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萍乡高等专科学校

课程设计报告

题目： 丙类功率放大器 学校： 萍乡高专机电系 专业： 应用电子技术 班级： 姓名： 学号： 指导教师：

设计时间： 2012年6月20日

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前言 ................................................................................................................................ 3 1丙类功放原理 ............................................................................................................. 4

1.1 丙类谐振功率放大器的功率与效率 ............................................................ 4

1.1.1 功率关系 ............................................................................................ 4 1.1.2 放大器的集电极效率 ........................................................................ 4 1.1.3 谐振功率放大器临界状态的计算 .................................................... 5 1.2 功率放大器的负载特性 ................................................................................ 5

1.2.1 uc、ic 随负载变化的波形 .............................................................. 5 1.2.2 功率及效率随负载（工作状态）变化的波形 ................................ 6 1.3丙类谐振功率放大器的偏置电路及耦合电路 ............................................. 7

1.3.1直流馈电电路 ..................................................................................... 7 1.3.2 输出回路和级间耦合回路 ................................................................ 8 1.3.3 输出耦合回路 .................................................................................... 9

2 设计电路 .................................................................................................................. 10

2.1开发与设计的总体思想 ................................................................................ 10 2.2 丙类功放原理图 ........................................................................................... 10 2.3设计过程 ........................................................................................................ 10 3 电路的仿真与分析 .................................................................................................. 11

3.1仿真软件的介绍 ............................................................................................ 11 3.2放大电路的仿真与分析 ................................................................................ 13

3.2.1试验电路参数 ................................................................................... 13 3.2.2计算谐振回路与耦合回路的参数 ................................................... 13 3.2.3主要技术指标的测试 ....................................................................... 15

4 总结 .......................................................................................................................... 16 参考文献

………………………………………………………………………….17

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前言

高频谐振放大器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，如在接受设备中，从天线上感应的信号是非常微弱的，高频小信号谐振放大器来完成；在发射设备中，为了有效地使信号通过信道传送到接收端，需要根据传送距离等因素来确定发射设备的发射功率，这就要用高频谐振功率放大器将信号放大到所需的发射功率。

高频功率放大器的主要功用是发射高频信号，并且以高效输出大功率为目的。发射机中的振荡器产生的信号功率很小，需要经多级高频功率放大器才能获得足够的功率，送到天线辐射出去。

已知能量（功率）是不能放大的，高频信号的功率放大，其实质是在输入高频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率，因此除要求高频功率放大器产生符合要求的的高频功率外，还应要求具有尽可能高的转换效率。低频功率放大器可以工作在A（甲）类状态，也可以工作在B（乙）类状态，或AB（甲乙）类状态。B类状态要比A类状态效率高（A类最大效率50%；B类最大效率为78.5%）。为了提高效率，高频功率放大器多工作在C类状态。为了进一步提高高频功率放大器的效率，近年来又出现了D类、E类和S类等开关型高频功率放大器；还有利用特殊电路技术来提高放大器效率的F类、G类和H类高频功率放大器。

本次课程设计主要是针对一些已知数据设计一个丙类高频功率放大器。

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1丙类功放原理

利用选频网络作为负载回路的功率放大器称为谐振功率放大器。如图1所示。它是无线电发射机中的重要组成部件。根据放大器电流导通角θ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θ愈小放大器的效率η愈高。如甲类功放的θ=180o，效率η最高也只能达50%，而丙类功放的θ<90o,效率η可达到80%。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。本实验所使用的电路为丙类谐振功率放大器，实验所研究的是丙类功率放大器的工作原理及基本特性，具体原理图如图1所示：

ib + ub – ube – – + UBB uce ic + C – u c + L 输出 – ie – UCC +

图1 谐振高频功率放大器原理图

1.1 丙类谐振功率放大器的功率与效率

1.1.1 功率关系：

功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源所供给的直流功率PO，使之一部分转变为交流信号功率P1输出去,一部分功率以热能的形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率PC。 根据能量守衡定理：Po?P1?PC 直流功率： Po?Ic0?UCCUc2121输出交流功率：PUc?Ic1??Ic1RL 1?22RL2UC -----回路两端的基频电压 Ic1 ----- 基频电流 RL ----回路的负载阻抗。

1.1.2 放大器的集电极效率

1Uc?Ic1P1??1?2????

PoUCCIc02

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其中集电极电压利用系数：??波形系数：??UcIR?c1L UCCUCCIc1?1(?) 为通角 ? 的函数；? 越小γ越大。 ?Ic0?0(?)1.1.3 谐振功率放大器临界状态的计算

临界状态下，若已知电源电压Ucc，UBB三极管的参数gC，U'BB，设电压利用系数为 ?，集电极的导通角为?。求谐振功率放大器的其余参数，如功率和效率等。

1)首先要求得集电极电流脉冲的两个主要参量icmax和? 导通角?：??arccosUBB?U'BBUb

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，为兼顾高效率的输出功率和高效率，通常 ?=6080。

集电极电流脉冲幅值icmax：icmax?gcUb(1?cos?)

2）由? 值，查表求得电流余弦脉冲的各谐波分量系数 ?0???、 ?1???、 ????，并求得各个分量的实际值IC0、 IC1。

IC0?iCmax?0???Ic1?iCmax??(?)

1Uc21(?UCC)23)根据：P ?1?2RL2RL可求得最佳负载电阻：RLCR(?UCC)2 ?2P11.2 功率放大器的负载特性

只在其他条件不变（UCC、UBB、Ub 为一定），只变化放大器的负载电阻RL而引起的放大器的电流、输出电压、功率、效率的变化特性。

1.2.1 uc、ic 随负载变化的波形

当负载电阻RL由小至大变化时，

1.负载线的斜率由小变大，如图中1?2?3。 2. 放大器的工作状态由欠压?过压?临界；

3. 输出电压uc逐渐增大。

4.输出电流ic的波形由尖顶脉冲?凹顶脉冲 具体变化过程如图2所示：

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