长江学院课程设计报告
课程设计题目：高频功率放大器
姓 名： 蔡国庆 学号： 08314101
其他小组成员: 陈嘉 学号： 08314102
其他小组成员: 张显龙 学号： 08314135
其他小组成员: 张显龙 学号： 08314135
其他小组成员: 张显龙 学号： 08314135
专 业： 电子信息工程
班 级： 083141
指导 教师： 徐 坚
20##年 12月 23日
摘 要
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由两极功率放大器组成，第一级为甲类功率放大器，第二级为丙类谐振功率放大器。分别对甲类功率放大器和丙类谐振功率放大器设计，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和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multisim对电路仿真。
关键词：甲类功率放大器、丙类功率放大器、multisim仿真。
目 录
1 设计要求............................................................................................................................. 1
1.1 已知条件..................................................................................................................... 1
1.2 主要技术参数............................................................................................................. 1
1.3 具体要求..................................................................................................................... 1
2 原理分析............................................................................................................................. 2
3 电路设计............................................................................................................................. 3
3.1 电路概要设计............................................................................................................. 3
3.2 丙类功率放大器设计................................................................................................. 3
3.2.1 放大器的工作状态............................................................................................ 3
3.2.2 谐振回路及耦合回路的参数............................................................................ 4
3.2.3 基极偏置电路参数计算.................................................................................... 5
3.3 甲类功率放大器设计................................................................................................. 5
3.3.1 电流性能参数.................................................................................................... 5
3.3.2 静态工作点........................................................................................................ 5
4 高频功率放大器完整电路图........................................................................................... 7
5 电路仿真............................................................................................................................. 8
6 设计心得........................................................................................................................... 10
参考文献......................................................................................................................... 11
1 设计要求
1.1 已知条件
+VCC=+12V,晶体管3DG130的主要参数为PCM=700mW，ICM=300mA，VCES≤0.6V，hfe≥30，fT≥150MHz，放大器功率增益AP≥6dB。晶体管3DA1的主要参数为PCM=1W，ICM=750mA， VCES≥1.5V,hfe≥10,fT=70MHz,AP≥13dB。
1.2 主要技术参数
输出功率P0≥500mW，工作中心频率f0≈5MHz，效率η＞50%，负载RL=50Ω。
1.3 具体要求
分析高频功率放大器原理，通过给定的技术指标要求确定甲类功率放大器和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，利用电子设计工具软件multisim对电路进行仿真测试，分析电路的特性。
2 原理分析
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。
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组成部分。根据放大器电流导通角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最高也只能达到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。图1为丙类谐振功率放大器。
图 1 丙类谐振功率放大器
3 电路设计
3.1 电路概要设计
本课程设计的高频功率放大器由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路，其中VT1 组成甲类功率放大器，晶体管VT2 组成丙类谐振功率放大器。从输出功率P0≥500mW来看，末级功放可以采用甲类或乙类或丙类功率放大器，但要求总效率η＞50%，显然不能只用一级甲类功放，但可以只用一级丙类功放。本课程设计采用的电路甲类功放选用晶体管3DG130,丙类功放选用3DA1。首先设计丙类功率放大器，再设计甲类功率放大器。
3.2 丙类功率放大器设计
3.2.1 放大器的工作状态
为获得较高的效率η及最大输出功率P0。放大器的工作状态选为临界状态，取
，得谐振回路的最佳负载电阻Re为 
，集电极基波电流振幅
为 
，集电极电流脉冲的最大值Icm及其直流分量Ic0，即 Icm= Ic1m / α1（
）=216mA， Ic0= Icm ·α0（）=54mA。
电源供给的直流功率PD为： PD=VCCIc0=0.65W。
集电极的耗散功率PC'为： PC'=PD-P0=0.15W。
放大器的转换效率η为：η=P0/PD=77%。
若设本级功率增益AP=13dB（20倍），输入功率Pi为Pi=P0/AP=25mW，基极余弦脉冲电流的最大值为Ibm（设晶体管3DA1的直流β=10）Ibm=Icm/β=21.6mA，基极基波电流的振幅Ib1m 为Ib1m=Ib1mα1()=9.5mA，输入电压的振幅Vbm为 
。
3.2.2 谐振回路及耦合回路的参数
在谐振功率放大器中，为满足结它的输出功率和效率的要求，并有较高的功率增益，除正选择放大器的工作状态外，还必须正确设计输入和输出匹配网络，输入和输出匹配网络在谐振功率放大器中的连接情况如图2所示。无论是输入匹配网络还是输出匹配网络，它们都具有传输有用信号的作用，故又称为耦合电路。对于输出匹配网络，在求它具有滤波和阻抗变换功能，即滤除各次分量，使负载上只有基波电压；将外接负载RL 变换成谐振功放所要求的负载电阻R，以保证放大器输出所需的功率。因此，匹配网络也称滤波匹配网络。对于输入匹配网络，要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级信号源获得尽可能大的激励功率。
图 2丙类谐振功率放大器的匹配网络
丙类功放的输入输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗|Zi|可计算， 
，输出变压器线圈匝数比为，
，取N3=2,N1=3。若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为
。
若采用的
的NXO-100铁氧体磁环来绕制输出耦合变压器，可以计算变压器一次线圈的总匝数N2，即由
可得N2≈8。需要指出的是，变压器的匝数N1、N2、N3的计算值只能作为参考值，由于电路高频工作时分布参数的影响，与设计值可能相差较大。为调整方便，通常采用磁心位置可调节的高频变压器。
3.2.3 基极偏置电路参数计算
基极直流偏置电压VB为 
。
射极电阻RE2为 RE2=|VB|/ICO=20Ω。
取高频旁路电容CE2=0.01μF。
3.3 甲类功率放大器设计
3.3.1 电流性能参数
由丙类功率放大器的计算结果可得甲类功率放大器的输出功率PO'应等于丙类功放的输入功率Pi，输出负载Re'应等于丙类功放的输入阻抗|Zi|，即PO'=Pi=25mW,Re'=|Zi|=86Ω。集电极的输出功率P0为(若取变压器效率ηT=0.8) P0=PO'/ηT≈31mW。
若取放大器的静态电流ICQ=Icm=7mA，得集电极电压的振幅Vcm及最佳负载电阻Re分别为 Vcm=2P0/Icm=8.9V， 
。
因射极直流负反馈电阻RE1为 
，取标称值360Ω，得输出变压器匝数比为 
，若取二次侧匝数N2=2，则一次侧匝数N1=6。
本级功放采用3DG12晶体管，设β=30，若取功率增益AP=13dB（20倍），则输入功率Pi为 Pi=P0/AP=1.55mW，得放大器的输入阻抗Ri为Ri≈rb'b+βR3=25Ω+30×R3
若取交流负反馈电阻R3=10Ω则Ri=335Ω，得本级输入电压的振幅Vim为
。
3.3.2 静态工作点
由上述计算结果得到静态时(Vi=0)晶体管的射极电位VEQ为VEQ=ICQRE1=2.5V，则VBQ=VEQ+0.7V=3.2V，IBQ=ICQ/β=0.23mA，若取基极偏置电路的电流I1=5IBQ，则R2=VBQ/5IBQ=2.8kΩ，取标称值3kΩ。
在实验时可以调整时取R1=5.1kΩ+10kΩ电位器。取高频旁路电容CE1=0.022μF，输入耦合电容C1=0.02μF。
高频电路的电源去耦滤波网络通常采用π形C1=0.002μFLC低通滤波器，L10,L20可按经验取50~100μH，C10，C11，C20，C21按经验取0.01μF。L10,L20可以采用色码电感，也可以用环形磁心绕制。
4 高频功率放大器完整电路图
将上述设计计算的元件参数按照图所示电路进行安装，然后再逐级进行调整。最好是安装一级调整一级，然后两级进行级联。所示可先安装第一级甲类功率放大器，并测量调整静态工作点使其基本满足设计要求，如测得VBQ=2.8V,VEQ=2.2V，则ICQ=6mA。再安装第二级丙类功率放大器。测得晶体管3DA1的静态时基极偏置VBE=0。
图所示3为完整的高频功率放大器电路图。第一级为甲类功率放大器，第二级为丙类谐振功率放大器。
图 3完整的高频功率放大器电路图
5 电路仿真
利用电子设计软件multisim对电路仿真，根据图3高频功率放大器电路图在软件multisim中绘制出仿真电路图，如图4所示。
图 4高频功率放大器仿真电路图
对电路进行仿真测试高频放大器的放大效果，在输入端输入1KHZ的正弦波信号，由仿真电路图在仿真示波器选择B通道观察输入的1KHZ的正弦波信号，如图5所示，输入电压Vi=326mV。
图 5 1KHZ的正弦波信号
再观察仿真示波器A通道的波形，即经高频功率放大器放大的信号波形，如图6所示，由仿真示波器可得输出电压Vo=2.282V。放大增益A=Vo/Vi=2282mV/326mV =7, 20LgA=20Lg7=16.9dB,故由Multism仿真测得设计的高频功率放大器的电压放大增益Av=16.9dB。
图 6高频功率放大器放大后的信号
6 设计心得
高频功率放大器是通信系统中发送装置的主要组件,经过一周的对高频功率放大器电路的设计使我对高频电路课程有了更深一步的了解，课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。此次的高频课设，不仅让我加深了对电子电路理论知识的理解，还加强和同学交流沟通的能力，在设计电路时和同组成员共同讨论解决问题，同时设计出的电路经过Multisim软件仿真达到预期的放大效果，不仅让小组所有成员共同获得努力后成功的欣喜，而且了解了Multism软件的使用。种种在此次学习到的知识或是能力必将有用于之后的学习或是将来的工作，这也是此次课程设计的目的所在。
参考文献
谢嘉奎，2000，《电子线路 非线性部分(第四版)》[M]。北京：高等教育出版社。
http://wenku.baidu.com/view/9c003a3610661ed9ad51f32a.html （20##年12月20日读取）。
课程设计评分表
学生姓名：蔡国庆 班级：08电子信息工程1班 学号：08314101
课程设计题目：高频功率放大器
第二篇：模电课程设计报告《OCL功率放大器设计》1
电子信息工程专业
模电课程设计报告
班 级 09级通信3班
学 号 09022030xx
姓 名 x x
设计时间 2011.05.20--06.01_ __
指导老师 x x x
华侨大学厦门工学院
20##年05月29日
前言
摘要: 放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是，功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，因此功率放大电路包含这一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题，这些问题是：
(1）要求输出功率尽可能大
为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。
（2）效率更高
由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。
（3）非线性失真小
功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同。例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得很重要，而在工业系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。
(4)功率器件的散热问题
在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题了。
此外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。
OCL功率放大器是一种一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽，保真度高，动态特性好及易于集成化等特点。OCL是英文Output Capacitor Less 的缩写，意为无输出电容。采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL功放电路也是定压式输出电路，为钏电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。性能优良的集成功率放大器给电子电路功放级的调试带来了极大地方便。为了培养学生的设计能力，本课题主要采用分立元件电路进行设计。
一、课程设计目的、任务与要求
1、设计目的：
①．掌握电子系统的一般设计方法
②．掌握模拟电路器件的应用
③．培养综合应用所学知识来指导实践的能力
④．掌握常用元器件的识别和测试
⑤．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法
2、设计指标
①．采用全部或部分分立元件设计一种OCL音频功率放大器；
②．额定输出功率
；
③．负载阻抗
；
④．失真度
；
⑤．设计放大器所需的±15V的直流稳压电源。
3、设计要求
①．画出电路原理图（或仿真电路图）；
②．元器件及参数选择；
③．电路的仿真与调试；
分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。
4、制作要求：
①．业余制作手绘电路图，或用Protel绘制；
②．根据电路原理图中所用的元件形状和印刷板面积的大小合理安排元件的密度和各元件的位置。确定元件位置应按照先大后小、先整体后局部的原则进行，使电路中相邻元件就近放置，排列整齐均匀。
③．各元件之间的连接导线在拐弯处和两线相交处不能拐直角，须用曲线过渡，也不能相互交叉和迂回太远。有些导线实在做不到这一点时，可以考虑在印刷板的反面印制导线，再用穿钉与正面电路连接，或在焊接元件时另外用绝缘导线连接。
④．输入部分和输出部分距离远一些为好，以免互相干扰。
5、制作流程：
①．原稿制作（喷墨【硫酸纸】、激光【硫酸纸/透明菲林】、 光绘非林）
②．曝光 (曝光机60～180秒；太阳光5-10分钟；日光灯8-10分钟)
③．显像 （专用显像剂）
④．蚀刻 （三氯化铁）
⑥钻孔 （小电钻）
v 热转印法制板基本流程：
①．用protel或PowerPCB直接画PCB图（不会PROTEL、PowerPCB的，也可以用Windows的画笔程序），以备打印。画出您所需要的印刷电路板图
②．将图打印到热转印纸(比如:不干胶贴纸的光滑底衬纸) ;打印出来后仔细观察，检查是否有断线的地方。
③．将打印好PCB的转印纸平铺在覆铜板上，准备转印 ;
④．将热转印纸上的碳粉通过热转印机转印到敷铜板上;(也可用很热的电熨斗加温----约140～170℃之间，加压将转印纸上黑色塑料粉压在覆铜板上形成高精度的抗腐层，等温度稍低后再慢慢将转印纸揭下来 )
⑤．将敷铜板放入三氯化铁腐蚀液进行腐蚀;（注意不要腐蚀过度）
⑥．用清洗剂清洗电路板上的黑色碳粉;
⑦．用打孔机在电路板打孔。
6、焊接
焊点：圆滑光亮、无气孔、无尖角、无拖尾；大小一致；焊料适当，使焊锡充布焊盘，不堆锡，更不能粘连，焊接时时间不宜超过3s，防止损坏元件；焊接CMOS器件时应使用防静电烙铁，防止将其极性击穿。当元件焊错后需要拆器件时要特别注意焊板上的铜片，一旦铜片脱落，就会在电路的连接上造成困难。
7、OCL功率放大器各单元具体电路设计。总体方案分解成若干子系统或单元电路，逐个设计，计算电路元件参数；分析工作性能。
8、完成整体电路设计及论证。
9、编写设计报告
写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
二、总体方案设计
1、设计思路
功率放大器的作用是给负载Rl提供一定的输出功率，当Rl一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，且效率尽可能高。
由于OCL电路采用直接耦合方式，为了保证工作稳定，必须采用有效措施抑制零点漂移，为了获得足够大的输出功率驱动负载工作，故需要有足够高的电压放大倍数。因此，性能良好的OCL功率放大器应由输入级，推动级和输出机等部分组成。如下图所示：
2、OCL功放各级的作用和电路结构特征
（1）输入级：主要作用是抑制零点漂移，保证电路工作稳定，同时对前级（音调控制级）送来的信号作用低失真，低噪声放大。为此，采用带恒流源的，由复合管组成的差动放大电路，且设置的静态偏置电流较小。
（2）推动级作用是获得足够高的电压放大倍数，以及为输出级提供足够大的驱动电流，为此，可采带集电极有源负载的共射放大电路，其静态偏置电流比输入级要大。
（3）输出级的作用是给负载提供足够大的输出信号功率，可采用有复合管构成的甲乙类互补对称功放或准互补功放电路。
此外，还应考虑为稳定静态工作点须设置交流负反馈电路，为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路，以及过流保护电路等。电路设计时各级应设置合适的静态工作点，在组装完毕后须进行静态和动态测试，在波形不失真的情况下，使输出功率最大。动态测试时，要注意消振和接好保险丝，以防损坏元器件。
三、功放部分电路计算简介
①．确定电源电压
②．末级功放管的选取
③．复合管的选取
功放原理图如下：
④．电阻R6-R11的估算
R7,R8用来减小复合管的穿透电流,其值太小会影响复合管的稳定性,太 大又会影响输出功率,一般取R7=R8=(5--10)Ri2。Ri2为V2管输入端的等效输入电阻，其大小为Ri2=r
+（1+β）R10（大功率管的 r约为10欧）输出管V2，V4的发射极电阻R10，R11用于获得电流负反馈作用，使电路工作更加稳定，一般取R10=R11=（0.05—0.1）R
。
由于V1，V3管的类型不同，接法也不一样，因此两管的输入阻抗不一样，会使加到V1，V3的基极输入端的信号不对称。为此，加R6，R9作为平衡电阻，使两管的输入电阻相等。
⑤． 确定偏置电路
为了克服交越失真，二极管V8，V9和R7，R8共同组成输出级的偏置电路，以使输出级工作于甲乙类状态。其中V8，V9选择与复合管V4，V5相同材料的硅二极管，可获得较好的的温度补偿作用。
四、前置放大部分电路计算简介
五．电源部分设计及电路计算
电源原理图如下图：
v 原理图中：220 V市电经变压器输出两组独立的25 V交流电，大电容滤波后得到±35V直流电，再加一个0.1μF小电容滤除电源中的高频分量。
v ±35V直流电，经两个稳压块分别获得所需的输出电压。稳压块型号，既要考虑其输入/出电压，还要注意其输出电流，保证足够的电源功率输出。
v 变压器一定要保证其输出功率足够，发热小。D5、D6为防止反相电流冲击稳压块的保护二极管。
v 电源尾部的两个LED灯用于检查电路是否通路，但是并不能确定电源是否为±15V，具体的幅值要用万用表确定。
六、总结
课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我们再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我们第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我们来讲都是一种锻炼，培养了我们自学、查阅搜集资料的能力；再有，计算操作过程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我们意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。
参考文献：
1.<<电子设计技术>> 陆 坤 张义中
电子科技大学出版 1998.10
2.<<现代音响技术设计>> 张飞碧 项 钰
机械工业出版社 2004.7
3.<<集成电路应用800例>> 陈永莆
电子工业出版社 2000.1
4.<<新型集成电路及其应用实例>> 何希才
科技出版社
5.<<模拟电路技术>> 张英全 刘芸 樊爱华
机械工业出版社