1、目 錄前言11 高頻LC諧振功率放大器原理21.1原理電路21.2功放的特性曲線32 高頻LC諧振功率放大器電路設計52.1電路要求的技術指標52.2設計電路的組成及原理電路圖53 高頻LC諧振放大器電路的仿真與分析63.1 EWB軟件簡介63.2軟件界面介紹73.2.1 EWB主窗口73.2.2各元件庫窗口73.3 EWB軟件對LC諧振放大器的仿真93.3.1仿真電路93.3.2設置函數信號發生器的輸入93.3.3電路仿真后的輸出波形93.3.4高頻LC諧振功率放大器的放大倍數103.3.5功率放大器輸出功率、效率113.4 高頻功率放大器的負載特性123.4.1負載電阻不同時的輸入輸出波形

2、12不同負載情況下工作狀態及輸出功率分析123.5高頻功率放大器的振幅特性143.5.1 輸入電壓不同時的輸出電壓143.5.2輸入電壓不同時放大器的工作狀態及輸出功率分析15 3.6高頻功率放大器的集電極調制特性15集電極電壓Vcc不同時的輸出電壓154.6.2集電極電壓Vcc不同時放大器的工作狀態及輸出功率分析164 總結174.1電路設計的優缺點174.2心得體會17參考文獻18前言高頻諧振放大器廣泛應用于通信系統和其他電子系統中，如在發射設備中，為了有效地使信號通過信道傳送到接收端，需要根據傳送距離等因素來確定發射設備的發射功率，這就要用高頻諧振放大器將信號放大到所需的發射功率；在接受

3、設備中，從天線上感應到的信號是非常微弱的，一般在級，要將傳送的信號恢復出來，需要將信號放大，這就需要用高頻小信號諧振放大器來完成。高頻功率放大器的主要功能是放大高頻信號，并且以高效輸出大功率為目的。它主要應用于各種無線電發射機中。發射機中的振蕩器產生的信號功率很小，需要經過多級功率放大器才能獲得足夠的功率，送到天線輻射出去。高頻功放的輸出功率范圍，可以小到便攜式發射機的毫瓦級，大到無線電廣播電臺的幾十千瓦，甚至兆瓦級。目前，功率為幾百瓦以上的高頻功率放大器，其有源器件大多為電子管，幾百瓦以下的高頻功率放大器則主要采用雙極晶體管和大功率場效應管。已知能量（功率）是不能放大的，高頻信號的功率放大，

4、其實質是在在輸入高頻信號的控制下將電源直流功率轉換成高頻功率，因此除要求高頻功放產生符合要求的高頻功率外，還應要求具有盡可能高的轉換效率。應當指出，盡管高頻功放和低頻功放的共同特點都要求輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度相差很大，因此存在著本質的區別。低頻功放的工作頻率低，但相對頻帶很寬。工作頻率一般在20-20000Hz，高頻端與低頻端之差達1000倍。所以，低頻功放的負載不能采用調諧負載，而要用電阻，變壓器等非調諧負載。而高頻功放的工作頻率很高，可由幾百千赫到幾百兆赫，甚至幾萬兆赫，但相對頻帶一般很窄。近年來，為了簡化調諧，設計了寬帶高頻功放，如同寬帶小信號放大器一樣，其負

5、載采用傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，寬帶功放常用在中心頻率多變化的通信電臺中。放大器可以按照電流導通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態。甲類放大器電流的流通角為360o，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180o；丙類放大器電流的流通角則小于180o。乙類和丙類都適用于大功率工作。丙類工作狀態的輸出功率和效率是三種工作狀態中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調諧回路作為負載的諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。高頻功率放大器的主要技術指標有：輸出

6、功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號失真度）等。這幾項指標要求是互相矛盾的，在設計放大器時應根據具體要求，突出一些指標，兼顧其他一些指標。1高頻LC諧振功率放大器原理圖1 高頻LC諧振功率放大器的基本電路1.1原理電路圖1是一個采用晶體管的高頻功率放大器的原理線路。除電源和偏置電路外，它是由晶體管，諧振回路和輸入回路三部分組成。高頻功放中常采用平面工藝制造的NPN高頻大功率晶體管，它能承受高電壓和大電流，并有較高的特征頻率。晶體管作為一個電流控制器件，它在較小的激勵信號電壓作用下，形成基極電流，控制了較大的集電極電流，流過諧振回路產生高頻功率輸出，從而完成了把電源的直流功率轉換為高頻

7、功率的任務。為了使高頻功放以高效輸出大功率，常選在C類狀態下工作，為了保證在C類工作，基極偏置電壓應使晶體管工作在截止區，一般為負值，即靜態時發射結為反偏。此時輸入激勵信號應為大信號，一般在0.5V以上，可達1到2V，甚至更大。晶體管的作用是在將供電電源的直流能量轉變為交流能量的過程中起開關控制作用。線路特點：(1)諧振回路LC是晶體管的負載(2)電路工作在丙類工作狀態；基極負偏壓（或零偏壓）關系式：(1)外部電路關系式： (2)晶體管的內部特性 (3)（半）導通角 根據晶體管的轉移特性曲線可得： 故得1.2功放的特性曲線圖2 諧振功率放大器的轉移特性曲線必須強調指出：集電極電流雖然是脈沖狀，

8、但由于諧振回路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。功率放大器的作用原理是利用輸入到基極的信號來控制集電極的直流電源所供給的直流功率P0，使之一部分轉變為交流信號功率P1輸出去，另一部分功率以熱能的形式消耗在集電極上，成為集電極耗散功率Pc。根據能量守衡定理： 直流功率：輸出交流功率： -回路兩端的基頻電壓 - 基頻電流 -回路的負載阻抗 圖解分析法的步驟：1.測出晶體管的轉移特性曲線及輸出特性曲線，并將這兩組曲線折線化處理；2.作出不同工作狀態下的動態特性曲線；3.根據激勵電壓b的大小在特性曲線上畫出對應輸出電壓Uc和電流脈沖ic的波形；4.分析功放的外部特性，即分析放大器的外部供電電壓

9、或負載的變化將如何影響輸出電壓、輸出電流、輸出功率、效率等指標的。晶體管的特性曲線及其特性方程由圖可見，在放大區，有轉移特性方程：所以，集電極電流隨激勵而正向變化。由圖可見，在飽和區，集電極電流只受集電極電壓的控制，而與基極電壓無關。因此有臨界線方程： 在截止區，有方程：圖3 晶體管的輸入和輸出特性曲線諧振功率放大器的動態特性曲線（負載線）高頻放大器的工作狀態是由負載阻抗、激勵電壓、供電電壓等4個參量決定的。如果, 3個參變量不變，則放大器的工作狀態就由負載電阻決定。此時，放大器的電流、輸出電壓、功率、效率等隨而變化的特性，就叫做放大器的負載特性。所謂動態特性是和靜態特性相對應而言的，在考慮了

10、負載的反作用后，所獲得的的關系曲線就叫做動態特性。圖4 功率及效率隨負載變化的波形2高頻LC諧振功率放大器電路設計2.1電路要求的技術指標晶體管2N2222A的主要參數為，管子的飽和管壓降。主要技術指標：交流電壓放大倍數： 中心頻率：15MHz 輸出交流電壓峰-峰值： 通頻帶寬： 2.2設計電路的組成及原理電路圖 基本部分組成，即晶體管、諧振回路和電源。電子管在放大器中起著把直流能量轉換為交流能量的作用；諧振回路是電子管的負載；電源供給電子管各電極電壓，它們共同保證電子管的正常工作。 圖5原理電路 。3 丙類功率放大器電路的仿真與分析3.1EWB軟件簡介隨著電子技術和計算機技術的發展，電子產品

11、已與計算機緊密相連，電子產品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產品的更新周期卻越來越短。電子設計自動化（EDA）技術，使得電子線路的設計人員能在計算機上完成電路的功能設計、邏輯設計、性能分析、時序測試直至印刷電路板的自動設計。EDA是在計算機輔助設計（CAD）技術的基礎上發展起來的計算機設計軟件系統。與早期的CAD軟件相比，EDA軟件的自動化程度更高、功能更完善、運行速度更快，而且操作界面友善，有良好的數據開放性和互換性。電子工作平臺Electronics Workbench (EWB)(現稱為MultiSim) 軟件是加拿大Interactive Image Technologies

12、公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件，它具有這樣一些特點： （1）采用直觀的圖形界面創建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺， 繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取；（2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結果。（3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。（4）作為設計工具，它可以同其它流行的電路分析、設計和制板軟件交換數據。（5）EWB還是一個優秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。（6）

13、用EWB進行仿真模擬實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。各元器件選擇范圍廣，參數修改方便，不會象實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。使電路調試變得快捷方便。（7）不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件, 還提供了各種豐富的調試測量工具：各種電壓表、電流表、示波器、指示器、分析儀等。是一個全開放性的仿真實驗和課件制作平臺,給我們提供了一個實驗器具完備的綜合性電子技術實驗室。（8）EWB（電子學工作平臺）為我們提供了一個很好的實用工具，使我們能夠在教學過程中隨時提供實驗、演示和電路分析。因此非常適合電子類課程的教學和實驗。這次課程設計，我們將了解EWB軟件的初步知識和基本

14、操作方法。3.2軟件界面介紹圖6 主窗口3.2.1EWB主窗口3.2.2元件庫圖7 元件庫圖8 基本器件庫圖9 信號源庫圖10 指示器件庫圖11 儀器庫圖12 二極管庫3.3EWB軟件對高頻LC諧振功率放大器的仿真3.3.1仿真電路圖13 高頻LC諧振功率放大器的仿真電路圖14 輸入電壓3.3.2設置函數信號發生器的輸入 圖15 高頻LC諧振功率放大器的輸出波形3.3.3電路仿真后的輸出波形3.3.4高頻LC諧振功率放大器的放大倍數圖16 諧振功率放大器的輸入輸出波形觀察可得：3.3.4高頻LC諧振功率放大器的帶寬圖17 諧振功率放大器的的波特圖由波特圖觀察可得： 中心頻率為：3.4高頻功率放

15、大器的負載特性 負載特性是只在其他條件不變（為一定），只改變放大器的負載電阻RL而引起的放大器的電流、輸出電壓、功率、效率的變化特性。3.4.1 負載電阻不同時的輸入輸出波形圖18 負載為時的輸入輸出波形及圖19 負載為時的輸入輸出波形及圖20 負載為時的輸入輸出波形及3.4.2不同負載情況下工作狀態及輸出功率分析當負載電阻小于最佳電阻時，放大器工作在欠壓狀態，增大電阻，輸出電壓增大，輸出電流基本不變，故輸出功率增大。當負載電阻等于最佳電阻時，放大器正好工作在臨界狀態，此時，輸出電壓和電流基本達到最大，故輸出功率最大，效率也比較高。當負載電阻大于最佳電阻時，放大器工作在過壓狀態，繼續增大電阻，

16、輸出電壓基本不變，而輸出電流變小，所以輸出功率減小。綜上，當負載電阻是最佳電阻時，輸出功率最大，當負載電阻大于或小于最佳電阻時，輸出功率都將減小。（如圖所示）圖21 功率放大器的負載特性3.5高頻功率放大器的振幅特性 高頻功放的振幅特性是指只改變激勵信號振幅時, 放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。3.5.1 輸入電壓不同時的輸出電壓當輸入為40mV時的輸出電壓為829.3mV，當輸入為80mV時的輸出電壓為1.1520V，當輸入為120mV時的輸出電壓為1.2812V，3.5.2輸入電壓不同時放大器的工作狀態及輸出功率分析圖22 輸出特性隨輸入電壓的變化由測得的情況可知，隨著輸入電壓的增

17、加，放大器由欠壓區進入到過壓區，在欠壓區UOIC0IC1都隨著輸入電壓的增加而增加，效率也隨之增加，欠壓區保持基本不變。放大器工作在臨界狀態時輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。3.6高頻功率放大器的集電極調制特性 高頻功放的集電極調制特性是指只改變集電極電壓時, 放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。3.6.1集電極電壓不同時的輸出電壓圖24 集電極電壓為12V時的輸出電壓圖23 集電極電壓為6V時的輸出電壓圖25 集電極電壓為12V時的輸出電壓圖26 集電極電壓為12V時的輸出電壓3.6.2輸入電壓不同時放大器的工作狀態及輸出功率分析圖27 高頻功率放大器的集電極調制特性集電極

18、電壓由小變大構成中功放工作狀態由過壓經臨界到欠壓狀態，在欠壓區內，輸出電流的振幅基本上不隨變化而變化，故輸出功率基本不變；而在過壓區，輸出電流的振幅將隨的減小而下降，故輸出功率也隨之下降。總結課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。通過這次的高頻課設，加深了我對高頻論知識的理解，并鍛煉了實踐動手能力，掌握了高頻電子電路的基本的設計方法和調試方法，能夠正確的使用實驗儀器。回顧起此次高頻課程設計，的確設計起來很難，調試也需要很大的耐心，但是學到很多很多的東西，不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知