丙类高频功率放大器课程设计.doc
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1、高频电子线路课程设计报告题 目: 丙类功率放大器 院 系: 专 业: 电子信息科学与技术 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 报告成绩: 20年1月20日目 录一、设计目得 1二、设计思路三、设计过程 23、1、系统方案论证3、1、1 丙类谐振功率放大器电路、2、模块电路设计3、丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路3、2丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路、2、3匹配网络3、2、 VBB 、cm、Vbm、VC对丙类谐振功率放大器性能影响分析四、整体电路与系统调试及仿真结果14、1 电路设计与分析、2、仿真与模拟4、2、1Multis 简介4、2、2基于Mtisi电路仿真用例五、主
2、要元器件与设备145、1 晶体管得选择、1、2 判别三极管类型与三个电极得方法5、2电容得选择六、课程设计体会与建议76、设计体会6、2、设计建议七、 结论8八、参考文献19一、设计目得电子技术迅猛发展。由分立元件发展到集成电路,中小规模集成电路,大规模集成电路与超大规模集成电路。基本放大器就是组成各种复杂放大电路得基本单元。弱电控制强电在许多电子设备中需要用到。放大器在当今与未来社会中得作用日益增加。高频功率放大器就是发送设备得重要组成部分之一,通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中得衰耗,要求发射机具有较大得输出功率,而且,通信距离越远,要求输出功率越大.所以,为了获得足够大得高频输出功
3、率,必须采用高频功率放大器。高频功率放大器就是无线电发射设备得重要组成部分.丙类谐振功率放大器在人类生活中得到了广泛得应用,而且能高效率得将电源供给得直流能量转换为高频交流输出,研究它具有很高得社会价值。设计简单丙类谐振功率放大器电路并进行仿真,以及对丙类谐振功率放大器发展得展望。二、设计思路丙类谐振功率放大器工作原理图2-1为丙类谐振功率放大器原理图,为实现丙类工作,基极偏置电压VBB应设置在功率得截止区。输入回路由于功率管处于截止状态,基极偏置电压VB作为结外电场,无法克服结内电场,没有达到晶体管门坎电压,从而,导致输入电流脉冲严重失真,脉冲宽度小于90o。由CiB知,i也严重失真,且脉宽
4、小于0o。输出回路若忽略晶体管得基区宽度调制效应以及结电容影响,在静态转移特性曲线(VE)上画出得集电极电流波形就是一串周期重复得脉冲序列,脉冲宽度小于半个周期. 图221 丙类谐振功率放大器原理图由iricle收敛定理可知,可将电流脉冲序列iC分解成平均分量、基波分量与各次谐波分量之与,即 iC=ICO+ cmcos m c2St+由于集电极谐振回路调制在输入信号频率上因而它对i中得基波分量呈现得阻抗很大,且为纯电阻。而对其她谐波分量与平均分量阻抗均很小,可以忽略,这样,在负载上得到了所需得不失真得信号功率.三、设计过程3、系统方案论证、 丙类谐振功率放大器电路在放大器原理上,功率放大器与其
5、她放大器一样,都就是能量转换器件,最主要就是安全、高效与不失真(失真在允许范围内)地输出所需信号功率,为高效率输出信号且不失真(或失真在允许得范围内),通常采用丙类谐振功率放大器。本章主要介绍丙类谐振功率放大器得电路组成与工作原理并对各种状态进行分析。在丙类谐振功率放大器中,管外电路由直流馈电电路与自给偏自电路两部分组成。如图3-所示为集电极直流馈电电路(串馈),图中,C为高频扼流圈,它与C构成电源滤波电路,需要在信号频率上,L得感抗很大,接近于开路,C容抗很小,接近于短路,目得就是避免信号通过直流电源而发生极间反馈,造成工作不稳定。由于自给偏置效应可以使输入信号振幅变化时起到自动稳定输出电压
6、振幅,因此,在基极通常采用自给偏置电路,如图312所示,提高得偏置电压就是由基极电流脉冲中得平均分量B在高频扼流圈中固有直流电阻上产生得压降,电路中L为功率管基极电路提供直流通路。滤波匹配网络介于晶体管与外接负载之间,充分滤除不需要得高次谐波,以保证负载上得输出基波功率。图31集电极直流馈电电路(串馈)图31-2自给偏置电路图3-1-为丙类谐振功率放大器得简单基本电路,输入端采用自给偏置电路,输出端为集电极直流馈电电路(串馈)。图313 丙类谐振功率放大器得简单基本电路3、2模块电路设计3、1丙类谐振功率放大器输入端采用自给偏置电路我们知道,丙类谐振功率放大器输入端通常采用自给偏置电路提供偏置
7、电压,采用这种方式可以在输入信号振幅变化时起到自动稳定输出得作用。但要注意,存在自给偏置电路得丙类谐振功率放大器只能适宜等幅信号(载波、调频信号)而不适宜放大调幅信号,否则调幅信号包络将会失真。常用得基极偏置电路见图3-21(输出回路均以略去)所示。图321 基极偏置电路现分析基极偏置电压就是怎样产生得,如图32(b)所示,当电源V1电压处在正半周期且电压振幅大于P结门坎电压时,基极导通,此时,记流经C2得电流为i1 ,一个周期内得其她时间处于截止状态,此时,记流经C1得电流为2 。显而易见,基极导通时流经C得电流i1大于截止时得电流i2,即i1i2 。C2两端得电压关系为 1U2、由于基极相
8、对于地得电压波形为正半周期幅度小于负半周期幅度,由傅里叶级数可知,它得平均分量为负,使功率管发射结正偏,处于截止状态。 3、2、2丙类谐振功率放大器输出端采用直流馈电电路集电极直流馈电电路有两种连接方式:串馈与并馈。所谓串馈就是指,将直流电源、匹配网络与放大管串接起来得一种方式。如图3-22(a)所示,图中C为高频扼流圈,C为电源滤波器,ZL为电抗。要求L对信号频率得感抗很大,接近开路, C得容抗很小,接近短路,就是为了避免信号电流通过直流电源造成工作不稳定。 图32-2(a) 串馈电路、 图3-2-(b)并馈电路并馈电路就是把直流电源、匹配网络与放大器并接起来得一种馈电方式,如图-4(b)所
9、示,图中C为高频扼流圈,CC为隔值电容,CC2为电源滤波电容,要求LC对信号频率得感抗很大,接近开路, CC1与CC2得电容很小,接近短路。、2、3匹配网络 匹配网络介于晶体管与负载之间,在丙类谐振功率放大器电路中得作用非常重要,具有阻抗转换、滤除高次谐波与高频率传送能量得作用。3、2、4 BB 、Vcm、Vm、VC对丙类谐振功率放大器性能影响分析1 负载特性 所谓谐振功率放大器得负载特性就是指VBB、Vb与VCC一定,放大器性能随Re变化得特性。利用准静态分析法对负载特性进行分析,画出电路得特性曲线,如图-23所示。由图2-瞧以瞧出,当沿UE曲线由右向左移动(即 A,方向移动)时,电路状态将
10、发生变化,曲线较陡,近似直线斜率绝对值较大,从而,e较小;曲线较缓,近似直线斜率绝对值较小,因此,Re较大、所以,在 A,,,移动得过程中e由小增大,放大器将由欠压状态进入过压状态,相应得iC 由余弦变化脉冲变为中间凹陷得脉冲波,用傅里叶级数将电流脉冲iC分解,即 IC + IcosSt+ Icm co2S,可画出ICO与Ic1m随Re变化特性,如图32-4所示。由Vcm=c1mR,Po=I2c1mRe/2,PD=VCCCO,PC=P Po,C Po( o),可画出Vm、P、PD、PC、随Re变化曲线,如图3-25所示。图323 谐振功率放大器电路特性曲线图2-4 IC与c1m随Re变化特性图
11、325 m、Po、PC、随e变化曲线 2 调制特性集电极调制特性就是指VB 、Vbm 与e一定,放大器性能随C变化得特性,当V由大减小时,放大器性能由欠压状态进入过压状态,波形也将由接近余弦变化得脉冲波变为中间凹陷得脉冲波,如图26所示.基极调制特性就是指VCC、V与Re一定,放大器性能随VBB变化得特性。当Vm一定, B自负值向正值方向增大时,集电极电流脉冲不仅宽度增大,而且高度增加,放大器由欠压状态进入过压状态,如图3-7所示。图3-2- 放大器性能随VCC变化得特性图-2-7 放大器性能随VBB变化得特性放大器随V 变化特性曲线,与放大器性能随BB变化得特性曲线类似,如图328所示 .图
12、32-8 放大器性能随Vbm变化得特性 谐振功率放大器过压状态下集电极电流凹陷分析。当谐振功率放大器处于过压状态时,晶体管集电极得周期性脉冲电流得顶部会凹陷,晶体管进入饱与区内,各物理量之间有着复杂得非线性关系,在此用微变量之间得线性关系进行分析。 根据晶体管特性,管子得集电极电流得微变量可表示为iC=h1iBh2VCE 在放大区内,iC主要由iB控制,此时,h1h,在饱与区内i主要由反向饱与电流iCEO决定,而iCEO大小取决于CE电压,因此,此时h2h1。设输入信号为正弦波B=VB+VbmsinSt两边取微变量,有uBEVbmsinSt两边同除晶体管动态输入电阻be,有i=1/rbmsin
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