高频LC谐振功率放大器性能研究

谐振功率放大器实验 121180166 赵琛

高频谐振功率放大器实验

121180166 赵琛

1、实验目的

1. 进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。 2. 掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。

3. 掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。 4. 掌握测量丙类功放输出功率，效率的方法。 二、实验使用仪器

1. 丙类谐振功率放大器实验板 2. 200MH泰克双踪示波器 3. FLUKE万用表 4. 高频信号源

5. 扫频频谱仪（安泰信） 6 . 高频毫伏表 三、实验基本原理与电路 1.高频谐振功率放大器原理电路

高频谐振功率放大器是一种能量转换器件，它可以将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，其作用是放大信号，使之达到足够的功率输出，以满足天线发射和其它负载的要求。

高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。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η最高为50％，而丙类功放的θ＜90°，效率η可达到80％。谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为

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课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 电信0705 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目 五：高频谐振功率放大器设计 初始条件：

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Vcc ＝ ＋12V，采用NXO－100环形铁氧体磁芯， 3、工作频率f0＝6MHz

4、负载电阻RL ＝ 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、调试及设计总结）。

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。

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

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目 录

1 PROTEUS简介 ........

武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书

1.原理说明

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。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。

高频功率放大器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。

1.1高频功放的主要技术指标

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?2

毕业论文

题目：高频谐振功率放大器的设计

学院：物理与电子工程学院

专业：电子信息工程

毕业年限：2013年6月

学生姓名：xxx

学号：200972020309

指导教师：xxx

高频谐振功率放大器的设计

高频谐振功率放大器的设计

姓名：xxx 指导老师：xxx

届别：2013届专业：电子信息工程

班级：09级电子3班学号：xxxxxxxxxxxx

摘要

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。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。本次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。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，再设计出整体电路图，而后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，最后实物焊接调试并总结。

关键词：甲类功放;丙类功放;谐振回路;工作状态;仿真

西北师范大学学士学位论文

Abstract

Use as a frequency selecti

实验三高频丙类谐振功率放大器实验

一、 实验目的

1. 进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。 2. 掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。

3. 掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。 4. 掌握测量丙类功放输出功率，效率的方法。 二、实验使用仪器

1. 丙类谐振功率放大器实验板 2. 200MH泰克双踪示波器 3. FLUKE万用表 4. 高频信号源 5. 扫频仪（安泰信） 三、实验基本原理与电路 1.高频谐振功率放大器原理电路

高频谐振功率放大器是一种能量转换器件，它可以将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。高频谐振功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，其作用是放大信号，使之达到足够的功率输出，以满足天线发射和其它负载的要求。

高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。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η最高为50％，而丙类功放的θ＜90°，效率η可达到80％。谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。高频谐振功率放大器原理电路如图3-1。

图中ub为输入交流信号，EB是基极偏置

课 题：

4.1 概述

4.2 谐振功率放大器的工作原理 教学目的：

1.了解高频功率放大器的基本概念和类型 2.掌握高频谐振功率放大器的特点 3.掌握高频谐振功率放大器的工作原理 教学重点：

高频功率放大器的基本概念和类型 高频谐振功率放大器的特点 教学难点：

高频谐振功率放大器的工作原理 教学方法：

讲授 课 时：

2学时 教学进程

单元四 功率放大器概述及电路

4.1 概述

顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率,常又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。

一、高频放大器的分类

根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。

1. 窄带型高频功率放大器

通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。

为了提高效率，谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态，近年来出现了工作在开关状态的丁类状态的谐振功率放大器。

2. 宽带型高频功率放大器 采用传输线变压器作负载。

传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。 二、谐振功率

很好

一、宽带高频功率放大器引入

1、 发展趋势：科学技术的发展，在移动式通讯机、电视差转机等电子设备中，工作频率的宽

度越来越宽，也就是频率的变化越来越丰富。比如视频上网等，这时丙类谐振功放这种窄带放大器就不适用了，必须有种电路能在宽波段工作范围内采用自动调谐技术，迅速转换工作频率。

2、 与窄带高频功放的比较：

窄带：以LC谐振回路为负载，起相对频带宽度比较小，适用于固定频率或频率变化小的信号放大。工作在丙类、丁类等工作状态。

宽带：以非调谐式宽带电路作为输出匹配网络，不需要调谐回路，适用于多频道通信系统和相对频带宽度宽的高频设备中。一般工作甲类、或乙类推挽状态。

3、特点：工作效率低（20%），以低效率换取宽频带，适用中、小功率级。，对于大功率设备来说，可以采用宽带功放作为推动级。 4、分类：

普通变压器：采用高频磁芯，可工作到短波波段（几兆赫兹） 传输线变压器：可扩展到几百兆赫兹甚至上千兆赫兹。 二、传输线变压器概述 1、低频变压器的特点：

很好

相对频带比较宽，从几千赫兹到一万多赫兹，高低端频率之比可达几百甚至上千。对于理想变压器来说，传输能量应和频率无关，即通频带应是无限宽，但事实上由于漏感、分布电容以及磁芯的高频损耗等，普通变压器的工作频率提高和带

很好

一、宽带高频功率放大器引入

1、 发展趋势：科学技术的发展，在移动式通讯机、电视差转机等电子设备中，工作频率的宽

度越来越宽，也就是频率的变化越来越丰富。比如视频上网等，这时丙类谐振功放这种窄带放大器就不适用了，必须有种电路能在宽波段工作范围内采用自动调谐技术，迅速转换工作频率。

2、 与窄带高频功放的比较：

窄带：以LC谐振回路为负载，起相对频带宽度比较小，适用于固定频率或频率变化小的信号放大。工作在丙类、丁类等工作状态。

宽带：以非调谐式宽带电路作为输出匹配网络，不需要调谐回路，适用于多频道通信系统和相对频带宽度宽的高频设备中。一般工作甲类、或乙类推挽状态。

3、特点：工作效率低（20%），以低效率换取宽频带，适用中、小功率级。，对于大功率设备来说，可以采用宽带功放作为推动级。 4、分类：

普通变压器：采用高频磁芯，可工作到短波波段（几兆赫兹） 传输线变压器：可扩展到几百兆赫兹甚至上千兆赫兹。 二、传输线变压器概述 1、低频变压器的特点：

很好

相对频带比较宽，从几千赫兹到一万多赫兹，高低端频率之比可达几百甚至上千。对于理想变压器来说，传输能量应和频率无关，即通频带应是无限宽，但事实上由于漏感、分布电容以及磁芯的高频损耗等，普通变压器的工作频率提高和带

高频功率放大器的功率合成技术

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第3 章功率合成技术

qp

高频功率放大器的功率合成技术

3.1 传输线变压器

3.1.1 基本工作原理

传输线变压器（TransmissionLine Transformer）是将传输线绕在高导磁率、低损耗的磁心上构成的。传输线可以是同轴电缆、带状传输线或双绞线，磁心可采用镍锌高磁导率（μ=100~400）的铁氧体制成。图3-1(a)为含有传输线变压器的宽带功率放大器。

高频功率放大器的功率合成技术

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RRL

CC

(a)

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(b)

图3-1 含传输线变压器的宽带功率放大器

(a) 放大电路；(b) 等效电路

高频功率放大器的功率合成技术

放大器输出端通过特性阻抗为Zc的传输线变压器接负载RL。信号从传输线的输入端1 和3 传送到终端2 和4，这与传输线传输能量的情况完全相同，如图3-1(b)所示。设传输线输入端电压为

&&&、电流为I1，输出端电压为UU12

、电流为

&I2

实验三 高频丙类谐振功率放大器实验

一、 实验目的

1. 进一步掌握高频丙类谐振功率放大器的工作原理。 2. 掌握丙类谐振功率放大器的调谐特性和负载特性。

3. 掌握激励电压、集电极电源电压及负载变化对放大器工作状态的影响。 4. 掌握测量丙类功放输出功率，效率的方法。 二、实验使用仪器

1. 丙类谐振功率放大器实验板 2. 200MH泰克双踪示波器 3. FLUKE万用表 4. 高频信号源 5. 扫频仪（安泰信） 三、实验基本原理与电路 1.高频谐振功率放大器原理电路

高频谐振功率放大器研究的主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。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η最高为50％，而丙类功放的θ＜90°，效率η可达到80％。谐振功率放大器采用丙类功率放大器，采用选频网络作为负载回路的丙类功率放大器称为高频谐振功率放大器。

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高频谐振功率放大器电压和电流关系

在集电极电路中，LC振荡回路得到的高频功率为

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