高频功率课程设计报告

高功率放大器课程设计目录一、方案论证......................................................11.1选题目的..................................................11.2项目构思..................................................11.3系统简介...................................................11.4性能指标..................................................21.5电路说明..................................................2二、实验数据计算与结果分析.........................................32.1末级功放参数的计算.........................................32.2末级功放输出回路具体计算...................................42.3末级功放输入回路具体计算...................................5三、调试过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6四、实验结果......................................................7五、实验过程中遇到的主要问题及解决办法.............................8六、收获、体会与建议...............................................8参考文献......................................................9附录.........................................................101、电路原理图................................................102、PCB图....................................................113、元器件清单................................................121一．方案论证1.1选题目的：综合运用所学知识内容；进一步熟悉和掌握高频功率放大器的使用；为毕业设计打下良好的基础；掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力。设计能够完成实际功能的高频功率放大器，认知发送器末端的实际工作。1.2项目构思：放大电路所需的通频带由输入信号的频带来确定，为了不失真地放大信号，要求放大电路的通频带应大于信号的频带。如果放大电路的通频带小于信号的频带，由于信号的低频段或高频段的放大倍数下降过多，放大后的信号不能重现原来的形状，也就是输出信号产生了失真。这种失真称为放大电路的频率失真，由于它是线性的电抗元件引起的，在输出信号中并不产生新的频率成分，仅是原有各频率分量的相对大小和相位发生了变化，故这种失真是一种线性失真。1.3系统简介：高频小信号放大器可分为两类：一类是以谐振回路为负载的谐振放大器；另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。它们的主要功能都是从接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大，同时对无用信号、干扰信号、噪声信号进行抑制，以提高接收信号的质量和抗干扰能力。高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，2选出基波分量从而基本消除了非线性失真。采用四级功率放大器放大，放大器和选频网络共同工作，使信号能达到最佳状态。1.4性能指标：增益(放大系数)：放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时,所对应的频率范围称为放大器的通频带,电压增益:Avo=Uo/UiAvo=20lg(Uo/Ui)dB分贝表示:Auo=20lg(Uo/Ui)dB通频带：由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降。故习惯上称电压放大倍数Auo下降到谐振电压放大倍数Auo的0.707倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。一般用BW0.7表示其数学表达式为BW=2Δf0.7=fo/QL或BW0.7=fH-fL选择性：选择性是指放大器从含有各种不同频率的信号总和（有用的和有害的）中选出有用信号，排除有害（干扰）信号的能力。及选择性指标是针对抑制干扰而言的。一般是用谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示。1.5电路说明：本电路图为四级放大电路，各级放大间由电容耦合，滤除直流分量，使各级静态工作点独立。第一、二级晶体管集电极连接中周，为了达到负载匹配，集电极连接在中周的中点位置。第三、四级为戊类即E类功率放大，即使开关转换时间与工作周期相比较己相当长，能避免在开关器件内同时产生大的电压或电流，也就避免了在开关转换瞬间内的器件功耗，它的特点是选取适当的负载网络参数，以使它的瞬态响应最佳。测试所需仪器设备：稳压源，扫频仪，示波器，万用表，信号发生器。3二．实验数据计算与结果分析、整理2.1末级功放参数的计算作为工程近似计算,可以认为集电极最小瞬时电压为饱和导通压:VUces1,于是VUVUcesccmc111121。其电压利用系数为94.012111VccUmc由公式pmcRUP/2121~得所以取导通角为70则有1.2032)11(22~2c1mpPVRA55.0A1.2011pc1m1cmRVI253.0)(0436.0)(1A32.0A253.026.1)(0maxC0cmiIW84.3W32.0120cCCIVPoA26.1A436.00.55)(1cm1maxCIi42.2末级功放的输出回路具体计算取vVcc12vVces150LRocesccocmepVVpUR22)(2121则有60311212eRa)网络Ⅰ：取Qe1=3设Re1=150利用∏型匹配网络公式21212120111)/()/()1(/ecLeeeLLeeLeLcceecQXRRRQXRRQRRRXXQRX)1(1eleQRR所以求得：Xc26=-28，C26=45PF；Xc27=-33，C27=69PF；XL8=22。3，L8=0.05uH。b)网络Ⅱ：取Qe=3，Re=60，RL=150，Co=100PF。利用网络匹配公式如下所示2122111cLecLeLeLceeccoLXRRXXRRRRXRQXXX)(LeRR)W1(W84.0W)384.3(CM~cPPPPo%1.7884.33~coPP5所以求得：XL6=22，L6=0.05uH；Xc24=-180，C24=12PF；Xc25=-193，C25=11PF；XL7=227，L7=0.51uH。（其中C25为可变电容）2.3末级功放的输入回路具体计算输入回路的计算也同上面的输出回路计算方式一样，则有a)网络Ⅰ：取Qe1=3，Re1=150，RL=50。求得：XL5=33.5,L5=0.08uH.b)网络Ⅱ:取Qe2=3，Re2=60，RL=150，Co=20PF。求得：Xc20=94，C20=24PF；XL4=-12,XL4=0.03uH;Xc30=-193,C30=11PF。（其中C30为可调电容）。6三、调试过程3.1检查元器件焊接无误，三极管各级之间的正确接法。3.2检查各级直流工作点，若有不符合者，可调整相应分立元件的有关部分。3.3利用直流稳压电源向放大电路供电，电源调至12V，注意正负接法，且正级接口不可触及接地一端，否则稳压电源会保护。3.4用频率特性测试仪BT3对每一级放大电路进行预调试。将频率特性测试仪BT3输出端连接到功率放大器输出端，输出衰减至0db，此时其扫频输出电压在1V左右，功率放大器的输出端连至匹配负载。AB扫频仪功放匹配负载检波探头电源先将末二级的ZL2和Q4断开，ZL3和Q5断开来调试前三级的放大。功放级激励级的输出端通过耦合一个20P的电容接至激励级放大管Q1的基极端，测试端则接在Q1管的集电极端,分别调整各级谐振回路的可调电容，使其谐振在10MHZ的频率上。必要时可以适当调整电感或改变电容值。测到第一级中波形频率低于10MHZ，于是在耦合回路中把电容C2（100PF）改为30PF，使其电容减小，然后再根据波形变化调中周，使波形中心频率为10MHZ。第二级也是如此，将扫频仪输出端通过耦合一个20P的电容接至中间级放大管G2的基极端，BT3的检波头则接在G2管的集电极端,将电容C7改小到30PF，观察其波形变化，调至满意为止。第三级波峰分离开两个且频率太小，调节电感圈数，使其集中为一个，经加多一个10PF的电容后再观察波形调试使中心频率为10MHZ。第四、五级观察波形，慢慢调节可变电容，使其达到要求的中心频率。73.5功率的测量将通过式功率计的测量头A端连接到功率放大器输入端，通过式功率计的测量头B端连至匹配负载。通过式功率计置3W档。功率放大器输入端用信号发生器送入10MHZ、100MV信号，加上电压（12V），从通过式功率计的表A上读出其功率。（表B为反向功率）10MHZAB功放测量头匹配负载1V电源通过式功率计测得输出功率为3W。四、实验结果：输入500mv（有效值）,4.5Mhz的正弦波信号，输出信号峰峰值和频率分别为：分析：由测试数据可知前三级放大电路放大倍数较小，仅有十一倍左右。放大倍数达不到要求，主要是电路参数设置不合适。从选频网络的设置不合适，第一、二放大电路Q值低，使得功率放大倍数小，第三、四级的匹配网络的设置不合适，使得功率没达到最大，小放大倍数加上功率没达到最大最终导致整个放大电路的放大倍数很小。8五、实验过程中遇到的主要问题及解决办法：调试过程中的主要问题是遇到虚焊，静态工作点的设置不合适，选频网络设置不合适。虚焊采取的解决方法是用万用表测各个点之间的电阻，对各个焊点进行逐一排查，最终查出并除去虚焊点。对电路输入和各级集电极的观测，发现放大幅度不够（即放大倍数不够，晶体管工作在欠压区）于是重新设置静态工作点。刚开始由于选频网络参数设置不对，使得选频幅度及频率均没达到要求，后面不断改变选频网络中电感、电容参数，使第一、二级放大电路选频频率相同，达到较好的选频效果。六、收获、体会与建议：高频功率放大器在通信电子电路中占着十分重要的地位。通过这次实验，我感觉自己收获了许多：1通过本次设计电路，使我更深刻的认识了，高频功率放大器的工作原理。2复习了对高频功率放大器的设计方法，并且对高频谐振功率放大器的调谐、调整和主要技术指标的测量方法有了新的认识，使我受益匪浅。3这次实验也锻炼了我独立思考的能力，由于参数的计算有点复杂，需要自己独立思考各个参数的意义和各个参数之间的联系，这就要我在设计过程中必须认真思考，还不能马虎，否则，算出来的可能就是错误答案。而参数不对，也将会直接影响到实验的9结果。参考文献：高频电子线路（第四版）张肃文高等教育出版社模拟电子技术基础（第三版）童诗白华成英清华大学电子教研组P