1、摘要由于高頻功放的工作頻率高，相對(duì)頻帶窄，所以一般采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載 回路。為了使諧振功放的輸入端能夠從信號(hào)源或前級(jí)功放得到有效的功率，輸出 端能夠向負(fù)載輸出不失真的最大功率或滿足后級(jí)功放的要求，在諧振功放的輸入 和輸出端必須加上匹配網(wǎng)絡(luò).對(duì)于選頻網(wǎng)絡(luò)，采用微帶線匹配濾波，同時(shí)通過控 制電源調(diào)整管的通斷來改變匕c的大小從而改變Um和PO的大小。超短波電臺(tái)是采用頻率調(diào)制，通過對(duì)高頻丙類諧振功率放大器，LC的n型網(wǎng) 絡(luò)，自動(dòng)功率控制電路的原理進(jìn)行分析，從而設(shè)計(jì)出由集成高頻功放、選頻網(wǎng)絡(luò)、 自動(dòng)功率控制電路組成的超短波電臺(tái)發(fā)信機(jī)中的高頻功率放大器。自動(dòng)功率控制 電路由可調(diào)電位器和電容組成的二極管檢

2、波器，差分放大器和調(diào)整管等相關(guān)元器 件設(shè)計(jì)而成。高頻功率放大電路的技術(shù)指標(biāo)涉及各個(gè)問題，我們從節(jié)省能量和效 率方面選擇丙類高頻功率放大器，也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。同時(shí)為了濾除丙類工作時(shí)產(chǎn) 生的眾多高次諧波分量，常采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)。電容和電感組件組 成選頻網(wǎng)絡(luò)，本文選用LCn型構(gòu)成選頻電路二者相串聯(lián)后組成帶通選頻電路， 使通過此電路的信號(hào)頻率處于高頻和低頻信號(hào)之間，故能夠使其工作在一定的頻 率范圍之內(nèi)。關(guān)鍵詞：丙類功放高頻 放大器選頻目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 課題描述1 HYPERLINK l boo

3、kmark23 o Current Document 設(shè)計(jì)過程2 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 諧振功率放大器工作原理2 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 諧振功率放大器工作性能分析5 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 設(shè)計(jì)相應(yīng)的高頻功放（丙類）集成電路圖7 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 匹配網(wǎng)絡(luò)8 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 匹配網(wǎng)

4、絡(luò)作用8 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 2.2.2 匹配網(wǎng)絡(luò)分類9 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 自動(dòng)功率控制電路分析9 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 設(shè)計(jì)內(nèi)容10 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 在高頻功放階段12 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document LC n型選頻網(wǎng)絡(luò)電路圖12 HYPERLINK l bookmark108 o

5、 Current Document 自動(dòng)功率控制電路12 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 總結(jié)13 HYPERLINK l bookmark115 o Current Document 參考文獻(xiàn)14課題描述調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖:本次設(shè)計(jì)的任務(wù)涉及三個(gè)方面：即超短波電臺(tái)發(fā)信機(jī)中的高頻功率放 大器包含發(fā)信機(jī)末端的高頻功放，選頻網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)功率控制電路。高頻功率放大電路的技術(shù)指標(biāo)涉及各個(gè)問題，我們從節(jié)省能量和效率 方面選擇丙類高頻功率放大器，同時(shí)為了濾除丙類工作時(shí)產(chǎn)生的眾多高次 諧波分量，常采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于選頻匹配網(wǎng)絡(luò)，高頻大功率管的輸

6、入輸出阻抗值很小，而且是 頻率函數(shù)，所以，為了獲得最大的輸出功率，高頻功率放大器的輸入端 好輸出端以及多級(jí)高頻功率放大的級(jí)間耦合都要采用L型，T型匹配網(wǎng) 絡(luò)。對(duì)于丙類工作狀態(tài)，為了濾除丙類工作時(shí)產(chǎn)生的眾多高次諧波分量， 常采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，工作頻率為457.7458MHZ對(duì)于本 次設(shè)計(jì)，采用微帶線匹配濾波的方式。設(shè)置自動(dòng)功率控制電路，通過控制電源調(diào)整管的通斷以改變 匕大 小來改變U po設(shè)計(jì)過程諧振功率放大器工作原理原理圖如圖2.1所示：圖2.1圖2.1諧振功率放大器的基本電路其中U 分別是輸入信號(hào)和輸出信號(hào)頂產(chǎn)回路等效總電阻，Ico和IC1M 分別是集電極電流I中的直流分量和基波

7、振幅，UBB和8是直流電源。由此可以得到集電極電源提供的直流功率 諧振功放輸出交流功率P。、集 電極效率n和集電極功耗P ： C集電極電源提供的直流功率：pd = vcci co（2.1.1）11諧振功放輸出交流功率：Po = 2 Icm U = 212 R（2.1.2）（2.1.3）門 =O =dm（2.1.3）P 2 ICOVCC（2.1.4）設(shè)輸入信號(hào)是角頻率為的單頻正弦波，輸出選頻回路調(diào)諧在輸入信號(hào)的 0相同頻率上。對(duì)回路1用KVL得： v = V + v = V + Vo s t（2.1.5） b e B B bB B b（2.1.6）對(duì)回路1用（2.1.6）其中：七輸入交流信號(hào)；u

8、c:輸出交流信號(hào)從以上公式可知：如果要增大輸出功率，在回路等效總電阻不變的情況下, 需增大Ic1m,當(dāng)器件確定時(shí)，就是要增大輸入信號(hào)振幅Um ；如果要提高效率, 需增大Icim或減小、(減小、即減小集電極功耗，通過降低靜態(tài)工作點(diǎn)可以實(shí) 現(xiàn))。所以，增大輸入信號(hào)振幅和降低靜態(tài)工作點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)大功率高效率的兩條重 要途徑。三種不同靜態(tài)工作點(diǎn)情況時(shí)晶體管轉(zhuǎn)移特性分析。其中qa、Qb和幻分別是甲 類、乙類和丙類工作時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。其對(duì)應(yīng)的關(guān)系如圖2.2所示：圖2.2三種不同靜態(tài)工作點(diǎn)情況時(shí)晶體管轉(zhuǎn)移特性分析從節(jié)省能量的角度考慮，效率顯得尤為重要。所以我們選擇丙類高頻電路， 對(duì)于丙類狀態(tài)下轉(zhuǎn)移特性進(jìn)行如下分

9、析：如果將輸入信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通情況用對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通角度2。來表示，則 稱。為導(dǎo)通角。可見，00 180，在放大區(qū)，可以得到集電極電流：i = g(VB + Ub coso t - Uo )(2.1.7)當(dāng)cot=0j, I =0,可求得：sin 0 -。cos 01 - cos 0sin 0 -。cos 01 - cos 0C1a （0 ）=-si0 -0 c 0 s1 - cos 0c1 0 - sin 0 cos 0兀 1 - cos 0c其中2.1.8 2.1.9和2.1.10式表示尖頂余弦脈沖的分解系數(shù)波形系數(shù):g （0 ）二九二i m/i（0 o =%21 LLax oKE ）（2

10、.1.8）（2.1.9）（2.1.10）（2.1.11）根據(jù)2.1.8式到2.1.11式可以得出尖頂余弦脈沖的分解系數(shù)a(0)與波形系數(shù)g/0)的相關(guān)關(guān)系圖如下:圖2.3圖2.3尖頂余弦脈沖的分解系數(shù)a(0)與波形系數(shù)g 1(0)由圖2.3可以a1(900) =a1(1800) =0.5,這兩種情況分別對(duì)應(yīng)于乙類和甲 類工作狀態(tài)，均比丙類(0 900)的值高，而a 1的最大值是a ( 1200)=0.536, 處于甲乙類工作狀態(tài)。這意味著當(dāng)回路等效總電阻R和脈沖高度Im固定 時(shí)，丙類的輸出功率比甲類、甲乙類和乙類都要小一些，但丙類的集電極效 率比它們都要高。集電極效率：門=p=1*匕土C P

11、2 以CC由以上可得丙類狀態(tài)的轉(zhuǎn)移特性分析圖如圖2.4所示：圖2.4丙類狀態(tài)的轉(zhuǎn)移特性分析圖根據(jù)圖2.3和2.4同時(shí)為了兼顧效率和輸出功率兩個(gè)重要指標(biāo)，一般9 =70。作為最佳導(dǎo)通角。2.1.1.諧振功率放大器工作性能分析負(fù)載特性負(fù)載特性是指VBB、VCC和Ubm保持不變時(shí)，放大器的性能隨R變化的特性。隨著R從小變大，放大器將由欠壓狀態(tài)一臨界狀態(tài)一過壓狀態(tài)變化。如圖2.5為諧振功放的負(fù)載特性曲線：圖2.5諧振功的負(fù)載特性曲線固定ub、uc、ub三個(gè)參數(shù)，隨著火尸的逐漸增大，動(dòng)態(tài)線由欠壓狀態(tài)進(jìn) 入臨界狀態(tài)，再到過壓狀態(tài)。在欠壓區(qū)“恒流”即七、匕0變化緩慢，U變化很快；在過壓區(qū)“恒壓”即Um變化緩

12、慢，I 1、/。變化很快。在臨界狀態(tài)，輸出功率Po最大，集電極效率C接近最大，此時(shí)為最佳工作 狀態(tài)。調(diào)制特性如圖2.6基極調(diào)制特性曲線：圖2.6基極調(diào)制特性曲線固定Ucc、Rp、U娜三個(gè)參數(shù)，基極偏壓Ubb變化。基極調(diào)制目的：使um隨UB的變化而變化。故功放應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)，才 能使U況對(duì)Um有控制作用。放大特性 如圖2.7為諧振功放的負(fù)載特性曲線:固定固定、U 、R三個(gè)參數(shù)，輸入 變化BB CC Pbm欠壓狀態(tài)：Um隨Ubm增大而增大； 過壓狀態(tài)：隨著Ub增加，U幾乎不變。2.1.2.設(shè)計(jì)相應(yīng)的高頻功放（丙類）集成電路圖圖2.8功率放大器（丙類）原理圖匹配網(wǎng)絡(luò)如圖2.9為匹配網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)原理圖

13、%/ft 一輸出匹配網(wǎng)絡(luò)%/ft 一輸出匹配網(wǎng)絡(luò)圖2.9匹配網(wǎng)絡(luò)輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)在諧振功率放大器中的連接情況如圖2.7所示。無論是 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)還是輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，它們都具有傳輸有用信號(hào)的作用，故又稱為耦 合電路。對(duì)于輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，在求它具有濾波和阻抗變換功能，即濾除各次分量， 使負(fù)載上只有基波電壓；將外接負(fù)載Rl變換成諧振功放所要求的負(fù)載電阻R，以 保證放大器輸出所需的功率。因此，匹配網(wǎng)絡(luò)也稱濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于輸入匹配 網(wǎng)絡(luò)，要求它把放大器的輸入阻抗變換為前級(jí)信號(hào)源所需的負(fù)載阻抗，使電路能 從前級(jí)信號(hào)源獲得盡可能大的激勵(lì)功率。2.2.1.匹配網(wǎng)絡(luò)作用使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，

14、以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載 的功率最大抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它應(yīng)有良好的濾波作用在有幾個(gè)電子器件同時(shí)輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率 到負(fù)載，但同時(shí)又應(yīng)盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響22.2匹配網(wǎng)絡(luò)分類它分為T型、倒L型、兀型三大種類，這里我們主要設(shè)計(jì)的是n型匹配網(wǎng)絡(luò)。如圖2.10所示n型匹配網(wǎng)絡(luò)圖CaJth)d)圖2.10兀型匹配網(wǎng)絡(luò)圖2.11為兀型網(wǎng)絡(luò)的另一種形式圖2.11兀型網(wǎng)絡(luò)的另一種形式自動(dòng)功率控制電路自動(dòng)功率控制電路作為高頻集成功率放大電路的重要組成部分，有相當(dāng)重要 的作用。在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中，需要調(diào)整通過高頻集成功放電路的控制電壓，使輸出 功率達(dá)到規(guī)

15、定值。因此在使用時(shí)，需要在外電路加入功率自動(dòng)控制電路，使輸出 功率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)也要保證集成電路的安全工作，避免損壞。因此，在系 統(tǒng)電路中加入自動(dòng)功率控制電路尤為重要，而且控制電壓的大小與高頻集成功放 電路的效率、工作頻率也有很大關(guān)系。本設(shè)計(jì)中我們采用的電路圖2.11所示圖2.11自動(dòng)功率控制電路其中二極管檢波器電路有兩個(gè)特點(diǎn)：二極管是否導(dǎo)通，不僅與輸入電壓Uj有關(guān)，還取決于輸出電壓UO，即輸出信號(hào)有反饋?zhàn)饔谩６O管導(dǎo)通時(shí)，電容 充電，充電時(shí)間為r ；二極管截止時(shí)，電容放電，放電時(shí)間常數(shù)為RC，由于二 極管導(dǎo)通電阻rd很小,則會(huì)有、RC.此電路中二極管檢波電路的作用是取出與 M57704H

16、輸出功率成正比的低頻電壓分量。設(shè)計(jì)內(nèi)容參照以上發(fā)信機(jī)末端的高頻功放，選頻網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)功率控制電路設(shè)計(jì)原理分 析得出超短波電臺(tái)發(fā)信機(jī)中的高頻功率放大器的電路圖：M577O4H圖3.1超短波電臺(tái)發(fā)信機(jī)中的高頻功率放大器圖3.1電路圖部總體分析：超短波電臺(tái)采用頻率調(diào)制，工作頻率457.7458MHz,發(fā)射功率5W.由各部 分工作原理圖可知，由輸入端輸入等幅調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)過帶通電路部分（由2200P 電容的高通電路和與之相并聯(lián)的680。電阻、0.2W6P的可調(diào)電容的低通電路， 進(jìn)入高頻集成功放電路M57704H，經(jīng)過其頻率放大作用后，一路由微帶線匹配 濾波后，經(jīng)過二極管Vm,1000P電容L108所組成的

17、高通電路、LCn型選頻網(wǎng) 105絡(luò)所組成的低通電路，由發(fā)射天線發(fā)射出去。在高頻功放階段我們選擇由Motorola公司生產(chǎn)的高頻功率放大器MHW系列，這里選用 M57704.它的電特性參數(shù)為：當(dāng) V=12.5V, P=0.2 W, Z Z%時(shí)，輸出功率 Po=13 W,功率增益Gp=18.1dB，效率35%40%。功放等效電路圖如圖3.2)q7L工微帶線 、)q7L工微帶線 、圖3.2功放等效電路圖LC n型選頻網(wǎng)絡(luò)電路圖圖3.1中，1000PF和L108組成高通選頻電路，LCn型選頻網(wǎng)絡(luò)組成低通選頻 電路。二者相串聯(lián)后組成帶通選頻電路，使通過此電路的信號(hào)頻率處于高頻信號(hào) 和低頻信號(hào)之間，能夠使

18、其工作在一定的頻率范圍之內(nèi)。另一路則作為自動(dòng)功率 控制信號(hào)去控制高頻集成功放電路M57704H內(nèi)第一級(jí)功放的增益。由高頻集成功 率放大電路M57704H放大得信號(hào)經(jīng)過微帶線進(jìn)入二極管檢波電路。經(jīng)過2PF電容 隔離高頻，進(jìn)入二極管V113。經(jīng)V113信號(hào)進(jìn)入2200PF電容和與之相并聯(lián)得10K。 的可調(diào)電位器。其中與M57704H管腳相連的2.2Q電阻，在電路中有限流的作 用，而與其相并聯(lián)的兩個(gè)電容100p F和2200PF，它們得作用都是濾波，但是 100. F的電容是為濾掉電路中低頻信號(hào)，而2200PF電容則會(huì)濾掉電路中的高頻 信號(hào)。而連接在M57704H管腳和管腳之間的電容則與它們的作用相

19、同，分別 過濾掉電路中的高頻信號(hào)和低頻信號(hào)。自動(dòng)功率控制電路圖3.1中自動(dòng)功率控制電路由V113、10Kq的可調(diào)電位器和2200PF電容組成 的二極管檢波器，V、V組成的差分放大器和調(diào)整管V幾部分組成。自動(dòng)功 104105103率控制電路中V104、V105組成的差分放大器和調(diào)整管V103構(gòu)成一個(gè)發(fā)射極負(fù)反饋增 益控制電路。信號(hào)由V104、V105的兩個(gè)基極雙端輸入，從V104的集電極進(jìn)入調(diào)整管 V，通過控制V集電極的電壓，來控制高頻集成功放M57704H的放大功率?？偨Y(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，讓我對(duì)課本的知識(shí)有了更深刻的認(rèn) 識(shí)。在這兩周內(nèi)，我進(jìn)一步了解丙類高頻功率放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)的基本原理，讓 我以前并不是太懂的知識(shí)得到了提升，并且將提高了我的思考與解決問題的能 力。掌握了分析通信電路的一些方法。高頻功率放大電路廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域， 所以熟練掌握高頻功放能讓我們