高频谐振功率放大器课程设计说明书.doc

前言
在通信电路中,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。为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中,发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小,因此在它后面要经过一系列的放大,如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等,获得足够的高频功率后,才能输送到天线上辐射出去。这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中,而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。
本次课设报告先是对高频功率放大器有关理论知识作了一些简要的介绍,然后在性能指标分析基础上进行单元电路设计,最后设计出整体电路图,在软件中仿真验证是否达到技术要求,对仿真结果进行分析,最后总结课设体会。
工程概况
高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高,但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大, 决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低,但相对频带宽度却很宽。例如,自20至20000 Hz,高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载,如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高(由几百Hz一直到几百、几千甚至几万MHz),但相对频带很窄。例如,调幅广播电台(535-1605 kHz的频段范围)的频带宽度为10 kHz,如中心频率取为1000 kHz,则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高,则相对频宽越小。因此, 高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点,使得这两种放大器所选用的工作状态不同:低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类(限于推挽电路)状态;高频功率放大器则一般都工作于丙类(某些特殊情况可工作于乙类)。
正文

由于高频振动器所产生的高频振动信号的功率很小,不能满足发射机天线对发射机的功率要求,所以在发射之前需要经过功率放大后才能获得足够的功率输出。
本次课程设计使通过已学的电路基础知识,模拟高频振动功率放大器,使发射机内部各级电路之间信号功率能有效传输,这就要求放大器输入端和输出端都能实现阻抗匹配。即放大器输入端阻抗和信号阻抗匹配,放大器输出端阻抗和负载阻抗匹配。


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利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。电流导通角θ愈小,放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ=180o,效率最高也只能达到50%,而丙类功放的θ<90%,效率η可达到80%。如图表1-1
表1-1 不同工作状态时放大器的特点
工作状态
半导通角
理想效率
负载
应用
甲类
qc=180°
50%
电阻
低频
乙类
qc=90°
%
推挽,回路
低频,高频
甲乙类
90°<qc<180°
50%<h<%
推挽
低频
丙类
qc<90°
h>%
选频回路
高频
丁类
开关状态
90%~100%
选频回路
高频

高频放大器是发射机的重要组成部分,它的主要任务是以提高效率输出最大的高频功率,因此高频功率一般工作在丙类,必须是LC谐振回路,以实现阻抗匹配!

(1)输出功率
高频功率放大器的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率。由于负载RL与丙类功率放大器的谐振回路之间采用变压器耦合方式,实现了阻抗匹配,则集电极回路的谐振阻抗R0上的功率等于负载RL上的功率,所以将集电极的输出功率视为高频功率放大器的输出功率,即Po=PC。
(2)效率
高频功率放大器的总效率由集电极的效率和输出网络的传输效率决定。而输出网络的传输效率通常是由于电感、电容在高频工作时产生一定损耗而引起的,放大器的能量转换效率主要由集电极的效率所决定。所以常将集电极的效率视为高频功放的效率。
η= Po/ PD
电路通过测量来计算功放的效率。集电极