Doherty 功率放大器
Doherty 功率放大器
现代无线通信系统在增加带宽和增加高速率数据传输应用的载波数方面已经做出了很大的进步。记忆效应使有较宽瞬时带宽的高功率放大器的设计非常困难。除了要考虑带宽之外，无线传输系统像CDMA2000，宽带码分复用（WCDMA ），直角频分多路器等的瞬时传输功率非常宽又非常迅速，加载了高峰均比的信号。系统的基站功放需要高线性来无失真的放大高PAR 信号源。为了满足线性要求，功率放大器通常以A 类或AB 类模式偏置，并且必须工作在输出峰值大量反馈回来的状态。
对现代无线通信系统的功率放大器的另一个要求是高效率。随着通信系统尺寸和成本的下降，冷却系统应该逐渐变得简单而且体积小，这就要求功放的效率高。由于back-off 操作，基站功放的效率非常低，让效率提高的技术变得越来越重要。要求在很宽的瞬时带宽范围内高效和满足线性的基站功放设计技术已经成为一个热门话题。
在本文中，我们向大家展示能够满足这些高要求的Doherty 功率放大器。我们介绍它的工作原理，包括线性和效率的改善，和放大器的基本电路配置。还描述了在很宽的频带范围内进行操作和改善线形的最先进的设计方法。为了认证需要，Doherty 功率放大器采用径向扩散氧化物半导体晶体管和测量的WCDMA 4FA 信号。这些结果显示Doherty 放大器在带宽，效率和线性要求方面是基站功率放大器的首选。
Doherty 放大器操作
Doherty 放大器是1936年由.W.H. Doherty 首先提议的。最初的Doherty 放大器包括两个放大管和一个阻抗倒相网络。就像[3]中详细介绍的，使用RF Doherty 放大器之后RF 功率放大器的效率提高了。这个放大器由一个载波放大器和一个峰值放大器组成。输出负载通过阻抗倒相器（四分之一波长传输线）连接到载波放大器再直接通到峰值放大器。图1（a ）显示的是分析Doherty 功率放大器的运算图。两个电流源表示放大器。假设每个电流源与同输入电压信号的比例是线性的，运行在AB 类或B 类放大形式，开启后会出现谐波短路，效率分析只能由基本的和直流元件得出。如图1（b ）所示，峰值放大器在电压达到最大输入电压的一半时开启。
Doherty 放大器技术基于每个放大器的负载阻抗变化，也就是根据输入功率电平进行负载调制。图1（b ）显示放大器的基本电流。两个放大器的负载阻抗为
Z C ＝L T Z Z 2 , 0<νin Z P ＝∞ , 0<νin ＝Z L (1+P C I I ) , V in.max /2 <νin < V in.max (2) 其中Z L 是Doherty 放大器的负载阻抗，I C 和I P 分别表示载波和峰值放大器的基波电流；Z C 和Z P 分别表示载波和峰值放大器的输出负载阻抗，在图1（c ）中显示出来。 在较低的功率区域（0～Vin.max/2），峰值放大器仍旧处于断开状态，而载波放大器的 负载阻抗是传统放大器的两倍大。这样载波放大器当输入电压达到（Vin.max）/2时达到饱和状态，因为最大基波电流摆动达到最大值的一半，最大电压摆动达到V dc。结果最大功率电平是载波放大器允许的功率电平（四分之一最大总功率或最大总功率减6dB值）的一半,而且载波放大器的效率等于图2所示的载波放大器的最大效率。 在高功率部分（Vin.max/2～Vin.max），峰值放大器在此区域导通，峰值放大器的电流电平在决定Doherty放大器负载调制的过程中扮演了重要的角色[见（1）和（2）]。假设峰值放大器的g m是载波放大器的两倍，峰值放大器的电流和电压摆动的增加与输入电压电平成比例，并且只有在最大输入电压情况下，电压摆动才能达到最大摆动值V dc。载波放大器的负载阻抗在2Z opt到Z opt之间变化，而峰值放大器的阻抗负载根据图1（c）显示的输入电压电平的变化，在∞到Z opt之间变化。Doherty放大器在最大输入电压的效率等于放大器的最大效率。当峰值放大器的尺寸与载波放大器相同时，而且通常都是这样的，两个放大器的g m值相等，而峰值放大器并不能完全启动，所以它的功率性能会下降。从基本的操作理论，我们可以看出在整个功率范围内，Doherty放大器与传统放大器相比效率更高。最终的Doherty放大器可以解决如何在大的PAR信号下保持高效的问题。 Doherty放大器的线性 Dohe rty放大器的线性比AB类放大器的更加复杂。AB类输入载波放大器在低功率电平时有个相当于平时两倍的负载阻抗，这个载波放大器的高阻补偿了它因为输入功率分配出现的低增益特性。在高功率电平，两个放大器使用常规负载阻抗产生最大功率，平衡了功率增益。另外在低功率区域，放大器的线性完全取决于载波放大器。因此即使负载阻抗非常高，载波放大器也应该保持高线性。 在功率高的地方，线性度通过使用合适的门偏置使两个放大器的谐波相互抵消来改善。图3显示LDMOS晶体管的三阶谐波产生系数g m3和两个放大器的偏置点。而对于每个放大器的增益特性，对于每个放大器的增益特性，C类偏置峰值放大器的延迟扩展增益可以补偿AB类载波放大器的增益抑制。这样基于负载调制技术的Doherty放大器，能够比传统的AB 类放大器更好的传输线性度好的输出功率。载波放大器的3级内部调制（IM3）电平增加了，而IM3的相位降低了，因为载波放大器的增益被压缩了。相反的，当放置放大器的增益扩展后，IM3的电平和相位都会增加。在两个放大器中低偿IM3，相同振幅下各成分的相位应该改变1800。因此峰值放大器应该设计成它的谐波正好能够抵消载波放大器的谐波。 Doherty放大器的电路配置 图4显示的是在输出电路有偏置传输线[5]的全匹配微波Doherty放大器的原理图。载波和峰值放大器有输入/输出匹配网络，分别从设备的输入阻抗传输到50Ω电阻和从设备的最适宜负载阻抗Z opt传输到50Ω电阻。附加的偏置传输线的特性阻抗为50Ω，连在载波和峰值放大器匹配电路的后面。在功率擦较低的区域，偏置线的相位调整使峰值放大器开路，并且载波放大器的特性阻抗由于四分之一波长阻抗变压器编程原来的两倍，达到2R0。这个显示在图5（a）和（b）中。载波放大器的偏置线通过合适的负载调制在Z opt到2Z opt之间变化，如图5（a）所示。图5（b）中显示峰值放大器的偏置线调整到高阻状态来阻止功率泄漏。图5（c）显示史密斯图的合理转换来决定放大器偏置线的长度。这条线不会影响总的匹配条件和负载调制，因为它是与50Ω特性阻抗相匹配的。Doherty输出组合电路包括特性阻抗为50Ω的四分之一波长传输线和能够从50Ω转换到25Ω的四分之一波长传输线来决定输出组合电路的负载阻抗。峰值放大器的输入端需要一个相位延迟线来调整峰值和载波放大器之间相同的延迟[6]。 Doherty放大器包括一个AB类偏置载波放大器和一个C类偏置放置放大器。因为使用 不同的偏置，放大器的RF电流根据输入驱动电平的不同而变化。 为了满足线性要求，功率放大器通常为A类或AB类偏置模式而且必须工作在峰值输出功率大量回退的情况。 Doherty放大器的先进设计方法 Doherty放大器的基本操作原理在前面部分已经描述过了。我们可以看到微波Doherty 放大器的优势是电路配置简单，效率和线性度好。在这一部分，我们会讲解Doherty放大器的一些典型问题，并会举出实例来让大家理解。 基站系统的Doherty放大器有两个尺寸相同的放大器，匹配电路和输入驱动。因为峰值放大器的偏置比载波放大器低，峰值放大器的电流在最大输入驱动时不能达到最大允许电流。这样两个放大器的负载不能去不调制成最适宜的阻抗值Z opt，并且他们会比最适宜值大一些。结果传统Doherty放大器严重的饱和，线性度和功率都会下降。由于记忆效应很难在较宽的频带内改善Doherty放大器的线性。在较宽的带宽，高线性和高功率应用中建议使用一下三种设计方法：1）不对称功率驱动，在峰值滤波器中使用更大的功率，可以降峰值放大器开到最大并能将阻调到最适宜的值。因此使用不对称功率驱动的峰值放大器线性度更好，比使用相同输入功率驱动的放大器产生更多的功率。2）因为不是当的负载调制，两个放大器的功率匹配电路应该进行适当的调整得到较低的阻抗，使线性度更好。因为峰值滤波器的偏置点低，设计的峰值放大器的功率匹配电路的阻抗要比载波放大器的低一些。甚至两个放大器的匹配电路应该分别优化来加强整个频带范围内的IM抵消。3）设计成的偏置电路应该使它的记忆效应最小。线形化技术主要在于谐波抵消，像Doherty放大器和PD的抵消被限制在很低的范围内，因为记忆效应产生不同的低和超高的杂散发射。偏置电路不应该有包络阻抗的任何频散以便使记忆效应最小。为了降低记忆效应，优化的偏置电路在每个频率使用四分之一波长线和退耦电容。钽电容插入四分之一波长线使它在包络频率内短路。另外，两个放大器的都应该进行合适的调整来保持最优的线性度和效率。 对偏置电路进行测试来降低记忆效应 不同带宽的记忆效应的影响是ACLR或内部调制失真（IMD）不对称，并且带宽决定临近的信道泄漏率或IMD特性。为了降低记忆效应的效果，应该减小偏置电路的负载阻抗来使包络频率内的电压元件短路或保持原值。 图6中我们已经测试了几个偏置电路来降低记忆效应。图7和8显示了偏置电路负载响应的测试结果。但是我们不能测量包络频率内的负载阻抗（直流20MHz），但是我们可以测量100MHz到5GHz的阻抗。从这些测试结果我们可以类推出包络频率的负载阻抗值。 图6（b）显示了RF功率放大器的一般偏置电路图。从图7和8 我们可以推断出RF退耦电容（10pF）的包络阻抗和包络频率退耦电容（22μF和10μF）的值都非常小。即使这种情况下的包络阻抗值都非常小，功率放大器还是有很重的记忆效应。会这样的原因之一是高功率放大器的负载非常小，很难使包络频率电压部分短路。为了减小记忆效应，偏置电路的阻抗应该进一步减小。我们计划了偏置单路对RF退耦电容（10pF）和包络频率退耦电容[22μF ,10μF和四分之一波长偏置电路的局部钽电容1μF]的优化方法。图7（c）和图8（c）显示在低频时比一般偏置方案更多的小包络阻抗和更小的负载阻抗变化。不过，在四分之一波长线上增加钽电容可以降低RF阻抗，如图7（c）所示。这样考虑到这些效应，我们应该将偏置电路与匹配电路一起优化。这样我们设计的偏置电路优化方案可以比创通的偏置电路方案更有效的降低记忆效应，还可以降低ACLR不对称情况。 Doherty放大器和测量结果的执行 在前面部分，我们解释了基本的Doherty操作和先进的有不对称功率驱动，分别优化了的匹配，以及偏置电路优化的设计方法。一个用于基站的2.14-GHzDoherty放大器安装了菲斯卡尔的MRF5P21180 LDMOSFET。图9显示采用先进方法安装了Doherty放大器的照片。不对称功率驱动采用Anaren的1A1305-5 (5 dB 定向耦合)，它给峰值放大器传输比载波放大器多4dB的输入功率。Doherty放大器的独立匹配应该进一步优化以便在25W（44dBm）的平均输出功率达到高效率和线性度。在实验中，合适的偏置线应该为80.40，而且峰值放大器转换的输出阻抗在断开状态为502Ω。载波放大器和峰值放大器在V dd＝27V时的静态偏置分别设置为V C＝3.938V（1.1A）和V p＝1.713V。我们优化偏置电路使记忆效应最小并改善线性度和效率。为了进行性能比较，我们还制造了有对称功率驱动的AB类放大器和Doherty放大器。AB类放大器代表传统的推拉式的基站功率放大器。为了对不对称功率驱动进行专门比较，有对称驱动的Doherty放大器采用独立匹配和偏置电路达到尽可能高的线性度和效率。 图10显示从有不对称驱动的Doherty放大器以及采用2.14GHz前向链路宽带码分多址4FA信号，频偏为5MHz的AB类放大器测量得到的相邻信道泄漏率的值。输出功率为44dB 时Doherty放大器的ACLR比AB类放大器改善了大约7dB。 图11显示分别配有对称和不对称驱动的Doherty放大器的ACLR值。同对称的情况相比，配有不对称功率驱动的Doherty放大器在平均输出功率为44dB时传输的ACLR值明显改善了3dB. 图12显示作为偏置电路优化后配有不对称驱动的情况下测得的ACLR性能。漏极偏置电路混合了一个四分之一波长线和几个退耦电容，包括RF 10pF,和用于包络频率的22μF ,10μF，1μF ,1nF,150nF。钽电容（22μF ,1μF）放置在四分之一波长线内是非常重要的，即使RF阻抗被这些电容减小了还是可以使记忆效应最小。这样我们就有最优的偏置电路和匹配电路。结果偏置电路就铸件变成有源的匹配电路，优化后在整个平均输出功率范围内最高的和最低的ACLR差值比2dB小。图13 显示根据电路的优化在平均输出功率擦为44dB时有不对称功率驱动的Doherty放大器的频谱。 图14显示具有对称却动和不对称驱动两种信号的Doherty放大器上测量所得的IMD3值。我们在1MHz音频范围上使用两音信号测量峰值包络功率（PEP）。配有不对称驱动的放大器的PEP从165W变到180W，相对与配有对称驱动的改善了15W。结果显示配有部件对称驱动的Doherty放大器能够时两个放大器产生最大功率。 图15显示配有对称和不对称功率驱动的Doherty放大器以及放大WCDMA 4FA信号的AB类放大器的漏极效率。Doherty放大器的漏极效率明显的比AB类放大器好。 这个结果清楚的显示了Doherty放大器远远优于AB类放大器。而与常规Doherty放大器相比，配有不对称功率驱动，并且分别对偏置电路和匹配电路进行优化过的Doherty放大器的线性度和效率更好。我们还可以看到我们的设计方法使Doherty放大器在很宽的频带内性能都很好。 结论 本文解释了Doherty的基本操作原理，包括怎样改善线性和效率，和对传统Doherty放大器配置的改善。我们提出了在很宽的带宽内使Doherty放大器具有高效率和线性度的先进设计方法。Doherty放大器采用了菲斯卡尔的LDMOS MRF5P211080。放大器采用不对称功率驱动，并分别对偏置电路和匹配电路进行优化。 对于2.14GHz WCDMA 4 FA 信号，在平均输出功率为44dB时，Doherty放大器的ACLR 等于－41dB，漏极效率为33％。这些实验结果清楚的显示了Doherty放大器相对于AB类放大器和传统的Doherty放大器的优越性能。我们提出的方法非常适合用于宽带和高功率的Doherty放大器的设计。 目录 课程设计任务书 (2) 摘要 (3) 1 模电课设概述 (5) 1.1设计背景 (5) 1.2音频放大类别 (5) 1.3设计目的及意义 (6) 1.4开发环境Multisim 10.0简要介绍 (7) 2 课程设计内容 (8) 2.1功放电路方案的选择 (8) 2.2 BTL电路的组成 (10) 2.3 电路仿真 (13) 3 实物焊接及调试过程 (18) 3.1 焊接实物 (18) 3.2 调试过程遇到的问题及解决方法 (19) 4 总结与心得 (20) 附录 (21) 附件一实验原理图 (21) 附录二元件清单 (22) 附录三参考文献 (23) 成绩评定表 (24) 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：、 题目: 音频功率放大器 初始条件：芯片：TDA2030A、极性电容、非极性电容、可变电阻、定值电阻、扬声器、 要求完成的主要任务: 1.选择合适的功放电路，如：OCL、OTL、或BTL电路。完成对高 保真音频功率放大器的设计、装备与调试； 2.输入信号Uid≤100mv,频率响应范围30Hz-3KHz； 3.在8Ω扬声器的负载下，输出功率连续可调，最大输出功率达 到6W； 4.音频信号放大后，失真≤5%。 5.效率≥60% 时间安排： 安装调试，地点： 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 摘要 这学期刚学习模电课,学校要求我们完成一次课程设计任务。模电这门课程主要讲 直流稳压电源。功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL 率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用继承运算放大器 BTL功 TDA2030A集成功放，并采用双电源电源供电。TDA2030A集成电路的特点是输出功率大，而且保护性能比较完善，其工作电压范围较广，信号失真度较小，使用两块TDA2030A组成BTL电路，输出功率可增至35W。实验用multism软件对BTL multism软件模拟 该电路由于价廉质优，使用方便，广泛应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。 BTL、TDA2030A、功率放大、multism。 数字功放原理 数字功放也称D类功放，与模拟功放的主要差别在于功放管的工作状态。传统模拟放大器有甲类、乙类和甲乙类、丙类等。一般的小信号放大都是甲类功放，即A类，放大器件需要偏置，放大输出的幅度不能超出偏置范围，所以，能量转换效率很低，理论效率最高才25% 。乙类放大，也称B类放大不需要偏置，靠信号本身来导通放大管，理想效率高达78.5%。但因为这样的放大，小信号时失真严重，实际电路都要略加一点偏置，形成甲乙类功放，这么一来效率也就随之下降，虽然高频发射电路中还有一种丙类，即C类放大，效率可以更高，但电路复杂、音质差，音频放大中一般都不用，这几种模拟放大电路的共同的特点是晶体管都有工作在线性放大区域中，它按照输入音频信号大小控制输出的大小，就像串在电源与输出间的一只可变电阻，控制输出，但同时自身也在消耗电能。 数字功放的功放管工作在开关状态，理论状态晶体管导通时内阻为零，两端没有电压，当然没有功率消耗；而截止时，内阻无穷大，电流又为零，也不消耗。所以作为控制元件的晶体管本身不消耗功率，电源的利用率就特别高。 图1是数字D类功放的工作原理框图。D类功放处理的是经脉宽调制（PWM）的音频数字信号，声音信息埋藏在脉冲的占空比或脉冲密度中。 图示是音频信号的一种PWM调制方法，最为直观；较多采用的是以脉冲密度来表示信号大小的，脉冲密度大的地方，表示电压高；稀的地方，电压就低。双向信号可用其它方式调制，如占空比50%，即脉冲 宽度与间隔宽度1：1，表示信号幅值为零；占空比大于50% ，幅度为正，这时数值越大，正幅度越高；占空比小于50%，幅度为负，越小越负。因为这种信号并不需要与外接设备直接相连，也就不需要格式完全统一，各厂可按自行研发的最佳方案调制。 音频PWM编码可以从两种途径获得，一是对模拟音频信号进行模数变换直接生成PWM数字音频。二是对其它编码的数字音频，如CD的PCM编码，通过数字信号处理技术变换成PWM码。获得后用此信号去控制大电流的开关型功率MOSFET由功率管输出一个大能量的PWM码。输出电压的大小由电源电压高低决定，输出的电流由负载扬声器的阻抗和电路形式决定。功率管工作在开关状态，只要开关特性好，线性要求几乎没有，制造成本比音响对管低，工业控制上这类MOSFET已用得很普遍，取材方便。由于开关管导通时的饱和压降和截止时的漏电流也会损失一些电能，但总效率仍有百分之九十几，为各类放大电路效率之冠。 开关晶体输出的是脉宽调制波形，要成为可听的模拟音频信号，还需经过一路带宽为20KHz的低通滤波器，滤去脉冲波形中的高频成分，见图3，一般说来功放的输出电压对选取电容的耐压不成问题，只是电感最大允许电流要设计正确。 按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称A 类）、乙类功放（又称B 类）、甲乙类功放（又称AB 类）。 甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。 乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。 甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。 甲类： 1、结构 三极管的静态功耗： CQ CEQ T I U P ?= 电源提供的平均功耗 CQ CC E I V P ?= 若CC CEQ V U 2 1= ，则CQ CC RL T I V P P ?= =2 1。 三极管和负载电阻RL 的静态功耗相等。 三极管的动态功耗 输出功率： 设输出电压的幅值为Uom om om om om o 2122I U I U P =?= + u V CC i 要想P O 大，就要使功率三角形的面积大，即必须使V om 和I om 都要大 最大输出功率：CQ CC om I V P ?=)2 1 (21 电源提供的功率 CQ CC Cm CQ CC C CC E I V t d t I I V t d i V P ?=+?= ?= ? ? ωωπ ωπ π π )sin (21)(2120 20 此电路的最高效率25.0≈= E om P P η 甲类功率放大器存在的缺点： 输出功率小； 静态功率大，效率低。 乙类 1、结构： 互补对称： 电路中采用两个晶体管：NPN 、PNP 各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。 2、工作原理 静态时：ui = 0V → ic 1、ic 2均=0（乙类工作状态） → uo = 0V 动态时：ui ＞0V,T1导通，T2截止，所以iL = ic 1； Ui ＜0V,T1导通，T2截止，所以iL = ic 2。 所以，T 1、T 2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。 － u CC i 放大电路原理 放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频；接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。 读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开，然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点：一是有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析；二是电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。 下面我们介绍几种常见的放大电路。 低频电压放大器 低频电压放大器是指工作频率在 20 赫～ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。 （ 1 ）共发射极放大电路 图 1 （ a ）是共发射极放大电路。 C1 是输入电容， C2 是输出电容，三极管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。 1 、 3 端是输入， 2 、3 端是输出。 3 端是公共点，通常是接地的，也称“地”端。静态时的直流通路见图 1 （ b ），动态时交流通路见图 1 （ c ）。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位和输入电压是相反的，性能不够稳定，可用于一般场合。 （ 2 ）分压式偏置共发射极放大电路 图 2 比图 1 多用 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的，所以称为分压偏置。发射极中增加电阻 RE 和电容 CE ， CE 称交流旁路电容，对交流是短路的； RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图中基极真正的输入电压是RB2 上电压和 RE 上电压的差值，所以是负反馈。由于采取了上面两个措施，使电路工作稳定性能提高，是应用最广的放大电路。 （ 3 ）射极输出器 图 3 （ a ）是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图 3 （ b ）是它的交流通路图，可以看到它是共集电极放大电路。 共源极放大器电路及原理 1)静态工作点的测试 上图为场效应管共源极放大器实验电路图。该电路采用的自给偏压的方式为放大器建立静态工作点，栅极通过R1接地，因R1中无电流流过，所以栅极与地等电位。即VG=0，可用万用表测出静态工作点IDQ和VDSQ值。 ２）输入输出阻抗的测试 （1）输入阻抗的测量 上图是伏安法测试放大电路的连接图。其在输入回路中串接一取样电阻R，输入信号调整在放大电路用晶体管毫对地的交流电压VS与Vi，这样求得两端的电压为VR=VS－Vi，流过电阻R的电流实际就是放大电路的输入电流Ii。 根据输入电阻的定义得 2）输出阻抗的测量 放大器输出阻抗的大小，说明该放大器带负载的能力。用伏安法测试放大电路的输出阻抗的测试电路如下图所示。放大器输出阻抗的大小，说明该放大器带负载的能力。用伏安法测试放大电路的输出阻抗的测试电路如下图所示。 输入信号的频率仍选择在放大电路的中频段，输入信号的大小仍调整到确保输出信号不失真为条件，因此仍须用示波器监视输出信号的波形。 第一步在不接负载RL的情况下，用毫伏表测得输出电压V01。 第二步在接上负载RL的情况下，用毫伏表测得输出电压V02。则 3）高输入阻抗Ｚｉ的测试. 前面讲了一般放大器输入阻抗的测量方法，下面以场效应管源极跟随器为例，介绍高输入放大器的输入阻抗的测试方法。 类似于源极跟随器这样的高输入阻抗放大器的输入阻抗．往往可以等效成一个输入电阻Zｉ和一个输入电容Ｃｉ的并联形式，因此，必须分辨测出Ｒｉ和Ｃｉ的值才能确定输入阻抗Ｚｉ的值。 测量Ｒｉ，由于被测电路的输入阻抗很高，可以和毫伏表的输入阻抗相比拟，若将毫 一、实验目的 1）了解音频功率放大器的电路组成，多级放大器级联的特点与性能； 2）学会通过综合运用所学知识，设计符合要求的电路，分析并解决设计过程中遇到的问题，掌握设计的基本过程与分析方法； 3）学会使用Multisim、Pspice等软件对电路进行仿真测试，学会Altium Designer使用进行PCB制版，最后焊接做成实物，学会对实际功放的测试调试方法，达到理想的效果。 4）培养设计开发过程中分析处理问题的能力、团队合作的能力。 二、实验要求 1）设计要求 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8Ω。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标： （1）频带宽度50Hz～20kHz，输出波形基本不失真； （2）电路输出功率大于8W； （3）输入阻抗：≥10kΩ； （4）放大倍数：≥40dB； （5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz 处有±12dB的调节范围； （6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分： （1）增加电路输出短路保护功能； （2）尽量提高放大器效率； （3）尽量降低放大器电源电压； （4）采用交流220V，50Hz电源供电。 2）实物要求 正确理解有关要求，完成系统设计，具体要求如下： （1）画出电路原理图； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出； （5）PCB文件生成与打印输出； （6）PCB版图制作与焊接； （7）电路调试及参数测量。 三、实验内容与原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分，如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1）前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下， 运算放大器工作原理是什么? 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1。一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。 开环回路运算放大器如图1-2。当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下： Vout = ( V+ -V-) * Aog 其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益（open-loop differential gai 由于运算放大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号「饱和」（saturation），导致非线性的失真出现。因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器（comparator），比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。 闭环负反馈 高效音频功率放大器 一、设计任务与要求 1、设计任务 设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。 2、设计要求 ⑴基本要求 ①功率放大器 a．3 dB通频带为300～3400Hz，输出正弦信号无明显失真。 b．最大不失真输出功率≥1W。 c．输入阻抗>10kΩ，电压放大倍数1～20连续可调。 d．低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV，在电压放大倍数为10、输入端对地交流短路时测量。 e．在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50％。 ②设计并制作一个放大倍数为1的信号变换电路，将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出，经RC滤波供外接测试仪表用，如下图所示。图中，高效率功率放大器组成框图可参见本题第3项“说明”。 图1 系统组成框图 ③设计并制作一个测量放大器输出功率的装置，要求具有3位数字显示，精度优于5％。 ⑵发挥部分 ① 3dB通频带扩展至300Hz～20kHz。 ②输出功率保持为200mW，尽量提高放大器效率。 ③输出功率保持为200mW，尽量降低放大器电源电压。 ④增加输出短路保护功能。 ⑤其他。 1、说明 ⑴采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一，D类放大原理框图如下图所示。本设计中如果采用D类放大方式，不允许使用D类功率放大集成电路。 图2 D类放大原理框图 ⑵效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v)，不包括“基本要求”中第(2)、(3)项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试。 ⑶在整个测试过程中，要求输出波形无明显失真。 二、方案论证与比较 根据设计任务的要求，本系统的组成方框图如图1所示。下面对每个框电路的设计方案分别进行论证与比较。 1、高效率功率放大器 ⑴高效率功放类型的选择 方案一：采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。 方案二：采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。理论上为100％，实际电路也可达到80％～95％，所以我们决定采用D类功率放大器。 ⑵高效D类功率放大器实现电路的选择本题目的核心就是功率放大器部分，采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标，这是关键。 图3 脉宽调制器电路 ①脉宽调制器(PWM) 方案一：可选用专用的脉宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利于本题发挥部分的实现。 方案二：采用图3所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分的功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理的选择器件参数，可使其能在较低的电压下工作，故选用此方案。 ②高速开关电路 运算放大器的工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同， 运算放大器原理 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1。一个运算放大器模组一般包括 一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。 图1-1 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回 浅谈音响功放的工作原理 音响中的功放是整个音响设备中的关键部件,所以音响发烧友们都在其上不惜花费人力物力财力进行"摩机",在电源部分,电路的整体布局,用料等方面进行不断改良.本人并不是超级发烧友,充其量算是一位音响爱好者吧,为此在这里我就以一个音响爱好者的身份谈一谈我对音响功放的看法. 功放分胆机与石机,先讨论石机.石机最初的功放为甲类功放,这类功放的功放管的工作点选在管子的线性放大区,所以就算在没有信号输入的情况下,管子也有较大的电流流过,且其负载是一个输出变压器,在信号较强时由于电流大,输出变压器容易出现磁饱和而产生失真,另外为了防止管子进入非线性区,此类放大器往往都加有较深度的负反馈,所以这种功放电路效率低,动态范围小,且频响特性较差.对此人们又推出了一种乙类推挽式功率放大器,这类功放电路其功放管工作在乙类状态,即管子的工作点选在微道通状态,两个放大管分别放大信号的正半周和负半周,然后由输出变压器合成输出.所以流过输出变压器的两组线圈电流方向相反,这就大大地减少了输出变压器的磁饱和现象.另外由于管子工作在乙类状态,这样不仅大大的提高了放大器的效率且也大大的提高了放大器的动态范围,使输出功率大大提高.所以这种功放电路曾流行一时.但人们很快发现,此种功电路由于其功放管工作在乙类工作状态,所以存在小信号交越失真的问题,而且电路需使用两个变压器(一个输出变压器,一个输入变压器),由于变压器是感性负载,所以在整个音频段内,负载特性不均衡,相移失真较严重.为此人们又推出了一种称为OTL的功率放大电路.这种电路的形式其实也是一种推挽电路形式,只不过是去掉了两个变压器,用一个电容器和输出负载进行藕合,这样一来大大的改善了功放的频响特性.晶体管构成的功放电路有了质的飞跃,后来人们又改良了此种电路,推出了OCL和BTL电路,这种电路将输出电容也去掉了,放大器与扬声器采取直接藕合方式,直到现在由晶体管组成的功放电路,其结构基本上是OCL电路或BTL电路.OCL电路与OTL电路不同之处是采取了正负电源供电法,从而能将输出电容取消掉.BTL电路是由两个完全独立的功放模块搭建组成,如图C所示.IC1放大输出的信号一部分通过IC2反相输入端,经IC2反相放大输出,负载(扬声器)则接在两放大器输出之间,这样扬声器就获得由IC1和IC2放大相位相差180度的合成信号了. 不论是OCL或BTL功放电路,由于其去除了输出变压器和输出电容器,使放大器的频响得到展宽。与扬声器配接方面，当功率放大器连接一个标称阻抗低于 音频功率放大器的设计毕业论文 单刀音频功率放大器的设计 摘要 本次课程设计题目为音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放。 设计中主要采用OP07进行音频放大器的设计，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。设计中的音频功率放大器主要由直流稳压电源、前置放大电路、二级放大电路和功率放大电路组成。前置放大电路采用了反相比例运算放大器，二级放大电路用一个低通滤波器和一个高通滤波器组成一个带通滤波器，功率放大电路采用了OCL电路。直流电源采用桥式电路进行整流，输出则采用了三端集成稳压器。 对前置放大电路和二级放大电路进行了输入、输出分析和频率响应分析。对功率放大电路进行了输入和输出功率分析。对直流电源进行了输出电压验证。最后对总电路进行了输入、输出 分析、频率响应分析、噪声分析。 关键词： OP07 音频功率放大器 目录 摘要................................................................ I Abstract.......................... 错误!未定义书签。第一章音频放大器的概述.. (1) 1.1音频放大电路的回顾 (1) 1.2音频功率放大器的介绍 (2) 1.2.1 A类(甲类)功率放大器 (3) 1.2.2 B类(乙类)功率放大器 (3) 1.2.3 AB类(甲乙类)功率放大器 (4) 1.2.4 C类(丙类)功率放大器 (4) 1.2.5 D类(丁类)功率放大器 (5) 1.3放大器的技术指标 (5) 第二章音频功率放大器的设计 (11) 2.1设计方案分析 (11) 2.2前置放大电路设计 (11) 2.3二级放大电路设计 (15) 2.2.1 低通滤波器设计 (15) 2.2.2 高通滤波器设计 (17) 2.2.3 二级放大电路电路设计 (20) 2.4功率放大器设计 (21) 2.5 直流稳压电源设计 (23) 高效率功率放大器的现状及发展趋势 学院：电子工程学院 专业：电磁场与微波技术 ：王元佳 学号：201320000289 报告日期：2013.11.05 一、引言 现代通信系统中的射频系统要求功耗低、效率高以及体积小。近年来，无线通讯朝大容量、多电平、多载波、高峰均比和宽频带方向飞速发展，宽带数字传输技术（如OFDM、CDMA等）和高频谱效率的调制方式（如QPSK、QAM等）正获得越来越广泛的应用，从而对射频系统性能提出更为苛刻的要求。功率放大器作为射频系统的关键部件，其所消耗的功率在整个射频系统所占比例相当大。低效率的功率放大器严重影响系统的整体性能。所以，设计高效率射频功率放大器对于减少电源消耗，提高系统稳定性，节约系统成本都由十分重大的意义。 传统的功率放大器通过调整工作状态（即调整晶体管导通角）来提高效率，这就是A类、B类、AB类、C类功率放大器的演进过程。其中C类功率放大器的理论效率最高达到100%，但此时其输出功率却为零。其根本原因在于，上述功率放大器工作状态下电流、电压同时存在于晶体管中，要使晶体管的耗散功率为零，必然使输出功率也为零。通过不断减小导通角的方式已不能满足不断提高效率的要求。为进一步提高效率，晶体管工作在开关状态的功率放大器应运而生。 二、研究现状 2.1 高效率功率放大器 2.1.1 D类功率放大器 当前，国内外高效率射频功率放大器的研究都集中在开关模型功率放大器及高效率功率放大器结构上。开关模型功率放大器主要有D、E两类。其设计思想都是使晶体管上“电流、电压不同时出现”。D类功率放大器一般由两个晶体 管构成，两只晶体管轮流导通、截止，实现电流、电压的不同时出现条件。但其晶体管和寄生电容耗能都是单管放大电路的双倍。同时，在开关瞬间存在两晶体管同时导通或截止引起二次击穿造成晶体管损坏的危险。工作频率比较低时,晶体管开关延时可以忽略,晶体管近似理想开关,不会产生损耗；在高频下,晶体管开关延时不可忽略,会引入损耗,另外元器件本身也会有损耗。因此,D类功放适合于频率较低的应用,并不适用于射频领域，D类放大器现在主要应用于音频领域。如图所示为D类功率放大器的电路结构。 2.1.2 E类功率放大器 为了克服D类功放在不完全导通与不完全截止过程中引入的较大损耗,提出了E类功放的设计。与D类功放不同,E类功率放大器采用单只晶体管,可工作于较高的频段，漏极电流为直流和漏极分路电容的充电电流之和。E类放大器是一种开关式的高效率放大器,理想情况下,效率可达100%。在这种功率放大器中,足够强的驱动电压使得输出功率管在完全导通和完全截止之间瞬时切换,流过开关的电流与开关上电压波形没有重叠,因而开关不消耗功耗。E类功率放大器的主要设 袁蒁膃蚇腿肀肃功率放大器原理功率放大器原理 图 芃蚆葿艿袂薇蒆要说功率放大器的原理，我们还是先来看看功率放大器的组成：射频功率放大器（RF PA）是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。 射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。 螆肇葿蚄蚆芈羁功率放大器原理 衿蚈膂袆袆膁螁高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。在“低频电子线路” 课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。 高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100％，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。 我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20000 Hz，高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605 kHz的频段范围）的频带宽度为10 kHz，如中心频率取为1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。 近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率 设计题目：OCL功率放大器设计 姓名： 学号： 班级：14级 专业：电子信息工程 设计时间：2016 2016年 7 月 4 日 目录 概述 (3) 一、任务及要求： (4) 1.设计任务 (4) 2.设计要求 (4) 二．总体方案设计 (4) 1.设计思路 (4) 2. OCL功放各级的作用和电路结构特征 (4) 三．单元电路的选择及设计 (5) 1、设计方案 (5) 2、设计选择 (5) (1)设计一个放大器所需要的直流稳压电源 (5) (2)差分放大电路电路图 (6) (3)复合管放大电路电路图 (7) (4) U的倍增电路电路图 (7) BE 四.总体电路图 (9) 五．元器件参数的选择： (10) a.确定工作电压 V (10) CC b.功率输出级的设计： (11) c.推动级（V4）的设计 (12) d.输入级的设计 (13) 六、总结与体会 (15) 概述 (1)放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是，功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。对电压放大电路的主要的要求是使其输出端得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，因此功率放大电路包含这一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题，这些问题是： 要求输出功率尽可能大 为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。 效率更高 (2)由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。 非线性失真小 (3)功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同。 (4)功率器件的散热问题:在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题了。 (5)此外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，器件承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。 (6)OCL功率放大器是一种一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽，保真度高，动态特性好及易于集成化等特点。OCL是英文Output Capacitor Less 的缩写，意为无输出电容。采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL功放电路也是定压式输出电路。 2007~2008学年高频期末考试（A 卷） 一、选择题（每题1分，共10分）： 1. 为了提高效率，高频功率放大器一般工作在( C )工作状态。 (A) 甲类 (B)乙类 (C)丙类 (D)甲乙类 2. 在高频放大器中，多用调谐回路作为负载，其作用不包括 （ D ）。 (A)选出有用频率 (B)滤除谐波成分 (C)阻抗匹配 (D)产生新的频率 成分 3. 利用高频功率放大器的基极调制特性完成功放和调幅，功率放大器工作 状态应选（ A ）。 (A)欠压 (B)临界 (C)过压 (D)超临界 4. 以下振荡器频率稳定度最高的是（ C ） (A)互感反馈??? (B)克拉泼电路??? (C)西勒电路???(D)电容三端式振荡电路 5. 调谐放大回路的通频带与( A )有关。 (A) 回路谐振频率和品质因数 (B) 品质因数和频率稳定度 (C) 回路谐振频率和失谐量 (D) 失谐量和频率稳定度 6. 如下图所示的传输线变压器是一种（ D ） (A) 2:1阻抗变换传输线变压器， (B) 1:2阻抗变换传输线变压器， (C) 1:4阻抗变换传输线变压器， (D) 4:1阻抗变换传输线变压器。 7. 相位鉴频器的输出电压值为比例鉴频器输出电压值的( B ) (A) 4倍， (B) 2倍， (C) 1/2， (D) 1/4。 8.调幅信号()()()V t t t u c c ωcos cos 1Ω+=，则上、下边频分量的功率占总功率的( D ) (A)1/2， (B)2/3， (C)1/6， (D)1/3。 9. 单频调制时，调相波的最大相偏Δφm 正比于 ( A ) (A) ? u Ω(t)?max ， (B) u Ω(t)， (C) Ω， (D) ? du Ω(t)/dt ?max 。 10. 石英晶体振荡器的主要优点是 （ C ） (A)容易起振 (B)振幅稳定 (C)频率稳定度高 (D)减小谐波分量 二、填空题（共20分）： 1. 单调谐放大器经过级联后一般会使电压增益 变大 (1分)、通频带 变窄 (1分)、选择性 变好 (1分)。 2. 正弦波振器的振荡平衡条件是 A(ω0)F(ω0)=1(2 分)和 2A F n ??π+=(0,1,2,n =±±L )(2分)。 3. 振幅解调方法可分为包络检波 (1分)和 同步检波 (1分)两大类。 4. 已知调频信号()63 ()5cos 5102cos 210u t t t ππ??=?-??? (V)，若调频灵敏度k f =104Hz/V ，则调制信号u ?(t)= 0.2sin(2??103t) (V) (2分)，该调频波的最大频偏为?f m = 2?103 (Hz) (2分)。 5．减少高频功放晶体管Pc 的方法主要有：减少集电极电流的 流通角 (2分)和在集电极 电流流通时 集电极电压 (2分)最小； 6. 已调波信号336()(53cos 210sin 410)cos 410u t t t t πππ=+?-???伏，则该信号为 AM/调幅/幅度 (1分)调制波，其载波频率为 2?106Hz (1分)，调制信号为 33(3cos 210sin 410)k t t ππ?-?(1分)。 三、综合题（共70分） 1. 变频器的非线性转移特性为 设cos cos ,Lm L cm c Q v V t V t V ωω=++并且Lm cm V V >>，试求： 1）当Q Lm V V =时，对于（c L ωω-）和（c L ωω-2）的变频跨导；10% 2）当0Q V =时，对于（c L ωω-）的变频跨导。5% 课程设计任务书 学生姓名：专业班级：电子1003班 指导教师：葛华工作单位：信息工程学院 题目: 功率放大器的设计 初始条件： 计算机、Proteus软件、Cadence软件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：2周 2、技术要求： （1）学习Proteus软件和Cadence软件。 （2）设计一个功率放大器电路。 （3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus软件对该电路进行仿真。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。 2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.17-11.21对功率放大器进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2013.11.22 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 摘要........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 功放的工作原理及分类 (1) 1.1功放的工作原理 (1) 1.2功放的分类 (1) 2 软件介绍 (2) 2.1 Proteus (2) 2.1.1 Proteus简介 (2) 2.1.2工作界面 (2) 2.1.3 对象的放置和编辑 (3) 2.1.4 连线 (4) 2.2Cadence软件 (4) 2.2.1 Cadence简介 (4) 2.2.2 Cadence软件的特点 (4) 2.2.3电路PCB的设计步骤 (4) 3 设计方案 (6) 3.1 运算放大电路的设计 (6) 3.2 功率放大电路的设计 (7) 3.3 音频功率放大电路 (9) 3.4方案总结及仿真 (10) 4 Candence软件操作 (11) 4.1 Cadence画电路原理图 (11) 4.2 布线及PCB图 (11) 4.2.1布线注意事项 (11) 4.2.2 PCB制作 (12) 5.心得体会 (14) 6.参考文献 (15) 电子技术基础课程设计任务书 20xx－20xx学年第一学期第xx周－xx周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。 目录 一、设计任务 (2) 二、总体方案的设计与选择 (2) 三、总体电路图及印刷板图 (6) 四、计算机仿真 (7) 五、安装调试 (8) 六、焊接实图 (10) 七、心得体会 (11) 参考书籍 (11) 设计题目：OTL功率放大器设计 一、设计任务 （一）设计任务：设计一个OTL功率放大器 （二）设计要求： 1、要求电路采用集成电路组成； 2、额定输出功率大于等于10W； 3、负载阻抗等于８Ω； 4、采用TDA2003集成芯片。 二、总体方案的设计与选择 （一）电路原理 1、OTL功放原理 （1）乙类输出无变压器（output transformerless 简记OTL）功率放大器 图2-5-14所示乙类OTL功放电路， V 1与V 2 为互补对称管，故这种电 路也是互补对称电路。 由于电路结构上的对称性，静态下A、B对地电压均为U G /2，C 1 、C 2 端 电压U C1=U C2 =UG/2。因此，输出耦合电容又相当于一个U G /2的直流电源。图 中的A点又称中点。 图2-5-14 乙类OTL功放 当电路输入正弦信号，且u i >0时，功放管V １ 导通、V ２ 截止，电路为射 极输出器，u Ｏ≈u i ，u Ｏ 输出正半周，其振幅最多可达U Ｇ /2，；u i <0时，V １ 截 止，V ２导通，u Ｏ ≈u i ，u o 输入负半周，振幅最多可达U G /2。当U om ＝U G /2时，音频功率放大器设计报告分析
数字功放原理
功放的效率
放大电路原理
共源极放大器电路及原理
音频功率放大器实验报告
运算放大器工作原理是什么
高效音频功率放大器
运算放大器的工作原理
浅谈音响功放的工作原理
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高效率功率放大器的现状及发展趋势
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