東北大學秦皇島分校電子信息系綜合課程設計高功率放大器的設計專業(yè)名稱電子信息工程班級學號學生姓名指導教師設計時間2011.06.202011.07.012課程設計任務書專業(yè)：電子信息工程學號：5081109學生姓名（簽名）：設計題目：高頻功率放大器的設計及仿真一、設計實驗條件Multisim軟件二、設計任務及要求1.設計一高頻功率放大器，要求的技術指標為：輸出功率Po125mW，工作中心頻率fo=6MHz，65%；2.已知：電源供電為12V，負載電阻,RL=51，晶體管用2N2219，其主要參數：Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe10，功率增益Ap13dB（20倍）。三、設計報告的內容1.設計題目與設計任務（設計任務書）2.前言（緒論）(設計的目的、意義等)3.設計主體（各部分設計內容、分析、結論等）4.結束語（設計的收獲、體會等）5.參考資料四、設計時間與安排1、設計時間：2周2、設計時間安排：熟悉實驗設備、收集資料：1-2天設計圖紙、實驗、計算、程序編寫調試：3-4天編寫課程設計報告：2-3天答辯：1天3摘要高頻功率放大器是發(fā)送設備的重要組成部分之一，通信電路中，為了彌補信號在無線傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機具有較大的功率輸出，通信距離越遠，要求輸出功率越大。在高頻范圍內，為了獲得足夠大的高頻輸出功率，就要采用高頻功率放大器。由于高頻功率放大器的工作頻率高，相對頻帶窄，所以一般采用選頻網絡作為負載回路。本次課設報告先是對高頻功率放大器有關理論知識作介紹，在性能指標分析基礎上進行單元電路設計最后設計出整體電路圖，在軟件中仿真驗證是否達到技術要求，對仿真結果進行分析，最后總結課設體會。4目錄一、高頻功率放大器知識簡介.51.1電路工作原理.61.2高功放性能分析.81.2.1諧振功率放大器的動態(tài)特性.91.2.2功率放大器的負載特性.91.2.3放大器工作狀態(tài)的調整.10二、方案論證.13三、電路設計與參數計算.143.1設計任務要求.143.2單元電路設計.143.2.1甲類諧振放大器.143.2.2丙類高功放.163.3總體電路圖設計.17四、電路仿真與結果分析.194.1multisim軟件簡介.194.2仿真波形.204.2.1輸入信號波形.204.2.2一級甲類放大波形.204.2.3兩級甲類放大波形.214.2.4最終輸出波形.214.2.5結果分析.22五、元件清單.23六、心得體會.24七、參考文獻.255一、高頻功率放大器知識簡介在通信電路中，為了彌補信號在無線傳輸過程中的衰耗要求發(fā)射機具有較大的功率輸出，通信距離越遠，要求輸出功率越大。為了獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用高頻功率放大器。高頻功率放大器是無線電發(fā)射沒備的重要組成部分。在無線電信號發(fā)射過程中，發(fā)射機的振蕩器產生的高頻振蕩信號功率很小，因此在它后面要經過一系列的放大，如緩沖級、中間放大級、末級功率放大級等，獲得足夠的高頻功率后，才能輸送到天線上輻射出去。這里提到的放大級都屬于高頻功率放大器的范疇。實際上高頻功率放大器不僅僅應用于各種類型的發(fā)射機中，而且高頻加熱裝置、高頻換流器、微波爐等許多電子設備中都得到了廣泛的應用。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質的區(qū)別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。例如，自20至20000Hz，高低頻率之比達1000倍。因此它們都是采用無調諧負載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百kHz一直到幾百、幾千甚至幾萬MHz），但相對頻帶很窄。例如，調幅廣播電臺（5351605kHz的頻段范圍）的頻帶寬度為10kHz，如中心頻率取為1000kHz，則相對頻寬只相當于中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則相對頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網絡作為負載回路。由于這后一特點，使得這兩種放大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類（某些特殊情況可工作于乙類）。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出。61.1電路工作原理利用寬帶變壓器作耦合回路的功放稱為寬帶功放。常用寬帶變壓器有用高頻磁芯繞制的高頻變壓器和傳輸線變壓器。寬帶功放不需要調諧回路，可在很寬的頻率范圍內獲得線性放大，但效率很低，一般只有20%左右，一般作為發(fā)射機的中間級，以提供較大的激勵功率。利用選頻網絡作為負載回路的功放稱為諧振功放。根據放大器電流導通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類和丁類等功放。電流導通角越小放大器的效率越高。如丙類功放的小于900，丙類功放通常作為發(fā)射機的末級，以獲得較大的輸出功率和較高的功率。丙類諧振功率放大器原理圖如圖1-1所示。圖1-1諧振功率放大器的基本電路諧振功率放大器的特點：（1）放大管是高頻大功率晶體管，能承受高電壓和大電流。（2）輸出端負載回路為調諧回路，既能完成調諧選頻功能，又能實現放大器輸出端負載的匹配。（3）基極偏置電路為晶體管發(fā)射結提供負偏壓，使電路工作在丙類狀態(tài)。（4）輸入余弦波時，經過放大，集電極輸出電壓是余弦脈沖波形。晶體管的作用是在將供電電源的直流能量轉變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關控制作用，諧振回路LC是晶體管的負載。功率放大器各分壓與電流的關系如圖1-2所示。7圖1-2功率放大器各分壓與電流關系由于晶體管工作在丙類狀態(tài)，晶體管集電極電流是一個周期性的余弦脈沖。由傅立葉級數可知，一個周期性函數可以分解為許多余弦波（或正弦波）的疊加。可以將電流分解為012()2CccmcmcnmitIIICostICosnt（5-4）012ccmcmcnmIIII分別為集電極電流的直流分量、基波分量以及各高次