高频功率放大器 —课程设计.doc

湖南工程学院
课程设计
课程名称高频课程设计
课题名称高频功率放大器
专业电子科学与技术
班级 1001
学号
姓名**志
指导教师刘正青
2013年 3 月 8 日

电气与信息工程系课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性
软件设计完成情况
硬件调试完成情况
设计说明书与设计图纸质量
答辩情况
独立工作能力
完成任务情况
出勤情况
综合评分
指导教师签名:________________
日期:________________
注:①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容;
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序:封面、任务书、目录、正文、评分表、附件(非16K大小的图纸及程序清单)。

1 设计原理
高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大, 以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器。
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,这是无线电发射机中的重要组成部分。根据放大器电流导通角θ的范围可分为甲类、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=180,效率η最高也只能达到50%,而丙类功放的θ< 90º,效率η可达到80%,甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。图1为丙类谐振功率放大器
图 1 丙类谐振功率放大器
2 电路设计

本课程设计的高频功率放大器由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路,其中VT1 组成甲类功率放大器,晶体管VT2 组成丙类谐振功率放大器。从输出功率P0≥100mW来看,末级功放可以采用甲类或乙类或丙类功率放大器,但要求总效率η>60%,显然不能只用一级甲类功放,但可以只用一级丙类功放。本课程设计采用的电路甲类功放选用晶体管3DG130,丙类功放选用3DA1。首先设计丙类功率放大器,再设计甲类功率放大器。


因为要求获得的效率>60%,放大器的工作状态采用临界状态,取=75°,所以谐振回路电阻为
=550Ω
集电极基波电流振幅
≈19mA
集电极电流最大值为
Icm=Iclm/=19mA/=
其直流分量为
Ico=Icm *=*=11mA
电源供给的直流功率为
=135mW
集电极损耗功率为
=135mW—100mW=35mW
转换效率为
=100/135=74%
当本级增益=13dB即20倍放大倍数,晶体管的直流β=10时,有:
输入功率为
P1=Pc/=5mW
基极余弦电流最大值为
==
基极基波电流振幅
==
所以输出电压的振幅为
=2*50mW/19mA=

在谐振功率放大器中,为满足结它的输出功率和效率的要求,并有较高的功率增益,除正选择放大器的工作状态外,还必须正确设计输入和输出匹配网络,输入和输出匹配网络在谐振功率放大器中的连接情况如图2所示。无论是输入匹配网络还是输出匹配网络,它们都具有传输有用信号的作用,故又称为耦合电路。对于输出匹配网络,在求它具有滤波和阻抗变换功能,即滤除各次分量,使负载上只有基波电压;将外接负载RL 变换成谐振功放所要求的负载电阻R,以保证放大器输出所需的功率。因此,匹配网络也称滤波匹配网络。对于输入匹配网络,要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗,使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。
图 2丙类谐振功率放大器的匹配网络
丙类功放输入、输出回路均为高频变压器耦合方式,其中基极体电阻Rbb<25Ω,
则输入阻抗
Z1=Rbb/(1—cos75°)≈74Ω
则输出变压器线圈匝数比为
在这里,我们假设取N3=3和N1=10,若取集电极并联谐振回路的电容为C=100pF,则
采用Φ10mm×Φ6mm×5mm磁环来绕制输出变压器,因为有
其中μ=100H/m , A=, =25mm, L =7μH
所以计算得N=7

丙类放