丙類功率放大電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)開題報(bào)告

1、<p><b>　　1論文題目</b></p><p>　　丙類功率放大器電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2課題來(lái)源</b></p><p>　　在高頻實(shí)驗(yàn)中，由于丙類功率放大電路（圖2-1）的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)設(shè)置不太完善，而且改變負(fù)載電阻很難得到凹陷的余弦脈沖，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不太理想。希望通過(guò)這一課題

2、改變實(shí)驗(yàn)效果不太理想的現(xiàn)狀。</p><p>　　圖2-1丙類功率放大實(shí)驗(yàn)圖</p><p>　　目前高頻電子線路的教學(xué)主要采用理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的方法，兩者在過(guò)程上相互融洽。一個(gè)很重要的原因在于計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子信息技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，對(duì)于電子類課程所用到的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)稱為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA技術(shù)）。在眾多的EDA設(shè)計(jì)軟件中，MULTISIM軟件是一種非常適合電子類課

3、程課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的軟件工具，可以靈活的在課堂和實(shí)踐中進(jìn)行演示和設(shè)計(jì)仿真，大大提高課堂效果，有利于學(xué)生的理解和掌握。</p><p>　　現(xiàn)行高頻電子線路實(shí)驗(yàn)課程中普遍采用高頻電子線路試驗(yàn)箱，其主要是設(shè)計(jì)好的模塊電路。因此要提高學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，就必須增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，既能加強(qiáng)理論知識(shí)的掌握，又鍛煉了動(dòng)手能力。MULTISIM軟件是良好的人機(jī)交互式仿真軟件，具有完善的電路模擬、設(shè)計(jì)、仿真等功能

4、。有效提高學(xué)生分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力。</p><p><b>　　3研究的目的和意義</b></p><p>　　隨著無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)射頻電路的需求越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)射頻電路的性能要求也越來(lái)越高。丙類諧振功率放大器是位于無(wú)線發(fā)射級(jí)末端的重要部件，它通常被作為末級(jí)功放，以使發(fā)射信號(hào)獲得較大的輸出功率和較高的效率。</p><p>　　

5、在高頻實(shí)驗(yàn)中，丙類功率放大器電路的效果并不理想，通過(guò)進(jìn)一步研究希望可以改善丙類功率放大電路的性能參數(shù)。</p><p>　　在課題研究中，必須對(duì)完成基本電路的設(shè)計(jì)，制作與調(diào)試，完成從電路設(shè)計(jì)，器件參數(shù)選擇，PCB板設(shè)計(jì)制作，焊接、安裝調(diào)試。雖然電路原理簡(jiǎn)單，但通過(guò)這一過(guò)程會(huì)了解電子線路整個(gè)的生產(chǎn)過(guò)程，為將來(lái)到工作單位更快適應(yīng)工作環(huán)境打下基礎(chǔ)。</p><p>　　通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，相

6、信一定會(huì)掌握所學(xué)各環(huán)節(jié)知識(shí)并具備了一定的分析能力、設(shè)計(jì)能力，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，可以使對(duì)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、設(shè)計(jì)電路的能力有質(zhì)的飛躍，由元件到環(huán)節(jié)最終達(dá)到了系統(tǒng)級(jí)的認(rèn)識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)、調(diào)試，會(huì)遇到理論教學(xué)中，甚至實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中一些意想不到的許多實(shí)際問(wèn)題，從而提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及工程應(yīng)用能力。</p><p><b>　　4主要研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　4.1丙類功率

7、放大電路組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　在丙類諧振功率放大器中，管外電路由直流饋電電路和自給偏自電路兩部分組成。如圖4-1所示為集電極直流饋電電路（串饋），圖中，LC為高頻扼流圈,它與CC構(gòu)成電源濾波電路,需要在信號(hào)頻率上，LC的感抗很大，接近于開路，CC容抗很小，接近于短路，目的是避免信號(hào)通過(guò)直流電源而發(fā)生極間反饋，造成工作不穩(wěn)定。</p><p>　　圖4-1集電極直流饋電電路（串饋）&

8、lt;/p><p>　　由于自給偏置效應(yīng)可以使輸入信號(hào)振幅變化時(shí)起到自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓振幅,因此,在基極通常采用自給偏置電路,如圖4-2所示，提高的偏置電壓是由基極電流脈沖中的平均分量IBO在高頻扼流圈LB中固有直流電阻上產(chǎn)生的壓降，電路中LB為功率管基極電路提供直流通路。濾波匹配網(wǎng)絡(luò)介于晶體管和外接負(fù)載之間,充分濾除不需要的高次諧波,以保證負(fù)載上的輸出基波功率。</p><p>　　圖4-2自

9、給偏置電路</p><p>　　圖4-3為丙類諧振功率放大器的簡(jiǎn)單基本電路,輸入端采用自給偏置電路,輸出端為集電極直流饋電電路(串饋)。</p><p>　　圖4-3丙類功率放大器的簡(jiǎn)單基本電路</p><p>　　4.2丙類諧振功率放大器工作原理</p><p>　　圖4-4為丙類諧振功率放大器原理圖,為實(shí)現(xiàn)丙類工作,基極偏置電壓VBB應(yīng)設(shè)

10、置在功率的截止區(qū)。</p><p>　　輸入回路：由于功率管處于截止?fàn)顟B(tài)，基極偏置電壓VBB作為結(jié)外電場(chǎng)，無(wú)法克服結(jié)內(nèi)電場(chǎng)，沒有達(dá)到晶體管門坎電壓，從而，導(dǎo)致輸入電流脈沖嚴(yán)重失真，脈沖寬度小于90o。</p><p>　　輸出回路：若忽略晶體管的基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)以及結(jié)電容影響,在靜態(tài)轉(zhuǎn)移特性曲線(～VBE)上畫出的集電極電流波形是一串周期重復(fù)的脈沖序列,脈沖寬度小于半個(gè)周期。</p&

11、gt;<p>　　圖4-4丙類功率放大器電路原理圖</p><p>　　由Dirichlet收斂定理可知,可將電流脈沖序列分解成平均分量、基波分量和各次諧波分量之和,即 =ICO + Ic1mcosωSt+ Ic2m cos2ωSt+…。由于集電極諧振回路調(diào)制在輸入信號(hào)頻率上因而它對(duì)中的基波分量呈現(xiàn)的阻抗很大，且為純電阻。而對(duì)其他諧波分量和平均分量阻抗均很小，可以忽略，這樣，在負(fù)載上得到了所需的不失

12、真的信號(hào)功率。</p><p>　　4.3丙類諧振功率放大器電路分析</p><p>　　本節(jié)主要在丙類諧振功率放大器管外電路進(jìn)行分析，談?wù)?、 、和對(duì)放大器的影響。</p><p>　　丙類諧振功率放大器輸入端通常采用自給偏置電路提供偏置電壓，采用這種方式可以在輸入信號(hào)振幅變化時(shí)起到自動(dòng)穩(wěn)定輸出的作用。但要注意,存在自給偏置電路的丙類諧振功率放大器只能適宜等幅信號(hào)

13、(載波、調(diào)頻信號(hào))而不適宜放大調(diào)幅信號(hào)，否則調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)將會(huì)失真。</p><p>　　常用的基極偏置電路見圖4-5(輸出回路均以略去)所示。</p><p>　?。╝） （b）</p><p>　　圖4-5基極偏置電路</p><p>　　現(xiàn)分析基極偏置電壓是怎樣產(chǎn)生的,如圖4-5（b）所示，

14、當(dāng)電源V1電壓處在正半周期且電壓振幅大于PN結(jié)門坎電壓時(shí)，基極導(dǎo)通，此時(shí)，記流經(jīng)C2的電流為i1 ，一個(gè)周期內(nèi)的其他時(shí)間處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，記流經(jīng)C1的電流為i2 。顯而易見，基極導(dǎo)通時(shí)流經(jīng)C2的電流i1大于截止時(shí)的電流i2，即 i1＞i2 。C2兩端的電壓關(guān)系為 U i1＞U i2.由于基極相對(duì)于地的電壓波形為正半周期幅度小于負(fù)半周期幅度,由傅里葉級(jí)數(shù)可知，它的平均分量為負(fù)，使功率管發(fā)射結(jié)正偏，處于截止?fàn)顟B(tài)。</p>&

15、lt;p>　　丙類諧振功率放大器輸出端采用直流饋電電路，集電極直流饋電電路有兩種連接方式:串饋和并饋。所謂串饋是指,將直流電源、匹配網(wǎng)絡(luò)和放大管串接起來(lái)的一種方式。如圖4-6(a)所示,圖中LC為高頻扼流圈,CC為電源濾波器,ZL為電抗。要求LC對(duì)信號(hào)頻率的感抗很大,接近開路, CC的容抗很小,接近短路,是為了避免信號(hào)電流通過(guò)直流電源造成工作不穩(wěn)定。</p><p>　　圖4-6（a）串聯(lián)電路

16、 圖4-6（b）并聯(lián)電路</p><p>　　并饋電路是把直流電源、匹配網(wǎng)絡(luò)和放大器并接起來(lái)的一種饋電方式，如圖4-6（b）所示，圖中LC為高頻扼流圈，CC1為隔值電容，CC2為電源濾波電容，要求LC對(duì)信號(hào)頻率的感抗很大，接近開路，CC1和CC2的電容很小，接近短路。</p><p><b>　　匹配網(wǎng)絡(luò)：</b></p><p>　　匹配

17、網(wǎng)絡(luò)介于晶體管和負(fù)載之間，在丙類諧振功率放大器電路中的作用非常重要，具有阻抗轉(zhuǎn)換、濾除高次諧波和高頻率傳送能量的作用。</p><p>　　、、、對(duì)丙類諧振功率放大器性能影響分析：</p><p>　　負(fù)載特性：所謂諧振功率放大器的負(fù)載特性是指VBB、和VCC一定，放大器性能隨Re變化的特性,利用準(zhǔn)靜態(tài)分析法對(duì)負(fù)載特性進(jìn)行分析，畫出電路的特性曲線，如圖4-7所示。</p>&

18、lt;p>　　圖4-7諧振功率放大器電路特性曲線</p><p>　　由圖4-7可以看出，當(dāng)A′沿UBE0曲線由右向左移動(dòng)(即A′→ A″→A，，，方向移動(dòng))時(shí)，電路狀態(tài)將發(fā)生變化，曲線①較陡，近似直線斜率絕對(duì)值較大，從而，Re較??；曲線②較緩，近似直線斜率絕對(duì)值較小，因此，Re較大.所以,在A′→ A″→A，，，移動(dòng)的過(guò)程中Re由小增大，放大器將由欠壓狀態(tài)進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)，相應(yīng)的由余弦變化脈沖變?yōu)橹虚g凹陷的脈

19、沖波，用傅里葉級(jí)數(shù)將電流脈沖分解，即</p><p>　　=ICO + Ic1mcosωSt+ Ic2m cos2ωSt+…，</p><p>　　由=Ic1mRe,Po=I2c1mRe/2,PD=VCCICO，PC= PD- Po ，ηC= Po /(PD + Po)，可畫出、Po、PD、PC、ηC隨Re變化曲線，如圖4-8所示：</p><p>　　圖4-8

20、、、、、隨變化曲線</p><p>　　調(diào)制特性：集電極調(diào)制特性是指VBB、和Re一定，放大器性能隨VCC變化的特性，當(dāng)VCC由大減小時(shí)，放大器性能由欠壓狀態(tài)進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)，波形也將由接近余弦變化的脈沖波變?yōu)橹虚g凹陷的脈沖波,如圖4-9所示。</p><p>　　圖4-9放大器性能隨變化特性</p><p>　　基極調(diào)制特性是指VCC、和Re一定，放大器性能隨VBB變

21、化的特性。當(dāng)一定, VBB自負(fù)值向正值方向增大時(shí),集電極電流脈沖不僅寬度增大,而且高度增加，放大器由欠壓狀態(tài)進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)，如圖4-10所示。</p><p>　　圖4-10放大器性能隨變化特性</p><p><b>　　4.4技術(shù)指標(biāo)測(cè)試</b></p><p>　　輸出功率:高頻功率放大器的輸出功率是指放大器的負(fù)載RL上得到的最大不失真功率

22、。</p><p>　　測(cè)量功率放大器主要技術(shù)指標(biāo)的連接電路如圖4-11所示，其中高頻信號(hào)發(fā)生器提供激勵(lì)信號(hào)電壓與諧振頻率，示波器監(jiān)測(cè)波形失真，直流毫安表測(cè)量集電極的直流電流，高頻電壓表V測(cè)量負(fù)載RL的端電壓。只有在集電極回路處于諧振狀態(tài)時(shí)才能進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量。放大的輸出功率可以由下式計(jì)算：</p><p>　　式中，VL為高頻電壓表V的測(cè)量值。</p><p&g

23、t;　　圖4-11高頻功放的測(cè)試電路</p><p>　　集電極效率：高頻功率放大器的總效率由晶體管集電極的效率和輸出網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率決定。通常將集電極的效率視為高頻功率放大器的效率。利用圖4-11所示電路，可以通過(guò)測(cè)量來(lái)計(jì)算功率放大器的效率，集電極回路諧振時(shí)，的值由下式計(jì)算：</p><p>　　式中，VL為高頻電壓表V的測(cè)量值.</p><p><b>

24、　　功率增益：</b></p><p>　　放大器的輸出功率P0與輸入功率Pi之比稱為功率增益，用AP（單位：dB）表示。（）。</p><p>　　4.5 MULTISIM仿真</p><p>　　對(duì)丙類功率放大電路的工作原理和電路結(jié)構(gòu)熟悉和了解后，再對(duì)電路通過(guò)MULTISIM軟件進(jìn)行分析，比如靜態(tài)工作點(diǎn)分析，交流分析等等。基本步驟為：首先根據(jù)原理和設(shè)

25、計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)建仿真電路原理圖（本畢設(shè)為丙類功率放大電路），然后根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)好電路圖參數(shù)，最后設(shè)定仿真分析方法，打開仿真開關(guān)，借助仿真儀器對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，即可得到仿真結(jié)果。</p><p>　　原理電路圖建立如圖4-12所示：</p><p>　　圖4-12丙類功率放大電路</p><p>　　以丙類功率放大電路前級(jí)功放為例，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以滿足靜態(tài)工作

26、點(diǎn)的要求和功率放大等的要求，如圖4-13所示：</p><p>　　圖4-13 丙類功放前級(jí)放大</p><p>　　靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量結(jié)果為：</p><p><b>　　，，。</b></p><p>　　虛擬示波器顯示輸入輸出波形如圖：</p><p>　　由此可計(jì)算出電壓放大倍數(shù)。</p

27、><p><b>　　4.6 PCB制板</b></p><p>　　首先在Protel99SE中繪制電路原理圖，繪制流程如下：</p><p>　?。?）設(shè)置電路圖紙參數(shù)</p><p>　　用戶根據(jù)電路圖的復(fù)雜程度設(shè)置所用圖紙的大小、方向等的參數(shù)，這實(shí)際是一個(gè)建立工作面的過(guò)程，用戶只有設(shè)置好這個(gè)工作面，才能充分發(fā)揮出自己

28、的創(chuàng)造力。</p><p><b>　　裝入和制定元件庫(kù)</b></p><p>　　根據(jù)電路需要，將所需元件的元件庫(kù)裝入設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，以便用戶從中查找和選定所需的元器件，由于Ptotel99SE提供的元件庫(kù)很多，查找元件很不方便，因此，用戶可根據(jù)實(shí)際情況，制定自己的元件庫(kù)。</p><p><b>　?。?）放置元件</b>

29、;</p><p>　　根據(jù)電路需要，將元件從元件庫(kù)中取出放置到工作平面上的位置進(jìn)行調(diào)整，對(duì)元件的編號(hào)、封裝形式等進(jìn)行定義和設(shè)置，以便為下一步的工作做好準(zhǔn)備。</p><p><b>　　原理布線</b></p><p>　　用戶利用Protel99SE提供的各種工具、命令進(jìn)行布線，將工作平面上的 元件用具用電器意義的導(dǎo)線、符號(hào)連接起來(lái)，形成一

30、個(gè)完整的原理圖。</p><p><b>　　檢查與調(diào)整</b></p><p>　　用戶對(duì)所繪制的原理圖作進(jìn)一步的檢查，找到存在的問(wèn)題，然后利用Protel99SE提供的各種工具對(duì)原理圖作進(jìn)一步的修改和調(diào)整。最后，對(duì)原理圖做一些相應(yīng)的說(shuō)明、標(biāo)注和修飾，以增加可讀性和可視性。</p><p>　　PCB設(shè)計(jì)的主要流程：</p>&

31、lt;p>　　系統(tǒng)規(guī)格：首先要先規(guī)劃出該電子設(shè)備的各項(xiàng)系統(tǒng)規(guī)格。包含了系統(tǒng)功能，成本限制，大小，運(yùn)作情形等等。</p><p>　　系統(tǒng)功能區(qū)塊圖：將系統(tǒng)分割幾個(gè)PCB 將系統(tǒng)分割數(shù)個(gè)PCB的話，不僅在尺寸上可以縮小，也可以讓系統(tǒng)具有升級(jí)與交換零件的能力。系統(tǒng)功能方塊圖就提供了我們分割的依據(jù)。像是計(jì)算機(jī)就可以分成主機(jī)板、顯示卡、聲卡、軟盤驅(qū)動(dòng)器和電源等等。 </p><p>　　PC

32、B設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：</p><p>　?。?）避免在PCB邊緣安排重要的信號(hào)線，如時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)等。</p><p>　　（2）機(jī)殼地線與信號(hào)線間隔至少為4毫米；保持機(jī)殼地線的長(zhǎng)寬比小于5:1以減少電感效應(yīng)。</p><p>　　（3）已確定位置的器件和線用LOCK功能將其鎖定，使之以后不被誤動(dòng)。</p><p>　　（4）導(dǎo)線的寬度最小不宜小

33、于0.2mm（8mil），在高密度高精度的印制線路中，導(dǎo)線寬度和間距一般可取12mil。 </p><p>　?。?)在DIP封裝的IC腳間走線，可應(yīng)用10－10與12－12原則，即當(dāng)兩腳間通過(guò)2根線時(shí)，焊盤直徑可設(shè)為50mil、線寬與線距都為10mil，當(dāng)兩腳間只通過(guò)1根線時(shí)，焊盤直徑可設(shè)為64mil、線寬與線距都為12mil。</p><p>　　(6)當(dāng)焊盤直徑為1.5mm時(shí)，為了增

34、加焊盤抗剝強(qiáng)度，可采用長(zhǎng)不小于1.5mm，寬為1.5mm和長(zhǎng)圓形焊盤。 </p><p>　　(7)設(shè)計(jì)遇到焊盤連接的走線較細(xì)時(shí)，要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀，這樣焊盤不容易起皮，走線與焊盤不易斷開。 </p><p>　　(8)大面積敷銅設(shè)計(jì)時(shí)敷銅上應(yīng)有開窗口，加散熱孔，并將開窗口設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀。 </p><p>　　(9)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，減

35、少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。</p><p>　　5研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p>　　2011.11-2012.3 學(xué)生調(diào)研，完成文獻(xiàn)綜述，開題報(bào)告。</p><p>　　2012.3-2012.5 購(gòu)買元器件，完成電路板的制作。</p><p>　　2

36、012.5-2012.6 硬件系統(tǒng)調(diào)試，性能指標(biāo)測(cè)試。</p><p>　　2012.6-2012.7 過(guò)程材料整理與修改，畢業(yè)論文撰寫與修改。</p><p>　　預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)：在高頻丙類功率放大電路的基礎(chǔ)上，對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)進(jìn)行重新修正，使實(shí)驗(yàn)效果更加理想；同時(shí)完成丙類功率放大電路PCB板的制作，撰寫出畢業(yè)論文。</p><p>　　6為完成課題已具備和所需

37、的條件與經(jīng)費(fèi)</p><p>　　已具備和掌握了通信電子線路的基本知識(shí)，熟悉了MULTISIM、PROTEL等軟件的使用，但電路板設(shè)計(jì)所需的元器件尚未解決。</p><p><b>　　7主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 王衛(wèi)東.高頻電子線路[M].電子工業(yè)出版社</p><p>　　2 基于MULTIS

38、IM 9的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真與綜合應(yīng)用[M]</p><p>　　3 高頻電子線路試驗(yàn)指導(dǎo)書[M]</p><p>　　4 顧寶良.通信電子線路[M]</p><p>　　5 張寧,辛修芳.MULTISIM在高頻實(shí)驗(yàn)電路中應(yīng)用[J].商丘師范學(xué)院，2009</p><p>　　6 孫霄霄.高頻丙類功率放大電路的設(shè)計(jì)[J].牡丹江師范學(xué)院

39、物理系，2007</p><p>　　7 鄒學(xué)玉.丙類諧振功率放大器動(dòng)態(tài)線性法與應(yīng)用探討[D].漢江石油學(xué)院電子與信息工程系，2008</p><p>　　8 史慶軍.基于multisim2001的高頻丙類功率放大器仿真研究[J].佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，2007</p><p>　　9 劉葉.淺談功率放大電路的設(shè)計(jì)[D].陜西省理工學(xué)院，2005<