目录。1 高频功率放大器知识简介1
2 方案论证6
3 电路设计与参数计算7
3.1 设计任务与要求7
3.2 总体电路图设计7
3.3 参数计算9
3.3.1 丙类高功放9
3.3.2 宽带放大器13
4 元件清单15
5 心得体会16
6 参考文献16
1、高频功率放大器知识简介。
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。
高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大， 决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自 20至20000 hz，高低频率之比达 1000 倍。
因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百 khz 一直到几百、几千甚至几万 mhz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605 khz 的频段范围）的频带宽度为10 khz，如中心频率取为 1000 khz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。
中心频率越高，则相对频宽越小。因此， 高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：
低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。
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；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。
利用宽带变压器作耦合回路的功放称为宽带功放。常用宽带变压器有用高频磁芯绕制的高频变压器和传输线变压器。宽带功放不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大，但效率很低，一般只有 20%左右，一般作为发射机的中间级，以提供较大的激励功率。
利用选频网络作为负载回路的功放称为谐振功放。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类和丁类等功放。电流导通角越小放大器的效率越高。
如丙类功放的小于90o， 丙类功放通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的功率。丙类谐振功率放大器原理图如图1-1所示。
图1-1 谐振功率放大器的基本电路
谐振功率放大器的特点：
1） 放大管是高频大功率晶体管，能承受高电压和大电流。
2） 输出端负载回路为调谐回路，既能完成调谐选频功能，又能实现放大器输出端负载的匹配。
3） 基极偏置电路为晶体管发射结提供负偏压，使电路工作在丙类状态。
4） 输入余弦波时，经过放大，集电极输出电压是余弦脉冲波形。
晶体管的作用是在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，谐振回路lc是晶体管的负载。功率放大器各分压与电流的关系如图1-2所示。
图1-2 功率放大器各分压与电流关系。
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。
分别为集电极电流的直流分量、基波分量以及各高次谐波分量的振幅。
图1-3 ic(t)各次谐波的波形示意图。
在对谐振功率放大器进行分析与计算时，关键在于直流分量和基波分量等前面几项。利用周期函数傅立叶级数的公式，可以求出式（1-1）直流分量及各次谐波分量。
下面仅列出前面几项的表达式。
只要知道电流脉冲的最大值和通角即可计算出直流分量、基波分量及各次谐波分量 。
各次谐波分量变化趋势是谐波次数越高，其振幅越小。因此，在谐振放大器中只需研究直流功率及基波功率。
放大器集电极直流电源提供的直流输入功率为。
谐振功放集电极输出回路输出功率等于基波分量在谐振电阻rp上的功率为。
集电极的功耗为
放大器集电极能量转换效率等于输出功率与电源供给功率之比。
其中。甲类状态，乙类状态 ，
丙类状态 ，
工作在丙类状态时，效率最高。
2、方案论证
放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360度，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180度；丙类放大器电流的流通角则小于180度。
乙类和丙类都适用于大功率工作。
丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。
由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。 可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。
综上，确定电路设计由两个模块组成，第一模块是甲类放大器，第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，其作为功放输出级最好能工作在临界状态，因为此时输出交流功率最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。
3 电路设计与参数计算
3.1 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=2w，工作中心频率fo=4mhz，η>50%
已知：电源供电为12v，负载电阻，rl=75ω，晶体管用2n2219，其主要参数：pcm=1w,icm=750ma,vces=1.
5v,ft=70mhz,hfe≥10，功率增益ap≥13db（20倍）。
3.2 电路设计
图3-1为由两级功率放大器组成的高频功率放大器电路；其中晶体管q2组成非谐振甲类功率放大器，q3组成丙类谐振功率放大器。
图 3-1 设计总图
图3-2为由晶体管q2组成的非谐振甲类功率放大器，工作**性放大状态。其中r8为直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。r1为交流负反馈电阻，一般为几欧至几十欧，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。
图3-2 宽带放大器电路。
图3-3为由晶体管q3组成的丙类功放，其基极偏置电压是利用发射极电流的直流分量在射极电阻r4上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，则集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。利用谐振回路的选频作用可输出基波谐振电压、电流。
图3-3 丙类功率放大器电路。
3.3 参数计算
3.3.1 丙类功放的参数计算
确定功放的工作状态丙类高频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，其电流流通角在600-900范围。现设。
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。集电极电流余弦脉冲直流ico分解系数，集电极电流余弦脉冲基波icm1分解系数，。
功率放大器集电极的等效电阻为：
集电极基波电流振幅为：
集电极电流脉冲的最大振幅为：
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：
集电极的效率为。
满足设计要求。
已知： 即。
则输入功率：
基极余弦脉冲电流的最大值（设2n2219的=10）
基极基波电流的振幅为：
得基极输入的电压振幅为：
1）基极偏置电路计算。
因。因则有：
取高频旁路电容。
2）计算谐振回路及耦合回路的参数。
图3-2 耦合等效电路。
丙类功放的输出回路采用了变压器耦合方式，其等效电路如图3-2所示。集电极谐振回路为部分接入。
由式。得输出变压器线圈匝数比为。
取n3=6，n1=4。
若取并联谐振回路的电容c=100pf，由。
得回路的电感为。
l≈16μh
现采用φ10mm×φ6mm×5mm的铁氧体磁环来绕制输出耦合变压器，已知其参数为μ=100h/m，a=10mm2，t=25mm。则由式计算初级线圈的总匝数n2。
n2 ≈ 10
需要指出的是，变压器的匝数的计算值只能是参考值，由于电路高频工作时分布参数的影响，与设计值相差较大。
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，得： ,3）去耦滤波网络。
高频电路的电源去耦滤波网络通常采用π型lc低通滤波器，l1、l2可按经验取50～100μh，c3、c4、c5、c6可取0.01μf。
3.3.2 宽带放大器参数计算
由于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。
得集电极的输出功率p0为(若取变压器效率ηt=0.8)
若取放大器的静态电流=1.5ma，得集电极电压的振幅
得输出变压器匝数比为。
若取二次侧匝数=2，则一次侧匝数=3。
由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流一般在0.8－2ma之间选取为宜。
设计电路中取，设。
则发射极电压为。
基极电压为。
硅管的为0.7v)
集电极 – 射极电压。
因为： 而基极电流。
则基极电阻。
取标称电阻8.2k
考虑调整静态电流的方便，用22k电位器与15k电阻串联。
4、元件清单。
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