通信电子电路课程设计.docx
- 文档编号:5967606
- 上传时间:2023-01-02
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:690.97KB
通信电子电路课程设计.docx
《通信电子电路课程设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《通信电子电路课程设计.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
通信电子电路课程设计
河南理工大学
通信电子电路课程设计报告
设计课题:
高频调谐功率放大器
专业班级:
通信1107
学生姓名:
魏坤
学号:
311109020726
指导教师:
李亚
设计时间:
2014年6月26号
[摘要]
在通信电路中,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。
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。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的主要组件,用于发射机地末端。
本课程设计的高频功率放大器电路是丙类谐振功率放大器。
通过给定的技术指标要求确定丙类谐振功率放大器设计的工作状态和计算出电路中各器件参数,从而设计出完整高频功率放大器电路,再利用电子设计软件Protel设计电路。
[关键字]调谐放大器集电极槽路工作状态负载特性
1、调谐放大器的工作原理
Ec、Eb为集电极和基极的直流电源。
输入信号经变压器T1耦合到晶体管基-射极,这个信号也叫激励信号。
L、C组成并联谐振回路,作为集电极负载,这个回路也叫槽路。
谐振功率放大器的基本电路
调谐功率放大器采用的是反向偏置,在静态时,管子处于截止状态。
折线法分析非线性电路电流电压波形
通常把集电极电流导通时间相对应角度的一半称为集电极电流的导通角,用符号θ表示,当θ=180
时,表明管子整个周期全导通,叫做放大器工作在甲类,适用于小信号低功率放大;当
时,表明管子半个周期导通,叫做放大器工作在乙类;当
时,表明管子导通不到半个周期,放大器工作在丙类,高频功率放大器大多工作在丙类。
在转移特性的放大区
假设输入信号
,则加到晶体管基-射极的电压为
,晶体管导通范围内集电极电流ic的表达式
根据导通角的定义,当
时,
即
1.1集电极余弦电流脉冲分析
在丙类工作状态下θ<90°。
当t=0时,
为最大值,用
表示,则
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。
可以将电流分解为
其中,直流分量幅值
n次谐波分量幅值
n称作余弦脉冲分解系数,它们是导通角的函数。
余弦脉冲分解系数曲线
从曲线可以看出:
谐波次数越高其振幅值越小;对某一次谐波而言,总有一个相应的值θ可使振幅为最大值,根据导通角就可以求出各次谐波的分解系数
。
集电极效率
其中直流电源供给功率
集电极交流输出功率
1.2槽路
在调谐功率放大器中,槽路是调谐在信号基波频率的,槽路对基波有最大的阻抗,并且表现为纯电阻性,而对于其他谐波,其阻抗要小得多,所以,槽路电压基本上是一个正弦波,这样虽然集电极电流是余弦脉冲,但借助于槽路的选频作用,仍可获得基本正弦的电压输出。
PL——负载功率,RL所吸收的功率;
PT——槽路损耗功率,槽路空载电阻R0所吸收的功率。
T取决于槽路的空载和有载品质因数。
由于受到槽路元件质量的限制,Q0一般几十到几百。
QL也不能太小,否则槽路滤波效果太差,输出波形不好,一般QL=5~10。
综上所述,为了尽可能利用小功率容量的管子和电源,输出较大的功率,应力求T和T高。
C高要适当选取,电压利用系数尽可能大;T高,要求槽路空载品质因数Q0大,即应选用低损耗的电感和电容元件。
2、调谐功率放大器的工作状态分析
2.1调谐功率放大器的动态特性
调谐功率放大器的动态特性是晶体管内部特性和外部特性结合起来的特性。
晶体管内部特性是在无载情况下,晶体管的输出特性和转移特性,晶体管外部特性是在有载情况下,晶体管输入,输出电压(
)同时变化时,
与
,
特性。
调谐放大器的动态特性
2.2 功率放大器的负载特性
负载特性是指谐振功率放大器当Ec、Eb和Ubm不变时,放大器中各个电流、电压、功率和效率与晶体管等效负载电阻Rc之间的变化关系。
电压、电流随负载变化波形如图所示。
不同负载电阻时的动态特性
上图表示在三种不同负载Rc时,做出的三条不同动态特性曲线QA1,QA2,QA3A3'。
其中QA1对应于欠压状态,QA2对应于临界状态,QA3A3'对应于过压状态。
QA1相对应的负载电阻Rc较小,Ucm也较小,集电极电流波形是余弦脉冲。
随着Rc增加,动态负载线的斜率逐渐减小,Ucm逐渐增大,放大器工作状态由欠压到临界,此时电流波形仍为余弦脉冲,只是幅值比欠压时略小。
当RC继续增大,Ucm进一步增大,放大器进入过压工作状态,此时动态负载线QA3与饱和线相交,此后电流
随
沿饱和线下降到A3’,。
电流波形下凹,呈马鞍形。
放大器的负载特性曲线
欠压状态的功率和效率都比较低,集电极耗散功率也较大,输出电压随负载阻抗变化而变化,因此较少采用。
但晶体管基极调幅,需采用这种工作状态。
过压状态的优点是,当负载阻抗变化时,输出电压比较平稳且幅值较大,在弱过压时,效率可达最高,但输出功率有所下降,发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。
2.3放大器工作状态的调整
2.3.1
变化对放大器工作状态的影响——集电极调制特性
集电极调制特性是指当Eb、Ubm、Rc保持恒定,放大器的性能随集电极电压Ec变化的特性。
变化时对工作状态的影响
集电极调制特性
由于只有在过压状态,Ec对Ucm才能有较大的控制作用,所以集电极调幅工作在过压状态。
2.3.2
变化对放大器工作状态的影响——基极调制特性
基极调制特性是指当Ec、Ubm、Rc保持恒定,放大器的性能随基极偏置电压Eb变化的特性。
由于只有在欠压状态,Eb对Ucm才能有较大的控制作用,所以基极调幅工作在欠压状态。
2.4高频LC谐振功率放大器电路设计
2.4.1设计任务要求
设计一高频功率放大器,要求的技术指标为:
输出功率Po≥125mW,工作中心频率fo=6MHz,η>75%.
已知:
电源供电为12V,负载电阻,RL=50Ω,晶体管用2N2219,其主要参数:
Pc=0.125W,Icm=0.8A,Vces=1.5V,ft=70MHz,hfe≥10,功率增益Ap≥13dB(20倍)。
2.4.2实验电路参数计算
丙类高频调谐功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。
因欠压状态效率低,而过压状态严重失真,谐波分量大,为尽可能兼顾输出大功率、高效率,一般选用临界状态c=70o。
在晶体管功率放大器中,可以通过改变激励电压、基极偏压、集电极负载、集电极直流供电电压来改变放大器的工作状态。
功率放大器集电极的等效电阻为:
集电极基波电流振幅为:
95mA
集电极电流脉冲的最大振幅为:
216mA
集电极电流脉冲的直流分量为:
电源提供的直流功率为:
集电极的耗散功率为:
PC=PD−Pο=0.65−0.125=0.525w
集电极的效率为:
=ο/PD=80%
满足设计要求
2.4.3高频LC谐振功率放大器设计电路
丙类功放原理图
总体电路图设计
在谐振功放中,为了提高效率,都在丙类工作状态,或者工作在更高效率的丁类和戊类。
在这种情况下,功率管集电极电流为严重失真的脉冲序列波形或周期性的开关波形。
为实现不失真放大,必须限定输入信号为单一频率的高频正弦波(即载波信号)或者在高频附近占有很窄频带的已调波信号。
在这种信号作用下,功率管集电极电流波形为接近余弦的脉冲序列,用傅氏级数将它分解为平均分量,基波分量和各次谐波分量之和,输出滤波匹配网络取出基本波分量,滤除其它无用分量,就能在负载上获得不失真的输出信号。
同理,在功率管输入端,基极电流也是失真脉冲序列,通过输入匹配滤波网络的滤波作用,加到功率管输入端的为不失真的信号电压。
与非谐振功放一样,在特定的偏置条件下,对应于特定大小的输入信号,功率管有一最佳负载,这时,谐振功放的输出功率最大,效率也较高。
因此滤波匹配网络除了滤波作用外,还起到匹配作用,即将输出负载(往往是非电阻性负载)变换为功率管所需的最佳负载。
总之,谐振功放是在限定输入信号波形的情况下,通过滤波匹配网络,使输出负载上得到所需的不失真功率。
心得体会
这次课程设计选题花费了我大量时间,最终确定课程设计题目是高频放大器,因为对这方面内容比较熟悉。
通过设计高频调谐功率放大器,进一步将理论转化成实践,并在实践中检验理论。
本次课程设计,是设计一个丙类谐振功率放大器。
通过分析最大输出功率与输出阻抗的关系从而确定匹配网络,进而确定电路中的各个参数,从而设计出丙类谐振放大器的电路图。
这次课程设计对调谐功率放大器的工作原理有了充分的认识,对放大器工作的动态特性,负载特性,工作状态有了一定的了解。
复习了对高频功率放大器的设计方法,并且对高频谐振功率放大器的调谐和主要技术指标的测量方法有了新的认识,使我受益匪浅。
本次课设的最大收获是锻炼了我的独立思考能力,由于参数的计算比较复杂,需要自己独立思考各个参数的意义和各个参数之间的联系,这就要求我在设计过程中认真思考,绝不能马虎,否则算出来的课程是错误答案,直接影响到最终的结果。
参考文献
•[1]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社.
•[2]王尧.电子线路实验.南京:
东南大学出版社.
•[3]曾兴雯.高频电路原理与分析.西安:
西安电子科技大学出版社.
•[4]刘泉.通信电子线路.武汉理工大学出版社,2005.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通信 电子电路 课程设计