武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书

摘要

本次《高频电子线路》课程设计为高频谐振功率放大器的设计，以逆向分析的思路对参数进行选择，然后在仿真的基础上制作实物予以调试，使其达到技术要求。

本次《高频电子线路》课程设计说明书主要从四个方面进行论述：高频谐振功率放大器有关理论知识的简要介绍；以性能指标为基础设计单元电路；设计、仿真整体电路；对实物进行调试，对调试结果进行分析，验证是否达到技术要求。

关键词：高频谐振功率放大器 工作状态 效率 输出功率

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1 高频功率放大器的简介

在无线电广播和通信发射机中，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，而且通信距离越远，要求输出功率越大。所以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。高频功率放大器的实质是将直流电源供给的直流功率转换为交流输出功率，在转换过程中，不可避免地存在着能量的损耗，这部分损耗的功率通常变成了热能。若损耗功率过大．就会使功率放大器因过热而损坏。因此，功率放大器研究的主要问题就是如何提高效率，减小损耗及获得大的输出功率。

1.1高频功率放大器的工作状态

高频功率放大器的工作状态可分为甲类、乙类、丙类等。本次高频谐振功率放大器的设计前一级为甲类，后一级为丙类。表1为高频功率放大器在甲、丙类的工作特点。

表1 高频功率放大器在甲、丙类的特点

提高功率放大器效率的主要途径是使放大器件工作在乙类、丙类状态，但这些工作状态下放大器的输出电流与输入电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数很大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类状态，通过谐振回路的选频作用，可以滤除放大器的集电极电流中的谐波成分，选出基波从而消除非线性失真。因此，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。

1.2高频功率放大器的主要特点

(1)工作频率高，相对频带窄；

(2)采用选频网络作为负载回路；

(3)放大器一般工作在丙类工作状态，属于非线性电路；

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(4)工作于大信号的非线性状态，用解析法分析较困难，故工程上普遍采用近似的分析方法——折线法来分析其原理和工作状态。

1.3高频功率放大器的基本电路结构

高频谐振功率放大器的电路构成，除电源和偏置电路外，主要由三个部分组成：

（1）晶体管：大功率晶体管，能承受高电压、大电流，一般工作时发射极反偏(即工作状态为丙类)；

（2）输入激励电路：提供功放所需激励信号电压；

（3）输出谐振回路：需满足的条件为阻抗匹配。

图1 高频谐振功率放大器的基本电路

1.4高频功率放大器的主要外部特性

当激励源（Uim)、负载(RL)或直流电源(UBB、UCC)发生变化时，都会影响到功放的工作状态，改变输出功率与效率；将外部参量变化时对功率放大器工作状态及性能指标的影响称为外部特性，包括负载特性——RL的影响，放大特性——Uim 的影响，调制特性——UBB、UCC的影响。

1.4.1高频功率放大器的负载特性

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谐振功放的直流电源VBB、VCC及激励电压Vbm不变时，放大器的输出电流Ico、Icm1,输出电压Vcm及功率、效率随负载变化的特性，称为放大器负载特性。UBB 、UBB 及Uim 固定时，ic(IC0 IC1)都确定；

增大RL：放大器的工作状态变化:欠压临界过压

图2 高频功率放大器的负载特性曲线

1.4.2高频功率放大器的放大特性

谐振功放的直流电源VBB、VCC及负载RL不变时，激励电压Vbm变化时，放大器的输出电流Ico、Icm1,输出电压Vcm及功率、效率随Vbm变化的特性，称为放大器的放大特性。在欠压区，输出电压振幅UC1m与输入电压振幅Uim近似呈线性关系可以实现对振幅变化信号的线性放大。在过压区，输出电压振幅UC1m近似呈现恒压特性，可以实现对振幅变化信号的限幅。

增大Vbm：放大器的工作状态变化:欠压临界过压

图3 高频功率放大器的放大特性曲线

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1.4.3高频功率放大器的调制特性

谐振功放的外部电流Ico、Ieo和输出电压Vcm及功率、效率随回路调谐电容或电感变化的特性，称为放大器的调制特性。

（1）集电极调制特性：UCC的影响

在过压区，输出电压振幅UC1与UCC近似呈线性关系：用一输入信号（调制信号）代替UCC ，可完成振幅调制----集电极调幅。

增大Ucc：放大器的工作状态变化:

过压

临界欠压

（2）基极调制特性：UBB的影响

在欠压区，输出电压振幅UC1m与UBB近似呈线性关系：用一输入信号（调制信号）代替UBB ，可完成振幅调制----基极调幅。

增大UBB：放大器的工作状态变化:欠压临界过压

图4 高频功率放大器的集电极调制特性曲线

图5 高频功率放大器的基极调制特性曲线

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2高频功率放大器单元电路的分析

本次高频谐振功率放大器的设计前一级为甲类高频谐振功率放大器，后一级为丙类高频谐振功率放大器。此次分析以逆向分析的思路对参数进行选择，以性能指标为基础设计单元电路。

2.1丙类功率放大器的理论分析

本次高频谐振功率放大器的设计后一级为丙类高频谐振功率放大器。丙类高频谐振功率放大器作为有效放大级，作用是在不失真的前提下尽可能放大输出功率。

图6 高频谐振功率放大器后一级电路图

由效率?>60%和放大器的工作状态采用临界状态得： (UCC?UCES)2

谐振回路电阻R5?=20.5Ω 2P0

Icm1?2P05由 ，Icm?Icm11(70?)得：

集电极电流最大值为Icm1=34.62 mA

输入功率为：

P1?P0AP =5mW

由晶体管的直流β=10，IBM?ICM，IB1M?IBM??1(70?)得： 输出电压的振幅为UBM?

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P1B1M?7.5V

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若取集电极并联谐振回路的电容为C=0.01μF得： 绕制电感L?112?()≈4.67μH C2?f0

2.2甲类功率放大器的理论分析

本次高频谐振功率放大器的设计前一级为甲类高频谐振功率放大器。甲类高频谐振功率放大器作为缓冲级，作用是为后一级的丙类高频谐振功率放大器提供匹配、有效的输入。

图7 高频谐振功率放大器前一级电路图

甲类功率放大器的输出功率：

PH = P1 =5mW

由PC=pHb，UCM?2PCICM得： 2UCM电阻为R4?PC=300Ω

本级功放采用3DG12晶体管，取β=30得： 输入功率Pi?

放大器输入阻抗 POAP =0.31mW

Ri?Rbb???R3 =335Ω

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则本级输入电压

Uim?2RiPi≈0.42V

2.3静态的理论分析

当Ui=0时，晶体管射极电位：

UEQ?ICQ?RE = 8.9V

UEQ =9.5V

IBQ?ICQ =0.17mA

3高频功率放大器仿真调试

绕制电感需自己制作，软件无法仿真，故没有在理论值的基础上进行仿真，而直接制作实物，予以调试。

图8 高频功率放大器原理图

图9 高频功率放大器装配图

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图10 高频功率放大器焊接图

调试结果：

（1） 工作频率：f0 = 5.982MHz （2） 输出电压的幅度：UM = 7.2V （3） 计算得输出功率：P0 = 96.2Mw （4） 计算得输出效率：?=58.6%

4 误差分析

任何实验过程都难免存在误差，在课设过程中，我们要做的是尽量控制理论误差，使理论设计误差不能影响实验结果。在制作调试过程中，我们要控制实验误差，不能使误差过大而影响实验结果。

4.1元器件误差

由于计算得出的元器件参数比较理想化，而实际中用的原件很难匹配所有的参数，如图8中的R5，取值为20Ω，现实中无法买到阻值为20Ω的电阻，只能通过电阻的串并联去尽可能的接近它。而电阻一般有5%的误差，本身无法达到精确匹配。至于电容，误差更大，远不止5%（电容的误差在20%内便为合格）。

4.2 仪器误差

所有测量仪器都有一定误差，例如函数发生器有50Ω的内阻，示波器的本身误差示数误差以及波形的抖动造成的误差。

5 心得体会

这次课程设计中不仅验证了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，

如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同

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学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程．“千里之行始于足下”，我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

高频电子线路课程设计，这是我大学的又一个课程设计，对于我个人来说，意义重大。在这次课程设计中，通过查找相关书籍和相关资料，我增长了不少相关知识。阅读相关书籍后，确定各种电路的模型。通过大量的演算，得出各类元件的参数，验算求证。

运用Multisim 11.0仿真软件，绘制相应的电路图，对计算出的参数进行验证。反复推导，使参数更加符合要求。对Multisim 11.0在本专业的应用有了新的认识，可以在以后的基础课程学习和专业课程上用它来解决很多问题，更好的掌握Multisim 11.0的使用方法和技巧，对以后的学习生活有很大的帮助。而对高频功率放大器的理论分析，让我对高频电子线路基础的相关知识进行了复习，更深一个层次的掌握运放的相关概念和使用技巧。

通过这次课程设计，我加强了自己掌握和理解书本知识的能力，培养了自己的实际动手能力与综合设计能力，并提高了自己的技术素质。基本达到了了解高频课程设计的任务，明确了高频功率放大器的基本知识与应用，掌握了Multisim 11.0仿真设计的基本方法。加深了自己对高频电子线路这门课程的理解。希望自己在以后的学习生活中不断加强自我学习的能力，努力完善自己。

同时也向老师提出两点建议：希望课设的内容更加丰富一些，这样进一步增加我们对整个理论学习和课设的兴趣；并且让我们在实践中去学习并理解更多的知识。希望老师能够提供更多的自主支配时间，可以让我们在实验室多呆一会，做一些自己喜欢做的东西，因为在实验室里有那种氛围，可以让我们多学点东西。

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参考文献

[1] 刘泉主编. 通信电子线路. 武汉理工大学出版社，20xx年1月

[2] 陈永泰主编. 通信电子线路. 武汉理工大学出版社，20xx年10月

[3] 谢自美主编. 电子线路设计·实验·测试. 华中科技大学出版社，20xx年8月

[4] 高吉祥主编. 电子技术基础实验与课程设计. 电子工业出版社，20xx年5月

[5] 曾兴雯主编. 高频电子线路. 高等教育出版社出版，20xx年11月

[6] 赵淑范等主编. 电子技术实验与课程设计. 清华大学出版社，20xx年8月

[7] 张新喜主编.Multisim10电路仿真及应用. 机械工业出版社出版，20xx年2月

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附录：

课设元件清单

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本科生课程设计成绩评定表

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年 月 日

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第二篇：音频功率放大器开放实验总结报告

开放实验总结报告

        学生姓名 ****  班级 ******  学号 ******

        所在院系 自动化学院   专业电气工程与自动化  

            开放实验室名称   音响功率放大电路的实现                 

                      日期 20**年**月**日

北京理工大学实验室设备处 制

一、实验项目概况

二、实验项目技术报告

二、实验项目技术报告

二、实验项目技术报告

二、实验项目技术报告

三、参加开放实验的体会与建议

四、评价与认定