《高频电子线路》课程教学资源（设计实例）高频功率放大器

题目：设计一高频功率放大器。已知条件：+Vcc=+12V，晶体管3DG12的主要参数为PcM=700mW，IcM=300mA，VcE（s6dB。晶体管3DA1的主要参数为Pcm=1W，cM=750mA，VcE(san)≥1.5V,ht≥10f=70MHz,A≥13dB。主要技术指标：输出功率Po≥500mW，工作中心频率fo~5MHz，效率n>50%，负载R=5002.设计：从输出功率Po>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>50%，显然不能只用一级甲类功放，但可以只用一级丙类功放。为使读者对应用较多的甲类功放与丙类功放均有所了解，所以本题采用了如图4所示的电路，其中甲类功放选用晶体管3DG12.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。toLo+Ve (12V)YLCICnCo47uFHCa工o.01μFT0.01F0.01μF工0.01AFN2L2-RU81NN3N.N3R51n2T6T23T10knC13DA13DG12OT00.02uFR150RsknCaCeiRe2Rei20036020.02F0.022μF图4高频功率放大器1.丙类功率放大器设计·确定放大器的工作状态为获得较高的效率n及最大输出功率Po。放大器的工作状态选为临界状态，取=70°，得谐振回路的最佳负载电阻R。为R.- e- krcat)-1102R得集电极基波电流振幅"alm为

题目：设计一高频功率放大器。 已知条件：+VCC=+12V，晶体管 3DG12 的主要参数为 PCM=700mW，ICM=300mA，VCE（sat） ≤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， VCE（sat）≥1.5V,hfe≥10,fT=70MHz,AP≥13dB。 主要技术指标：输出功率 P0≥500mW，工作中心频率 f0≈5MHz，效率 η＞50%，负载 RL=50Ω。 设计：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。为使 读者对应用较多的甲类功放与丙类功放均有所了解，所以本题采用了如图4 所示的电路， 其中甲类功放选用晶体管 3DG12,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。 1.丙类功率放大器设计 ● 确定放大器的工作状态 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 得集电极基波电流振幅 为

2P=95mATalmVR得集电极电流脉冲的最大值1及其直流分量1co，即lem=leim/αi（70°）=216mAleo=lem*αo（70°）=54mA得电源供给的直流功率Pp为Pp=Vcclco=0.65W得集电极的耗散功率Pc为Pc=Pp-Po=0.15W得放大器的转换效率n为=Po/Pp=77%若设本级功率增益Ap=13dB（20倍），输入功率P为P,=Po/Ap=25mW得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=/em/β=21.6mA得基极基波电流的振幅lb1m为Ib1m=lb1mai(70°)-9.5mA得输入电压的振幅Vm为2R5.3VYa-TR-·计算谐振回路及耦合回路的参数丙类功放的输入输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗乙可计算，Y2.=7860(1-cos8)q (0)得：输出变压器线圈匝数比为N3客-0.67MIR

得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 得电源供给的直流功率 PD 为 PD=VCCIc0=0.65W 得集电极的耗散功率 PC'为 PC'=PD-P0=0.15W 得放大器的转换效率 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 得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 得基极基波电流的振幅 Ib1m 为 Ib1m=Ib1mα1( )=9.5mA 得输入电压的振幅 Vbm为 ●计算谐振回路及耦合回路的参数 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： 输出变压器线圈匝数比为

取N,=2,N,=3。若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF，得回路电感为2.53×10*L=-MH10μHfe.c若采用的10m×m×5m的NX0-100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(AN 10HL=4元(川m0可得N2~8需要指出的是，变压器的匝数Ni、N2、N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。·基极偏置电路参数计算基极直流偏置电压V为VB=VE(on)-VmCOS@=-1.1V射极电阻Re2为Re2=VB/Ico=2002取高频旁路电容Ce2=0.01μF2.甲类功率放大器设计·计算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P。应等于丙类功放的输入功率Pi，输出负载R应等于丙类功放的输入阻抗Zl，即P。=P=25mW,R=Z/=86Q2

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。 ●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 2.甲类功率放大器设计 ●计算电流性能参数 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

设甲类功率放大器的电路如图4所示的激励级电路，得集电极的输出功率P。为（若取变压器效率m=0.8)Po=Po'/m~31mW若取放大器的静态电流Ico=lcm=7mA，得集电极电压的振幅Vcm及最佳负载电阻R分别为Vcm=2Po/lcm=8.9VV1Re=1.3kQ2R因射极直流负反馈电阻Rel为Vee-Vem-VcEtsat)=357QRerlee取标称值3602得输出变压器匝数比为NirRe~3N,Re若取二次侧匝数N2=2，则一次侧匝数N,=6本级功放采用3DG12晶体管，设B=30，若取功率增益Ap=13dB（20倍），则输入功率P.为P;=Po/Ap=1.55mW得放大器的输入阻抗R，为R,~rbb+βR,=252+30xR;若取交流负反馈电阻R=102，则R=3352

设甲类功率放大器的电路如图 4 所示的激励级电路，得集电极的输出功率 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Vm为=/2R-1.02V·计算静态工作点由上述计算结果得到静态时(V=0)晶体管的射极电位Veo为VEo=lcoRer=2.5V则VBQ=VEo+0.7V=3.2V，IBQ=lco/β-0.23mA若取基极偏置电路的电流I,=5/B，则R2=VBo/5/Bo=2.8k取标称值3k2。Vee -Vr Re, - 8.25knRVeQ在实验时可以调整时取R,=5.1kQ+10kQ电位器。取高频旁路电容CEl=0.022μF，输入耦合电容Ci=0.02μF。高频电路的电源去耦滤波网络通常采用元形C1=0.002μFLC低通滤波器如图所示，L10,L20可按经验取50~100uH，C10，C11，C20，C21按经验取0.01。L10,L20可以采用色码电感，也可以用环形磁心绕制。将上述设计计算的元件参数按照图4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。再安装第二级内类功率放大器。测得晶体管3DA1的静态时基极偏置VBE=0。静态工作点调整后再进行动态调试

得本级输入电压的振幅 Vim为 ●计算静态工作点 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 低通滤波器如图所示，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。 将上述设计计算的元件参数按照图 4 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。 静态工作点调整后再进行动态调试