徐海飛 符宇鑫 盛曉春 任恒志

摘 要 作為電子通信專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，高頻電子線路主要是學(xué)習(xí)電子元器件、模擬電路和電路系統(tǒng)，并掌握高頻電子線路概念及其原理，同時(shí)掌握非線性電路分析設(shè)計(jì)方法，為學(xué)習(xí)電子系統(tǒng)工程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；诖?，本文就高頻諧振功率放大和倍頻實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)展開研究，首先闡述了其原理，其次對(duì)電路設(shè)計(jì)和分析進(jìn)行了研究，希望能夠了解諧振功放知識(shí)，并掌握倍頻電路相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 高頻諧振功率放大;倍頻試驗(yàn)電路;設(shè)計(jì)

高頻諧振功率放大和倍頻作為高頻電子線路的重要知識(shí)點(diǎn)，其將高頻振蕩、甲乙類諧振放大、丙類諧振功率和倍頻電路等融合起來，其中，冰雷功放通過應(yīng)用并饋串聯(lián)諧振實(shí)現(xiàn)功率放大，為后續(xù)電路的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

1高頻諧振功率放大和倍頻實(shí)驗(yàn)原理分析

高頻諧振功放晶體管饋電方式包括串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種，而這兩種方式的電源電壓都是位于集電極上，二者的區(qū)別主要是濾波匹配網(wǎng)絡(luò)接入不同。串聯(lián)饋電濾波網(wǎng)絡(luò)位于直流高電位，網(wǎng)絡(luò)元件無法直接接地，并聯(lián)饋電位于直流地電位，網(wǎng)絡(luò)元件能夠直接接地，安裝也更加便利[1]。但是，高頻扼流圈并聯(lián)琵琶網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致分布參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧產(chǎn)生影響。諧振回路也分成了并聯(lián)諧振、串聯(lián)諧振兩種方式，當(dāng)前大部分資料主要介紹了串饋并聯(lián)諧振，對(duì)于并饋串聯(lián)諧振的研究比較少。因此，本文以并饋串聯(lián)諧振為對(duì)象展開研究。

三極管在丙類狀態(tài)工作時(shí)，集電極電流就是周期性尖頂余弦脈沖，具有較大的失真性，其中的諧波比較多，通過傅里葉分解后得到直流分量、基頻分量和諧波分量。受到電容隔直通交和高頻扼流圈隔直通交的影響，直流分量只能夠通過一條支路，無法通過另一條支路，而通過的那條支路對(duì)于諧波電流分量和基頻分量來說就是斷路，未通過的那條支路對(duì)于串聯(lián)諧振頻率會(huì)產(chǎn)生較小得到阻抗，對(duì)其他頻率電流分量來說會(huì)產(chǎn)生較大阻抗，也就是斷路[2]。因此，盡管集電極電流具有很大的失真性，但是其仍然可以獲得正弦波形輸出。以下圍繞諧振頻率為基頻展開分析。

本文圍繞諧振頻率為基頻展開分析，通過晶體管靜態(tài)特性和外部電路關(guān)系公式計(jì)算得到尖頂余弦脈沖電流解析式，其由脈沖高度和導(dǎo)通角所決定。通過傅里葉級(jí)數(shù)求系數(shù)法計(jì)算，可以得到不同頻次的電流諧波分量。從上述分析發(fā)現(xiàn)只有直流分量通過電源電流，由此可以得到電源供給直流功率。基頻分量則經(jīng)過了負(fù)載回路電流，可以得到其交流輸出功率;根據(jù)放大器集電極效率定義得到功率、效率曲線圖。按照放大器集電極效率可以得到功率效率曲線，從中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)通角為0°時(shí)，集電極電流為0，無功率輸出，效率最大。當(dāng)導(dǎo)通角為120°時(shí)，效率與功率輸出有矛盾，需要平衡效率和功率輸出，或是根據(jù)電路實(shí)際需求尋找最佳的導(dǎo)通角。最佳導(dǎo)通角一般為了平衡功率和效率可以選擇70°。在選頻網(wǎng)絡(luò)諧振達(dá)到nw時(shí)，輸出分析參考諧振對(duì)基頻，得到功率和效率曲線，從中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)倍頻為2時(shí)，導(dǎo)通角在60°時(shí)功率最大，倍頻為3時(shí)，導(dǎo)通角在40°時(shí)功率最大，其可以為倍頻器設(shè)計(jì)提供參考[3]。

2高頻諧振功率放大及倍頻實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)

2.1 電路設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)電路圖中，信號(hào)發(fā)生電路核心為晶體管S9018、6MHz石英晶體，甲類諧振放大電路核心是晶體管S8050、6MHz并聯(lián)諧振回路，可以用于放大、選頻。丙類二倍頻電路核心是晶體管2SD467、12MHz并聯(lián)諧振回路。為保證丙類工作，應(yīng)用基極自給偏壓電路。異類諧振放大電路采用二極管IN4148確?；鶚O直流電壓鉗位于0.7V位置，放大器處于乙類狀態(tài)。級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)能夠得到最佳匹配阻抗。丙類諧振功放核心為2SC1970功率管、12MHz并饋串聯(lián)諧振回路，應(yīng)用基極自給偏壓電路，放大輸出最后功率。為了保證丙類二倍電路輸出功率最大，導(dǎo)通角為60°，經(jīng)過計(jì)算得到輸入電壓幅值為1.4V，70°時(shí)，電壓幅值為2V，即為丙類諧振功放電路要求電壓幅值[4]。

乙類諧振放大電路最佳負(fù)載阻抗大，功放電路輸入阻抗小，級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)具有阻抗匹配以及濾除諧波功能。匹配網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)T型結(jié)構(gòu)。匹配網(wǎng)絡(luò)效率取0.8。

按照2SC1970手冊(cè)，供電電壓為12V，輸出功率為1W，則輸入功率即為0.1W。匹配網(wǎng)絡(luò)效率是0.8時(shí)，可以獲得乙類放大器輸出功率，通過計(jì)算得到其輸出功率為0.125W。在對(duì)乙類放大器輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，將其調(diào)整成5V，可以得到最佳的負(fù)載阻抗為100Ω。通過計(jì)算可得匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，基極輸入阻抗影響著電感，但是其標(biāo)稱值具有一定限制，因此，需要先確定其取值后計(jì)算阻抗值。由此可以得到，即基極電感為10時(shí)，阻抗為94.25，不超過最佳負(fù)載阻抗，其與前提條件相符。同時(shí)，計(jì)算可得匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，電容為17.1，電容電抗為0.51[5]。

2.2 測(cè)試分析

本文的電路設(shè)計(jì)測(cè)試時(shí)，通過設(shè)計(jì)的匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)乙類放大器輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，將其調(diào)整成5/12，正弦波，通過級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)可得2/12正弦信號(hào)，利用跳線對(duì)功放負(fù)載電阻進(jìn)行選擇，得到輸出電波。

在分析放大器負(fù)載特性時(shí)，若負(fù)載回路諧振可以將負(fù)載電阻改變，進(jìn)而得到負(fù)載特性。功率管基極輸入信號(hào)2/12，諧振功放負(fù)載電阻得以改變，采用示波器對(duì)負(fù)載兩邊輸出電壓進(jìn)行觀察，并記錄數(shù)據(jù)，繪制曲線圖。當(dāng)負(fù)載電阻上升時(shí)，放大器會(huì)從欠壓狀態(tài)進(jìn)入到過壓狀態(tài)，電流脈沖也形成了凹陷型的脈沖波。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上，本研究將高頻電路中的倍頻、信號(hào)和功率放大、功率振蕩等結(jié)合起來，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)得到，本文所設(shè)計(jì)的電路能夠?qū)崿F(xiàn)倍頻和諧振功率放大，因此，該電路具有一定的應(yīng)用性。

參考文獻(xiàn)

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