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丙类功率放大器设计

摘 要

本文分析了丙类功率放大器的电路原理,估计了下电路的相关参数值。对丙类功率放大器的性能进行了分析讨论并对其工作状态做出了基本的确定。

关键词:丙类功率放大器; Multisim仿真;简谐回路

I

丙类功率放大器设计

目 录

1、方案选择 ................................................................. 1 2、工作原理与参数计算 ....................................................... 1

2.1 实验原理 ............................................................. 1 2.2 丙类谐振功率放大器的效率与功率 ....................................... 2

2.2.1 放大器的集电极效率 ............................................. 2 2.2.2 谐振功率放大器临界状态的计算 ................................... 3

2.3 功率放大器的负载特性 .................................................... 3

2.3.1 uc、ic随负载变化的波形 ........................................ 3 2.3.2 丙类高频功放的振幅特性 ......................................... 4 2.3.3 欠压、临界、过压工作状态的调整 ................................. 4 2.4 谐振回路及耦合回路的设计 ............................................. 5 2.5 基极偏置电路的设计 ................................................... 6 3、电路调试与排故 ........................................................... 6

3.1 实验电路图 ........................................................... 6 3.2 放大器电路设计要求 ................................................... 7 3.3 丙类放大器电路分析 ................................................... 7 4、结 论 .................................................................... 8 参考文献 .................................................................... 9 主要元器件参数 .............................................................. 9

II

丙类功率放大器设计

1、方案选择

高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大器; 窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器。

功率放大器的任务是供给负载足够大的信号功率,其主要性能指标是输出功率和效率。丙类谐振功率放大器可获得高效率的功率放大。

谐振功率放大器主要有四个特点:①放大管是高频大功率晶体管,能承受高电压和大电流;②输出端负载回路为调谐回路,既能完成调谐选频功能,又能实现放大器输出端负载的匹配;③基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压,使电路工作在丙类状态;④输入余弦波时,经过放大,集电极输出电压是余弦脉冲波形。

2、工作原理与参数计算

2.1 实验原理

利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振放大器。如:图 1 谐振高频功率

放大器原理图所示。它是无线发射机中的重要组成部件。根据放大器电流导通角

?C的范围

可以分为甲类、乙类、丙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。如甲类功放的导通角?c=180,效率?最高也只能达到50%,而丙类功放的导通角

0?c≤900,效率?可达到80%。甲类功率放大器适合作为中间级或输出功率较小的末级功率

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丙类功率放大器设计

放大器。丙类功率放大器通常作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。本课设使用的是丙类功率放大器,研究的是是丙类功率放大器的功率及效率。

图1 简谐功率放大器原理图

2.2 丙类谐振功率放大器的效率与功率

功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流电源所供给的直流功率P0,实质一部分转换为交流信号功率P1输出去,一部分功率以热能的形式损耗在集电极上,成为集电极耗散功率Pc。 根据能量守恒定律:P0 = P1+ Pc 直流功率:P0=Ic0Ucc

Uc2121输出交流功率:P1=UCIc1==Ic1RL

2R22LUc——回路两端基频电压 Ic1——基频电流 RL——回路的负载阻抗

2.2.1 放大器的集电极效率

1U?IP12CC11???????

P0UCCIC02其中集电极电压利用系数:??

UCIR?C1L UCCUCC2

丙类功率放大器设计

波形系数:??IC1?1(?)? 为导通角θ的函数;θ越小?越大。 IC0?0(?)2.2.2 谐振功率放大器临界状态的计算

临界状态下,若已知电源电压Ucc,UBB三极管的参数gc,UBB,设电压利用系数为ξ,

'集电极的导通角为θ。求谐振功率放大器的其余参数,如功率和效率等。

1)首先要求求得集电极电流脉冲的两个主要参量icmax和? 导通角?:??arccos'UBB?UBBUb

功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。在实际运用中,为兼顾高效率的输出功率和高效率,通常??60? 集电极电流脉冲幅值icmax?gcUb(1?cos?)

2)由θ值,查表的电流余弦脉冲的各谐波分量?0(?)、?1(?)、?(?),并求得各个分量的实际值Ic0、Ic1。

Uc21(?Ucc)23)根据P1==

2RL22RL可求得最佳负载电阻:RLCR(?Ucc)2?

2P12.3 功率放大器的负载特性

只在其他条件不变(UCC、UBB、Ub为一定),只变化放大器的负载电阻RL而引起的放大器的电流、输出电压、功率、效率的变化特性。

2.3.1 uc、ic随负载变化的波形

当负载电阻RL由小至大变化时,

1.负载线的斜率由小至大,如图中1→2→3。 2.放大器的工作状态由欠压→临界→过压

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