短波射頻末級推挽放大電路仿真、PCB 制作及調(diào)試實驗應(yīng)用分析

許為清

（南京熊貓漢達科技有限公司 江蘇 南京 210007）

0 引言

借助有源器件，并配套相應(yīng)的技術(shù)手段，建立在有效融合基礎(chǔ)上，通過設(shè)計出相應(yīng)的射頻功率放大器，能夠明顯增強信號發(fā)射效果，進而保障信號發(fā)射質(zhì)量。因此，放大器具有較高的實用性。為有效優(yōu)化信號發(fā)射的穩(wěn)定性，要求行業(yè)內(nèi)應(yīng)加大對末級推挽放大電路的研究力度，在完成PCB 制作的基礎(chǔ)上，經(jīng)調(diào)試實驗，有效保障末級推挽放大電路設(shè)計效果，進而在整體上優(yōu)化系統(tǒng)信號發(fā)射成效。

1 電路設(shè)計概況以及作用、原理

1.1 設(shè)計概況

在功率放大器中，基于有源器件，并合理利用相關(guān)技術(shù)，通過對各項技術(shù)進行加強融合，能夠在最大程度上提升信號發(fā)射效果，并滿足行業(yè)實際需求。為進一步提升設(shè)計效果，工作人員應(yīng)重點關(guān)注模塊建設(shè)，并結(jié)合實際需求，予以阻抗匹配，有效優(yōu)化匹配效果，進而提升放大器實用性?；诜糯笃髟u估，工作人員應(yīng)加強工作環(huán)境控制，經(jīng)串聯(lián)形式，可有效獲取到相應(yīng)的功率增益。同時，應(yīng)借助專業(yè)手段，計算潛在不穩(wěn)定區(qū)域有源器件，確保計算合理性。另外，應(yīng)注意控制寄生震蕩問題，并配套穩(wěn)定電路技術(shù)，確保末級設(shè)計科學(xué)性。

1.2 作用

基于短波通信，功率放大器將會直接影響發(fā)射信號效果以及末級放大，同時，發(fā)射功率還會進一步影響到通信距離。末級放大電路功效較多，建立在既定程序基礎(chǔ)上，可有效保障發(fā)射機運行效果。功放末級放大在全部系統(tǒng)處于中間環(huán)節(jié)，借助激勵器，能夠完成發(fā)射信號處理，處理內(nèi)容包括信號產(chǎn)生、調(diào)制等，在這一過程中，應(yīng)控制信號功率為100 MW。放大功放前置，可獲取10 W 功率，并進入到下一程序中，在將末級放大送出后，可獲取到放射功率為250 W。在放大功率后，應(yīng)提交到濾波器中，并做好相應(yīng)的處理工作，并進一步向系統(tǒng)發(fā)出信號，確保通信正常。

1.3 原理

在本文研究中，實驗選擇乙類推挽放大電路，主要工作形式為乙類工作形式，并且該放大電路兩只功放管分別與導(dǎo)通正負半周期相連接，能夠在優(yōu)化實際功率的基礎(chǔ)上，進一步保障放大電路應(yīng)用效果。如果信號周期相同，工作人員應(yīng)采取輪流帶電方式，并有機結(jié)合工作狀態(tài)，實現(xiàn)信號輸入。因為極性相反，工作人員應(yīng)同時刺激Q1、Q2，確保工作運行穩(wěn)定性。針對激勵器發(fā)射，在輸出控制信號的情況下，應(yīng)借助電阻R309，完成降壓處理，確保取得Q3 基極，進而形成Q3D 導(dǎo)通結(jié)果。同時，由24 V 引腳24 V 可有效滿足Q4 基極，并使電阻R306 下地，形成相應(yīng)的偏置網(wǎng)絡(luò)。集中放置集電極，放大管數(shù)量共需要兩個。觀察最大電壓值，如果超出規(guī)定范圍，二極管導(dǎo)通將會直接發(fā)揮警報，并進一步對電壓進行切斷處理，實現(xiàn)有效保護。受到不同設(shè)計思路影響，設(shè)計策略也有所不同，因此，工作人員應(yīng)根據(jù)放大器工作狀態(tài)，合理設(shè)置有源器件偏置狀態(tài)。基于場效應(yīng)晶體管，電壓、閾值電壓關(guān)聯(lián)密切，針對結(jié)晶體管，經(jīng)傳導(dǎo)角，可完成工作條件劃分工作，并配套相應(yīng)的電流，確保在信號周期內(nèi)，電流能夠順利流過負載時間[1]。

2 電路仿真、PCB制作及調(diào)試實驗應(yīng)用

2.1 電路仿真

Multisim 屬于電路仿真軟件，能夠在完成電路仿真的同時，優(yōu)化電路設(shè)計。通過使用該軟件，并借助工具欄，有利于為電路仿真工作提供支持。觀察Multisim，因為其與Windows 界面具有高度相似之處。因此，工作人員可盡快熟悉界面操作，優(yōu)化仿真效果?？蓪⒃撥浖胖迷谔摂M儀表附近，便于工作人員完成相應(yīng)的仿真操作，有利于提升工作人員工作效率。當(dāng)前Multisim 軟件應(yīng)用已經(jīng)普及化，該軟件操作界面近似于電子實驗工作臺，工作人員可將相關(guān)測試儀器拖拽到屏幕中，并借助鼠標點擊導(dǎo)線進行連接，在控制面板中，各項儀器、設(shè)備操作均與實際情況相同，工作人員可明確觀察到具體測量數(shù)據(jù)以及特點。該軟件內(nèi)涵蓋超過1.7 萬種元件，并且支持參數(shù)編輯修改工作，經(jīng)模型生成器，配套代碼模式，可完成模型創(chuàng)建工作，并有效執(zhí)行各項功能，進而創(chuàng)建出相應(yīng)的元器件。以Xspice 內(nèi)核作為仿真引擎，借助增強設(shè)計功能，并配合相應(yīng)的數(shù)字混合模式應(yīng)用，可有效優(yōu)化仿真性能。根據(jù)射頻電路設(shè)計、仿真，結(jié)合理論知識以及虛擬儀器技術(shù)，能夠完成儀表創(chuàng)設(shè)，進一步提高工作人員工作便利性[2]。

本文實驗選擇Multisim 仿真調(diào)試軟件，并配套應(yīng)用

相應(yīng)的矢量信號、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。針對射頻功率放大器，要求工作人員應(yīng)做好設(shè)計指標控制，具體要求通頻帶應(yīng)保持在3 MHz ～30 MHz，增益應(yīng)始終高于20 dB，駐波應(yīng)控制在2 以下。在明確上述指標基礎(chǔ)上，可有效滿足實際駐波需求，確保短波信號能夠正常完成輸入工作，并與放大器阻抗相匹配。借助該軟件完成仿真電路設(shè)計，能夠在保持不失真情況下，確保信號輸出增益始終超過20 dB，進一步提升輸出功率，使最終輸出功率超過250 W，見圖1。

2.2 PCB 制作

本文PCB 板制作主要使用軟件為Protel99 軟件。制作流程如下：借助原理圖設(shè)計工具，獲取繪制原理圖，并形成網(wǎng)絡(luò)表。如果原理圖中未存在焊盤，可將其定義在相通網(wǎng)絡(luò)中，如果未存在物理連接情況，可定義到保護地中。針對引腳不一致的情況，應(yīng)注意調(diào)整，確保原理圖、PCB封裝庫保持一致。在器件繪制完畢后，應(yīng)統(tǒng)一保存在PCB庫專用文件中。

基于PCB 系統(tǒng)，工作人員應(yīng)從設(shè)計環(huán)境著手，做好外部環(huán)境調(diào)整，規(guī)劃出相應(yīng)的格點類型以及具體尺寸，并進一步明確各項參數(shù)，其中，參數(shù)設(shè)置多選擇默認值。工作人員應(yīng)以參數(shù)滿足個人使用習(xí)慣作為前提，進行合理調(diào)整。電路板需要做好相應(yīng)的規(guī)劃工作。首先，工作人員應(yīng)明確邊框情況，并配套相應(yīng)的焊盤，如果螺絲直徑為3 mm，則需要將焊盤內(nèi)徑、外徑控制在6.5 ～8 mm、3.2 ～3.5 mm，并借助PCB izard 進行調(diào)入。在這一過程中，工作人員應(yīng)合理設(shè)置當(dāng)前層，使其成為keep out 層。打開PCB 庫，工作人員應(yīng)做好網(wǎng)格表工作，在裝入網(wǎng)格表后，才可以完成布線工作。在設(shè)計原理圖過程中，工作人員應(yīng)以ERC 作為重點，強化檢查工作，確保零件封裝效果。同時，工作人員應(yīng)在網(wǎng)格表中添加零件封裝情況，以免出現(xiàn)零件封裝遺落情況，在添加網(wǎng)格表過程中，應(yīng)結(jié)合實際情況及時進行調(diào)整，確保封裝有效性。

Protel99 具有自動布局功能，在自動布局過程中，可啟動并運行Took，并點擊Auto Place，啟動指令。布局在整個布線過程中具有關(guān)鍵性作用，因此，工作人員可借助手動布局方式，將元件選擇到相應(yīng)的界面中，并對元件進行固定處理，經(jīng)交互式布局，借助自動選擇功能，配套相應(yīng)的自動對齊功能，可篩選中封裝相同元件，并進行集中處理。建立在初步處理基礎(chǔ)上，可集中完成元件整理工作，確保其處于相應(yīng)位置上。在布局完成后，工作人員可借助自動對齊功能，對封裝相似元件進行處理。在自動選擇過程中，應(yīng)根據(jù)設(shè)計需求，選擇組件方向。零件布局不僅要考慮到機械結(jié)構(gòu)散熱情況，還需要將電磁干擾等因素考慮在內(nèi)，以機械相關(guān)器件進行優(yōu)先布置，予以鎖定，并逐步完成占地面積較大器件、電路核心元件處理，最后處理外圍小元件[3]。

在板上空間允許的情況下，工作人員應(yīng)規(guī)劃出相應(yīng)的布線區(qū)。針對大板子，工作人員可將螺絲孔固定其中，如果板上存在受力器件，也可以使用相應(yīng)的螺絲孔固定。在有需要的情況下，可配套焊盤，注意焊盤應(yīng)添加在原理圖中。如果焊盤過孔較小，應(yīng)進一步進行改大處理，所有焊盤均需要定義保護地，在所有器件放好后，借助VIEW30功能，觀察實際效果，并進行存盤處理[4]。

應(yīng)根據(jù)布線規(guī)則，完成布線設(shè)置，并借助Menu，從其他板中導(dǎo)出，并導(dǎo)入到相應(yīng)的板中。在導(dǎo)入以及導(dǎo)出過程中，應(yīng)按照個人習(xí)慣進行設(shè)置，確保設(shè)置效果。如果選擇模式為Design-Rules，則需要注意以下幾點：首先，在安全間距方面，工作人員應(yīng)合理保持焊盤過孔距離，并將板子參數(shù)設(shè)置為0.255 mm，如果板子相對較孔，則需要將參數(shù)調(diào)整為0.3 mm，如果板子較密，則需要設(shè)置參數(shù)為0.2～0.22 mm 的范圍內(nèi)，要求板子參數(shù)不能低于0.1 mm。在走線層面，工作人員應(yīng)提前設(shè)置好走線層，并明確走線方向，針對貼片單面板，則僅需要使用頂層，如果為直插型單面板，則單純使用底層中，基于多層板，應(yīng)另外設(shè)置電源層，在取頂層或者底層后，工作人員應(yīng)添加在Add Place 中，并使用鼠標進行設(shè)置。另外，機械層也需要進行額外設(shè)置，并合理選擇是否于單層顯示模式下顯示。在走線線寬方面，工作人員應(yīng)明確整板范圍，應(yīng)控制在0.2～0.6 mm，另外考慮到網(wǎng)絡(luò)組因素，并設(shè)置出相應(yīng)的線寬，地線寬度多為1 mm。在實際工作過程中，在直徑首選值過高的情況下，將會嚴重影響焊盤運行，并且還會導(dǎo)致焊盤出現(xiàn)縮小情況，進而進入到錯誤走線中。在這一過程中，Board 具有線寬約束作用，可有效降低優(yōu)先級，因此，在布線過程中，應(yīng)注意確保線寬約束條件符合標準。借助Relief Connect 方式，可完成導(dǎo)線寬度設(shè)置，如果導(dǎo)線0.3 ～0.5 mm，則需要保持導(dǎo)線為45°、60°[5]。剩余各項可直接沿用缺省值，應(yīng)合理設(shè)置象布線拓撲結(jié)構(gòu)，并做好電源層間距控制，確保網(wǎng)絡(luò)長度與設(shè)計要求相符。點擊菜單，執(zhí)行Auto Route，設(shè)置自動布線功能，去除Add Testpoints，選中剩余項。在自動布局前，工作人員應(yīng)完成推薦值調(diào)整，其中，推薦值越小，板布通程度越高，但是布線難度也相對較高。點擊Auto Route，完成自動布線處理。在布通無法完全進行的情況下，可借助手工形式，進一步完成UNDO，根據(jù)布局、布線規(guī)則進行調(diào)整，再次布線，完成DRC。在這一過程中，如果發(fā)現(xiàn)出錯，則應(yīng)進行改正。在布線過程中，如果發(fā)現(xiàn)原理圖出錯，則應(yīng)該結(jié)合實際情況，對原理圖進行更新，并進一步更新網(wǎng)絡(luò)表。

在完成布線后，針對需要加粗處理的線，工作人員應(yīng)切實做好布線調(diào)整工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)部分線纏繞過密，工作人員應(yīng)重新布線，并將多余過孔去除，并借助相關(guān)軟件，對線布局實際效果進行觀察，并進一步加以調(diào)整。對布線密度進行觀察，并按照密度排序，紅色＞黃色＞綠色，在檢查完成后，工作人員應(yīng)按end 鍵，對屏幕進行刷新處理，在這一過程中，應(yīng)注意對紅色部分進行觀察，并予以調(diào)整，要求紅色應(yīng)向黃色、綠色轉(zhuǎn)變。

應(yīng)保持布線層整齊度以及美觀度，在手工調(diào)整過程中，線斷開情況較為常見，因此，在快完成前，工作人員應(yīng)單獨打印布線層。在改線過程中，工作人員應(yīng)借助3D 顯示，查看布線情況，并在布線完成后，將單層顯示模式取消，對布線進行保存。

返回到原理圖頁面，選中Tool-Back Annotate，生成WAS 文件。工作人員應(yīng)注意檢查原理圖標號，確保美觀度，在標號調(diào)整完成后，應(yīng)通過DRC，并將所有字符進行拖放處理，并選取合適位置。在這一過程中，字符應(yīng)避免放置在元件、空焊盤上方，如果字符過大，可適量縮小，并將DrillDrawing 層的坐標、尺寸寫清楚。

為有效提升焊盤牢固度，工作人員可進行補淚滴處理，但是這也會導(dǎo)致PCB 板線美觀度下降，因此，工作人員應(yīng)選擇鍵盤S、A 鍵，選擇Add、Track 模式，完成轉(zhuǎn)化文件。

優(yōu)化安全間距設(shè)計，具體要求間距應(yīng)控制在0.5 ～1 mm。在篩選出相應(yīng)的布線層后，工作人員應(yīng)做好網(wǎng)絡(luò)覆銅放置工作，并畫出區(qū)域邊框，并選擇鼠標右鍵進行覆銅處理，并覆出網(wǎng)格線，見圖2。

2.3 調(diào)試實驗

正常而言，放大器制作應(yīng)確保實用性，在這一過程中，應(yīng)做好阻抗匹配工作，要求變壓器匝數(shù)比應(yīng)控制在1 ∶1，但是僅保持匝數(shù)比，將無法取得良好的阻抗匹配效果，并且在放大器中，還會出現(xiàn)駐波一般的情況，導(dǎo)致線性度下降。在本文研究中，輸出、輸入頻率均超過10，但是駐波要求應(yīng)控制在2 范圍內(nèi)，因此，上文參數(shù)將無法滿足放大器阻抗匹配需求。

在阻抗成功后，工作人員應(yīng)完成整體測試，測試結(jié)果如下：在匹配完成后，所有駐波、截點均可符合設(shè)計要求，并且測試后，線性度也呈現(xiàn)明顯增加趨勢，駐波降低幅度為1.1。結(jié)合上述分析結(jié)果，放大器設(shè)計原理具有一定的復(fù)雜性，但是整體性能良好，可有效滿足信號發(fā)射需求，具有廣泛應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

綜上所述，本文在明確短波射頻放大器應(yīng)用重要性的基礎(chǔ)上，具體對電路設(shè)計工作進行分析，經(jīng)電路仿真、并進一步完成PCB 制作，最后通過調(diào)試實驗，可有效保障末級推挽放大電路設(shè)計效果，有利于優(yōu)化信號發(fā)射穩(wěn)定性，確保信號發(fā)射最終效果。因此，工作人員應(yīng)高度重視短波射頻末級電路研究工作，通過借助先進設(shè)計手段，優(yōu)化設(shè)計工作，可確保電路完善性，進一步提高信號發(fā)射水平。