四川成都西华大学电气与电子信息学院 陈相宇 邓成程 唐粲 杨杰 610039
摘要：高频功率放大器是各种无线电发送设备的重要组成部分，为了弥补信号在无线传输过程中的衰落，在发送端必须输出足够大的高频功率。而且通信距离越远，要求输出功率越大，必须采用高频功率放大器。由于丙类高频功率放大器工作在大信号非线性状态，所以晶体管的小信号等效电路的分析方法不再适用。虽然采用折线近似法分析会存在一定的误差，但是它对高频功率放大器进行定性分析是一种较为简便的方法。
关键词：高频功率放大器；谐振；丙类功率放大器
一、设计背景
在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的消耗，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设备的重要组成部分。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。
高频功率放大器的主要特点:
（1）工作频率高，相对频带宽
（2）采用选频网络作为负载回路
（3）放大器一般工作在丙类工
二、总体方案设计
（一）方案论证与选择
高频谐振功率放大器的原理电路如下图1所示。除电源和偏置电路外，它是由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成。晶体管作为一个电流控制型器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成基极电流，控制了较大的集电极电流，流过谐振回路产生高频功率输出，从而使电源的直流功率转换为高频输出功率。
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图1
在Mulitisim工作区创建高频谐振功率放大器电路图，并添加了虚拟示波器和信号源，仿真电路图如图2所示。调节信号源，使输入信号为465kHz，集电极的直流电源电源VCC=12V，基极电压采用0.4V，L1、C2构成滤波匹配网络。它们与R2构成并联谐振回路，电感L1为510μH的恒定电感，电容为C2为350pF的可调电容，通过微调L1，C2谐振回路的谐振电容C2使集电极电流达到最小值，即此时功率放大器工作在谐振的工作状态。
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图2
由于在阻性元件上的耗散功率等于通过该元件的电流与该元件两端电压的乘积,因此,晶体管的集电极耗散功率在任何瞬间总是等于瞬时集电极电压与瞬时集电极电流的乘积。如果使瞬时集电极电流只有在最瞬时集电极电压低的时候才能通过,那么,集电极耗散功率自然会大为减小。由此可见,要想获得高的集电极效率,放大器的集电极电流应该是脉冲状。当电流流通角小于180°时,即为丙类工作状态,这时基极直流偏压使基极处于反向偏置状态，电路如图3所示。
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图3
在Mulitisim工作区创建高频谐振功率放大器电路图，并添加了虚拟示波器和信号源，仿真电路图如图4所示。
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图4
（二）方案比较
偏置电压VBB产生方法不同在以上的电路中，偏置电压VBB都用电池的形式来表示，实际上单独用电池供给是不方便的，其中图2是利用基极电流在基极扩散电阻上产生所需要的VBB,由于基极扩散电阻很小，因此所得到的VBB也小,且不够稳定，因而一般只在需要小的VBB(接近乙类工作)时，才采用这种电路；而下图是利用基极电流的直流分量在基极偏置电阻Rb上产生所需要的偏置电压VBB。
三极管类型不同图2中采用2N2222A是一小功率NPN三极管,封装形式有TO-18，TO92两种封装，电流增益带宽积最小250MHZ，放大倍数100-300；下图采用的2N2218极限工作电压为60V，最大电流允许值0.8A，可代换的型号BC140,BC302,BFX96,BSW51,BSX45,3DK3D,最大耗散功率0.8W，放大倍数β为120。
结束语：
本次课程设计利用Multisim软件平台对高频丙类谐振功率放大器进行了仿真研究，给出了其各种外部特性仿真分析结果，实现了其功能验证。Multisim是一个优秀的高频电路仿真分析软件，其强大的射频仿真分析功能改变了传统的高频电子电路的分析、设计方法，为设计出更合理、更优化的电子电路与系统提供了一个快捷，高效的途径。
参考文献
[1]《高频小信号放大器与高频功率放大器的仿真》吉林大学
[2]《高频谐振功率放大器设计》天津天狮学院
通讯作者：杨杰（1999），男，汉族，四川省绵阳市，本科，研究方向：电气工程（通讯作者）