高频电子线路课程设计说明书.doc

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前言 在通信电路中,为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出,通信距离越远,要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率,必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中,发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小,因此在它后面要经过一系列的放大,如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等,获得足够的高频功率后,才能输送到天线上辐射出去。这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中,而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。 高频功率放大器的主要功能是放大高频信号,并且以高效输出大功率为目的。它主要应用于各种无线电发射机中。发射机中的振荡器产生的信号功率很小,需要经过多级功率放大器才能获得足够的功率,送到天线辐射出去。 高频功放的输出功率范围,可以小到便携式发射机的毫瓦级,大到无线电广播电台的几十千瓦,甚至兆瓦级。目前,功率为几百瓦以上的高频功率放大器,其有源器件大多为电子管,几百瓦以下的高频功率放大器则主要采用双极晶体管和大功率场效应管。 高频信号的功率放大实质是在输入高频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率,因此除要求高频功放产生符合要求的高频功率外,还应要求具有尽可能高的转换效率。 应当指出,尽管高频功放和低频功放的共同特点都要求输出功率大和效率高,但二者的工作频率和相对频带宽度相差很大,因此存在着本质的区别。低频功放的工作频率低,但相对频带很宽。工作频率一般在20--20000Hz,高频端与低频端之差达1000倍。所以,低频功放的负载不能采用调谐负载,而要用电阻,变压器等非调谐负载。而高频功放的工作频率很高,可由几百千赫到几百兆赫,甚至几万兆赫,但相对频带一般很窄。例如调幅广播电台的频带宽度为9kHz,若中心频率取900kHz,则相对频带宽度仅为1%。因此高频功放一般都采用选频网络作为负载,故也称为谐振功率放大器。近年来,为了简化调谐,设计了宽带高频功放,如同宽带小信号放大器一样,其负载采用传输线变压器或其他宽带匹配电路,宽带功放常用在中心频率多变化的通信电台中。为了进一步提高高频功放的效率,近年来又出现了D类,E类和S类等开关型高频功率放大器。1.1原理电路 图1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路。除电源和偏置电路外,它是由晶体管,谐振回路和输入回路三部分组成。高频功放中常采用平面工艺制造的NPN高频大功率晶体管,它能承受高电压和大电流,并有较高的特征频率。晶体管作为一个电流控制器件,它在较小的激励信号电压作用下,形成基极电流,控制了较大的集电极电流,流过谐振回路产生高频功率输出,从而完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务。为了使高频功放以高效输出大功率,常选在C类状态下工作,为了保证在C类工作,基极偏置电压应使晶体管工作在截止区,一般为负值,即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号,一般在0.5V以上,可达1到2V,甚至更大。 晶体管的作用是在将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。 线路特点:(1)谐振回路LC是晶体管的负载(2)电路工作在丙类工作状态;基极负偏压(或零偏压) 关系式:(1)外部电路关系式: (2)晶体管的内部特性 (3)(半)导通角 根据晶体管的转移特性曲线可得: 故得 必须强调指出:集电极电流虽然是脉冲状,但由于谐振回路的这种滤波作用,仍然能得到正弦波形的输出。 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功率 ,使之一部分转变为交流信号功率输出去,另一部分功率以热能的形式消耗在集电极上,成为集电极耗散功率。 根据能量守衡定理: 直流功率: 输出交流功率: -回路两端的基频电压 -基频电流 -回路的负载阻抗 图解分析法的步骤: 1.测出晶体管的转移特性曲线及输出特性曲线,并将这两组曲线折线化处理; 2.作出不同工作状态下的动态特性曲线; 3.根据激励电压Ub的大小在特性曲线上画出对应输出电压Uc和电流脉冲ic的波形; 4.分析功放的外部特性,即分析放大器的外部供电电压或负载的变化将如何影响输出电压、输出电流、输出功率、效率等指标的。 晶体管的特性曲线及其特性方程 由图可见,在放大区,有转移特性方程: 所以,集电极电流随激励而正向变化。 由图可见,在饱和区,集电极电流只受集电极电压的控制,而与基极电压无关。因此有临界线方程: 在截止区,有方程:

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