 UcU CCIciRLU CC波形系数，为通角1的函数；8越小丫越大clC01⑺:oC)2.3 功率放大器的负载特性负载特性：只在其他条件不变（Ucc、Ubb、Ub为一定），只变化放大器的负载电阻RL而引起的放大器的电流、输出电压、功率、效率的变化特性。

图2负载特性2.3.1 欠压状态UC随负载电阻Rl的增大而增大,在欠压区至临界点的范围内，放大器的输出电压 而电流IC0 , IC1基本不变，根据Po =Ic0 Ucc Pc =P0 - P二旦P01P = -Uc Ic12则电源功率P0不变、输出功率P1将增加，管耗将减少，效率将增加2.3.2 临界状态负载线和Ub正好相交于临界线的拐点放大器工作在临界状态时，输出功率大， 管子损耗小，放大器的效率也就较大2.3.3 过压状态放大器的负载较大，在过压区，随着负载 Rl的加大，IC1要下降，因此放大器的输 出功率和效率也要减小2.4 丙类谐振功率放大器的偏置电路基极馈电电路分用馈和并馈两种1基极偏置常采用自给偏置电路；-----用馈2由负电源分压供给基极偏置电压；-----用馈3零偏压；---——并馈串馈 串馈 并馈图3基极偏置电路3丙类功率放大器电路设计题目：设计一高频功率放大器主要技术指标：VCC =12V,输出功率Pi>100mW,工作中心频率f0=6.5MHz, 效率4>50%,负载Rl =51 Qo3.1 确定放大器的工作状态为获得较高的效率”及最大输出功率Pi,放大器的工作状态选为临界状态。

3.2 丙类功率放大器的偏置电路： f Ko2SC4029R1 _L ..10 Ohm —r~ 0 01 uF图4偏置电路此电路利用基极电流的直流分量在 R上的降压得到偏置电压，另加高频旁路电容它的优点是偏置电压随输入信号电压大小起自动调节作用3.3 选频网络选频网络采用LC并联谐振电路，输出电路为负载与电容部分连接的抽头并联振荡 回路如图图5抽头电路3.4 各参量的确定取6=70口，Pi=400mV,隔直电容均为0.01uF,高频扼流圈电感值均为47uF(Vcc - UcES)2诈 =162.45」2Pi2pi = RP 1clm 得 1clm =70.2mV1cm = 1clm / e (70口)=160.95mAIc0= 1cm • e(70口)=40.7mA得电源供给的直流功率P0为得放大器的转换效率”为p= JEL = Ci 其中 c二\ Rp Ci C2R — RLrP0 = Vcc* Ic0 =488.65mW4=Pi /P0 =81.86%C1c2Ci C2— =0.79得CiC1=150pF,彳3 C2=118pF取 Re =10Q因为 cos 日= (Ubz -Vbb)/ Ubm又已知Ubz =0.6V所以得Ubm =3V;八1ui I 1R1 _L r10 Uhm 0 JIa • 4I 1—t———|iQ2SC4029 ir —0.01 uF —0.01 uFF li 丁/叶fjO uH * ui n_L C2 R2—i ie pFH si onm4 4 图6电路连接图图7 EWB主窗口94丙类功率放大器电路的仿真与分析4.1 EWB软件简介加拿大 Interactive Image Technologies公司推出的 EWB(Electronics Workbench)是一 个非常优秀的专门用于电子电路设计与仿真的软件，与其他电路仿真软件 (Protel99)相比，具有界面直观、操作方便等优点。

他改变了一般电路仿真软件输入电路必须采用文 本方式的不便，创建电路选用元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上器件库和仪器库中 直接选取电子电路的分析、设计与仿真工作蕴含于轻点鼠标之间，不仅为电子电路设 计者带来了无尽的乐趣，而且大大提高了电子设计工作的质量和效率菜单栏 元件库栏 工具栏 暂停F族复开关 启动『停止开关EE.tctric.: ci YarkbenchEdj i Ckrcruk I 5 Ifi□ I闻口唇I XI匾I吗I加小，|外回 砌7| 叵Of-^t r< -rzfWbtlEtl ibflbA vunplf ctrmii R b* an㈤m d for1. DC 藁 B poitU2. AC lOMHxX xeiyM cibt tera b 才cUoii：cpir end 心* pkrtti, lay Eunuog onfunuloti- FMfb二h,川尊q rsm 3卜■ ef wdyfi?审叩h* wndoVy iniiat* gumAnaJys&s/ AC fi除qKtncy舟umUqte /3 P财峥*由 iwttp mlh R Ik-I I k tup a A,C oviputMd4 ^ofcigt 2状态招打开的仪器电路工作区V34电压源Vec电压^丁 电^11^电流源 电^^$电压源 电压I电震 电压遍电压源 套电簿 ■电压源 直流电爵电池接地-If?图8元件库和信号栏库EWB的元件库不仅提供了数千种电路元件供选用，而且还提供了各种元器件的理 想值，因此，仿真的结果就是该电路的理论值，这对于验证电路原理，开发、设计新电 路极为方便。

下图为EWB软件应用实例（低通滤波器电路设计）图9 EWB软件应用实例EWB提供了 6种基本分析方法和 7种高级分析方法，即直流工作点 (DCOperating Point)分析、交流频率(AC Frequency历析、瞬态(Transient历析、傅里叶(Fourier) 分析、失真(Distortion)分析、噪声(Noise)分析、传递函数(Transfer Function)分析、零一 极点(Pole-Zero)分析、灵敏度(Sensitivity)分析、温度扫描(Temperature Sweep价析、参 数扫描(Parameter Sweeps析、蒙特卡罗(Monte Carlo)分析、最坏情况(Worst Case分析图10低通滤波器实例输出二 Bode Plotter图11低通滤波器波特图分析由以上两图可见EWB软件提供的基本分析方法实用，直观，形象4.2 仿真结果与分析4.2.1 仿真电路与测试1912 V0.01 uF —0 01 uFL47 UHR110 Ohm图12电路图III图13信号源Oscilloscope XT1 36.8064 2.Channal A96 9^11 ps。