高频谐振功率放大器设计
通信电子电路高频谐振功率放大器实验报告
实验室时间段座位号实验报告实验课程实验名称班级姓名学号指导老师高频谐振功率放大器预习报告实验目的1．通过实验，加深对丙类功率放大器基本工作原理的理解，掌握丙类功率放大器的调谐特性。
2．掌握输入激励电压，集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。
3．通过实验进一步了解调幅的工作原理。
实验内容1．实验准备在实验箱主板上装上幅度调制与无线发射模块，接通电源即可开始实验。
2．测试前置放大级输入、输出波形高频信号源频率设置为6.3MHZ，幅度峰-峰值300mV左右，用铆孔线连接到1P05，用示波器测试1P05和1TP07的波形的幅度，并计算其放大倍数。
由于该级集电极负载是电阻，没有选频作用。
3. 激励电压、电源电压及负载变化对丙类功放工作状态的影响U对放大器工作状态的影响（1）激励电压bE=5V左右（用万用表测1TP08直流电压， 1W05 1K03置“右侧”。
保持集电极电源电压cR=10KΩ左右（1K04置“右侧”，用万用表测1TP11电阻， 1W6逆时针调到底），负载电阻L顺时针调到底，然后1K04置“左侧”）不变。
高频信号源频率1.9MHZ左右，幅度200mv（峰—峰值），连接至功放模块输入端（1P05）。
示波器CH1接1P08，CH2接1TP09。
调整高频信号源频率，使功放谐振即输出幅度（1TP08）U，观察1TP09电压波形。
信号源幅度变化最大。
改变信号源幅度，即改变激励信号电压b时，应观察到欠压、临界、过压脉冲波形。
其波形如图7-7所示（如果波形不对称，应微调高频信号源频率，如果高频信号源是DDS信号源，注意选择合适的频率步长档位）。
实验报告1．认真整理实验数据，对实验参数和波形进行分析，说明输入激励电压、集电极电源电压，负载电阻对工作状态的影响。
2．用实测参数分析丙类功率放大器的特点。
3．总结由本实验所获得的体会。
c实验报告一．实验目的1．通过实验，加深对丙类功率放大器基本工作原理的理解，掌握丙类功率放大器的调谐特性。
第3章 高频谐振放大器
3.电流波形与工作原理
输入信号为: 基极回路电压为:
ub U b cos t uBE U BB U b cos t
uBE U BB时, T 截止,ic 0; uBE U BB时, T 导通,ic由特性给出.
27
28
集电极电流为周期性余弦脉冲,通角为 , 2 , 此余弦脉冲可按付氏级数进行分解:
20
作业:
P129 3-4 P129 3-7
思考题：
P129 3-1 P129 3-6
21
一.概述:
3.2高频功率放大器
1.功能:对高频信号进行功率放大(高效率输出大功率) a:推动强放 b:功率经天线辐射 c:高频加热 2.机理:
有源器件控制 电源供给直流能量
P0
高频交流功率
P 1
3.特点:a:大信号工作（>0.5V，1-2V） b:有源器件工作在非线性状态
1 1 ( P22 gie ) P 2 Q00 L 1
GL
1 2 1 ) ( (0.08) 2 *1.7 *10 3 ) 194us 0.3 100* 2 * 465*103 *560*10 6 Y fe 32*103 K0 66 6 6 194*10 290*10 GL g oe (
4
3.放大器高频等效电路
1)晶体管Y参数等效电路(下图所示)选
I b , I c 为因变量,U b ,U c 为自变量,由此可以对应下图, 写出相应方程: I b Yie U b Yre U c I c Y fe U b Yoe Ub － (b) Y ie . Y Uc re . Yfe U b Yoe
实验二 高频谐振功率放大器
实验二 高频谐振功率放大器在通信系统中, 高频谐振功率放大电路，是无线电发射机的重要组成部分,它的主要功用是实现对高频已调波信号的功率放大, 然后经天线将其转化为电磁波辐射到空间,以实现用无线信道的方式完成信息的远距离传送。
所以研究高频功率放大器的主要任务是怎样以高效率输出最大的高频功率。
因此, 高频功放常采用效率较高的丙类工作状态, 即晶体管集电极电流导通时间小于输入信号半个周期的工作状态，导通角090≤θ。
虽然功率增益比甲类和乙类小，但效率η却比甲类和乙类高。
一般可达到80%。
同时, 为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量, 采用LC 谐振回路作为选频网络, 故称为高频谐振功率放大器，显然,谐振功放属于窄带功放电路。
一、实验目的1．掌握高频谐振功率放大器的电路结构特点、基本功能与工作原理。
2．掌握高频谐振功率放大器的调谐方法和掌握高频谐振功率放大器的调谐特性，负载特性以及激励电压、偏置电压、电源电压变化时对其工作状态的影响。
3.了解高频谐振功率放大器的主要性能指标意义，掌握测试方法。
学会电路设计方法。
二、实验设备与仪器高频实验箱 WYGP-3或GP-4 一台 双踪示波器 TDS-1002 一台 高频信号发生器 WY-1052 一台 频率特性测试仪 BT-3C 一台 万用表 一块三、实验任务与要求1、高频谐振功放的基本电路结构高频谐振功率放大器的电路构成，除电源电路外，主要由晶体管、输入激励电路、输出谐振回路三个部分组成，谐振功率放大器原理电路如图2-1所示。
图中b u 为输入交流信号，B E 是基极偏置电压，调整B E ，可改变放大器的导通角，以使放大 图2-1 谐振功率放大器的工作原理 器工作在导通角090≤θ丙类状态。
C E 是集电极电源电压。
集电极外接LC 并联谐振回路的功用是作放大器负载，实现滤波选频和阻抗匹配。
2、高频谐振功率放大器的工作原理与主要性能指标放大器工作时，设输入信号电压：t U u bm b ωcos =则加到晶体管基极,发射级的有效电压为: t U U U u u bm BB BB b BE ωcos +-=-= 由晶体管的转移特性曲线可知，如图2-2所示：当BZ BE U <u 时，管子截止，0=c i 。
高频电子线路课程设计：高频谐振功率放大器
课程名称：高频电子线路设计课题：高频谐振功率放大器系别：机电工程学院专业班级：电子信息工程学生姓名：指导教师：设计时间：2009/12/7 —2009/12/12高频谐振功率放大器设计者：指导教师：摘要：本电路主要由谐振回路、耦合回路、基极偏置电路三部分组成。
本电路主要应用于发射机的末级功率放大，突出特点为有较高的输出功率和效率。
关键词：高频；甲类功放；丙类功放；谐振引言：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，这是无线电发射机中的重要单元电路。
根据放大器中晶体管工作状态的不同或晶体管电流导通角θ的范围，可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型的功率放大器。
电流导通角越小，放大器的效率越高。
丙类放大器的导通角θ＜90%，效率η可达到80％，高频功率放大器一般选择在丙类工作状态。
本设计采用甲类功放输出的最大不失真信号作为激励源，丙类功放作为末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。
1设计任务与要求设计一个高频谐振功率放大器。
=3W ,工作中心频率f0≈6.5MHz ,效率η>50 % ，负技术要求：输出功率P载RL=50Ω,电源电压VCC=9V,2△f0.7=3.25MHz2方案设计与论证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。
根据放大器电流导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类及丁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＝180°，效率最高也只能达到50％，而丙类功放的θ＜90%，效率η可达到80％。
甲类放大器电流的流通角为180°，适用于小信号低功率放大。
乙类放大器导通角等于180°；丙类放大器导通角则小于180°。
乙类和丙类都适用于大功率工作。
丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。
高频功率放大器大多工作于丙类。
但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。
高频谐振功率放大器设计说明
课程设计任务具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、采用晶体管完成一个高频谐振功率放大器的设计2、电源电压V cc＝＋12V，采用NXO－100环形铁氧体磁芯，3、工作频率f0＝6MHz4、负载电阻R L＝ 75Ω时，输出功率P0≥100Mw，效率η>60％5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总时间安排：二十周一周，其中3天硬件设计，4天软、硬件调试及答辩。
指导老师签名年月日系主任（或责任老师）签名：年月日目录摘要 (I)1 高频功率放大器简介 (1)1.1 宽带功放 (1)1.2 丙类功率放大器. (4)2 单元电路的设计 (6)2.1 丙类功率放大器的设计 (6)2.2 甲类功率放大器的设计 (8)2.3 电路仿真 (9)3 电路的安装与调试 (10)4 课程设计心得体会 (12)参考文献 (14)附录1 (15)摘要高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大。
以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。
甲类放大器电流的流通角为360°，适用于小信号低功率放大。
乙类放大器电流的流通角约等于°；丙类放大器电流的流通角则小于180°。
乙类和丙类都适用于大功率工作。
丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。
高频功率放大器大多工作于丙类。
但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。
高频谐振功率放大器设计与仿真-visionouc
丙类谐振功率放大器模块
丙类谐振功率放大器原理图如图所示
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。 （5）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。
高频谐振功率放大器设计与仿真
指导老师：郑海永 小组成员：夏文杰 李潇 章磊
一、任务要求 二、设计思想 三、仿真过程与成品展示
1.1课程设计的任务
在无线电信号发射过程中，发射 机产生高频信号功率很小，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。
甲类 :电路中管子的导通时间是整 个信号周期,集电极电流导通角为 180度。
放大器的 工作状态
乙类 :集电极电流导通角为90度。
丙类 : 集电极电流导通角小于90度。
系统框图
信 号 输 入 信 号 输 出
两级 甲类 放大器
工作在 丙类状态的 谐振放大器
选择两级甲类放大器放大输入 电压，再由丙类放大器获得较高的功 率和效率，并由具有滤波作用的调谐 回路获得近似不失真的正弦波信号。
系统整体电路图
丙类谐振功率放大器
Pcb板的电路搭建
进行所有元件的封装与布局
进行布线
进行最后的收尾
Pcb板的焊接
碰到的问题和困难
1.软件的使用困难 2.前期准备不足带来的麻烦 3.Pcb板和元件购买的困难 4.焊接的难度和对工艺了解的不足
高频谐振功率放大器
偏置电路优化
设计合适的偏置电路，以稳定放大器 的工作状态，提高其可靠性。
散热设计优化
根据实际散热需求，设计合理的散热 结构和散热方式，以提高放大器的可 靠性。
自动校准与补偿
利用自动校准和补偿技术，对放大器 的性能进行实时监测和调整，以提高 其稳定性和可靠性。
05
高频谐振功率放大器的 应用实例
在通信系统中的应用
放大器设计的基本原则
高效性
放大器应具有高效率，以减少能源消耗和散 热需求。
线性度
放大器应保持信号的线性放大，避免非线性 失真。
稳定性
放大器应具有稳定的性能，避免自激振荡和 失真。
可靠性
放大器应具有较高的可靠性和稳定性，以满 足长期使用需求。
放大器设计的步骤与方法
确定技术指标
根据应用需求，确定放大器的技术指标，如 输出功率、工作频率、带宽等。
分析放大器在不同频率下的稳定性表现，通常通 过测试不同频率下的增益和相位变化来评估。
温度稳定性
分析放大器在不同温度下的稳定性表现，通常通 过测试不同温度下的增益和相位变化来评估。
3
电源稳定性
分析放大器在不同电源电压下的稳定性表现，通 常通过测试不同电源电压下的增益和相位变化来 评估。
04
高频谐振功率放大器的 设计与优化
输入级是放大器的起始部分， 负责接收微弱的高频信号并将 其放大。
输入级通常采用晶体管或场效 应管等有源器件，通过小信号 放大来提高信号的幅度。
输入级的电路设计需考虑信号 源内阻、输入信号的幅度和频 率等参数，以确保信号能够有 效地传递到输出级。
输出级
输出级是放大器的末级，负责将经过放大的高频信号输出。
01
02
高频谐振功率放大器设计
目录摘要 (1)1. 高频功率放大器的简介 (2)1.1高频功率放大器的分类及特点 (2)1.2高频功率放大器的三种工作状态 (3)1.3功率放大器的主要技术指标 (3)1.4 高频功率放大器的分析方法 (4)2 放大器电路分析 (4)2.1 谐振功放基本电路组成 (4)2.2 集电极电流余弦脉冲分解 (6)2.3 谐振功率放大器的动态特性 (7)2.3.1 谐振功放的三种工作状态 (7)2.3.2 谐振功率放大器的外部特性 (8)3单元电路的设计 (10)3.1丙类功率放大器的设计 (10)3.1.1放大器工作状态的确定 (10)3.1.2谐振回路和耦合回路参数计算 (11)3.2甲类功率放大器的设计 (12)3.2.1甲类功放的参数计算 (12)3.2.2静态工作点计算 (13)3.3 电路原理图及元器件清单表 (14)4. 电路的仿真 (15)5实物图及实物测试 (16)6.结果分析 (17)参考文献 (18)摘要高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，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，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。
由于高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。
本次课设报告先是对高频功率放大器有关理论知识作了一些简要的介绍，然后在性能指标分析基础上进行单元电路设计，最后设计出整体电路图，在软件中仿真验证是否达到技术要求，对仿真结果进行分析，最后总结课设体会。
关键词：甲类功放乙类功放谐振回路耦合回路工作状态1.高频功率放大器的简介通信电路中，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。
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课程设计任务具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、采用晶体管完成一个高频谐振功率放大器的设计2、电源电压V cc＝＋12V，采用NXO－100环形铁氧体磁芯，3、工作频率f0＝6MHz4、负载电阻R L＝75Ω时，输出功率P0≥100Mw，效率η>60％5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总时间安排：二十周一周，其中3天硬件设计，4天软、硬件调试及答辩。
指导老师签名年月日系主任（或责任老师）签名：年月日目录摘要 (I)1 高频功率放大器简介 (1)宽带功放 (1)丙类功率放大器. (4)2 单元电路的设计 (6)丙类功率放大器的设计 (6)甲类功率放大器的设计 (8)电路仿真 (9)3 电路的安装与调试 (10)4 课程设计心得体会 (12)参考文献 (14)附录1 (15)摘要高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大。
以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。
甲类放大器电流的流通角为360°，适用于小信号低功率放大。
乙类放大器电流的流通角约等于180°；丙类放大器电流的流通角则小于180°。
乙类和丙类都适用于大功率工作。
丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。
高频功率放大器大多工作于丙类。
但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。
由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。
高频功率放大器在很多领域和方面都有应用，并且涉及到很多方面的知识点，则在此次设计中我们可以掌握高频宽带功放与高频谐振功放的设计方法，电路调谐及测试技术；负载的变化及激励电压，基极偏置电压，集电极电压的变化对放大器工作状态的影响；了解寄生振荡引起的波形失真及消除寄生振荡的方法；并且可以了解并掌握仿真软件的应用。
关键词：高频谐振功率放大器谐振回路耦合回路工作状态AbstractThe high frequency power amplifier uses in transmitter's last stage, the function is carries on the high frequency modulated wave signal the power amplification. Satisfies the sending power the request, then radiates after the antenna it the space, guaranteed that the receiver may receive satisfaction in certain region the signal level, and does not disturb adjacent channel's correspondence. The high frequency power amplifier is in the communications system the transmitter installation important module. The amplifier may defer to the electric current breakover angle the difference, divides into the armor, the second grade, the third three kind of active status it. The Class A amplifier electric current's angle of flow for 360°, is suitable for the small signal low power enlargement. The class B amplifier electric current's angle of flow approximately is equal to 180°; The third kind of amplifier electric current's angle of flow is smaller than 180°. The class B and the third kind are suitable for the high efficiency work. The third kind of active status's output and the efficiency are in three kind of active statuses the highest. The high frequency power amplifier mostly works Yu Binglei. But the third kind of amplifier's current waveform distorts is too big, thus cannot use in the low frequency power amplification, can only use in using the tuning circuit to take the load the resonance power amplification. Because the tuning circuit has the filter capacity, the loop current and the voltage extremely nearly in the sinusoidal waveform, the distortion were still very small. The high frequency power amplifier has the application in many domains and the aspect, and involves to many aspect knowledge spots, we may grasp the high frequency wide band power amplifier and the high frequency resonant power amplifier design method in this design, the electric circuit harmonious and the test technology; Load change and excitation voltage, base electrode bias voltage, collector voltage change to amplifier active status influence; The understanding parasiteic oscillation causes the wave distortion and eliminates the parasiteic oscillation the method; And may understand and grasp simulation software's applicatio1高频功率放大器简介高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
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在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲类（导通角=360度）、乙类（导通角=180度）、甲乙类（导通角=180度~360度）。
宽带功放图1-2 宽带功放电路图静态工作点如图1-2所示，晶体管Q1组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态。
其中RB1、RB2为基极偏置电阻；RE1为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。
RF1为交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。
电路的静态工作点由下列关系式确定：()111E CQ E F EQ EQ R I R R I U ≈+=（公式1-1）式中，RF1一般为几欧至几十欧。
BQ CQ I I β=（公式1-2）V U U EQ BQ 7.0+= （公式1-3）甲类功放的负载特性如图1-2所示，甲类功率放大器的输出负载由丙类功放的输入阻抗决定,两级间通过变压器进行耦合，因此甲类功放的交流输出功率P0可表示为：B H P P η'=0 （公式1-4）式中，PH ′为输出负载上的实际功率，ηB 为变压器的传输效率，一般为ηB=~。
图1-3 甲类功放的负载特性图1-3为甲类功放的负载特性。
为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q 应选在交流负载线AB 的中点，此时集电极的负载电阻RH 称为最佳负载电阻。
集电极的输出功率PC 的表达式为：HCm Cm Cm C R u I u P 22121==（公式1-5）式中，ucm 为集电极输出的交流电压振幅，Icm 为交流电流的振幅，它们的表达式分别CESE CQ CC cm U R I U U --=1 （公式1-6) 式中，uCES 称为饱和压降，约1VCQcm I I ≈ （公式1-7) 如果变压器的初级线圈匝数为N1，次级线圈匝数为N2，则'21HHB R R N N η= （公式1-8)式中，RH ′为变压器次级接入的负载电阻，即下级丙类功放的输入阻抗。