1、摘要由于高頻功放的工作頻率高，相對頻帶窄，所以一般采用選頻網絡作為負載 回路。為了使諧振功放的輸入端能夠從信號源或前級功放得到有效的功率，輸出 端能夠向負載輸出不失真的最大功率或滿足后級功放的要求，在諧振功放的輸入 和輸出端必須加上匹配網絡.對于選頻網絡，采用微帶線匹配濾波，同時通過控 制電源調整管的通斷來改變匕c的大小從而改變Um和PO的大小。超短波電臺是采用頻率調制，通過對高頻丙類諧振功率放大器，LC的n型網 絡，自動功率控制電路的原理進行分析，從而設計出由集成高頻功放、選頻網絡、 自動功率控制電路組成的超短波電臺發(fā)信機中的高頻功率放大器。自動功率控制 電路由可調電位器和電容組成的二極管檢

2、波器，差分放大器和調整管等相關元器 件設計而成。高頻功率放大電路的技術指標涉及各個問題，我們從節(jié)省能量和效 率方面選擇丙類高頻功率放大器，也是設計的關鍵。同時為了濾除丙類工作時產 生的眾多高次諧波分量，常采用LC諧振回路作為選頻網絡。電容和電感組件組 成選頻網絡，本文選用LCn型構成選頻電路二者相串聯后組成帶通選頻電路， 使通過此電路的信號頻率處于高頻和低頻信號之間，故能夠使其工作在一定的頻 率范圍之內。關鍵詞：丙類功放高頻 放大器選頻目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 課題描述1 HYPERLINK l boo

3、kmark23 o Current Document 設計過程2 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 諧振功率放大器工作原理2 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 諧振功率放大器工作性能分析5 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 設計相應的高頻功放（丙類）集成電路圖7 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 匹配網絡8 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 匹配網

4、絡作用8 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 2.2.2 匹配網絡分類9 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 自動功率控制電路分析9 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 設計內容10 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 在高頻功放階段12 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document LC n型選頻網絡電路圖12 HYPERLINK l bookmark108 o

5、 Current Document 自動功率控制電路12 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 總結13 HYPERLINK l bookmark115 o Current Document 參考文獻14課題描述調頻發(fā)射機框圖:本次設計的任務涉及三個方面：即超短波電臺發(fā)信機中的高頻功率放 大器包含發(fā)信機末端的高頻功放，選頻網絡，自動功率控制電路。高頻功率放大電路的技術指標涉及各個問題，我們從節(jié)省能量和效率 方面選擇丙類高頻功率放大器，同時為了濾除丙類工作時產生的眾多高次 諧波分量，常采用LC諧振回路作為選頻網絡。對于選頻匹配網絡，高頻大功率管的輸

6、入輸出阻抗值很小，而且是 頻率函數，所以，為了獲得最大的輸出功率，高頻功率放大器的輸入端 好輸出端以及多級高頻功率放大的級間耦合都要采用L型，T型匹配網 絡。對于丙類工作狀態(tài)，為了濾除丙類工作時產生的眾多高次諧波分量， 常采用LC諧振回路作為選頻網絡，工作頻率為457.7458MHZ對于本 次設計，采用微帶線匹配濾波的方式。設置自動功率控制電路，通過控制電源調整管的通斷以改變 匕大 小來改變U po設計過程諧振功率放大器工作原理原理圖如圖2.1所示：圖2.1圖2.1諧振功率放大器的基本電路其中U 分別是輸入信號和輸出信號頂產回路等效總電阻，Ico和IC1M 分別是集電極電流I中的直流分量和基波

7、振幅，UBB和8是直流電源。由此可以得到集電極電源提供的直流功率 諧振功放輸出交流功率P。、集 電極效率n和集電極功耗P ： C集電極電源提供的直流功率：pd = vcci co（2.1.1）11諧振功放輸出交流功率：Po = 2 Icm U = 212 R（2.1.2）（2.1.3）門 =O =dm（2.1.3）P 2 ICOVCC（2.1.4）設輸入信號是角頻率為的單頻正弦波，輸出選頻回路調諧在輸入信號的 0相同頻率上。對回路1用KVL得： v = V + v = V + Vo s t（2.1.5） b e B B bB B b（2.1.6）對回路1用（2.1.6）其中：七輸入交流信號；u

8、c:輸出交流信號從以上公式可知：如果要增大輸出功率，在回路等效總電阻不變的情況下, 需增大Ic1m,當器件確定時，就是要增大輸入信號振幅Um ；如果要提高效率, 需增大Icim或減小、(減小、即減小集電極功耗，通過降低靜態(tài)工作點可以實 現)。所以，增大輸入信號振幅和降低靜態(tài)工作點是實現大功率高效率的兩條重 要途徑。三種不同靜態(tài)工作點情況時晶體管轉移特性分析。其中qa、Qb和幻分別是甲 類、乙類和丙類工作時的靜態(tài)工作點。其對應的關系如圖2.2所示：圖2.2三種不同靜態(tài)工作點情況時晶體管轉移特性分析從節(jié)省能量的角度考慮，效率顯得尤為重要。所以我們選擇丙類高頻電路， 對于丙類狀態(tài)下轉移特性進行如下分

9、析：如果將輸入信號在一個周期內的導通情況用對應的導通角度2。來表示，則 稱。為導通角。可見，00 180，在放大區(qū)，可以得到集電極電流：i = g(VB + Ub coso t - Uo )(2.1.7)當cot=0j, I =0,可求得：sin 0 -。cos 01 - cos 0sin 0 -。cos 01 - cos 0C1a （0 ）=-si0 -0 c 0 s1 - cos 0c1 0 - sin 0 cos 0兀 1 - cos 0c其中2.1.8 2.1.9和2.1.10式表示尖頂余弦脈沖的分解系數波形系數:g （0 ）二九二i m/i（0 o =%21 LLax oKE ）（2

10、.1.8）（2.1.9）（2.1.10）（2.1.11）根據2.1.8式到2.1.11式可以得出尖頂余弦脈沖的分解系數a(0)與波形系數g/0)的相關關系圖如下:圖2.3圖2.3尖頂余弦脈沖的分解系數a(0)與波形系數g 1(0)由圖2.3可以a1(900) =a1(1800) =0.5,這兩種情況分別對應于乙類和甲 類工作狀態(tài)，均比丙類(0 900)的值高，而a 1的最大值是a ( 1200)=0.536, 處于甲乙類工作狀態(tài)。這意味著當回路等效總電阻R和脈沖高度Im固定 時，丙類的輸出功率比甲類、甲乙類和乙類都要小一些，但丙類的集電極效 率比它們都要高。集電極效率：門=p=1*匕土C P

11、2 以CC由以上可得丙類狀態(tài)的轉移特性分析圖如圖2.4所示：圖2.4丙類狀態(tài)的轉移特性分析圖根據圖2.3和2.4同時為了兼顧效率和輸出功率兩個重要指標，一般9 =70。作為最佳導通角。2.1.1.諧振功率放大器工作性能分析負載特性負載特性是指VBB、VCC和Ubm保持不變時，放大器的性能隨R變化的特性。隨著R從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)一臨界狀態(tài)一過壓狀態(tài)變化。如圖2.5為諧振功放的負載特性曲線：圖2.5諧振功的負載特性曲線固定ub、uc、ub三個參數，隨著火尸的逐漸增大，動態(tài)線由欠壓狀態(tài)進 入臨界狀態(tài)，再到過壓狀態(tài)。在欠壓區(qū)“恒流”即七、匕0變化緩慢，U變化很快；在過壓區(qū)“恒壓”即Um變化緩

12、慢，I 1、/。變化很快。在臨界狀態(tài)，輸出功率Po最大，集電極效率C接近最大，此時為最佳工作 狀態(tài)。調制特性如圖2.6基極調制特性曲線：圖2.6基極調制特性曲線固定Ucc、Rp、U娜三個參數，基極偏壓Ubb變化。基極調制目的：使um隨UB的變化而變化。故功放應工作在欠壓狀態(tài)，才 能使U況對Um有控制作用。放大特性 如圖2.7為諧振功放的負載特性曲線:固定固定、U 、R三個參數，輸入 變化BB CC Pbm欠壓狀態(tài)：Um隨Ubm增大而增大； 過壓狀態(tài)：隨著Ub增加，U幾乎不變。2.1.2.設計相應的高頻功放（丙類）集成電路圖圖2.8功率放大器（丙類）原理圖匹配網絡如圖2.9為匹配網絡的相關原理圖

13、%/ft 一輸出匹配網絡%/ft 一輸出匹配網絡圖2.9匹配網絡輸入和輸出匹配網絡在諧振功率放大器中的連接情況如圖2.7所示。無論是 輸入匹配網絡還是輸出匹配網絡，它們都具有傳輸有用信號的作用，故又稱為耦 合電路。對于輸出匹配網絡，在求它具有濾波和阻抗變換功能，即濾除各次分量， 使負載上只有基波電壓；將外接負載Rl變換成諧振功放所要求的負載電阻R，以 保證放大器輸出所需的功率。因此，匹配網絡也稱濾波匹配網絡。對于輸入匹配 網絡，要求它把放大器的輸入阻抗變換為前級信號源所需的負載阻抗，使電路能 從前級信號源獲得盡可能大的激勵功率。2.2.1.匹配網絡作用使負載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，

14、以保證放大器傳輸到負載 的功率最大抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它應有良好的濾波作用在有幾個電子器件同時輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率 到負載，但同時又應盡可能地使這幾個電子器件彼此隔離，互不影響22.2匹配網絡分類它分為T型、倒L型、兀型三大種類，這里我們主要設計的是n型匹配網絡。如圖2.10所示n型匹配網絡圖CaJth)d)圖2.10兀型匹配網絡圖2.11為兀型網絡的另一種形式圖2.11兀型網絡的另一種形式自動功率控制電路自動功率控制電路作為高頻集成功率放大電路的重要組成部分，有相當重要 的作用。在現實的應用中，需要調整通過高頻集成功放電路的控制電壓，使輸出 功率達到規(guī)

15、定值。因此在使用時，需要在外電路加入功率自動控制電路，使輸出 功率達到穩(wěn)定狀態(tài)，同時也要保證集成電路的安全工作，避免損壞。因此，在系 統電路中加入自動功率控制電路尤為重要，而且控制電壓的大小與高頻集成功放 電路的效率、工作頻率也有很大關系。本設計中我們采用的電路圖2.11所示圖2.11自動功率控制電路其中二極管檢波器電路有兩個特點：二極管是否導通，不僅與輸入電壓Uj有關，還取決于輸出電壓UO，即輸出信號有反饋作用。二極管導通時，電容 充電，充電時間為r ；二極管截止時，電容放電，放電時間常數為RC，由于二 極管導通電阻rd很小,則會有、RC.此電路中二極管檢波電路的作用是取出與 M57704H

16、輸出功率成正比的低頻電壓分量。設計內容參照以上發(fā)信機末端的高頻功放，選頻網絡，自動功率控制電路設計原理分 析得出超短波電臺發(fā)信機中的高頻功率放大器的電路圖：M577O4H圖3.1超短波電臺發(fā)信機中的高頻功率放大器圖3.1電路圖部總體分析：超短波電臺采用頻率調制，工作頻率457.7458MHz,發(fā)射功率5W.由各部 分工作原理圖可知，由輸入端輸入等幅調頻信號，經過帶通電路部分（由2200P 電容的高通電路和與之相并聯的680。電阻、0.2W6P的可調電容的低通電路， 進入高頻集成功放電路M57704H，經過其頻率放大作用后，一路由微帶線匹配 濾波后，經過二極管Vm,1000P電容L108所組成的

17、高通電路、LCn型選頻網 105絡所組成的低通電路，由發(fā)射天線發(fā)射出去。在高頻功放階段我們選擇由Motorola公司生產的高頻功率放大器MHW系列，這里選用 M57704.它的電特性參數為：當 V=12.5V, P=0.2 W, Z Z%時，輸出功率 Po=13 W,功率增益Gp=18.1dB，效率35%40%。功放等效電路圖如圖3.2)q7L工微帶線 、)q7L工微帶線 、圖3.2功放等效電路圖LC n型選頻網絡電路圖圖3.1中，1000PF和L108組成高通選頻電路，LCn型選頻網絡組成低通選頻 電路。二者相串聯后組成帶通選頻電路，使通過此電路的信號頻率處于高頻信號 和低頻信號之間，能夠使

18、其工作在一定的頻率范圍之內。另一路則作為自動功率 控制信號去控制高頻集成功放電路M57704H內第一級功放的增益。由高頻集成功 率放大電路M57704H放大得信號經過微帶線進入二極管檢波電路。經過2PF電容 隔離高頻，進入二極管V113。經V113信號進入2200PF電容和與之相并聯得10K。 的可調電位器。其中與M57704H管腳相連的2.2Q電阻，在電路中有限流的作 用，而與其相并聯的兩個電容100p F和2200PF，它們得作用都是濾波，但是 100. F的電容是為濾掉電路中低頻信號，而2200PF電容則會濾掉電路中的高頻 信號。而連接在M57704H管腳和管腳之間的電容則與它們的作用相

19、同，分別 過濾掉電路中的高頻信號和低頻信號。自動功率控制電路圖3.1中自動功率控制電路由V113、10Kq的可調電位器和2200PF電容組成 的二極管檢波器，V、V組成的差分放大器和調整管V幾部分組成。自動功 104105103率控制電路中V104、V105組成的差分放大器和調整管V103構成一個發(fā)射極負反饋增 益控制電路。信號由V104、V105的兩個基極雙端輸入，從V104的集電極進入調整管 V，通過控制V集電極的電壓，來控制高頻集成功放M57704H的放大功率。總結通過這次課程設計，我學到了很多東西，讓我對課本的知識有了更深刻的認 識。在這兩周內，我進一步了解丙類高頻功率放大器、選頻網絡的基本原理，讓 我以前并不是太懂的知識得到了提升，并且將提高了我的思考與解決問題的能 力。掌握了分析通信電路的一些方法。高頻功率放大電路廣泛應用于各個領域， 所以熟練掌握高頻功放能讓我們