基于multisim的高频谐振功率放大器设计与仿真—课程设计.doc

课程设计报告
题目: 基于multisim的高频谐振功率
放大器设计与仿真
学生姓名:
学生学号:
系别: 电气信息工程学院
专业: 电子信息工程
届别: 14届
指导教师:
电气信息工程学院制
基于multisim的高频谐振功率放大器设计与仿真
1课程设计的任务与要求

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。本次课程设计的任务就是设计一高频谐振功率放大器。
课程设计的要求
要求的技术指标为:输出功率Po≥125mW,工作中心频率fo=6MHz,η>65%,已知:电源供电为12V,负载电阻,RL=51Ω,晶体管用2N2219,其主要参数:Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=,fT=70MHz,hfe≥10,功率增益Ap≥13dB(20倍)
课程设计的研究基础
利用选频网络作为负载回路的功放称为谐振功放。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类和丁类等功放。电流导通角越小放大器的效率越高。如丙类功放的小于
180度, 丙类功放通常作为发射机的末级,以获得较大的输出功率和较高的功率。丙类谐振功率放大器原理图如图1所示。

图1谐振功率放大器的基本电路
谐振功率放大器的特点:
(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。
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,谐振回路LC是晶体管的负载。功率放大器各分压与电流的关系如图2所示。
图2 功率放大器各分压与电流关系
图3 iC(t)各次谐波的波形示意图
在对谐振功率放大器进行分析与计算时,关键在于直流分量和基波分量等前面几项利用周期函数傅立叶级数的公式,可以求出式(5-4)直流分量及各次谐波分量,下面仅列出前面几项的表达式
= = (1-1式)
由于晶体管工作在丙类状态,晶体管集电极电流是一个周期性的余弦脉冲。由傅立叶级数可知,一个周期性函数可以分解为许多余弦波(或正弦波)的叠加。可以将电流分解为
(1-2式)
分别为集电极电流的直流分量、基波分量以及各高次谐波分量的振幅
= (1-3式)
= (1-4式)
(1-5式)
只要知道电流脉冲的最大值和通角即可计算出直流分量、基波分量及各次谐波分量。各次谐波分量变化趋势是谐波次数越高,其振幅越小。因此,在谐振放大器中只需研究直流功率及基波功率。放大器集电极直流电源提供的直流输入功率为
(1-6式)
谐振功放集电极输出回路输出功率等于基波分量在谐振电阻RP上的功率为
(1-7式)
集电极的功耗为
(1-8式)
放大器集电极能量转换效率等于输出功率与电源供给功率之比
(1-9式)
甲类状态, ,
乙类状态, ,
丙类状态, ,
工作在丙类状态时,效率最高。
高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态,不能用线性等效电路分析,工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法来分析其工作原理和工作状态。
高频放大器的工作状态是由负载阻抗Rp、激励电压b、、VBB等4个参量决定的。为了阐明各种工作状态的特点和正确调节放大器,就应该了解这几个参量的变化会使放大器的工作状态发生怎样的变化。
、VBB、VB 3个参变量不变,则放大器的工作状态就由负载电阻Rp决定。此时,放大器的电流、输出电压、功率、效率等随Rp而变化的特性,就叫做放大器的负载特性。电压、电流随负载变化波形如图4所示。
图 4 电压、电流随负载变化波形
放大器的输入电压是一定的,其最大值为Vbemax,在负载电阻RP由小至大变化时,负载线的斜率由小变大,如图中1→2→3。不同的负载,放大器的工作状态是不同的,所得的ic波形、输出交流电压幅值、功率、效率也是不一样的。临界状态时负载线和eb max正好相交于临界线的拐点。放大器工作在临界线状态时,输出功率大,管子损耗小,放大器的效率也就较大。欠压状态时B点以右的区域。在欠压区至临界点的范围内,根据Vc=RpIc1,放大器的交流输出电压在欠压区内必随负