高频功率放大器课程设计

《高频电子线路》课程设计说明书高频功率放大器的设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：袁申根、杨威、张巨怡指导教师：刘海波专业：电子信息工程班级：电子1102班学号：13、33、14完成时间：2013年11月-1-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。本次课设报告先是对高频功率放大器有关理论知识作介绍，在性能指标分析基础上进行单元电路设计最后设计出整体电路图，在软件中仿真验证是否达到技术要求，对仿真结果进行分析，最后总结课设体会。关键词：三极管；LC谐振；谐振频率；谐振电压放大倍数。-2-ABSTRACTHighfrequencypoweramplifierisanimportantpartoftransmissionequipment,communicationcircuit,inordertocompensateforsignalattenuationinthewirelesstransmissionprocessrequiresahighertransmitterpoweroutput,thecommunicationdistancefarther,thegreatertheoutputpowerrequired.Inthehigh-frequencyrange,inordertoobtainenoughhigh-frequencyoutputpower,wemustusehigh-frequencypoweramplifier.Astheworkingfrequencyofhighfrequencypoweramplifierhigh,relativelynarrowband,itisgenerallyusedasafrequencyselectivenetworkloadcircuit.Thefirstclassreportintroducedthetheoryrelatedtotheknowledgeofhighfrequencypoweramplifier,theperformanceanalysisisbasedonthefinaldesignofaunitcircuitdesignthewholecircuit,inthesoftwaresimulationmeetsthetechnicalrequirements,thesimulationresultisanalyzed,finallysummarizetheexperiencelesson.Keywordstriode：LCresonance;Resonantfrequency;Resonancevoltageamplificationfactor-3-目录第1章设计报告1.1课程设计内容及要求·······························································11.2课程设计基本原理··································································11.2.1基本原理·····································································11.2.2丙类功率放大器的特点···················································21.2.3功率放大器的负载特性···················································21.2.4丙类高功放原理图·························································3第2章设计方案2.1总体电路图设计·····································································6第3章电路仿真3.1Multisum软件简介·····················································73.2Multisum仿真电路·································································8第4章实物制作及其调试4.1实物制作············································································9结束语···························································································10参考文献························································································11附录二：PCB电路图··········································································12附录三：实物图················································································12-1-第1章设计报告1.1课程设计内容及要求内容：设计高频功率放大器。要求：电源电压VVcc12。输出功率mWPO500，中心频率MHzf100，效率%75，负载电阻50LR。1.2课程设计基本原理1.2.1基本原理丙类功率放大器通常座位发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。丙放的三种工作状态1.2.2丙类功率放大器的特点：欠压：晶体管工作在放大区和截止区，ic波形为尖顶余弦脉冲，输出功率与效率均较小，集电极好散功率大，输出电压不稳定。过压：晶体管会工作到饱和区，ic波形为双峰凹顶曲线，输出电压稳定。临界：晶体管工作在临界区。ic波形为尖顶余弦脉冲，输出功率与效率均较大，应力求丙放工作在此状态。调谐特性：回路从谐振至失谐。过压→临界→欠压负载特性：欠压→临界→过压在欠压区ic随负载电阻增大，略有下降，但在过压区，ic波形凹陷程度-2-随着负载电阻增大而加深。放大特性：随着输入信号电压幅值Ubm的增大，ic的幅度和宽度均增加，，放大器由欠压进入到过压工作状态，进入过压后随着Ubm增大ic脉冲宽度增大，且凹陷加深。1.2.3功率放大器的负载特性如果VCC、VBB、vb3个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻Rp决定。此时，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随Rp而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。电压、电流随负载变化波形如图1-4所示。-3-1.2.4丙类高功放原理图谐振功率放大器的特点：（1）放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。（2）输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的匹配。（3）基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态。（4）输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。-4--5--6-第2章设计方案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。总体电路图设计：-7-3.1Multisum软件简介随着计算机技术飞速发展，电路设计可以通过计算机辅助分析和仿真技术来完成。计算机仿真在教学中的应用，代替了大包大揽的试验电路，大大减轻验证阶段的工作量；其强大的实时交互性、信息的集成性和生动直观性，为电子专业教学创设了良好的平台，并能保存仿真中产生的各种数据，为整机检测提供参考数据，还可保存大量的单元电路、元器件的模型参数。采用仿真软件能满足整个设计及验证过程的自动化。Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim是一个完整的集成化设计环境。Multisim的特点：(1)直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。(2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。(3)丰富的测试仪器：除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。网络分析仪和频谱分析仪。(5)强大的仿真能力：Multisim既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF)电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。本次课程设计电路就是利用multisim软件进行绘图并仿真。-8-3.2Multisum仿真电路通过函数信号发生器，产生了一个如A图所示的频率为10MHZ，振幅为800mv的正弦波。通过甲放产生了如B图所示的振幅为6V左右的正弦波。最后通过丙放产生一个如C图所示的，振幅为9V左右的正弦波。-9-第4章实物制作及其调试我们用AD软件画好原理图，做好元器件封装，通过电器规则检查确认无误。导入PCB。通过参考实验室实验班的布线。将布好的PCB图印入PCB板上。经过打孔、腐蚀等工序，最后将元器件焊接在板子上。-10-结束语回顾起此次高频课程设计，至今我们仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。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，