丙类功率放大器的设计与研究业论文.doc
《丙类功率放大器的设计与研究业论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《丙类功率放大器的设计与研究业论文.doc(11页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流丙类功率放大器的设计与研究业论文.精品文档. 本文由yekangan贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 (论文) 专科毕业设计 科毕业设计(论文) 设计 ( 2010 届 ) 题 学 专 班 学 目 院 业 级 号 丙类功率放大器的设计与研究 物理与电子工程学院 应用电子技术 07 应用电子技术(1)班 0705510033 张志斌 杨金伟 讲师 20010 年 3 月 学生姓名 指导教师 完成日期 台州学院毕业设计(论文) 丙类功率放大器的设计与研究 Class C power amp
2、lifier design and research 学生姓名:张志斌 Student:Zhang Zhibin 指导老师:杨金伟 讲师 Adviser: Lecturer Yang Jinwei 台州学院 物理与电子工程学院 School of Physics & Electronics Engineering Taizhou University Taizhou, Zhejiang, China 2010 年 3 月 March 2010 II 台州学院毕业设计(论文) 摘要 本文主要概述丙类功率放大器的工作原理。 高频功率放大器根据 其不同的工作状态,可以分为甲类、乙类和丙类三种工作状态
3、,其中 丙类的工作效率最高,但在要求非线性失真很小的场合,高频功率放 大器不宜采用丙类工作状态; 高频功率放大器的主要技术指标包括输 出功率、效率功率增益、电流波形、负载特性等等;此外还对于电路 方案的确定和电路板的制作方法和制作过程等做了简单的介绍; 另外 还有丙类功率放大器的技术指标的测试方法和测试结果。 关键词 高频;放大器;丙类, III 台州学院毕业设计(论文) Abstract This paper outlines a Class C power amplifier works. High-frequency power amplifier according to their
4、different working conditions, can be divided into A, B and C are three working conditions, including the highest efficiency class C, but required a small nonlinear distortion occasion. High-frequency power amplifier working status should not be used C; high frequency power amplifier key technical in
5、dicators including output power, efficiency, power gain, current waveform, load characteristics, etc.; the program also determine the circuit and circuit board production methods and production and made the process simple introduction; Class C power amplifier in addition to the technical specificati
6、ons of test methods and test results. Key words High frequency;Amplifiers;C-class IV 台州学院毕业设计(论文) 目 录 1. 引言 1 2设计方案 1 3丙类放大器的硬件电路 2 3.1.丙类放大器电路 2 3.2.丙类谐振功率放大器工作原理 3 4丙类放大器的主要技术指标 6 5丙类放大器的测试方法 8 6丙类放大器的测试数据记录 9 7PCB 板的设计与制作 10 7.1硬件电路的制作 10 7.2电路板制作的注意事项 11 8结论 15 参考文献 16 谢 辞 17 附 件 18 V 台州学院毕业设计(论
7、文) 1. 引言 顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率, 常又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它广泛用于发 射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。 无论是广播通信,还是其他通信,发射机发射信号都需要有一定的功率。特 别是传递传送信号的距离越远,需要的发送功率越大。在高频电路中,为使待发 送的高频信号获得足够的功率,需要设置高频功率放大器。高频功率放大器主要 有三个任务:1、输出足够的功率;2、具有高效率的功率转换;3、减小非线性 失真 。 高频功率放大器的输出功率是从电源供给功率中转换而来的, 所以在马努功
8、 率输出需要的同时,必须注意提高功率的转换效率 。利用选频网络作为负载回 路的功率放大器称为谐振功率放大器,这是无线电发射机中的重要组成部分3。 根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功 率放大器。电流导通角愈小,放大器的效率愈高。如甲类功放的=180,效 率最高也只能达到 50%,而丙类功放的50%,负载 RL=50.在 VCC=+12 V 的条件下,晶体管 3DG12 的 主要参数为 PCM=700 mW,ICM=300 mA,UCES0.6 V,30,fT150 MHz,放大器功率 增益 A6 dB.为了获得较高的效率及最大的输出功率,选丙类功率器的工作状 态
9、为临界状态,取=605。 3丙类放大器的硬件电路 3.1.丙类放大器电路 +12V 1K TE2 C1 0.1u 2 R1 3K C2 120P R2 3 TE1 C6 0.1U C5 120P R8 GND 3 GND 5K WE1 1 1 B 1 2 D1 LED E1 W QE1 3DG12C QE2 3DG12C C GND L1 2.2UH R3 1.5K 2 R5 10 R4 300 E R6 10 R7 20 R9 75 R10 240 R11 560 CE2 0.01U CE3 0.01U GND 图 3-1 丙类谐振功率放大器 激励级 QE1 采用甲类放大,因此基极偏压采用固
10、定偏压形式,静态工作点 ICQ=7mA。直流负反馈电阻 300,交直流负反馈电阻为 10,集电极输出由变压 器耦合输出到下一级。谐振电容取 120P,根据前面的理论推导,变压器 TEI 参 数为 N 初级:N 次级=2.56,初级取 18 匝,次级取 7 匝。 功放级 QE2 采用丙类放大。导通角为 700,基极偏压采用发射级电流的直流 分量 IEQ 在发射级偏置电阻 Re 上产生所需要的 VBB,其中直流反馈电阻为 30, 2 台州学院毕业设计(论文) 交直流反馈电阻为 10,集电极谐振回路电容为 120P,负载为 50,输出由变 压器耦合输出,采用中间抽头,以利于阻抗匹配。它们的匝数分别为
11、 N3=6 匝, N1=9 匝,N2=23 匝。 6 3.2.丙类谐振功率放大器工作原理 高频功率放大器的工作原理图如 3-2 所示 图 3-2 高频功率放大器的工作原理图 各元件作用: LC 谐振网络为放大器的并联谐振网络。谐振网络的谐振频率 为信号的中心频率。作用:滤波、匹配。 VBB :基极直流电压作用:保证三极管工 作在丙类状态。 VBB 的值应小于放大管的导通电压 U on ,通常取 VBB 0 。 VCC : 集电极直流电压,作用:给放大管合理的静态偏置,提供直流能量 高频功率放大器电压电流波形如图 3-3 所示 3 台州学院毕业设计(论文) 图 3-3 高频功率放大器电压电流波形
12、 晶体管开启电压 Uon(硅管 0.50.7v,锗管 0.20.3v) 当 UBB +Ubmcost Uon 时, 放大器无外加激励时, 晶体管截止。 通常当 UBB 设为为负值或为小于 Uj 的正电压,放大器工作在丙类 设 ubUbm cost uBEUBBUbm cost 当 uBE Uj 时,晶体管才导通,才有电流通过。电流 iC 为周期 性的余弦脉冲,用傅里叶级数展开得 iCIC0IC1m costIC2m cos2t ICnm cosnt 当输出回路的选频网络谐振于基波频率时,iC 只有基波电流才 产生压降,因此输出电压 uCE 近似为余弦波形,且与输入电压 ub 同频、 反相。 谐
13、振电阻 RP0LQ L= QL/ 0C 工作原理: 高功放输入完整余弦波,由于放大器工作在丙类状态,产生的 iC 为周期性余弦脉冲波,但负载为调谐回路,谐振于基波频率,可选出 iC 的基波。故在负载两端得到的电压仍为与输入信号同频的完整余弦波。 u i u BE i B i C u C u i 为余弦电压, 可表示为 u i =Uim cos t 则: u BE = VBB +u i = VBB + Uim cos t UCmIC1m RP 图 3-4 i C 波形 4 台州学院毕业设计(论文) 根据三极管的转移特性可得到集电极电流 i C , 为余弦脉冲波, 如图 3-4 所示: 根据傅立叶
14、级数的理论, i C 可分解为: i C =IC0 +i c1 +i c2 +i c3 +L +i cn + L 式中: IC0 为直流电流分量 i c1 为基波分量, i c1 =Icm1 cos c t i c2 为二次谐波分量, i c2 =Icm2 cos 2c t i cn 为 n 次谐波分量, i cn =Icmn cos nc t 其中,它们的大小分别为: IC0 =i Cmax 0 ( ) Icm1 =i Cmax1 ( ) Icmn =i Cmax n ( ) i Cmax 是 i C 波形的脉冲幅度, 0 ( ) 、1 ( ) 和 n ( ) 分别为直流分解系数、基 波分量
15、分解系数和 n 次谐波分量分解系数, n ( ) 的大小可根据余弦脉冲分解系 数表查。 IC 信号的导电角可以用下面的公式进行计算 cos U on ? U BB U bm U on ? U BB U bm arccos 当 i C 信号通过谐振网络时,由于谐振网络的作用,可得其谐振网络压降为: u c =RIcm1cosc t=U cm cosc t 5 台州学院毕业设计(论文) 图 3-5 波形图 各信号的波形如图 3-5 所示: 功率关系: 功率关系: 直流功率:PV=VCCICO 输 出 功 率 : P O= 放大管功耗: 效率:= PO/PV 1 2 Icm1Ucm PT=PV-PO
16、 4丙类放大器的主要技术指标 1、输出功率 高频功率放大器的输出功率是指放大器的负载 RL 上得到的最大不失真功 6 台州学院毕业设计(论文) 率。如 图所示的电路中,由于负载 RL 与丙类功率放大器的谐振回路之间采用变压 器耦合方式,实现了阻抗匹配,则集电极回路的谐振阻抗 R0 上的功率等于负载 RL 上的功率,所以将集电极的输出功率视为高频放大器的输出功率,即 Pc=1/2Uc1mIc1m=1/2I2c1mR0=U2c1m/2R0 测量功率放大器的主要技术的连接电路如图所示,其中高频信号发生器 提供激励信号电压与谐振频率,示波器监测波形失真,直流毫安表 mA 测量集电 极的直流电流,高频电
17、压表 V 测量负载 RL 的端电压。只有在集电极回路处于谐 振状态时才能进行各项技术指标的测量。可以通过高频电压表 V 及直流毫安表 mA 的指针来判断集电极回路是否谐振,即电压表 V 的指示为最大,毫安表 mA 的指示为最小时集电极回路处于谐振。当然用频扫仪测量回路的幅频特性曲线, 使中心频率处的幅值最大也可以。7 放大的输出功率可以由下式计算: P0=u2L/RL 式中,uL 为高频电压表 V 的测量值。 2、效率 高频功率放大器的总效率由晶体管集电极的效率和输出网络的传输效率 决定。而输出网络的传输效率通常是由电感、电容在高频工作时产生一定损耗而 引起的。放大器的能量转换效率主要由集电极
18、的效率所决定。所以常将集电极的 效率视为高频功率放大器的效率,用表示,即 =PC/PD 利用图所示电路,可以通过测量来计算功率放大器的效率,集电极回路谐振 时,的值由下式计算: =PC/PD=U2L/RL/Ic0Ucc 式中,UL 为高频电压表的测量值;Ico 为直流毫安表的测量值。 3、功率增益 放大器的输出功率 Po 与输入功率 Pi 之比称为功率增益,用 Ap(单位: dB)表示,如下式: Ap=Po/Pi 7 台州学院毕业设计(论文) 5丙类放大器的测试方法 +12V 1K TE2 C1 0.1u 2 R1 3K C2 120P R2 3 TE1 C6 0.1U C5 120P R8
19、GND 3 GND 5K WE1 1 INE1 1 B 1 2 D1 LED E1 W QE1 3DG12C QE2 3DG12C C GND L1 2.2UH 2 E TTE2 R5 10 R4 300 R6 10 R7 20 R9 75 TTE1 R3 1.5K R10 240 R11 560 CE2 0.01U CE3 0.01U GND 图 5-1 高频功率放大器的电路图 先调节 WE1,使 QE1 的静态工作点为 ICQ =7mA(VE=2.2V) 。再从 INT1 处输入 10.7MHz 的载波信号(此信号是由高频信号源提供) ,信号大小为:从示波器上 看 Vp-p=500mV,用
20、示波器探头在 TTE1 处观察输出波形,调节 TE1、TE2,使输出 波形不失真且最大。然后从 INE1 处输入 10.7MHz 载波信号,信号大小从示波器 上看 Vp-p=0mV 开始增加,用示波器探头在 TTE2 上观察电流波形,直至观察到有 下凹的电流波形为止(此时如果下凹波形的电流波形左右不对称,则微调 TE1 即可) 。如果再继续增加输入信号的大小,则可以观测到下凹的电流波形的下凹 深度增加。 观察放大器的三种工作状态 使回路谐振在 10.7MHz,输入信号大小不变(Vp-p=500mV) ,改变负载 RL, 会使 Rp发生变化,分连接别 R9、R10、R11 使负载电阻依次变化,并
21、用示波器 探头在 TTE2 上观察不同负载时的电流波形。同时,在 TTE1 处观察不同负载时的 输出电压波形。测负载特性时,用高频电压表测量负载电阻上的电压,改变负载 RL,记下相应的电流 ICQ 和电压 VL,并且计算当 RL=51 欧时的功率和效率。最后 8 台州学院毕业设计(论文) 改变激励电压的幅度,观察对放大器的工作状态的影响。使 RL=50 欧,用示波器 观察 QE2 发射极上的电流波形,改变输出信号大小,观察放大器三种状态的电流 波形。 6丙类放大器的测试数据记录 VE=2.207 5.4 格 1.2 格 3.8 格 F 5.4 格*0.707=3.8 格 通频带:1.2*1MH
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 功率放大器 设计 研究 论文
限制150内