严国萍版通信电子线路第四章高频功率放大器

摘要高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，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。

在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，就要采用高频功率放大器。

由于高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。

本课程设计的高频功率放大器电路由两极功率放大器组成，第一级为甲类功率放大器，第二级为丙类谐振功率放大器。

分别对甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计的工作状态和计算出电路中各器件参数，从而设计出完整高频功率放大器电路，再利用电子设计软件multisim对电路仿真。

通过仿真结果分析电路特性 ,使电路得到进一步完善。

报告中首先给出设计目标和电路功能分析，然后讨论各级电路具体设计和原理图，后给出了实际搭建电路测试的数据及分析，最后总结实验并给出了PCB 绘图。

关键词：高频功率放大器；甲类功放；丙类功放；选频回路ABSTRACTHigh frequency power amplifier is one of the important components of transmission equipment, communications circuits, in order to compensate for signal transmission in the wireless transmitter in the attenuation requirements have greater power output, communication distance, the greater the required output power. In the high-frequency range, in order to obtain a large enough frequency output power, we must use high-frequency power amplifier. Due to the high frequency power amplifier high frequency, relatively narrow band, so commonly used frequency-selective network as a load circuit.The curriculum design of high frequency power amplifier circuit by bipolar power amplifier, the first class is class a power amplifier, second class C class tuned power amplifier. On class a power amplifier and C class tuned power amplifier design, through the given technical requirements to determine the class a power amplifier and a C class tuned power amplifier design working state and calculate circuit in the device parameters, and design integrity of high frequency power amplifier circuit, and the use of Electronic Design Software Multisim for circuit simulation. Through the analysis of simulation results of circuit characteristics, so that the circuit has been further improved. The report first gives the design goal and function of circuit analysis, and then discuss the various circuit design and schematics, gives the actual circuit structures test data and analysis, finally summarizes experimental and gives the PCB drawing.Key words: high frequency power amplifier; class a power amplifier;class c power amplifier;frequency selective network;目录1 设计任务及要求和工作原理说明 (3)1.1 设计任务及要求 (3)1.2 设计课题总体方案思路介绍及工作原理说明 (3)2 电路各模块功能介绍及参数的确定 (6)2.1设计课题的参数选择 (6)2.2设计课题的硬件系统各模块功能简要介绍 (9)2.3设计课题的仿真图、PCB图 (11)3 电路的仿真与实物调试 (12)3.1 电路的仿真 (12)3.2实物电路调试结果 (13)3.3电路的仿真分析 (14)3.4实物电路调试分析 (14)3.5误差分析 (15)4 结束语 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录A 实物图 (19)附录B 元器件清单 (20)1 设计任务及要求和工作原理说明1.1 设计任务及要求1)输出功率mW P 5000≥ 2)工作中心频率MHZ f 100=3)%75>η4)负载电阻Ω=50L R5)晶体管用3DG130,其主要参数： W p cm 625=,mA I cm 600=,MHZ f r 100=1.2 设计课题总体方案思路介绍及工作原理说明1.2.1 设计课题总体方案思路介绍功率放大器是通过将直流输入功率转换化为交流功率输出,以提高发射信号能量 ,便于接收机接收的电路 ,因而要求输出功率大 ,效率高 ,同时 ,输出中的谐波分量应该尽量小 ,以免对其他频道产生干扰。

通信电子线路实验指导书GP-4A严国萍贺锋华中科技大学电子与信息工程系二○○三年十二月前言通信电子线路实验系统是配合通信电子线路（高频电子线路或非线性电子电路）课程的理论教学研制的一套实验系统。

通信电子线路实验系统由通信发射机和接收机两大部分组成。

每部分都由单独的单元模块组合。

既可根据课程内容、进度完成单元模块实验，又可进行调幅、调频两种收、发系统的实验。

实验内容既有分立器件又有集成器件，便于学生循序渐进的学习。

发射机系统由低频调制源振荡器电路、变容二极管调频电路、振幅调制电路、高频功率放大器五个模块组成。

可独立进行各部分功能模块实验，也可将各部分级连完成发射机整机调试和测试实验。

接收机系统由小信号调谐放大器、混频器、锁相频率合成器、本振源、中放、二次混频与鉴频，包络检波五个模块组成。

可独立进行各部分功能模块实验，也可将各部分级联完成接收机功能实验。

该实验装置还可进行通话实验，使学生了解实际的通信系统。

通过实验可使学生进一步消化理解理论课程内容，培养学生调测的实际动手能力，建立系统概念。

采用GP-4型实验设备做实验时，必备的仪器是20MHZ以上双踪示波器，万用表、频率计、毫伏表、高频信号发生器等，GP-4A型实验设备中带有高频信号发生器和频率计。

该实验设备经过多次修改，本指导书是针对GP-4型和GP-4A型机所写，设备和指导书仍有一些不完善甚至不妥之处，期望同学们及有关老师提出宝贵意见。

编者二OO三年十二月目录实验板模块分布图 (1)实验一高频小信号调谐放大器 (4)实验二高频功率放大器 (8)实验三正弦波振荡器 (12)实验四振幅调制器 (16)实验五调幅波信号的解调 (20)实验六混频器 (23)实验七变容二极管调频器 (29)实验八调频波解调实验 (33)实验九本振频率合成 (36)实验十调幅系统实验 (39)实验十一调频系统实验 (42)实验十二模拟通话实验 (45)GP-4型通信电子线路简易操作说明 (48)附录1 频率计和高频信号发生器 (54)附录2 BE3型频偏仪 (56)附录3 主要集成电路 (58)图10-1（a ）调幅发射机实验组成原理框图J36(J.H.OUT)J30图10-1 （b ）调幅接收机实验组成原理框图ZD.OUT图11-1 （a ）调频发射机实验组成原理框图J36(J.H.OUT)J30图11-1 （b ）调频接收机实验组成原理框图实验一高频小信号调谐放大器一、实验目的1．掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算。

关于《通信电子线路》课程的习题安排：第一章习题参考答案：1-11-3解：1-5解：第二章习题解答：2-3解：2-4由一并联回路，其通频带B过窄，在L、C不变的条件下，怎样能使B增宽？答：减小Q值或减小并联电阻2-5信号源及负载对谐振回路有何影响，应该如何减弱这种影响？答：1、信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响：通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q 值叫做无载Q （空载Q 值）如式通常把接有信号源内阻和负载电阻时回路的Q 值叫做有载QL,如式为空载时的品质因数为有载时的品质因数Q Q QQ LL <可见 结论：串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs 很小 (恒压源）和负载电阻RL 也不大的情况。

2、信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响2-8回路的插入损耗是怎样引起的，应该如何减小这一损耗？答：由于回路有谐振电阻R p 存在，它会消耗功率因此信号源送来的功率不能全部送给负载R L ，有一部分功率被回路电导g p 所消耗了。

回路本身引起的损耗称为插入损耗，用K l 表示 无损耗时的功率，若R p = ∞， g p = 0则为无损耗。

有损耗时的功率 插入损耗 通常在电路中我们希望Q 0大即损耗小，其中由于回路本身的Lg Q 0p 01ω=，而Lg g g Q 0L p s L )(1ω++=。

2-11oo Q R L Q ==ωLS L R R R LQ ++=0ωL ps p p p p p p p 11R R R R Q Q G C LG Q L ++===故ωω同相变化。

与L S L R R Q 、 性。

较高而获得较好的选择以使也较大的情况,很大，负载电阻内阻并联谐振适用于信号源L L S Q R R ∴11P P K l '=率回路有损耗时的输出功率回路无损耗时的输出功L 2L s sL 201g g g I g V P ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==L 2p L ss L 211g g g g I g V P ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=='20L 1111⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-='=Q Q P P K l2-12解：2-135.5Mhz 时，电路的失调为：66.655.0*23.33f f 2Q p 0==∆=ξ 2-14解：又解：接入系数p=c1/（c1+c2）=0.5，折合后c0’=p2*c0=0.5pf,R0’=R0/ p2=20kΩ,总电容C=Ci+C0’+C1C2/(C1+C2)=15.5pf,回路谐振频率fp=45.2Mhz，谐振阻抗Rp=1/（1/Ri+1/Rp0+1/R0’）,其中Rp0为空载时回路谐振阻抗，Rp0=Q0*2π*fp*L=22.72KΩ，因此，回路的总的谐振阻抗为：Rp=1/（1/Ri+1/Rp0+1/R0’）=5.15 KΩ，有载QL=Rp/（2π*fp*L）=22.67，通频带B=fp/QL=1.994Mhz2-17；第三章习题参考答案：3-3晶体管的跨导gm是什么含义，它与什么参量有关？答：3-4为什么在高频小信号放大器中，要考虑阻抗匹配问题？答：3-7放大器不稳定的原因是什么？通常有几种方法克服？答：不稳定原因：克服方法：3-9解：3-10解：第四章习题参考答案：4-1答：4-3答：4-5解：4-64-14 一调谐功率放大器工作于临界状态，已知V CC =24V ，临界线的斜率为0.6A/V ，管子导通角为90︒，输出功率P o =2W ，试计算P =、P c 、ηc 、R p 的大小。

《通信电子线路》课程的部分习题答案第一章习题参考答案：1-1：1-3：解：1-5：解：第二章习题解答： 2-3,解：2-4，由一并联回路，其通频带B 过窄，在L 、C 不变的条件下，怎样能使B 增宽？ 答：减小Q 值或减小并联电阻2-5，信号源及负载对谐振回路有何影响，应该如何减弱这种影响？ 答：1、信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响：通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q 值叫做无载Q （空载Q 值）如式通常把接有信号源内阻和负载电阻时回路的Q 值叫做有载QL,如式为空载时的品质因数为有载时的品质因数 Q Q QQ LL <可见oo Q RL Q ==ωLS L R R R LQ ++=0ω结论：串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs 很小 (恒压源）和负载电阻RL 也不大的情况。

2、信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响2-8，回路的插入损耗是怎样引起的，应该如何减小这一损耗？答：由于回路有谐振电阻R p 存在，它会消耗功率因此信号源送来的功率不能全部送给负载R L ，有一部分功率被回路电导g p 所消耗了。

回路本身引起的损耗称为插入损耗，用K l 表示 无损耗时的功率，若R p = ∞， g p = 0则为无损耗。

有损耗时的功率插入损耗 通常在电路中我们希望Q 0大即损耗小，其中由于回路本身的Lg Q 0p 01ω=，而Lg g g Q 0L p s L )(1ω++=。

2-11,L ps p p p p p p p 11R R R R Q Q G C LG Q L ++===故ωω同相变化。

与L S L R R Q 、 性。

较高而获得较好的选择以使也较大的情况,很大，负载电阻内阻并联谐振适用于信号源L L S Q R R ∴11P P K l '=率回路有损耗时的输出功率回路无损耗时的输出功L2L s s L 201g g g I g V P ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==L 2p L ss L 211g g g g I g V P ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=='20L 1111⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-='=Q Q P P K l2-12,解：2-13,5.5Mhz 时，电路的失调为：66.655.0*23.33f f 2Q p 0==∆=ξ 2-14，解：又解：接入系数p=c1/（c1+c2）=0.5，折合后c0’=p 2*c0=0.5pf,R0’=R0/ p 2=20k Ω,总电容C=Ci+C0’+C1C2/(C1+C2)=15.5pf,回路谐振频率fp=45.2Mhz ，谐振阻抗Rp=1/（1/Ri+1/Rp0+1/R0’）,其中Rp0为空载时回路谐振阻抗，Rp0=Q0*2π*fp*L=22.72K Ω，因此，回路的总的谐振阻抗为：Rp=1/（1/Ri+1/Rp0+1/R0’）=5.15 K Ω，有载QL=Rp/（2π*fp*L ）=22.67，通频带B=fp/QL=1.994Mhz 2-17；第三章习题参考答案：3-3,晶体管的跨导gm是什么含义，它与什么参量有关？答：3-4,为什么在高频小信号放大器中，要考虑阻抗匹配问题？答：3-7,放大器不稳定的原因是什么？通常有几种方法克服？答：不稳定原因：克服方法：3-9,解：3-10；解：第四章习题参考答案：4-1,答：4-3,答：4-5,解：4-6；第五章习题参考答案：5-4,答：5-7,答：5-9,答：5-12,答：(e)图，在L 、C 发生谐振时，L 、C 并联阻抗为无穷大，虽然满足正反馈条件，但增益不满足≥1，故不能振荡？5-13，[书上（6）L1C1〈L3C3〈L2C2=〉f1〉f3〉f2，不能起振] 解：5-15；如图（a）所示振荡电路，（1）画出高频交流等效电路，说明振荡器类型；（2）计算振荡器频率57uH 57uH解：（1）图（b）是其高频交流等效电路，该振荡器为：电容三端式振荡器（2）振荡频率：L=57uH，振荡频率为：，f0=9.5Mhz第六章习题参考答案：6-1,6-3,6-5,解：6-7,解：6-9，解：6-13,解：6-14；答：第七章习题参考答案：7-3，7-5,解：7-9,什么是直接调频和间接调频？它们各有什么优缺点？答：7-10,变容二极管调频器获得线性调制的条件是什么？7.11答：7-12；如图是话筒直接调频的电路，振荡频率约为：20Mhz 。