东北大学秦皇岛分校电子信息系 综合课程设计 高频功率放大器的设计及仿真 专业名称电子信息工程 班级学号5081112 学生姓名姜昊昃 指导教师邱新芸 设计时间2011.06.20~2011.07.01
课程设计任务书 专业：电子信息工程学号：5081112学生姓名（签名）： 设计题目：高频功率放大器的设计及仿真 一、设计实验条件 Multisim软件 二、设计任务及要求 1.设计一高频功率放大器，要求的技术指标为：输出功率Po≥125mW，工作 中心频率fo=6MHz，η>65%； 2.已知：电源供电为12V，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用2N2219，其主要参 数：Pcm=1W,Icm=750mA,V CES=1.5V, f T=70MHz,hfe≥10，功率增益Ap≥13dB（20倍）。 三、设计报告的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 4.结束语（设计的收获、体会等） 5.参考资料 四、设计时间与安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、收集资料：2 天 设计图纸、实验、计算、程序编写调试：4 天 编写课程设计报告：3 天 答辩：1 天
1.设计题目与设计任务（设计任务书） 1.1 设计题目 高频功率放大器的设计及仿真 1.2 设计任务 要求设计一个技术指标为输出功率Po≥125mW，工作中心频率fo=6MHz η>65%的高频功率放大器。 2. 前言（绪论） 我们通过“模电”课程知道，当输入信号为正弦波时放大器可以按照电流的导通角的不同，将其分为甲类、乙类、甲乙、丙类等工作状态。甲类放大器电流的导通角为360度，适用于小信号低功率放大；乙类放大器电流的导通角约等于180度；甲乙类放大器电流的导通角介于180度与360度之间；丙类放大器电流的导通角则小于180度。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上述几种工作状态中最高的。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。 可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。 综上，确定此高频电路由两个模块组成：第一模块是两级甲类放大器；第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，它作为功放输出级，最好能工作在临界状态。此时，输出交流功率达到最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。 3. 系统原理 3.1 高频功率放大器知识简介 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设备的重要组成部分。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，
高频电子线路实验报告（实验5 高频功率放大器） 班级： 姓名： 学号：
实验五高频功率放大器 一、实验目的： 1．了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载变时的动态特性。 2．了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化和电源电压Vcc变化时对功率放大器工作状态的影响。 3．比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点、功率、效率。 二、实验内容： 1．观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点 2．测试丙类功放的调谐特性 3．测试丙类功放的负载特性 4．观察电源电压变化对丙放工作状态的影响及激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。 三、实验基本原理： 丙类功率放大器通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。本实验单元模块电路如图5－1所示。该实验电路由两级功率放大器组成。 其中VT1（3DG12）、XQ1与C15组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中R2、R12、R13、VR4组成静态偏置电阻，调节VR4可改变放大器的增益。 XQ2与CT2、C6组成的负载回路与VT3（3DG12）组成丙类功率放大器。VR6为射极反馈电阻，调节VR6可改变丙放增益。甲类功放的输出信号作为丙放的输入信号（由短路块J5连通）。当短路块J5置于开路位置时则丙放无输入信号，此时丙放功率管VT3截止，只有当甲放输出信号大于丙放管VT3的be间的负偏压值时，VT3才导通工作。 与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S5拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q值。 四、实验步骤： 1．本实验要用到“振荡器与频率调制”、“前置放大”、“功率放大”等三个电路模块。在实验箱上找到这三个模块的位置。 2．在“振荡器与频率调制”模块中：将拨位开关S2的4拨向ON（即：工作在“晶体振荡器”状态）；将S4的2拨向ON；将S3全拨向下方；用示波器在右下角J6端口观察输出波形并记录：f1= ，V P-P1= 。 3．在“前置放大”模块中：将左上角J15的跳线帽短接到最左边ZD位置，用示波器在右下角J26端口观察输出波形并记录：f2= ，V P-P2= ，计算“前置放大”模块的放大倍数A前置= 。
一、选择题（每题2分） 1在调谐功率放大器中，晶体管工作延伸到非线性区域包括 。（ ） A ．截止和饱和区 B ．线性和截止区 C ．线性和饱和区 答案：A 2下列各参数不能够用于调节基本高频调谐功率放大器导通角的参数是 。（ ） A ．j U B ．b E C ．L R 答案：C 3调谐功率放大器工作状态的判定是根据ce min u 与 的比较判定。（ ） A ．ces U B ．bm U C ．cm U 答案：A 4 一般不用作调谐功率放大器中自给偏压环节的是 。（ ） A ．射极电流 B ．基极电流 C ．集电极电流 答案：C 5 高频调谐功率放大器一般工作在 。（ ） A ．甲类 B ．乙类 C ．丙类 答案：C 6 窄带高频功率放大器又被称为 。（ ） A ．调谐功率放大器 B ．非调谐功率放大器 C ．传输线放大器 答案：A 7 高频调谐功率放大器分析方法 。（ ） A ．近似法 B ．折线法 C ．等效分析法 答案：B 8 高频调谐功率放大器电路中晶体管的发射结 。（ ） A ．正偏 B ．反偏 C ．0偏置 答案：B 9 高频调谐功率放大器一般工作时的导通角为 。（ ） A ．180o B ．90o C ．小于90o
答案：C 10 高频调谐功率放大器在静态时，晶体管处于 区。（ ） A ．截止 B ．饱和 C ．线性放大 答案：A 11 高频调谐功率放大器无发射结偏置时，硅管的导通角为 。（ ） A ．20o ~ 40o B ．40o ~ 60o C ．60o ~ 80o 答案：B 12 高频调谐功率放大器无发射结偏置时，锗管的导通角为 。（ ） A ．20o ~ 40o B ．40o ~ 60o C ．60o ~ 80o 答案：C 13高频调谐功率放大器集电极电流脉冲展开系数中，对应任意导通角，展开系数最大的是 。（ ） A ．0α B ．1α C ．2α 答案：B 14高频调谐功率放大器集电极电流脉冲展开系数中，对应任意导通角，1 0αα最大值为 。（ ） A ．3 B ．2 C ．1 答案：B 15高频调谐功率放大器集电极电流脉冲展开系数中，对应任意导通角，1 0αα最小值为 。（ ） A ．3 B ．2 C ．1 答案：C 16 某晶体管的转移特性，其转移导纳j b 10mA/V,U 0.6V,E 1V g ===-，激励信号电压幅值bm U =3.2V ，则导通角为 。（ ） A ．90o B ．60o C ．30o 答案：B 17高频调谐功率放大器一般工作在 状态。（ ） A ．基波 B ．二次谐波 C ．三次谐波 答案：A
2007~2008学年高频期末考试（A 卷） 一、选择题（每题1分，共10分）： 1. 为了提高效率，高频功率放大器一般工作在( C )工作状态。 (A) 甲类 (B)乙类 (C)丙类 (D)甲乙类 2. 在高频放大器中，多用调谐回路作为负载，其作用不包括 （ D ）。 (A)选出有用频率 (B)滤除谐波成分 (C)阻抗匹配 (D)产生新的频率 成分 3. 利用高频功率放大器的基极调制特性完成功放和调幅，功率放大器工作 状态应选（ A ）。 (A)欠压 (B)临界 (C)过压 (D)超临界 4. 以下振荡器频率稳定度最高的是（ C ） (A)互感反馈??? (B)克拉泼电路??? (C)西勒电路???(D)电容三端式振荡电路 5. 调谐放大回路的通频带与( A )有关。 (A) 回路谐振频率和品质因数 (B) 品质因数和频率稳定度 (C) 回路谐振频率和失谐量 (D) 失谐量和频率稳定度 6. 如下图所示的传输线变压器是一种（ D ） (A) 2:1阻抗变换传输线变压器， (B) 1:2阻抗变换传输线变压器， (C) 1:4阻抗变换传输线变压器， (D) 4:1阻抗变换传输线变压器。 7. 相位鉴频器的输出电压值为比例鉴频器输出电压值的( B ) (A) 4倍， (B) 2倍， (C) 1/2， (D) 1/4。 8.调幅信号()()()V t t t u c c ωcos cos 1Ω+=，则上、下边频分量的功率占总功率的( D )
(A)1/2， (B)2/3， (C)1/6， (D)1/3。 9. 单频调制时，调相波的最大相偏Δφm 正比于 ( A ) (A) ? u Ω(t)?max ， (B) u Ω(t)， (C) Ω， (D) ? du Ω(t)/dt ?max 。 10. 石英晶体振荡器的主要优点是 （ C ） (A)容易起振 (B)振幅稳定 (C)频率稳定度高 (D)减小谐波分量 二、填空题（共20分）： 1. 单调谐放大器经过级联后一般会使电压增益 变大 (1分)、通频带 变窄 (1分)、选择性 变好 (1分)。 2. 正弦波振器的振荡平衡条件是 A(ω0)F(ω0)=1(2 分)和 2A F n ??π+=(0,1,2,n =±±L )(2分)。 3. 振幅解调方法可分为包络检波 (1分)和 同步检波 (1分)两大类。 4. 已知调频信号()63 ()5cos 5102cos 210u t t t ππ??=?-??? (V)，若调频灵敏度k f =104Hz/V ，则调制信号u ?(t)= 0.2sin(2??103t) (V) (2分)，该调频波的最大频偏为?f m = 2?103 (Hz) (2分)。 5．减少高频功放晶体管Pc 的方法主要有：减少集电极电流的 流通角 (2分)和在集电极 电流流通时 集电极电压 (2分)最小； 6. 已调波信号336()(53cos 210sin 410)cos 410u t t t t πππ=+?-???伏，则该信号为 AM/调幅/幅度 (1分)调制波，其载波频率为 2?106Hz (1分)，调制信号为 33(3cos 210sin 410)k t t ππ?-?(1分)。 三、综合题（共70分） 1. 变频器的非线性转移特性为 设cos cos ,Lm L cm c Q v V t V t V ωω=++并且Lm cm V V >>，试求： 1）当Q Lm V V =时，对于（c L ωω-）和（c L ωω-2）的变频跨导；10% 2）当0Q V =时，对于（c L ωω-）的变频跨导。5%
第3章高频信号放大器 3.1自测题 3.1-1晶体管的截止频率f?是指当短路电流放大倍数|?|下降到低频? 0的时所对应的工作频率。 3.1-2矩形系数是表征放大器好坏的一个物理量。 3.1-3消除晶体管y re的反馈作用的方法有和。 3.1- 4.为了提高效率，高频功率放大器应工作在状态。 3.1-5.为了兼顾高的输出功率和高的集电极效率，实际中多选择高频功率放大器工作在状态。 3.1-6.根据在发射机中位置的不同，常将谐振功率放大器的匹配网络分为、、三种。 3.2 思考题 3.2-1 影响谐振放大器稳定性的因素是什么？反向传输导纳的物理意义是什么？ 3.2-2声表面波滤波器、晶体滤波器和陶瓷滤波器各有什么特点,各适用于什么场合? 3.2-3说明fβ、f Tβ、fɑ和f max的物理意义。分析说明它们之间的关系 3.2-4为什么晶体管在高频工作时要考虑单向化或中和,而在低频工作时,可以不必考虑? 3.2-5. 谐振功率放大器工作于欠压状态。为了提高输出功率，将放大器调整到临界状态。可分别改变哪些参量来实现？当改变不同的量时，放大器输出功率是否一样大？ 3.2-6.为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态？为什么采用谐振回路作负载？谐振回路为什么要调谐在工作频率？ 3.2-7.为什么低频功率放大器不能工作于丙类？而高频功率放大器可以工作于丙类？ 3.2-8.丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别？为什么会产生这些区别？动态特性的含意是什么？ 3.2-9.一谐振功放如图3.2-9所示,试为下列各题选取一正确答案： (1)该功放的通角θ为：(a)θ>90。；(b)θ=90。；(c)θ<90o。 (2)放大器的工作状态系：(a) 由E c、E B决定；(b)由U m、U bm决定；(c)由u BE max、u CE min决定。 (3)欲高效率、大功率工作,谐振功放应工作于：(a)欠压状态(b)临界状态(c) 过压状态 (4)当把图中的A点往上移动时,放大器的等效阻抗是：(a)增大；(b)不变；(c)减小。相应的工作状态是：(a)向欠压状态变化；(b)向过压状态变化；〈c〉不变。
第五章 高频功率放大器 一、简答题 1．什么叫做高频功率放大器？它的功用是什么？应对它提出哪些主要要求？为什么高频功放一般在B 类、C 类状态下工作？为什么通常采用谐振回路作负载？ 答：高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路，其主要功能是放大放大高频信号功率，具有比较高的输出功率和效率。对它的基本要求是有选频作用、输出功率大、自身损耗小、效率高、所以为了提高效率，一般选择在B 或C 类下工作，但此时的集电极电流是一个余弦脉冲，因此必须用谐振电路做负载，才能得到所需频率的正弦高频信号。 2．已知高频功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，可以改变哪些外界因素来实现，变化方向如何？在此过程中集电极输出功率如何变化？ 解：可以通过采取以下措施 1）减小激励Ub ，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。 2）增大基极的负向偏置电压，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率基本不变。 3）减小负载电阻RL ，集电极电流Ic1增大，IC0也增大，但电压振幅UC 减小不大，因此输出功率上升。 4）增大集电极电源电压，Ic1、IC0和UC 增大，输出功率也随之增大，效率基本不变。 3．丙类功率放大器为什么要用谐振回路作为负载？ 解：利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。同时，谐振回路还可以将含有电抗分量的外接负载转换为谐振电阻 P R ，而且调节A L 和A C 还能保持回路谐振时使P R 等于放大管所需要的集电极负 载值，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路起到了选频和匹配的双重作用。
第3章高频功率放大器 一、本章的基本要求 （1）掌握丙类谐振功率放大器的工作原理及其特点。 （2）掌握谐振功率放大器三种工作状态的特点以及负载特性；了解集电极直流电源，基极直流电源以及基极输入电压对工作状态的影响。 （3）掌握谐振功率放大器电路的组成，了解谐波匹配网络的作用。 （4）了解传输线变压器的工作原理以及阻抗变换，功率合成与分配技术 二、重点和难点 重点： （1）丙类谐振功率放大器的工作原理及其特点。 （2）谐振功率放大器三种工作状态以及负载特性。 （3）谐振功率放大器电路的组成。 （4）传输线变压器阻抗变换原理。 难点： （1）谐振功率放大器特性分析。 （2）LC网络的阻抗变换原理及电路参数的计算。 （3）传输线变压器功率合成与分配原理。
引言 1、使用高频功率放大器的目的 放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。 2、高频功率信号放大器使用中需要解决的两个问题 ①高效率输出②高功率输出 联想对比： 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高。 3、谐振功率放大器与小信号谐振放大器的异同之处 相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负 载均为谐振回路。 不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同； 晶体管动态范围不同。 4、谐振功率放大器与非谐振功率放大器的异同 共同之处:都要求输出功率大和效率高。 功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。 谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小)，其工作状态通常选为丙类工作状态(θc＜90?)，为了不失真的放大信号，它的负载必须是谐振回路。 非谐振放大器可分为低频功率放大器和宽带高频功率放大器。低频功率放大器的负载为无调谐负载，工作在甲类或乙类工作状态；宽带高频功率放大器以宽带传输线为负载。 工作状态 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，属于非线性电路功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。 3.1 谐振功率放大器的工作原理 1、原理电路 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
1.原理说明 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。它是无线电发射机中的重要组成部件。根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙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η最高也只能达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。 高频功率放大器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；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。 1.1高频功放的主要技术指标 1.1.1 功率关系： 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O P ，使之一部分转变为交流信号功率1P 输出去,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C P 。 根据能量守衡定理：1o C P P P =+ 直流功率： 输出交流功率：221111 1222 c c c c L L U P U I I R R = ?== C U -----回路两端的基频电压 c1I ----- 基频电流 L R ----回路的负载阻抗。 1.1.2 放大器的集电极效率 1 101 122 c c o CC c U I P P U I ηξγ?===? 其中集电极电压利用系数：1c c L CC CC U I R U U ξ= = 0o c CC P I U =?
习题 3.1 高频功率放大器的主要作用是什么?应对它提出哪些主要要求？ 答：高频功率放大器的主要作用是放大高频信号或高频已调波信号，将直流电能转换成交流输出功率。要求具有高效率和高功率输出。 3.2 为什么丙类谐振功率放大器要采用谐振回路作负载？若回路失谐将产生什么结果？若采用纯电阻负载又将产生什么结果？ 答：因为丙类谐振功率放大器的集电极电流i c为电流脉冲，负载必须具有滤波功能，否则不能获得正弦波输出。若回路失谐集电极管耗增大，功率管有损坏的危险。若采用纯电阻负载则没有连续的正弦波输出。 3.3 高频功放的欠压、临界和过压状态是如何区分的？各有什么特点？ 答：根据集电极是否进入饱和区来区分，当集电极最大点电流在临界线右方时高频功放工作于欠压状态，在临界线上时高频功放工作临界状态，在临界线左方时高频功放工作于过压状态。 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，较少使用，但基极调幅时要使用欠压状态。 临界状态输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也较高。 过压状态下，负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用过压状态。 3.4 分析下列各种功放的工作状态应如何选择？ (1) 利用功放进行振幅调制时，当调制的音频信号加到基极或集电极时，如何选择功放的工作状态？ (2) 利用功放放大振幅调制信号时，应如何选择功放的工作状态？ (3) 利用功放放大等幅度信号时，应如何选择功放的工作状态？ 答：(1) 当调制的音频信号加到基极时，选择欠压状态；加到集电极时，选择过压状态。 (2) 放大振幅调制信号时，选择欠压状态。、 (3) 放大等幅度信号时，选择临界状态。 3.5 两个参数完全相同的谐振功放，输出功率P o分别为1W和0.6W，为了增大输出功率，将V CC提高。结果发现前者输出功率无明显加大，后者输出功率明显增大，试分析原因。若要增大前者的输出功率，应采取什么措施？ 答：前者工作于欠压状态，故输出功率基本不随V CC变化；而后者工作于过压状态，输出功率随V CC明显变化。在欠压状态，要增大功放的输出功率，可以适当增大负载或增大输入信号。 3.6 一谐振功放，原工作于临界状态，后来发现P o明显下降，ηC反而增加，但V CC、U cm 和u BEmax均未改变（改为：V CC和u BEmax均未改变，而U cm基本不变（因为即使Ucm变化很小，工作状态也可能改变，如果Ucm不变，则Uce不变，故工作状态不应改变）），问此时功放工作于什么状态？导通角增大还是减小？并分析性能变化的原因。 答：工作于过压状态（由于Ucm基本不变，故功率减小时，只可能负载增大，此时导通角不变）；导通角不变 3.7 某谐振功率放大器，工作频率f =520MHz，输出功率P o=60W，V CC=12.5V。(1) 当ηC=60%时，试计算管耗P C和平均分量 I的值；(2) 若保持P o不变，将ηC提高到80%，试问管耗 c0 P C减小多少？ 解：(1) 当ηC=60%时，
高频电子线路杨霓清答案第七章-高频功 率放大器 本页仅作为文档封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
思考题与习题 为什么高频功率放大器一般要工作于乙类或丙类状态为什么采用谐振回路作负 载为什么要调谐在工作频率上回路失谐将产生什么结果 答：高频功率放大器的输出功率高，其效率希望要高些，这样在有源器 件的损耗的功率就低，不仅能节省能源，更重要的是保护有源器件的安全 工作。乙类丙类放大器状态的效率比甲类高因此高频功率放大器常选用乙 类或丙类放大器。 乙类和丙类放大器的集电极电流为脉冲状，只有通过谐振电阻p R 相 乘，产生边疆的基波电压输出。回路调谐于工作频率是为了取出基波电压 输出。 丙类高频功率放大器的动态特性与低频甲类功率放大器的负载线有什么区别为 什么会产生这些区别动态特性的含义是什么 答：所谓动态特性是指放大器的晶体管（c g 、bz U ）、偏置电源（cc V 、 bb V ）、输入信号（bm U ）、输出信号或谐振电阻（cm U 或p R ）确定后，放 大器的集电极电流c i 随be u 和ce u 的变化关系。事实上，改变bb V 可以使放大 器工作于甲类、乙类或丙类。而工作在甲类，电流c i 是不失真的，所作的 负载线也是在确定动态特性，它的动态特性为一条负斜的直线，是由负载 线决定的。 而丙类放大器的bb V ＜bz V ，电流产生失真，是周期脉冲电流。而输出 电压是谐振回路的谐振电阻p R 与电流脉冲的基波电流相乘，即电流c i 的变 化为脉冲状，而输出电压是连续的基波电压，因此动态特性不能简单地用 谐振电阻p R 负载线决定。只能根据高频谐振功率放大器的电路参数用解析 式和作图法求得，它与甲类放大的负载线不同，其动态特性为。原因是电 流为脉冲状，有一段时间c i 是为0的 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙 类 答：因为谐振功放的输出负载为谐振回路，该回路具有迁频特性，可以 从晶体管的余弦脉冲电流中，将不失真的基波电流分量迁频出来，在并联谐振 回路上形成不失真的基波余弦电压，而电阻听电阻特性输出负载不具备这样的 功能，因此不能在丙类工作。
辽宁省交通高等专科学校机电系 毕业设计文件 设计题目: 高频功率放大器设计 专业:应用电子技术 姓名:班级：学号: 完成期限: 201 年03月25 日至201 _年05月03日指导教师：臧雪岩
摘要：高频功率放大器是无线电发送设备的重要组成部分，它主要用在发射机的末端。信号经高频功率放大器放大后能够满足天线对发射功率的要求，以足够大的功率发射出去，被远方的接收机可靠地接收。高频功率放大器按工作频带来分，可分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器，窄带高频功率放大器通常以LC谐振网络作为负载，又称谐振功率放大器，实用高频信号通常是窄带信号，窄带信号是指带宽远小于其中心频率的信号，如中波广播电台的带宽为10kHz，如果中心频率为1000kHz，其带宽远小于其中心频率，该信号即为窄带信号。窄带信号具有类似于单一频率正弦信号的特性，可采用谐振电路滤波。宽带功率放大器是以传输线变压器为负载，又称非谐振功率放大器，区别于窄带功率放大器，宽带功率放大器可在很宽的范围内变换工作频率而不必调谐，但不具有滤波能力。 关键词：高频功率放大器、窄带信号、谐振功率放大器。 Abstract：High frequency power amplifier is an important part of radio transmission equipment, it mainly use at the end of the transmitter. Signal after high frequency power amplifier amplification can satisfy the requirements of the antenna to transmit power, with enough power to launch out, distant receiver receives in a reliable way. High frequency power amplifier according to the working frequency points, high frequency power amplifier can be divided into narrowband and broadband high frequency power amplifier, narrow-band high frequency power amplifier is usually to LC resonant network as a load, also called resonance power amplifier, high frequency signal is usually a narrow-band signal, narrow-band signal refers to the signal bandwidth is far less than its center frequency, such as the bandwidth of the medium wave radio station to 10 KHZ, if the center frequency of 1000 KHZ, its bandwidth is far less than its center frequency, the signal is narrow band signal. Narrow-band signal is similar to the single frequency sine signal characteristics, resonant circuit filter can be used. Broadband power amplifier is based on a transmission line transformer load, also known as the resonance power amplifier, difference in narrow band power amplifier and broadband power amplifier working frequency can be changed in a very wide range and don't have to be tuned, but I don't have filtering capability. Key words: High frequency resonance power amplifier, power amplifier, narrow band signal.
城南学院 通信电路实习报告 姓名 学号 同组者 指导老师代玲莉 实习时间2015年11月23日至2015年12月6日
目录 第一章：引言 (4) 第一节：实习目的 (4) 第二节：实习要求 (4) 第三节：实习平台 (4) 第二章：电路板设计 (5) 第一节：Protel 99 SE (5) 第二节：电子元件 (5) 第三节：设计步骤 (5) 第三章：元器件与焊接技术 (12) 第一节：元器件测量与了解 (12) 第二节：焊接技术 (12) 第三节：焊接过程 (13) 第四章：电路的调制与检测 (16) 第一节：高频小信号放大器电路的调制 (16) 第二节：信号输入 (16) 第三节：电源输入 (16) 第四节：输出检测 (16) 第五节：调节输出 (16) 第六节：结果分析 (17) 第五章：问题与分析 (17) 第六章：实习心得 (18)
第一章引言 《通信电子电路》是通信工程的专业课程，以基础技能训练和能力培养为主线，从培养学生动手能力，培养工程技术实际应用型人才入手，强化综合性、实际性。 第一节实习目的 通过实习使学生掌握通信电子电路的实际开发所要掌握技术，培养其动手能力，观察能力，分析和解决实际问题的能力，巩固、加深理论课知识，增加感性认识，进一步加深对通信电子电路应用的理解，提高对电路制造调试能力和系统设计能力。提高对常见电路故障的分析和判断能；培养学生严肃认真、实事求是的科学态度，理论联系实际的工作作风和辩证思维能力 第二节实习要求 1.掌握发射系统电路和接收系统电路的基本组成。 2.理解各个单元模块的工作原理，和调试方法。 3.掌握电路印刷板的设计与开发方法。 4.掌握实际电路的制作技术与焊接工艺。 5.掌握单元电路和系统电路的调试技术。 6.能对简单的高频电子电路进行设计、制作及调试。
习 题 高频功率放大器的主要作用是什么?应对它提出哪些主要要求？ 答：高频功率放大器的主要作用是放大高频信号或高频已调波信号，将直流电能转换成交流输出功率。要求具有高效率和高功率输出。 为什么丙类谐振功率放大器要采用谐振回路作负载？若回路失谐将产生什么结果？若采用纯电阻负载又将产生什么结果？ 答：因为丙类谐振功率放大器的集电极电流i c 为电流脉冲，负载必须具有滤波功能，否则不能获得正弦波输出。若回路失谐集电极管耗增大，功率管有损坏的危险。若采用纯电阻负载则没有连续的正弦波输出。 高频功放的欠压、临界和过压状态是如何区分的？各有什么特点？ 答：根据集电极是否进入饱和区来区分，当集电极最大点电流在临界线右方时高频功放工作于欠压状态，在临界线上时高频功放工作临界状态，在临界线左方时高频功放工作于过压状态。 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，较少使用，但基极调幅时要使用欠压状态。 临界状态输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也较高。 过压状态下，负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用过压状态。 分析下列各种功放的工作状态应如何选择？ (1) 利用功放进行振幅调制时，当调制的音频信号加到基极或集电极时，如何选择功放的工作状态？ (2) 利用功放放大振幅调制信号时，应如何选择功放的工作状态？ (3) 利用功放放大等幅度信号时，应如何选择功放的工作状态？ 答：(1) 当调制的音频信号加到基极时，选择欠压状态；加到集电极时，选择过压状态。 (2) 放大振幅调制信号时，选择欠压状态。、 (3) 放大等幅度信号时，选择临界状态。 两个参数完全相同的谐振功放，输出功率P o 分别为1W 和，为了增大输出功率，将V CC 提高。结果发现前者输出功率无明显加大，后者输出功率明显增大，试分析原因。若要增大前者的输出功率，应采取什么措施？ 答：前者工作于欠压状态，故输出功率基本不随V CC 变化；而后者工作于过压状态，输出功率随V CC 明显变化。在欠压状态，要增大功放的输出功率，可以适当增大负载或增大输入信号。 一谐振功放，原工作于临界状态，后来发现P o 明显下降，?C 反而增加，但V CC 、U cm 和u BEmax 均未改变（改为：V CC 和u BEmax 均未改变，而U cm 基本不变（因为即使Ucm 变化很小，工作状态也可能改变，如果Ucm 不变，则Uce 不变，故工作状态不应改变）），问此时功放工作于什么状态？导通角增大还是减小？并分析性能变化的原因。 答：工作于过压状态（由于Ucm 基本不变，故功率减小时，只可能负载增大，此时导通角不变）；导通角不变 某谐振功率放大器，工作频率f =520MHz ，输出功率P o =60W ，V CC =。(1) 当?C =60%时，试计算管耗P C 和平均分量c0I 的值；(2) 若保持P o 不变，将?C 提高到80%，试问管耗P C 减小多少？ 解：(1) 当?C =60%时， W P P C D 1006 .060 == = η
第2章 高频功率放大器 2.1为什么低频功率放大器不能工作于丙类，而高频功率放大器则可工作于丙类？ 答：两种放大器最根本的不同点是：低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽，因而只能采用无调谐负载，工作状态只能限于甲类、甲乙类至乙类（限于推挽电路），以免信号严重失真；而高频功率放大器的工作频率高，但相对频带宽度窄，因而可以采用选频网络作为负载，可以在丙类工作状态，由选频网络滤波，避免了输出信号的失真。 2.2丙类放大器为什么一定要用调谐回路作为集电极负载？回路为什么一定要调到谐振状态？回路失谐将产生什么结果？ 答：选用调谐回路作为集电极负载的原因是为了消除输出信号的失真。只有在谐振时，调谐回路才能有效地滤除不需要的频率，只让有用信号频率输出。此时，集电极电流脉冲只在集电极瞬时电压最低区间流通，因而电流脉冲最小，平均电流co I 也最小。若回路失谐，则集电极电流脉冲移至集电极瞬时电压较高的区间流通，因而电流脉冲变大，co I 上升，同时，输出功率下降，集电极耗散功率将急剧增加，以致烧损放大管。因此，回路失谐必须绝对避免。 2.3提高高频放大器的效率与功率，应从哪几方面入手？ 答：（1）使放大器工作于丙类，并用选频网络作为负载； （2）适当选取电流导通角c θ。 2.9晶体管放大器工作于临界状态，200p R =Ω，90mA co I =，30V C E =，90c θ=?。试求o P 与η。 解：查课本后附录得：11()(90) 1.57c g g θ=?= m11()90 1.57141.3(mA)c co c I I g θ==?= ∴232111 (141.310)200 1.997(W)=2W 22 o cm p P I R -==???≈ 3 309010 2.7(W ) D C c o P E I -==??= ∴2 100%74.1%2.7 o D P P η== ?≈ 2.10已知谐振功率放大器的导通角c θ分别为180?、90?和60?时，都工作在临界状态，且三种情况下的C E 、max c I 也都相同。试计算三种情况下效率η的比值和输出功率o P 的比值。 解：（1）22221max 1max 1max 00()()22()2() cm p c c p c p o c D C co C c c C c I R I R I R P P E I E I E αθαθηαθαθ====? ∵C E 、max c I 、p R 相同，因此有 222 2 22111123000 (180)(90)(60)0.50.50.391::::::1:1.567:1.4031:1.57:1.40 (180)(90)(60)0.50.3190.218 αααηηηααα???= ==≈??? （2）22 21max 111()22 o cm p c p c P I R I R αθ==
综合课程设计 高频功率放大器的设计及仿真 专业名称电子信息工程 班级学号5081112 学生姓名姜昊昃 指导教师邱新芸 设计时间2011.06.20~2011.07.01
课程设计任务书 专业：电子信息工程学号：5081112学生姓名（签名）： 设计题目：高频功率放大器的设计及仿真 一、设计实验条件 Multisim软件 二、设计任务及要求 1.设计一高频功率放大器，要求的技术指标为：输出功率Po≥125mW，工作 中心频率fo=6MHz，η>65%； 2.已知：电源供电为12V，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用2N2219，其主要参 数：Pcm=1W,Icm=750mA,V CES=1.5V, f T=70MHz,hfe≥10，功率增益Ap≥13dB（20倍）。 三、设计报告的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 4.结束语（设计的收获、体会等） 5.参考资料 四、设计时间与安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、收集资料：2 天 设计图纸、实验、计算、程序编写调试：4 天 编写课程设计报告：3 天 答辩：1 天
1.设计题目与设计任务（设计任务书） 1.1 设计题目 高频功率放大器的设计及仿真 1.2 设计任务 要求设计一个技术指标为输出功率Po≥125mW，工作中心频率fo=6MHz η>65%的高频功率放大器。
摘要 通过“模电”课程知道，当输入信号为正弦波时放大器可以按照电流的导通角的不同，将其分为甲类、乙类、甲乙、丙类等工作状态。甲类放大器电流的导通角为360度，适用于小信号低功率放大；乙类放大器电流的导通角约等于180度；甲乙类放大器电流的导通角介于180度与360度之间；丙类放大器电流的导通角则小于180度。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上述几种工作状态中最高的。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。 可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。 综上，确定此高频电路由两个模块组成：第一模块是两级甲类放大器；第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，它作为功放输出级，最好能工作在临界状态。此时，输出交流功率达到最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。 关键词：高频；功率；放大；
第五章 高频功率放大器 一、简答题 1．什么叫做高频功率放大器？它的功用是什么？应对它提出哪些主要要求？为什么高频功放一般在B 类、C 类状态下工作？为什么通常采用谐振回路作负载？ 答：高频功率放大器是一种能将直流电源的能量转换为高频信号能量的放大电路，其主要功能是放大放大高频信号功率，具有比较高的输出功率和效率。对它的基本要求是有选频作用、输出功率大、自身损耗小、效率高、所以为了提高效率，一般选择在B 或C 类下工作，但此时的集电极电流是一个余弦脉冲，因此必须用谐振电路做负载，才能得到所需频率的正弦高频信号。 2．已知高频功放工作在过压状态，现欲将它调整到临界状态，可以改变哪些外界因素来实现，变化方向如何？在此过程中集电极输出功率如何变化？ 解：可以通过采取以下措施 1）减小激励Ub ，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输出功率和效率 基本不变。 2）增大基极的负向偏置电压，集电极电流Ic1和电压振幅UC 基本不变，输 出功率和效率基本不变。 3）减小负载电阻RL ，集电极电流Ic1增大，IC0也增大，但电压振幅UC 减 小不大，因此输出功率上升。 4）增大集电极电源电压，Ic1、IC0和UC 增大，输出功率也随之增大，效率 基本不变。 3．丙类功率放大器为什么要用谐振回路作为负载？ 解：利用谐振回路的选频作用，可以将失真的集电极电流脉冲变换为不失真的输出余弦电压。同时，谐振回路还可以将含有电抗分量的外接负载转换为谐振电阻P R ，而且调节A L 和A C 还能保持回路谐振时使P R 等于放大管所需要的集电极负载值，实现阻抗匹配。因此，在谐振功率放大器中，谐振回路起到了选频和匹配的双重作用。 4． 改正图示线路中的错误，不得改变馈电形式，重新画出正确的线路。 解：
第五章 高频功率放大器 （一）选择题 1． 高频功率放大器输出功率是指____D____。 A ）信号总功率 B ）直流信号输出功率 C ）二次谐波输出功率 D ）基波输出功率 2． 高频功率放大器功率增益是指_____B__________。 A ）基极激励功率与集电极输出功率之比 B ）集电极输出功率与基极激励功率之比 C ）不能确定 3． 丙类高频功率放大器晶体三极管作用是______B__________。 A ）开关作用 B ）按照输入信号变化的规律，将直流能量转变为交流能量 C ）A 和B 4． 丙类高频功率放大器中两电源的作用_____B___和___C_____。 A ）U B B 是能量的来源 B ）U C C 是能量的来源 C ）U BB 保证晶体管工作在丙类 D ）U CC 保证晶体管工作在丙类 5． 为使高频功率放大器有较高的效率，应工作____B____状态，角度___C_____。 A ） 乙类 B ） 丙类 C ） 小于90° D ） 大于90° （三）判断题 1．丙类高频功率放大器原工作于临界状态，由于外接负载的变化而使e R 增加，致使放大器 工作于过压状态。现若将输入信号b U 减小，使放大器仍工作在临界状态，这时放大器的输 出与原来相同。 （ × ） 2．丙类高频功率放大器的输出功率为e c R I P 2102 1 ，CC U 、BB U 、b U 一定时，e R 越大，则0P 也越大。 （ × ）3．在谐振功率放大器的输出级中，匹配网络的阻抗变化作用时将负载转换为放大器所要求的最佳负载电阻。 （ √ ） 4．丙类高频功率放大器，若要求输出电压平稳，放大器应选择临界工作状态。 （ × ） 5．原工作于临界状态的丙类高频放大器，当其负载断开，0C I 减小，1C I 减小，0 P 减小。 （ √ ） 6．不可以用高频功放构成倍频器。（× ） （四）问答题和计算题 1．甲类、乙类、丙类功率放大器各有什么特点?试详细比较。 解：甲类功率放大器，是指当输入信号较小时，在整个信号周期中，晶体管都工作于它的放大区，电流的导通角为180 ，适用于小信号低频功率放大，且静态工作点在负载线的中点。