IASK高频功率放大器设计及仿真.doc

IASK_高频功率放大器设计及仿真
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综合课程设计
高频功率放大器的设计及仿真
专业名称
电子信息工程
班级学号
5081112
学生姓名
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。
高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20000Hz，高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高
频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605kHz的频段范围）的频带宽度
为10kHz，如中心频率取为1000kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放
大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。
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，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；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。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

利用宽带变压器作耦合回路的功放称为宽带功放。常用宽带变压器有用高频磁芯绕制的高频变压器和传输线变压器。宽带功放不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大，但效率很低，一般只有20%左右，一般作为发射机的中间级，以提供较大的激励功率。
在高频电路中，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θc（0—π）的范围可分为甲类、乙类、丙类和丁类等功放。电流导通角θc越小放大器的效率越高。如丙类功放的θc小于90°，丙类功放通常作为发
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射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的功率。
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3-1
所示。
图3-1功率放大器各分压与电流关系
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，如公式（）。
iC(t)
Ic0Ic1mIc2mCos2tIcnmCosnt
()
Ic0Ic1mIc2mIcnm
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
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图3-2IC(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，可以求出各直流分量及各次谐波分量。
下面仅列出前面几项的表达式，如公式（
），（），（），（）。
Ic0
icmax
1Sin
Cos
icmax