1、目 錄一、課程設(shè)計(jì)目的4二、課程設(shè)計(jì)題目描述和要求4三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容5四、結(jié)論16五、結(jié)束語16六、參考書目：17一、課程設(shè)計(jì)目的由于高頻振動(dòng)器所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)信號(hào)的功率很小，不能滿足發(fā)射機(jī)天線對(duì)發(fā)射機(jī)的功率要求，所以在發(fā)射之前需要經(jīng)過功率放大后才能獲得足夠的功率輸出。本次課程設(shè)計(jì)使通過已學(xué)的電路基礎(chǔ)知識(shí)，模擬高頻振動(dòng)功率放大器，使發(fā)射機(jī)內(nèi)部各級(jí)電路之間信號(hào)功率能有效傳輸，這就要求放大器輸入端和輸出端都能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。即放大器輸入端阻抗和信號(hào)阻抗匹配，放大器輸出端阻抗和負(fù)載阻抗匹配。我們知道能量是不能放大的，高頻信號(hào)的功率放大，其實(shí)質(zhì)在輸入高頻信號(hào)的控制下將電源直流功率轉(zhuǎn)換為高頻功率，因此

2、除要求高頻功率放大器產(chǎn)生符合要求的高頻功率外，還應(yīng)要求有盡可能高的轉(zhuǎn)換率。主要是根據(jù)已知數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一個(gè)丙類高頻功率放大器。2、 課程設(shè)計(jì)題目描述和要求 設(shè)計(jì)一高頻功率放大電路； 1.要求三極管工作在丙類狀態(tài)；2. 主要技術(shù)指標(biāo)：輸入已調(diào)波的峰值為100mV；載波頻率為6.5MHz，輸出功率1w，負(fù)載50，效率80%；3.用相關(guān)仿真軟件畫出電路并對(duì)電路進(jìn)行分析與測(cè)試。三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 3.1 設(shè)計(jì)方案的論證高頻功率放大器的主要功用是放大高頻信號(hào)，并且以高效輸出大功率為目的，它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。發(fā)射機(jī)中的振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)功率很小，需要經(jīng)多級(jí)高頻功率放大器才能獲得足夠的功率，送到天線輻

3、射出去。 高頻功率放大器輸出功率范圍，可以小到便捷式發(fā)射機(jī)的毫瓦級(jí)，大到無線電廣播電臺(tái)的幾十千瓦，甚至兆瓦級(jí)。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，幾百瓦已下的高頻功率放大器則主要采用雙極晶體管和大功率場(chǎng)效應(yīng)管。如圖所示是一個(gè)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的。高頻功放中常采用平面工藝制造的NPN高頻大功率管，它能承受高電壓和大電流，并有較高的特征頻率fT。 由先修課程可知，低頻功率放大器可以工作在甲類狀態(tài)，也可以工作在乙類狀態(tài)，或甲乙類裝態(tài)，乙類狀態(tài)要比甲類狀態(tài)效率高（甲類效率最大可達(dá)到50；乙類效

4、率最大可達(dá)78.5），為了提高效率，高頻功率放大器多工作于丙類狀態(tài)。為工作保證在丙類狀態(tài)下工作，基極偏置電壓Eb應(yīng)使晶體管工作在截止區(qū)，一般為負(fù)值，即靜態(tài)時(shí)發(fā)射結(jié)為反偏。此時(shí)輸入激勵(lì)信號(hào)應(yīng)為大信號(hào)，一般在0.5V 以上，可達(dá)12V,甚至更大。也就是說，晶體管工作在截止和導(dǎo)通（線性放大）兩種狀態(tài)下，基極電流和集電極電流均為高頻脈沖信號(hào)。與低頻功放不同的是，高頻功放選用諧振回路作為負(fù)載，既保證輸出電壓相對(duì)于輸入電壓不失真，還具有阻抗變換的作用，這是因?yàn)榧姌O電流是周期性的高頻脈沖，其頻率分量除了有用分量（基波分量）外，還有諧波分量和其他有用頻率成分，用諧振回路選出有用分量，將其他無用分量濾除；通過

5、諧振回路阻抗的調(diào)節(jié)，從而使諧振回路呈現(xiàn)高頻功放所要求的最佳負(fù)載阻抗值，即匹配，使高頻功放高效輸出大功率。 圖2 集電極電流波形 我們知道能量（功率）是不能放大的，高頻信號(hào)的功率放大，其實(shí)質(zhì)是在輸入高頻信號(hào)的控制下將電源直流功率轉(zhuǎn)換成高頻功率，因此，除要求高頻功率放大器產(chǎn)生符合要求的高頻功率外，還應(yīng)要求具有盡可能高的轉(zhuǎn)換效率。要想提高效率有兩種途徑，一是提高電壓利用系數(shù)，即提高Uc，這通常靠提高回路的諧振阻抗Rl來實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)是提高波形系數(shù)，與有關(guān)，即越小，越大，效率越高。可以根據(jù)集電極電流導(dǎo)通角的大小劃分功放的工作類型。當(dāng)=180°時(shí)，放大器工作在甲類；當(dāng)90°<&l

6、t;180°時(shí)，為甲乙類；當(dāng)=90°，為乙類；當(dāng)<90°時(shí)，則為丙類。對(duì)于高頻功放，<90°，為了兼顧輸出功率P1和效率，通常選在65°75°范圍。 圖3 、 0()、1()、2()、3()與的關(guān)系根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求可知，本次設(shè)計(jì)需要兩級(jí)放大，但由于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，只能采用諧振回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓波形仍然極近于正弦波形，失真很小。因此，第一級(jí)放大為甲類放大，放大激勵(lì)信號(hào)，為第二級(jí)丙類功率放大器提供大信號(hào)激勵(lì)源；第二級(jí)為丙類放大，放大輸出功率。

7、其中甲類功放采用晶體管3DG130A(NPN型硅管、最高反向電壓為45V、損耗功率PCM為700mw、電流放大倍數(shù)>40)丙類功放采用晶體管3DA89(NPN型硅管、最高反向電壓為40V、損耗功率PCM為750mw、電流放大倍數(shù)>=10)。級(jí)間采用變壓器進(jìn)行耦合，采用12V直流電源作為電源。 圖4 高頻功率放大電路總體設(shè)計(jì)框圖3.2 丙類諧振功率放大器的效率與功率 功率放大器是依據(jù)激勵(lì)信號(hào)放大電路對(duì)電流的控制，起到把2.3.1 丙類諧振功率放大器的效率與功率。集電極電源直流功率變換成負(fù)載回路的交流功率的作用。在同樣的直流功率作用條件下，轉(zhuǎn)換的功率越高，輸出的交流功率越大。集電極電源

8、提供的直流功率： 式中為余弦脈沖的直流分解系數(shù)式中，為余弦脈沖的最大值：為余弦脈沖的直流分解系數(shù)。式中，為晶體管的導(dǎo)通電壓；為晶體管的基極偏置；為功率放大器的激勵(lì)電壓振幅。集電極輸出基波功率：式中為回路兩端的基頻電壓，為余弦電流脈沖基頻電流，為回路的諧振阻抗。集電極效率：式中，為集電極電壓利用系數(shù)；為余弦脈沖的基波分解系數(shù)。功率放大器的設(shè)計(jì)原則是在高效率下取得較大的輸出功率。在實(shí)際運(yùn)用中，為兼顧高的輸出效率和高效率，通常。3.3 丙類放大器的負(fù)載特性 欠壓狀態(tài)：在欠壓區(qū)至臨界點(diǎn) 的范圍內(nèi)，放大器的輸出電壓隨負(fù)載電阻的增大而增大，而電流、基本不變，輸出電流的振幅基本上不隨變化而變化，故輸出功率基

9、本不變。臨界狀態(tài)：負(fù)載線和正好相交于臨界線的拐點(diǎn)。放大器工作在臨界狀態(tài)時(shí)，輸出功率大，管子損耗小，放大器的效率也就較大。其對(duì)應(yīng)的最佳負(fù)載電阻值，用表示，即：當(dāng)變小時(shí)，放大器處于欠壓工作狀態(tài)，如C點(diǎn)所示。集電極輸出電流較大，集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。變大時(shí)，放大器處于過壓工作狀態(tài)，如B點(diǎn)所示。集電極電壓雖然較大，但集電極電流凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)諧振功率放大器為臨界工作狀態(tài)的條件是： 。式中，為集電極輸出電壓幅度；為電源電壓；為晶體管飽和壓降。過壓狀態(tài)：放大器的負(fù)載較大，在過壓區(qū)，隨著負(fù)載的加大

10、，要下降，因此放大器的輸出功率和效率也要減小。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。其負(fù)載特性如圖2 諧振功率放大器的負(fù)載特性。圖5 諧振功率放大器的負(fù)載特性3.4 丙類高頻功放的振幅特性高頻功放的振幅特性是指只改變激勵(lì)信號(hào)振幅時(shí)，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。由圖3 高頻功放的振幅特性可以看出，在欠壓區(qū)，、隨的增加而增加，但并不一定是線性關(guān)系。在過壓區(qū)，基本不隨變化，可以認(rèn)為是恒壓區(qū)，放大等幅信號(hào)時(shí)，應(yīng)選擇在此狀態(tài)。2.3.4 欠壓、臨界、過壓工作狀態(tài)的調(diào)整調(diào)整欠壓、臨界、過壓三種工作狀態(tài)，大致有以下幾種方法：改變集電極負(fù)載；改變供電電壓；改變偏壓；改變激勵(lì)。方法1

11、:改變，但、不變：當(dāng)負(fù)載電阻由小至大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。在臨界狀態(tài)時(shí)輸出功率最大。方法2:改變，但、不變：當(dāng)集電極供電電壓由小至大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由過壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入欠壓。方法3: 變化，但、不變或變化，但、不變：這兩種情況所引起放大器工作狀態(tài)的變化是相同的。因?yàn)闊o論是還是的變化，其結(jié)果都是引起的變化。當(dāng)或由小到大變化時(shí)，放大器的工作狀態(tài)由欠壓經(jīng)臨界轉(zhuǎn)入過壓。圖6 高頻功放的振幅特性3.5 原理圖分析及參數(shù)計(jì)算1. 確定放大器的工作狀態(tài)在=+12V的條件下，晶體管2N2219A的參數(shù)：=700mW,=300mA0.6V,30，150MHz，放大器功率增益AP6dB

12、.。為了獲得較高的效率及最大輸出功率，選丙類功率器的工作狀態(tài)為臨界狀態(tài)，取=700，得出諧振回路的最佳負(fù)載電阻為：得集電極基波電流振幅 得集電極電流脈沖的最大值及其直流分量為：=/（700）=402.3mA =*（700）=101.8mA得電源供給的直流功率P為：P=Vcc*=1221.4mW得放大器轉(zhuǎn)換效率為2. 計(jì)算諧振回路 若取諧振回路電容：固定電容C=50PF 得回路電感 3. 偏置電路電壓 3.6 軟件設(shè)計(jì)Multisim是一個(gè)專門用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的EDA軟件，它具有直觀、方便的操作界面，創(chuàng)建電路、選用元器件和虛擬測(cè)試儀器等均可直接從屏幕圖形中選取，操作簡(jiǎn)便。它具有完備的電路分

13、析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域分析和頻域分析、器件的線性和非線性分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法。在進(jìn)行仿真的過程中，可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)、測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示的波形。它先進(jìn)的高頻仿真設(shè)計(jì)和功能，是目前眾多仿真電路所不具備的。Multisim 用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。 Multisim 是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。 Multisim 的元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫(kù)，而且建庫(kù)所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也

14、很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。 Multisim 的虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。 Multisim 具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、 時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。 Multisim 可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、射頻

15、電路及微控制器和接口電路等。可以對(duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時(shí)，軟件還可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲(chǔ)測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。 Multisim 有豐富的Help功能，其Help系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解說，Help中這種元器件功能解說有利于使用EWB進(jìn)行CAI教學(xué)。另外 Multisim還提供了與國(guó)內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件Protel及電路仿真軟件PSpice之間的文件接口，也能通過Windows的剪貼板

16、把電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版。支持VHDL和Verilog HDL語言的電路仿真與設(shè)計(jì)。 利用Multisim 可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法相比，具有如下特點(diǎn)：設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)；可方便地對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析；可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。Multisim 易學(xué)易用，便于電子信息、

17、通信工程、自動(dòng)化、電氣控制類專業(yè)學(xué)生自學(xué)、便于開展綜合性的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新的能力。3.7 硬件設(shè)計(jì)名稱容量或型號(hào)數(shù)量名稱容量或型號(hào)數(shù)量電容50pF1個(gè)電阻501個(gè)電容100pF2個(gè)直流電源12V1個(gè)電容150pF1個(gè)三極管2N2219A1個(gè)電感3uH1個(gè)直流電源0.9V1個(gè)3.8測(cè)試結(jié)果4、 結(jié)論 通過在電腦軟件Multisim上的模擬，和在元件與功能電路的選擇，參數(shù)計(jì)算，此電路基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，優(yōu)點(diǎn)是此電路的效率達(dá)到了82%。五、結(jié)束語課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，是發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題、鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考

18、察過程。這次的高頻課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)電子電路理論知識(shí)的理解，并鍛煉了實(shí)踐動(dòng)手能力，具備了高頻電子電路的基本設(shè)計(jì)能力和基本調(diào)試能力 。 回顧起此次高頻課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正學(xué)到屬于自己的知識(shí)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到的問題，可以說得是多如牛毛，因?yàn)榛A(chǔ)不牢固，再加上缺乏實(shí)際設(shè)計(jì)及動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)，所以難免會(huì)遇到過各種各樣的問題。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中我也發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足之處，比如說發(fā)現(xiàn)自己 對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。不過，這次實(shí)驗(yàn)的最大收獲就是鍛煉了我獨(dú)立思考的能力，由于參數(shù)的計(jì)算有點(diǎn)復(fù)雜，需要自己獨(dú)立思考各個(gè)參數(shù)的意義和各個(gè)參數(shù)之間的聯(lián)系，這就要求我在設(shè)計(jì)過程中必須認(rèn)真思考，絕不能馬虎，否則，算出來的可能就是錯(cuò)誤答案。而參數(shù)不對(duì)，最終將直接影響到仿真的結(jié)果。