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排列3 www.jeimw.cn 无线电力传输振荡电路原理与设计选择

发射??榈缏吩碛肷杓?, 振荡电路种类 将振荡电路从低频率到高频率可以分类如下图 4-1 所示。 其中的 RC 振荡电路是由电阻与电容所形成的调谐电路,无法产生高频率谐波,不 适合高频振荡电路。高频振荡电路一般使用 LC 振荡电路 [11] 。 4.1.2 振荡电路的工作原理 LC 振荡电路主要用来产生高频正弦波信号,电路中的选频网络由电感和电容组成。 常见的 LC 正弦波振荡电路有变压器反馈式 LC 振荡电路、电感三点式 LC 振荡电路和电 容三点式 LC 振荡电路,它们的选频网络采用 LC 并联谐振回路 [12] 。

变压器反馈式振荡电路: 优缺点:变压器反馈式振荡电路易于产生振荡,输出电压的波形失真不大。但是由 于输出电压与反馈电压靠磁路耦合,因而耦合不紧密,损耗较大。并且振荡频率的稳定 性不高。 电感三点式振荡电路: 优缺点:电感三点式振荡电路振幅大,易起振,当电容采用可变电容时,可以获得 调节范围较宽的振荡频率,最高振荡频率可达几十 MHz。由于反馈电压取自电感,对高 频信号具有较大的电抗,反馈信号中含有较多的高次谐波分量,输出电压波形不好。

电容三点式振荡电路: 优缺点:电容三点式振荡电路的输出电压波形好,但若用改变电容的方法来调节振 荡频率,则会影响电路的反馈系数和起振条件,而若用改变电感的方法来调节振荡频率, 则比较困难,所以常用在固定振荡频率的场合。 4.1.3 振荡电路的选择与设计 本文实验内容主要产生一定的能量的正弦波,为了便于测量需要较好的波形。谐振 式耦合无线电力传输的主要工作频率为 1MHz-50MHz。而本文实验的工作频率固定在 10MHz。为免除谐波干扰和因耦合产生的损耗,使能量在 10MHz 时辐射出去,舍弃电感 三点式振荡与变压器反馈式振荡电路。从而选择电容三点式振荡电路。利用电路绘图软 件 Cadence 绘制出如图 4-2 所示原理图: U1 S9014 R5 2K

功率放大电路原理与设计选择 4.2.1 功率放大器的类型 功率放大器按照工作状态分类,可分为 A 类、AB 类、B 类、C 类、D 类、E 类、F 类 等。 根据输入与输出信号间的大小比例关系,功率放大器可分为线性放大器与非线性放 大器,属于线性放大器的有 A 类、B 类及 AB 类放大器;属于非线性的则有 C 类、D 类、 E 类、F 类等类型的放大器。按照自身特点分类,可分为高效率功率放大器、宽带功率 放大器、平衡放大器等 [12] [13] 。 4.2.2 射频功率放大器的主要特性 散射参数介绍 在进行射频/微波电路设计时,节点电路理论已经不适用,需要采用分布参数电路 的分析方法。其中最重要的参数就是 S 参数。在低频电路中,元器件的尺寸相对于信号 的波长而言可以忽略(通常小于波长的 1/10),在这种情况下的电路被称为节点电路, 此时可以采用常规的电压、电流定律进行电路计算。但是在高频/微波电路中,由于波 长较短,组件的尺寸就无法再被视为一个节点,某一瞬间组件上所分布的电压、电流会 不一致。因此基本的电路理论不再适用,而必须采用电磁场理论中的反射及传输模式来 分析电路。电压电流比为稳定状态的固有特性也不再适用,取而代之的是“散射”参数 的特性阻抗的观念。此时的电路以电磁波传输与反射为基础要素。即反射系数、衰减系数、传输的延时时间。 一般的,对于一个有 Y、Z 和 S 参数的网络是可以实际测量和分析的,其中 Y 称为 导纳参数,Z 称为阻抗参数,S 称为散射参数。Z 和 Y 参数对于集总参数的电路分析非常 有效,各参数可以很方便的测试。但是在射频/微波系统中,与直接测量入射波、反射 波及传输波概念更加一致的是散射参数,及 S 矩阵,它更加适用于分布参数电路 [14] 。 分析散射参数功放原理如图 4-4 所示: 从 BJT 与 MOSFET 根据使用场合、成本及性能指标等因素来看,二者各有优缺点, 难分伯仲。本文选择功放晶体管主要从截止频率和功放增益方面考虑。根据其他文献资 料与晶体管器件手册,本文选取的功放晶体管为 N 沟道 MOSFET 型 MRF1550FNT1。此款晶 体管为 Free scale 产品。选择条件与参数如下: 截止频率:175MHz。满足功放电路 0 3 T f >f 的条件。最大输出功率 30W。满足 13W 设计功率要求。功率增益 3dB。偏置开启电压 VGG=2.2V。工作电压 VDD=20V。

 
     
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