高频谐振功率放大器课程设计.doc

前言 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；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。 高频功率放大器是对载波信号或高频信号进行功率放大的电路。利用选频网络作为负载回路的功率放大器成为谐振功率放大器。随着现代通信技术的日益发展高频放大应用的领域也越来越广。在某些场合高频放大技术的高低成为制约本领域技术发展的关键所在。比如射频手机和高频信号收发机等，都需要用到高频功率放大器，并且作为一项非常重要的技术攻关项目。特别是移动电话机中高频功率放大器品质的高低直接影响其产品的技术指标。 高频谐振放大器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，如在接收设备中，从天线上感应的信号是非常微弱的，需要高频小信号谐振放大器来完成；在发射设备中，为了有效地使信号通过信道传送到接收端，需要根据传送距离等因素来确定发射设备的发射功率，这就要用高频谐振功率放大器将信号放大到所需的发射功率。 已知能量（功率）是不能放大的，高频信号的功率放大，其实质是在输入高频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率，因此除要求高频功率放大器产生符合要求的的高频功率外，还应要求具有尽可能高的转换效率。低频功率放大器可以工作在A（甲）类状态，也可以工作在B（乙）类状态，或AB（甲乙）类状态。B类状态要比A类状态效率高（A类最大效率50%；B类最大效率为78.5%）。为了提高效率，高频功率放大器多工作在C类状态。为了进一步提高高频功率放大器的效率，近年来又出现了D类、E类和S类等开关型高频功率放大器；还有利用特殊电路技术来提高放大器效率的F类、G类和H类高频功率放大器。 本次课程设计主要是针对一些已知数据设计一个高频谐振功率放大器。 1高频LC谐振功率放大器原理 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。如图1所示。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θ90o,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。本实验所使用的电路为丙类谐振功率放大器，实验所研究的是丙类功率放大器的工作原理及基本特性，具体原理图如图1所示： 1.1 丙类谐振功率放大器的功率与效率 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，使之一部分转变为交流信号功率输出去,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。 根据能量守衡定理： 直流功率： 输出交流功率： -----回路两端的基频电压 ----- 基频电流 ----回路的负载阻抗。 1.1.2 放大器的集电极效率 其中集电极电压利用系数： 波形系数： 为通角 ( 的函数；( 越小γ越大。 1.1.3 谐振功率放大器临界状态的计算 临界状态下，若已知电源电压，三极管的参数，，设电压利用系数为，集电极的导通角为。求谐振功率放大器的其余参数，如功率和效率等。 1.首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量和 导通角(： 功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。在实际运用中，为兼顾高效率的输出功率和高效率，通常。 集电极电流脉冲幅值： 2.由( 值，查表求得电流余弦脉冲的各谐波分量系数、、，并求得各个分量的实际值、 。 3.根据： 可求得最佳负载电阻： 1.2 功率放大器的负载特性 只在其他条件不变（、、 为一定），只变化放大器的负载电阻而引起的放大器的电流、输出电压、功率、效率的变化特性。 1.2.1输出电压随负载变化的波形 当负载电阻由小至大变化时， 1.负载线的斜率由小变大，如图中1(2(3。 2.放大器的工作状态由欠压(临界(过压； 3.输出电压逐渐增大。 4.输出电流的波形由尖顶脉冲(凹顶脉冲 具体变化过程如图2所示： 图2 高频动态特性图 1.2.2 功率及效率随负载（工作状态）变化的波形： 1. 欠压状态 在欠压区至临界点 的范围内，放大器的输出电压随负载电阻的增大而增大，而电流、、 其基本不变，根据 则电源功率不变、输出功率将增加，管耗将减少，如图3所示： 图3 负载特性图 2. 临界状态 负载线和正好相交于临界线的拐点。放大器工作在临界状 态时，输出功率