1、遼寧工業大學高頻電子線路課程設計（論文）題目：丁類功率電路設計院（系）：電子與信息工程學院專業班級：學號：遼寧工業大學課程設計說明書（論文）學生姓名：指導教師：教師職稱:起止時間：本科生課程設計（論文）課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院教研室：通信工程學號學生姓名專業班級課程設計丁類功率電路設計題目設計內容：要求：1用EWB仿真，設計一個丁類功率放大器2能夠觀察輸入輸出波形。3分析其工作原理。參數：載波頻率5MHZ左右，調制信號頻率1000HZ設計要求：課1.分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應程用環境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框

2、圖。設2.確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁計（簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方論案。文3.設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統或單元電路，逐）任個設計。務4.組成系統。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師平時成績(20%)：評論文成績(50%）：語答辯成績(30%）：及成總成績：績學生簽字：指導教師：年月日注：成績：平時20%論文質量50%答辯30%以百分制計算II本科生課程設計（論文）目錄第1章緒論41.1丁類功率放大器概況41.2本文研究

3、內容4第2章丁類功率電路設計62.1丁類功率電路設計思想62.2放大器工作狀態72.3參數計算82.4總體電路圖及仿真10第3章課程設計總結13參考文獻14元器件清單15III=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=第1章緒論1.1丁類功率放大器概況在60年代就有人提出丁類功率放大器的概念。早期的丁類功率放大器主要應用于電機驅動等場合，盡管丁類功率放大器具有效率高的優點，但是受當時電子器件開光特性的限制，丁類功率放大器的波形畸變嚴重，因此并未得到很大的發展。自進入80年代以來，隨著電子技術日新月異的發展，出現了許多新型全控型器件，如IGBT和MOSFET等，電子器件的開關頻率也大大提高，丁類放

4、大器又受到人們的重視。丁類放大器的基本概念就是將欲放大的信號轉化為脈寬調制信號，用來驅動開關管。然后將開關管的輸出經過一個低通濾波器，濾除開關次及其倍數次頻率周圍的高次諧波，獲得放大的輸出信號。因為脈寬調制信號只有兩個或三個電壓等級，因此可用簡單的開關電路輸出較高的電壓。在開關模式中，開關元件工作于截止區和飽和區，元件的損耗很小，只要是在開關狀態發生變化時，要經過線性放大區，有一定的開關損耗（這與開關頻率、元件的開關時間等因素有關），因此丁類放大器具有很高的頻率。丁類功放是放大元件處于開關工作狀態的一種放大模式。無信號輸入時放大器處于截止狀態，不耗電。工作時，靠輸入信號讓晶體管進入飽和狀態，晶

5、體管相當于一個接通的開關，把電源與負載直接接通。理想晶體管因為沒有飽和壓降而不耗電，實際上晶體管總會有很小的飽和壓降而消耗部分電能。這種耗電只與管于的特性有關，而與信號輸出的大小無關，所以特別有利于超大功率的場合。在理想情況下，丁類功放的效率為100，乙類功放的效率為785，甲類功放的效率才50或25(按負載方式而定)。1.2本文研究內容設計參數：要求：1用EWB仿真，設計一個丁類功率放大器能夠觀察輸入輸出波形。分析其工作原理。參數：載波頻率5MHZ左右，調制信號頻率1000HZ設計要求：.分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環境等，廣開思路，構思出各種總體方案，

6、繪制結構框圖。.確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。.設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統或單元電路，逐個設計。.組成系統。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規律擺放各電路，并標出必要的說明。-完整版學習資料分享-c的途徑，來不斷提高放大器效=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=第2章丁類功率電路設計2.1丁類功率電路設計思想高頻功率放大器的主要問題是如何盡可能地提高它的輸出功率與效率。

7、只要將效率稍許提高一點，就能在同樣的器件耗散功率條件下，大大提高輸出功率。甲、乙、丙類放大器就是沿著不斷減小電流通角率的。但是c的減小是有一定限度的。因為c太小時，效率雖然很高，但因Icm1下降太多，輸出功率反而下降。要想維持Icm1不變，就必須加大激勵電壓，這又可能因激勵電壓過大，而引起管子的擊穿。因此必須另辟蹊徑。丁類、戊類等放大器就是采用固定c為90o，但盡量降低管子的耗散功率的辦法，來提高功率放大器的效率的。具體來說，丁類放大器的晶體管工作于開關狀態：導通時，管子進入飽和區，器件內阻接近于零；截止時，電流為零，器件內阻接近于無窮大。這樣，就使集電極功耗大為減小，效率大大提高。在理想情況

8、下，丁類放大器的效率可達100%。晶體管丁類放大器都是由兩個晶體管組成的，它們輪流導電，來完成功率放大任務。控制晶體管工作于開關狀態的激勵電壓波形可以是正弦波，也可以是方波。晶體管丁類放大器有兩種類型的電路：一種是電流開關型，另一種是電壓開關型。它們的典型電路分別如圖2.1、圖2.2所示。圖2.1電流開關型-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=圖2.2電壓開關型在電流開關型電路中，兩管推挽工作，電源VCC通過大電感L供給一個恒定電流ICC。兩管輪流導電（飽和），因而回路電流方向也隨之輪流改變。在電壓開關型電路中，兩管是與電源電壓VCC串聯的。當上面的晶體管導通（飽和）時

9、，下面的晶體管截止，兩晶體管之間的電壓接近于VCC；當上面的晶體管截止時，下面的晶體管飽和導通，兩晶體管之間的電壓接近于零。因而兩晶體管之間的電壓波形即為矩形波。2.2放大器工作狀態丁類功率電路特點：1）效率高，產生的熱量少。2）節能、數字化、體積小、重量輕。3）D類功放與AB類功放的效率比較，失真較大。為獲得較高的效率以及最大輸出功率，放大器的工作狀態選為臨界狀態，取電流導通角c=90，設諧振最佳負載電阻R=60k。晶體管的作用是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：LC諧振回路作為晶體管的負載起到選頻濾波以及阻抗匹配的作用。電路工作在臨界工作狀態以保證電路效率

10、較高；基極負偏壓（或零偏壓）關系式：(a)外部電路關系式：ubeUBBUbmcostuceUCCUcmcost晶體管的內部特性:IcgmubeUBB(c)（半）導通角：根據晶體管的轉移特性曲線可得：UbmcosUBBUBBUBBUBBarccosUbm-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=（d）最大輸出功率為V2144P3.3W2R44（e）集電極基波電流振幅I為2PI0.3AR2.3參數計算電流開關型電路與推挽電路非常相似，但是有兩點不同之處：一個是集電極回路中點不是地電位（推挽電路此點則在交流地電位）；另一個是在VCC電路中串接了大電感L。加入L的目的是利用通過電感

11、的電流不能突變的原理，使VCC供給一個恒定的電流ICC。因此當兩管輪流導電時，每管的電流波形是矩形脈沖。當LC回路諧振時，在它兩端所產生的正弦波電壓與集電極方波電流中的基波電流分量同相。在開關轉換的瞬間，回路電壓等于零。因而此時中心抽頭點的電壓等于晶體管的飽和壓降VCE(sat)。當晶體管導通，集電極電流的基波分量為最大時，回路中心點電壓等于最大值VM。因而回路中心點電壓波形和兩個晶體管的集電極-發射極瞬時電壓VCE的波形如圖2.3所示。-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=圖2.3諧振回路中心點電壓波形在這中心點處的電壓平均值等于電源電壓VCC，因此VCC12(VMV

12、CE(sat)costVCE(sat)d(t)2(VMVCE(sat)VCE(sat)2由此得到VM2(VCCVCE(sat)VCE(sat)集電極回路兩端交流電壓的峰值為Vcm2(VMVCE(sat)(VCCVCE(sat)它的均方根值為Vcm(VCCVCE(sat)Vc22假設負載RL反射到回路兩端，使回路呈現的負載阻抗等于RP。由于每管通過的電流是振幅等于ICC的矩形波，它的基頻分量振幅等于2ICC，因此，在回路兩端產生的基頻電壓振幅為Vcm(2ICC)RP-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=Vcm2ICC2RP(VCCVCE(sat)2RP輸出功率為POVcm

13、222(VCCVCE(sat)2RP2RP直流輸入功率為2VCCICC2RP(VCCVCE(sat)VCC因而集電極耗散功率為2PPPO(VV)Vc2RPCCCE(sat)CE(sat)由此得集電極效率為cPo1VCE(sat)PVCC缺點：開關轉換時需要時間，不適用于頻率很高的時候。同時由于電壓開關型電路內的電感電流不能突變和電流開關型內電容電壓不能突變，使得管子的承受壓力大。如在電壓開關型里，若電壓利用系數=1的話，那回路電壓VCMVCC，那么就要求晶體管的CE結必須能承受VCC的反向壓降否則會擊穿。即集電極的導通角是由輸入回路決定的。必須強調指出：集電極電流ic雖然是脈沖狀，但由于諧振回

14、路的這種濾波作用，仍然能得到正弦波形的輸出。為使并聯回路達到諧振，假設C=100pF時,電感L=10uH。2.4總體電路圖及仿真（一）電路圖丁類功率電路總體電路圖如如2.4所示-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=圖2.4總體電路圖晶體管丁類功率放大器在應用時有兩個問題需要注意，一是晶體管的飽和壓降會隨頻率的升高而增大。另一個問題是晶體管的開關時間。當輸入電壓發生跳變使晶體管導通時，晶體管的輸出電流i存在一個延遲時間t和上升時間tr；而當輸入電壓跳變使晶Cd體管截止時，輸出電流iC存在一個存儲時間ts和下降時間tf。當晶體管的這些開關延遲時間與信號的周期相比變得不可忽略

15、，兩只晶體管的輪流導通、截止變得不理想，而且在開關轉換瞬間，可能會出現同時導通或同時截止的現象。這樣，一方面會增加損耗降低效率，另一方面也會增大管子損壞機率。晶體管的開關時間限制了丁類電流型開關功率放大器工作頻率和效率的提高。（二）仿真圖仿真結果如圖2.5所示參數設計C=100PF,L=10uH-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=圖2.5仿真結果圖-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=第3章課程設計總結這次課程設計主要是對高頻電路中放大器這部分知識的應用,經過兩個星期的課程設計，我獲得了各方面能力的鍛煉，包括調查和研究、查閱文獻和檢索資料的能力

16、，數據處理、綜合分析、理論聯系實際的能力及計算機繪圖和文字處理的能力。從一開始的無從下手到學會查閱資料、查閱文獻，到獨立分析和解決問題，到最后的整體設計和論文整理，每一個環節我都受益頗多。本次課程設計，是設計一個丁類功率放大器。通過分析最大輸出功率與輸出阻抗的關系從而確定匹配網絡，進而確定電路中的個參數，從而設計出丁類功率放大器的電路圖。在設計完電路之后，再用EWB去仿真設計完的電路，通過觀察輸出的電壓的波形與幅值進一步求出輸出功率，驗證是否與理論值相一致。通過觀察不同輸出電阻時的輸出功率，來了解輸出電阻對輸出功率的影響，并驗證理論當中輸出負載對輸出功率的影響。課程設計不僅是對我所學的高頻電子

17、線路知識理論的檢驗與總結，而且也是對自己能力的一種提高。通過本次設計，我深刻的體會到理論聯系實際的重要性，并且意識到在工作中要不斷地用理論來指導實踐，用實踐來深化理論，做好這些的前提就是要深入掌握理論知識，并且綜合運用所學的基礎知識理論和基礎技能來分析解決實際問題，此過程不僅鞏固了所學的知識，而且還擴大了專業知識面，為以后的工作打下基礎。-完整版學習資料分享-=WORD完整版-可編輯-專業資料分享=參考文獻張肅文等.高頻電子線路M(第五版).北京：高等教育出版社，2008.9楊欣，王玉鳳.電子設計從零開始M.北京：清華大學出版社，2009.5路而紅等.虛擬電子實驗室M.北京：人民郵電出版社，2006.7華成