高频lc谐振功率放大器的设计

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1、高频电子线路课程设计1高频LC谐振功率放大器原理1.1原理电路图1谐振功率放大器的基本电路图1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路。除电源和偏置电路外，它是由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成。高频功放中常采用平面工艺制造的NPN高频大功率晶体管，它能承受高电压和大电流，并有较高的特征频率。晶体管作为一个电流控制器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成基极电流iB，iB控制了较大的集电极电流iC，iC流过谐振回路产生高频功率输出，从而完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务。为了使高频功放以高效输出大功率，常选在丙类状态下工作，为了保证在丙类工作，基

2、极偏置电压应使晶体管工作在截止区，一般为负值，即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号，一般在0.5V以上，可达1到2V，甚至更大。晶体管的作用是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。线路特点：(1)LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。(2)电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高；基极负偏压（或零偏压）。关系式：(1)外部电路关系式：(2)晶体管的内部特性:16高频电子线路课程设计(3)（半）导通角：根据晶体管的转移特性曲线可得：即集电极的导通角是由输入回路决定的。必须强调指出：集电极电流ic虽然是脉冲状，

3、但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。1.2高频功率放大器的特性曲线图2谐振功率放大器的转移特性曲线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，使之一部分转变为交流信号功率输出去，另一部分功率以热能形式消耗在集电极上，成为集电极耗散功率。根据能量守衡定理：直流功率：输出交流功率：-回路两端的基频电压-基频电流-回路的负载阻抗图解分析法的步骤：16高频电子线路课程设计(1)测出晶体管的转移特性曲线及输出特性曲线，并将这两组曲线折线化处理；(2)作出不同工作状态下的动态特性曲线；(3)根据激励电压的大小在特性

4、曲线上画出对应输出电压和电流脉冲的波形；(4)分析功放的外部特性，即分析放大器的外部供电电压或负载的变化将如何影响输出电压、输出电流、输出功率、效率等指标的。晶体管的特性曲线及其特性方程：由图可见，在放大区，有转移特性方程：所以，集电极电流随激励而正向变化。在饱和区，集电极电流只受集电极电压的控制，而与基极电压无关。因此有临界线方程：在截止区，有方程：(当时)图3晶体管的输入和输出特性曲线谐振功率放大器的动态特性曲线（负载线）高频放大器的工作状态是由负载阻抗、激励电压、供电电压等4个参量决定的。　　如果,3个参变量不变，则放大器的工作状态就由负载电阻决定。此时

5、，放大器的电流、输出电压、功率、效率等随而变化的特性，就叫做放大器的负载特性。16高频电子线路课程设计　　所谓动态特性是和静态特性相对应而言的，在考虑了负载的反作用后，所获得的的关系曲线就叫做动态特性。图4功率及效率随负载变化的波形1.3功率放大器的三种工作状态在非线性谐振功率放大器中，常常根据集电极是否进入饱和区，将放大器的工作状态分为三种情况：(1)欠压工作状态：集电极最大点电流在临界线的右方(2)过压工作状态：集电极最大点电流进入临界线之左的饱和区(3)临界工作状态：欠压和过压状态的分界点，集电极最大点电流正好落在临界线上。1.4高频功率放大器的外部特性

6、高频放大器的负载阻抗、激励电压、供电电压、4个外部变量会影响放大器的工作状态、功率及效率等。　　对应的影响关系分别为：16高频电子线路课程设计RL欠压区过压区临界区Ic1IcoUc1PoRL欠压区过压区临界区PDPc图5高频功率放大器的负载特性UcmIcmlIcoUbm过压临界欠压O图6高频功率放大器的振幅特性图7高频功率放大器的调制特性2高频LC谐振功率放大器电路设计2.1实验电路参数计算主要技术指标：增益：A>=60db负载电阻：200欧姆中心频率：15MHz通频带宽：300KHz2.2高频LC谐振功率放大器设计电路16高频电子线路课程设计图8功率放大器设

7、计电路图34电路仿真图16高频电子线路课程设计3.3.2负载特性当负载电阻为1KΩ时，电路处于欠压状态：图9输入电压及直流电流图10输出电压当负载电阻为2KΩ时，电路处于临界状态：16高频电子线路课程设计图11输入电压及直流电流图12输出电压当负载电阻为3KΩ时，电路处于过压状态：16高频电子线路课程设计图13输入电压及直流电流图14输出电压3.3.3输入电压改变时对电路的影响当输入电压为100mV时电路处于欠压状态：16高频电子线路课程设计图15集电极直流电流图16输出电压当输入电压为750mV时电路处于临界状态：16高频电子线路课程设计图17集电极直流电流

8、图18输出电压当输入电压为900mV时