要求摘要
随着无线通信技术的高速发展市场对射频电路的需求越来越大同时对射频电路的性能要求也越来越高高频功率放大器是位于无线传输级末端的重要部件，并且为了补偿无线传输中的信号衰减，对发射机要求较大的功率输出，并且通信距离越远，所要求的输出功率就越大。 在高频区域，为了得到足够大的高频输出，采用高频功率放大器。
本次课程设计的高频功率放大器技术指标包括输出功率、效率、功率增益，高频功率放大器输出功率比较大，功耗比较多，因此工作效率很重要。 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，第一级为甲型功率放大器，第二级为c型谐振功率放大器。 需要分析功率放大器的原理，计算电路的参数和指标，根据性能指标进行单元电路设计和整体电路的设计，用软件对电路进行仿真和调试，最后进行焊接和测量。
关键词：功率放大、仿真、焊接
1.1、2级高频功率放大器结构框图
图1-1-1级高频功率放大器的结构框图
两级高频功率放大器的电路结构框图如上图所示，主要由第一级甲型功率放大电路和第二级丙型功率放大电路构成。 主要技术指标如下：
1、工作频率
两级功率放大器的工作频率均为14.5MHz。
2、电源电压
2级放大器的电源电压可以自由选择。 1级为12V，2级电源电压可以选择5V到12V的任意整数。
3、电压放大倍数
第一级甲型功率放大器电压放大倍数模拟时应设定为6-10倍。 第二级丙型功率放大器的输出电压峰值应接近与第二级晶体管集电极连接的直流电压Vcc。
4、c类放大器导通角c
c类放大器的导通角c一般应设计为70。 此时集电极电压利用系数和波形系数的取值合适，效率和输出高。
5、效率
丙类放大电路的理想效率应超过70%，实际工作中应超过50%。
1、原理分析
甲型功率放大器是输入信号小时晶体管在整个信号周期中工作的放大区域，电流的导通角为180度，适用于小信号的低频功率放大。 此外，静态工作点是负载线中点，无论信号电平如何变化，从电源取出的电流总是恒定室中恒定，效率低，在用于语音放大的情况下，信号振幅不断变化，因此实际效率不会超过25%，是可能的
甲型放大器的优点是无交叉失真和开关失真，而且在谐波分量中主要是偶次谐波。 电路简单，频带宽度、瞬间失真小。 在任何设计下的甲类放大器电路中，电流负反馈都能完美兼容非线性失真和瞬时互调失真，具有理想的放大效果。
由于功耗多、效率低，容易发热，对散热要求高，因此在大功率放大器中不被广泛使用。 器件长期在大电流高温下工作，容易引起可靠性和寿命问题，且整机成本高。
甲型放大器输出级的两个(或两组)晶体管始终处于导通状态。 也就是说，无论有无信号输入都维持导通电流，这两个电流与交流电力的峰值相等，此时交流在最大信号的情况下流入负载。 无信号时，2个晶体管中分别流过等量的电流，因此输出中心点没有不平衡的电流和电压。 a类放大器工作方式具有最佳线性度，各输出晶体管放大信号全波，完全无交叉失真，即使不进行负反馈，开环失真也足够低。 但是，这种设计有优缺点。 设置a类放大器的最大缺点是效率低。 因为没有信号的时候还流过满电流，所以电能都会发高烧。 信号电平上升后，也有进入负载的电力，但大多会变成热量。
2、电路设计
由于谐振频率F0=14.5MHz，因此根据
得到
选择谐振电路的C=120pF、L=1uH。 根据电路的原理，电容器C1作为接通断开直线起作用，因此其值越小越优选。 电容器C3是旁路电容器，电阻RB1、RB2、RE影响静态工作点的设定，因此通过将RE置换为可变电阻，调整变得容易。
甲级功率放大器的电路图如下图所示。
图1-2-1 :甲类高频功率放大器电路设计原理图
图1-2-2 :甲类高频功率放大器仿真图
图1-2-3 :甲类高频功率放大器仿真结果图
从图中可以看出，输入为1v，第一级晶体管的发射极电阻为4.5K欧姆时，输出电压为8.8V，电压放大4.4倍左右。 根据晶体管的放大特性，集电极输出：
已知电路中的电流会被放大，所以电路达到功率放大作用。
1.3、c类功率放大器原理分析(要求绘制设计电路图) ) ) )
1、总体原理
c类谐振功率放大器的输入端子通常使用自给偏置电路供给偏置电压，但通过采用该方式，可以在输入信号的振幅变化时自动起到稳定输出的作用。 图4是c类谐振功率放大器的原理图，为了实现c类动作，基极偏压VBB需要设置在功率的截止区域。
输入电路：由于功率管处于截止状态，基极偏置电压VBB不能作为结外电场战胜结内电场，达不到晶体管的栅极电压，因此输入电流脉冲失真较大，脉冲宽度小于90o。
输出电路：如果忽略晶体管的基带宽度调制效应和结电容的影响，静态转移特性曲线(vbe )中的集电极电流波形是一系列周期重复的脉冲序列，脉冲宽度小于半个周期。
图1-3-1:丙类功率放大器电路图
本设计的c型高频功率放大器主要由供电电路、选频网络、匹配网络三部分组成，如图：图1-3-2谐振高频功率放大器原理图所示。 这是无线发射机的重要组成部分。 通过作为放大器电流导通角范围的丙类放大器的导通角，可以实现效率。 c类功率放大器通常作为最后一级放大器得到
得较大的输出功率和较高的效率。图1-3-2;谐振高频功率放大器原理图
功率放大器是依据激励信号放大电路对电流的控制，起到把集电极电源直流
功率变换成负载回路的交流功率的作用。在同样的直流功率作用条件下，转换的功率越高，输出的交流功率越大。功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。在实际运用中，为兼顾高的输出效率和高效率，通常。
2、馈电电路、
串馈电路指直流电源、负载回路(匹配网络)、功率管三者首尾相接的一种直流馈电电路。、为低通滤波电路，A点为高频地电位，既阻止电源中的高频成分影响放大器的工作，又避免高频信号流入直流电源。并馈电路指直流电源、负载回路(匹配网络)、功率管三者为并联连接的一种馈电电路如图5 为高频扼流圈，为高频旁路电容，避免高频信号流入直流电源，为高频输出耦合电容。
基极馈电电路也分串馈和并馈两种。基极偏置常采用自给偏置电路----串馈；由负电源-U分压供给基极偏置电压------串馈；零偏压----串馈
图1-3-3;基极馈电电路原理图
3、匹配网络：
匹配网络介于晶体管和负载之间，在丙类谐振功率放大器电路中的作用非常重要，具有阻抗转换、滤除jdddw和高频率传送能量的作用。
4、仿真电路
图1-3-8:丙类功率放大器仿真图
5、仿真波形图与仿真分析（示波器上边为输入波形，下边为输出波形）
图1-3-9：丙类功率放大器仿真波形图
由上图可见，输出波形的标度是输入波形标度的4倍，根据图形可以看出输入与输出的振幅相差不多，由此可见，输出相较于输入明显扩大了一定倍数且没有失真。
第二部分高频功率放大器的焊接与测试
2.1、甲类功率放大电路的焊接和测试
图2-1-1:甲类焊接
图2-1-2:信号输入
图2-1-3:甲类放大输出
由上图可见输入130mV输出768mV，输出波形的标度是输入波形标度的5.56倍，根据图形可以看出输入与输出的波形相差不多，由此可见，输出相较于输入明显扩大了一定倍数且没有失真。
2.2、丙类功率放大电路的焊接和测试
图2-2-1:丙类焊接
丙类输入：
图2-2-2:丙类输入
丙类输出：
图2-2-3:丙类输出
由上图可见输入500mV输出1.3V，输出波形的标度是输入波形标度的3倍，根据图形可以看出输入与输出的波形相差不多，输出相较于输入明显扩大了一定倍数且没有失真。
2.3、整体功率放大电路的测试
图2-3-1:整体焊接
整体输入：
图2-3-2:两级输入
整体输出：
上图可见输出的波形发生较明显失真，当将丙类放大的电压变为12V时，有如下波形。
由上图可见输入电压为12V时输出波形失真变小，但还是存在失真问题，调整静态工作点后，有输出入下：
图2-3-5:两级输出3
由上图可见输入400mV输出1.25V，输出波形的标度是输入波形标度的3.125倍，根据图形可以看出输入与输出的波形相差不多，输出相较于输入明显扩大了一定倍数且没有失真。
第三部分 高频功率放大器的仿真与分析
3.1、仿真注意事项
功率放大器是高频电子线路课程设计的重要组成环节。设计要求应用multisim仿真软件对两级功率放大电路进行仿真、分析与验证，使学生加深对实际电路的理解。仿真时要注意以下事项：
（1）仿真电路要最大程度的模拟实际电路；
（2）仿真参数的设置一定要与实际电路相吻合；
（3）仿真分析要给出分析条件以及具体结论。
3.2、各单元电路的仿真与分析
3.2.1甲类功率放大电路的仿真与分析
1、仿真电路
图3-2-1-1：甲类高频功率放大器仿真图
2、仿真参数设置
①与基极连接的电阻为两个10Ω的电阻，与发射极连接的电阻大小为51Ω，与发射极连接的滑动变阻器大小为10kΩ。
②与基极连接的电容为一个47nF的电容，与集电极相连为一个120pF的电容与发射极相连的电容为10nF。
③与集电极连接的电感为一个1μH的电感
④发射极的1μH的电感和120pF的电容组成选频网络。
⑤VCC设置为12V。
3、仿真波形图与仿真分析
（1）甲类功率放大电路的输入与输出波形时域图
图3-2-1-2：甲类高频功率放大器仿真结果图
（2）仿真分析
由上图可见，输出波形的标度是输入波形标度的8倍，根据图形可以看出输入与输出的波形相差不多，由此可见，输出相较于输入明显扩大了一定倍数且没有失真。
改变基极输入正弦信号的频率 ,当取f=1/(2π/RC)≈14.5MHz(L1、C3回路谐振频率)时,集电极获得最大的电压增益,这时再改变滑动变阻器R2的大小可获得更大的电压增益。测试可得,R1、R4取10kΩ、R2取4.5KΩ时获得最大电压增益，可见输入幅值为VPP=2V左右的正弦波，甲类功率放大器输出值为VPP=8V左右的正弦波，放大倍数约为4倍。
3.2.2丙类功率放大器的仿真与分析
1、仿真电路
图3-2-2-1：丙类高频功率放大器仿真图
2、仿真参数设置
①与基极连接的电阻为51Ω，与发射极连接的电阻为51Ω，与发射极连接的滑动变阻器为1kΩ。
②与基极连接的电容为两个10nF的电容，与集电极相连为两个10nF的电容和一个60nF的电容。
③与基极连接的电感为100μH，与集电极连接的电感为一个2μH的电感和一个470μH的电容。
④发射极的2μH的电感和60pF的电容组成选频网络。
⑤VCC设置为5V。
3、仿真波形图与仿真分析
（1）丙类功率放大电路的输入与输出波形时域图
图3-2-2-2：丙类高频功率放大器仿真结果图
（2）仿真分析
输入VPP=2V输出VPP=9.907V放大4.55倍
由上图可见，输出波形的标度是输入波形标度的4倍，根据图形可以看出输入与输出的波形相差不多，由此可见，输出相较于输入明显扩大了一定倍数且没有失真。
改变基极输入正弦信号的频率 ,当取f=1/(2π/RC)≈14.5MHz(L2、C3回路谐振频率)时,再改变滑动变阻器R1的大小可获得更大的电压增益。测试可得,当射极取R1=0kΩ、R3取51Ω时获得最大电压增益，可见输入幅值为VPP=2V左右的正弦波，丙类功率放大器输出值为VPP=9.907V，放大4.55倍左右的正弦波
3.2.3、两级高频功率放大器的级联仿真
1、级联仿真电路
图3-2-3-1：两级高频功率放大器仿真结果图
2、仿真波形图与仿真分析
图3-2-3-2：级联高频功率放大器仿真图
上图中，左为甲类输出（下）、输入波形图，中间为丙类输出（下）、输入波形图、右为两级类输出（下）、输入波形图 。均有放大且不失真，波形
3、功率及效率计算
（1）输出功率
高频功率放大器的输出功率是指放大器的负载RL上得到的最大不失真功率。由于负载RL与丙类功率放大器的谐振回路之间实现了阻抗匹配，则集电极回路的谐振阻抗R0上的功率等于负载RL上的功率，所以将集电极的输出功率视为高频放大器的输出功率，即：
第四部分 课程设计体会及建议
4.1、体会
1、设计
在高频课上，老师只是讲解了高频功率放大器的相关性质、相关参数的计算，以及相关公式的应用，但并没有讲具体怎么设计一个高频功率放大器。所以此次的课程设计仍有些挑战，例如元器件的选型，根据谐振频率计算电容电感值。好在经过翻阅上个学期的模拟电子技术的课本后以及重新巩固这个学期高频频电子线路所学的知识后，我大致有了初步的构想。
2、仿真
在仿真调节过程中、对电路通过MULTISIM软件进行分析，比如静态工作点分析，交流分析等等都会对电路产生影响。仿真设计的基本步骤为：首先根据原理和设计需要创建仿真电路原理图，然后根据实际情况设计好电路图参数，最后设定仿真分析方法，打开仿真开关，借助仿真仪器对所设计的电路进行仿真，即可得到仿真结果。
软件仿真平台的使用在整个设计过程中很重要，通过软件仿真可以更好的预测电路的工作状态，验证思路。在理论教学课堂上，教师很难透彻地讲解其中要点，学生也只能凭借想象来理解。实践操作上，由于时间和成本，我们很难有动手的机会。因此仿真平台的使用尤其重要。
3、焊接
通过这次两级功率放大器设计的过程，觉得理论和实践却是存在很大差别。在查资料的过程中，不仅对理论知识有了很大提高，还学到很多课堂所没学到的东西。在以后的学习中我会经常巩固高频电子线路及模电所学过的知识并加以应用，让这次课程设计为我提供更大的帮助。
4.2、建议
在这次课程设计中，我发现有很多相关的专业知识不太理解，希望以后的课程设计能让同学们多交流，和他人探讨自己的想法。并且希望以后的课设也越来越能和现实接轨，让课程设计与我们的日常生活相互结合。
参考文献
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儒雅的花卷；《电子技术基础实验与课程设计》；电子工业出版社；2002.
善良的大地；《电子线路设计》；华中科技大学出版社；2000.
指导记录
12月26、
讲授电路基本原理、课程设计基本要求。26号是第一节高频课设开始的时间，这次的任务主是设计两个高频功率放大器。在高频课上，老师只是讲解了高频功率放大器的相关性质、相关参数的计算，以及相关公式的应用，但并没有讲具体怎么设计一个高频功率放大器。所以此次的课程设计仍有些挑战，例如元器件的选型，根据谐振频率计算电容电感值。经过翻阅上个学期的模拟电子技术的课本后以及重新巩固这个学期高频频电子线路所学的知识后，有了初步的构想。
12月27、
讲解实验室安全注意事项实验过程中的注意事项。在老师给定的频率及相关参数、以及所发元器件的要求下，开始进行放大电路的设计，在仿真调节到甲类放大倍数为5倍左右时，准备焊接甲类放大电路。感觉设计一个功率放大器并不简单，但是在设计成功后也能感受到成功带来的喜悦。今天还按照仿真成功的电路图进行电路板的焊接，完成了一级甲类功率放大器的电路板焊接；这是我对专业知识认知的进一步体现。
12月28、
指导仿真软件使用方法解决电路仿真问题。软件仿真平台的使用在整个设计过程中很重要，通过软件仿真可以更好的预测电路的工作状态，验证思路。在理论教学课堂上，教师很难透彻地讲解其中要点，学生也只能凭借想象来理解。实践操作上，由于时间和成本，我们很难有动手的机会。因此仿真平台的使用尤其重要。
12月29、
验收第一极放大电路实物，指导丙类仿真问题解决。今天对丙类放大电路进行设计，通过这次两级功率放大器设计的过程，觉得理论和实践却是存在很大差别。在查资料的过程中，不仅对理论知识有了很大提高，还学到很多课堂所没学到的东西。
12月30、
测试焊接第一级电路实物的输出波形，解决电路焊接问题。第一级甲类放大电路在验收时因为没有与输入信号源共地造成误差，输出放大倍数过低，在老师的指导下将高频试验箱的地接在板子上输出正常了。此过程中学会直流电源的使用，此外在示波器调节输出波形时，老师也给了指导，尽量不按示波器的自动挡。
12月30、
指导两级级联仿真，完成参数计算，指导焊接丙类功率放大电路。两级级联电路时，输出波形可能会失真，需要调节滑动变阻器进行调节。保证最终输出波形不失真且要放大。
01月04、
指导仿真电路波形测量，参数计算。学会仿真参数计算，计算功率放大倍数和交直流功率计算。
01月05、
检查设计书初稿提高修改意见。提出设计书设计要求，要求有实物图片、波形对比。要求设计书格式、字体。整体格式一致，图片要有标号，电路图不能用仿真图代替，公式存在模糊不清的问题，要重新编写公式。