丙类功率放大器-课程设计说明书.doc

1 前言 随着无线通信技术的高速发展，市场对射频电路的需求越来越大，同时对射频电路的性能要求也越来越高。丙类谐振功率放大器是位于无线发射机末端的重要部件，它通常被用作末级功放，以使发射信号获得较大的输出功率和较高的效率。本次课设用EWB软件对丙类放大器进行了研究，并掌握丙类谐振功率放大器的仿真设计方法。 高频功率放大器（简称高频功放）主要用于放大高频信号或高频已调波（即窄带）信号。由于采用谐振回路作负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗匹配等问题，因而高频功率放大器通常又称为谐振功率放大器。就放大过程而言，电路中的功率管是在截止、放大至饱和等区域中工作的，表现出了明显的非线性特性。但其效果:一方面可以对窄带信号实现不失真放大;另一方面又可以使电压增益随输入信号大小变化，即实现非线性放大。根据功放电流导通角可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的放大器。丙类谐振功率放大器是位于无线发射机末端的重要部件，其效率可达到90%，因此它通常被用作末级功放，以使发射信号获得较大的输出功率和较高的效率。本设计对EWB软件进行了系统的研究，从而掌握了丙类谐振式功率放大器的仿真设计方法。 2 丙类功率放大器原理 2.1 设计题目、内容及要求 设计题目：丙类功率放大器的设计EWB软件、计算机一台 2.3 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，效率最高也只能达到，而丙类功放的导通角,效率可达到。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。 2.3.1 丙类谐振功率放大器的效率与功率 功率放大器是依据激励信号放大电路对电流的控制，起到把集电极电源直流功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率作用条件下，转换的功率越高，输出的交流功率越大。 集电极电源提供的直流功率： 式中为余弦脉冲的直流分解系数。 式中，为余弦脉冲的最大值；为余弦脉冲的直流分解系数。 式中，为晶体管的导通电压；为晶体管的基极偏置；为功率放大器的激励电压振幅。 集电极输出基波功率： 式中为回路两端的基频电压，为余弦电流脉冲基频电流，为回路的谐振阻抗。 集电极效率： 式中，为集电极电压利用系数；为余弦脉冲的基波分解系数。 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，为兼顾高的输出效率和高效率，通常。 2.3.2 丙类放大器的负载特性 欠压状态：在欠压区至临界点 的范围内，放大器的输出电压随负载电阻的增大而增大，而电流、、基本不变，输出电流的振幅基本上不随变化而变化，故输出功率基本不变。 临界状态：负载线和正好相交于临界线的拐点。放大器工作在临界状态时，输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大。其对应的最佳负载电阻值，用表示，即： 当变小时，放大器处于欠压工作状态，如C点所示。集电极输出电流较大，集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。变大时，放大器处于过压工作状态，如B点所示。集电极电压虽然较大，但集电极电流凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。 设计谐振功率放大器为临界工作状态的条件是： 。 式中，为集电极输出电压幅度；为电源电压；为晶体管饱和压降。 过压状态：放大器的负载较大，在过压区，随着负载的加大，要下降，因此放大器的输出功率和效率也要减小。输出电流的振幅将随的减小而下降，故输出功率也随之下降。 其负载特性如图2 谐振功率放大器的负载特性。 2.3.3 丙类高频功放的振幅特性 高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅时，放大器电流、电压、功率及效率的变化特性。由图3 高频功放的振幅特性可以看出，在欠压区，、、随的增加而增加，但并不一定是线性关系。在过压区，基本不随变化，可以认为是恒压区，放大等幅信号时，应选择在此状态。 2.3.4 欠压、临界、过压工作状态的调整 调整欠压、临界、过压三种工作状态，大致有以下几种方法：改变集电极负载；改变供电电压；改变偏压；改变激励。 方法1:改变，但、、不变：当负载电阻由小至大变化时，放大器的工作状态由欠压经临界转入过压。在临界状态时输出功率最大。 方法2:改变，但、、不变：当集电极供电电压由小至大变化时，放大器的工作状态由过压经临界转入欠压。 方法3: 变化，但、、不变或变化，但、、不变：这两种情况所引起放大器工作状态的变化是相同的。因为无论是还是的变化，其结果都是