高频课程设计.docx

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高频课程设计

等级:

湖南工程学院

课程设计

课程名称通信电子线路课程设计

课题名称高频功率放大器设计

专业电子科学与技术

班级

学号

姓名

指导教师

2014年12月31日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称通信电子线路课程设计

课题高频功率放大器

专业班级电子科学与技术

学生姓名

学号

指导老师

审批

任务书下达日期2014年12月22日

任务完成日期2014年12月2日

设计内容与设计要求

设计内容：

设计一高频功率放大器主要技术术指标：

1、输出功率P0≥500mW

2、工作中心频率f0≈5MHz

3、效率η＞50%

4、负载RL=50Ω

已知条件：

+VCC=+12V，晶体管3DG12的主要参数：

PCM=700mW，ICM=300mA，VCE（sat）≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz，放大器功率增益AP≥6dB。

晶体管3DA1的主要参数：

PCM=1W，ICM=750mA，VCE（sat）≥1.5V,hfe≥10,fT=70MHz,AP≥13dB。

设计要求：

1、通过具体计算，选择器件给出设计电路；

2、给出最终实现电路；

3、仿真效验；

4、写出设计报告；

主要设计条件

提供计算机和必要的实验仪器

说明书格式

1.封面

2.课程设计任务书

3.目录

4.系统总体方案设计

5.系统硬件设计

6.软件设计（包括流程图）

7.系统的安装调试说明

8、总结

9、参考文献

10、附录

11、课程设计成绩评分表。

进度安排

第一周：

星期一：

安排任务、讲课；

星期二～星期五：

查资料、设计；

第二周：

星期一～星期二：

实验系统调试；

星期三～星期四：

写总结报告

星期五：

答辩。

参考文献

[1]张肃文.高频电子线路.高等教育出版社

[2]邱关源.电路.高等教育出版社

[3]艾永乐，付子义.模拟电子技术.中国电力出版社，2008

[4]谢自美，电子线路设计·实验·测试.华中科技大学出版社.

[5]高吉祥，《高频电子线路（第三版）》电子工业出版社

目录

一、设计内容与设计要求……………………………1

1.1设计内容…………………………………………1

1.2设计要求…………………………………………1

二、设计总体思路……………………………………1

2.1高频放大器分析方法………………………………1

2.2高频功率放大器原理方框图………………………2

三、单元电路的设计……………………………………2

3.1丙类功率放大器的设计………………………………2

3.1.1放大器工作状态的确定……………………………2

3.2甲类功率放大器的设计………………………………5

3.2.1静态工作点计算……………………………………5

3.2.2电路性能参数计算…………………………………5

3.3电源去耦滤波元件选择………………………………7

四、电路仿真与结果分析…………………………………7

4.1输入信号形……………………………………………8

4.2输出信号形……………………………………………9

4.3输出效率计算……………………………………………10

五、设计体会……………………………………………11

六、附录…………………………………………………12

附成绩评分表

一、设计内容与设计要求

1.1设计内容

1、输出功率P0≥500mW

2、工作中心频率f0≈5MHz

3、效率η＞50%

4、负载RL=50Ω

已知条件：

+VCC=+12V，晶体管3DG12的主要参数：

PCM=700mW，ICM=300mA，VCE（sat）≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz，放大器功率增益AP≥6dB。

晶体管3DA1的主要参数：

PCM=1W，ICM=750mA，VCE（sat）≥1.5V,hfe≥10,fT=70MHz,AP≥13dB。

1.2设计要求

1、通过具体计算，选择器件给出设计电路；

2、给出最终实现电路；

3、仿真效验；

4、写出设计报告；

二、设计总体思路

2.1高频放大器分析方法

在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。

甲类放大器电流的流通角为360度，适用于小信号低功率放大。

乙类放大器电流的流通角约等于180度；丙类放大器电流的流通角则小于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三种工作状态中最高者。

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，确定电路设计由两个模块组成，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，其作为功放输出级最好能工作在临界状态，因为此时输出交流功率最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。

根据课程设计要求P0≥500mW，总效率η＞50%。

我设计的高频功率放大器由两级功率放大器组成高频功率放大器电路，其中第一级放大器为Q1组成甲类功率放大器，第二级放大器晶体管Q2组成丙类谐振功率放大器。

甲类功放选用晶体管3DG12,丙类功放选用3DA1。

但由于Multism所提供的元器件中没有上述两种所以用晶体管2N2219和BCW65A替代，首先设计丙类功率放大器，再设计甲类功率放大器。

2.2高频功率放大器原理方框图

小功率信号

大功率信号

图1

高频功率放大器的主要功用是放大高频信号，并且以高效输出为目的，它主要应用于各种无线电发射机中。

发射机中的振荡器产生的信号功率很小，需要经过多级高频功率放大器才能获得足够的功率，送到天线辐射出去，如图1所示。

三、单元电路的设计

3.1丙类功率放大器的设计

3.1.1放大器工作状态的确定

因为要求获得的效率

>50%，放大器的工作状态采用临界状态，取

=70°,所以谐振回路的最佳电阻为

=（12-1.5）∧2÷（2*0.5）=110.25Ω

集电极基波电流振幅

≈95mA

集电极电流最大值为

=95/0.436=218mA

其直流分量为

=

*

=218*0.253=55mA

电源供给的直流功率为

PDC=Ucc*Ico=12*55*10^-3≈0.66W

集电极损耗功率为

PC=PDC–P0=0.66-0.5=0.16W

集电极效率为

ηC=P0/PDC=0.5/0.66=75.8%

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

Pi=P0/Ap=25mW

基极余弦电流最大值为

IBM=ICM/β≈21.8mA

基极基波电流振幅

=21.8

0.436≈9.5mA

所以输出电压的振幅为

UBM=2Pi/IB1M=（2*25）/9.5≈5.3V

（2）基极偏置电路计算

V

取高频旁路电容Ce2=0.02μH

3.1.2谐振回路和耦合回路参数计算

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

≈87.1Ω

则输出变压器线圈匝数比为

N2/N1=Ucm/Uc1m≈0.67

在这里，我们假设取N2=2和N1=3，若取集电极并联谐振回路的电容为C=100pF，则

≈10μH

图2丙类功放电路图

3.2甲类功率放大器的设计

3.2.1静态工作点计算

当Ui=0时，晶体管射极电位

UEQ=ICQ×RE1=2.5V

UBQ=UEQ+0.7=3.2V

IBQ=ICQ/β≈0.23mA

若基极偏置电流I1=5IBQ，（5~10）则

R2=UBQ/5IBQ≈2.8KΩ

所以，有

R1=（UCC-UBQ）*R2/UBQ≈8.25K

3.2.2电路性能参数计算

甲类功率放大器输出功率等于丙类功率放大器的输入功率，即：

PH=Pi=25mW

输出负载等于丙类功放输入阻抗，即

RH=

=87Ω

设甲类功率放大器为电路的激励级电路，变压器传送效率

（0.75~0.85）取0.8，则集电极输出功率

PC0=

≈31mW

若取放大器的静态电流ICC=ICM=7mA，则集电极电压振幅

UCM=2PC0/ICM=8.9V

最佳负载电阻为

=1.3kΩ

则射极直流负反馈电阻

≈357Ω（

≈ICM）

则输出变压器线圈匝数比

≈3

本级功放采用3DG12晶体管，取β=30，

=13dB即20倍放大倍数

则输入功率

Pi=P0/

=1.55mW

放大器输入阻抗

Ri=Rbb+β*R3=25Ω+30R3

若取交流负反馈电阻R3=10Ω，则Ri=325Ω

所以本级输入电压

≈1V

图3甲类功放电路图

3.3电源去耦滤波元件选择

高频电路的电源去耦滤波网络通常采用型LC低通滤波器，滤波电感可按经验取50-100uH,滤波电感一般取0.01uF。

四、电路仿真与结果分析

利用电子设计软件multisim对电路仿真，根据图4高频功率放大器电路图在软件multisim中绘制出仿真电路图

图4高频功率放大器总电路图

4.1输入信号波形

输入波形信号如图5所示，由仿真示波器可以看到输入信号是一个频率为5.85MHz，峰峰值为446.530mv的正弦波信号。

图5输入波形信号图

4.2输出信号波形

再观察仿真示波器A通道的波形，即经高频功率放大器放大的信号波形，如图6所示，由仿真示波器可得输出电压Vo=7.709V。

放大增益A=Vo/Vi=7709mV/446.530mV≈17。

而输出功率为

Po=Vo^2/2RL=5.463*5.463/2*50≈594mW

图6

4.3输出效率计算

图7是输出电流91.716mA。

则输入功率为PDC=VCCICO=12V*91.716mA≈1100.6mW

则输入效率为ηC=P0/PDC=594/1100.6≈54%

图7

五、设计体会

高频电子电路与实际应用密切联系，是一门工程性很强的科目，但对于我们同学来说，高频电子线路涵盖知识面广而且线路复杂，原理深奥难懂。

此次高频电子线路课程设计为我们同学更深刻地理解理论知识，应用到实践当中提供了一个很好的平台。

与电子技术课程设计相比，此次课程设计更要求学生要有扎实的理论知识水平和灵活的学习方式。

课程设计和平时的理论学习有很大的不同，除了要扎实的掌握理论知识外，还要密切的和实际相联系，平时接触的很多的理论知识是在各种理想条件下的，所以理解接受起来容易，但应用到实际当中的时候，会出现很大的误差，甚至得不到结果，这就要求我们要灵活的运用理论知识，并且要善于学习没有接触过的知识，多查资料，多思考。

我的此次课程设计的题目是《高频功率放大器》，有关高频功率放大器的内容，我们在《高频电子线路》课程中已经学习过，也是非常重要的一部分内容。

对于这部分内容我比较熟悉，所以在阅读参考了几本书籍后便开始进行设计。

一开始我还是想和电子技术课程设计一样，准备做仿真。

但在设计过程当中，遇到了难题，就是高频变压器无法设置，致使整个电路搁置。

我查阅了仿真指导书，询问了老师，最后得到的结论是高频变压器仿真起来难度很大，经过几天的调试终于有了部分成绩。

经过这次课程设计，我接触到了很多新的知识，也回顾了部分学习过的内容，这一周过的非常充实，也很有意义。

在尝试了很多失败后，通过自己的不断努力和摸索，我从刚开始的一筹莫展到后来慢慢掌握方法知识，应对自如，每一步都是一个新的进步。

一周的

课程设计，我受益匪浅，除了巩固了我的理论知识以外，作为一个大学生我想更重要的是懂得了在设计实验当中严谨求实的态度，锻炼在实际中独立解决问题和学习新知识的能力，感谢老师为我们提供这么珍贵的机会，我也期待着能有更多的机会能够参与到更多的设计活动中。

六、附录

参考文献

[1]张肃文.高频电子线路.高等教育出版社

[2]邱关源.电路.高等教育出版社

[3]艾永乐，付子义.模拟电子技术.中国电力出版社，2008

[4]谢自美，电子线路设计·实验·测试.华中科技大学出版社.

[5]高吉祥，《高频电子线路（第三版）》电子工业出版社

电气信息学院课程设计评分表

项目

评价

优

良

中

及格

差

设计方案合理性与创造性（10%）

开发板焊接及其调试完成情况*（10%）

硬件设计或软件编程完成情况（20%）

硬件测试或软件调试结果*（10%）

设计说明书质量（20%）

答辩情况（10%）

完成任务情况（10%）

独立工作能力（10%）

出勤情况（10%）

综合评分

指导教师签名：

________________

日期：

________________

注：

表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

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）。