功率放大器范文

功率放大器范文第1篇

【关键词】增益 互调失真 驻波比 线性

The shortwave power amplifier

Sun Weiyan

【Abstract】In this article, the author has made a introduction on several main index of the shortwave power amplifier and also has made a narration on how to actualize the linear adjustment of the shortwave power amplifier.

【Keywords】GainIntermodulation distortionStanding-wave ratioLinearity

1．短波功率放大器的几个主要指标参数。

1．1频率适用范围：频率适用范围指短波功率放大器的实际使用工作频率范围（1.6~30MHz）。放大器实际的工作频率范围可能会高于指标要求频率范围。一般用F表示。

1．2增益：指功率放大器输出功率与输入功率的比值，单位常用“dB”表示。

1．3增益平坦度：指在一定温度下，在整个工作频率范围内，放大器增益变化的范围。增益平坦度可由下式计算得出：

1．41dB压缩点下功率：放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。这种放大器称之为线性放大器，这两个功率之比就是功率增益G。随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。（见图3）

典型情况下，当功率超过P1dB时，增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率，其值比P1dB大3－4dB。

1．5功率放大器噪声系数：噪声系数是指输入端信噪比与放大器输出端信噪比的比值，单位常用“dB”。

噪声系数由下式表示：NF＝10lg（输入端信噪比/输出端信噪比）

在放大器的噪声系数比较低（例如NF

噪声系数与噪声温度的关系为：T＝（NF－1）T0或NF＝T/T0+1

T0－绝对温度（290K）

1．6功率放大器三阶互调：测量放大器的非线性特性，最简单的方法是测量1dB压缩点功率电平P1 dB。另一个颇为流行的方法是利用两个相距5到10MHz的邻近信号，当频率为f1和f2的这两个信号加到一个放大器时，该放大器的输出不仅包含了这两个信号，而且也包含了频率为mf1+nf2的互调分量（IM），这里，称m+n为互调分量的阶数。在中等饱和电平时，通常起支配作用的是取接近基音频率的三阶分量（见图4）。

图为三阶截点到畸变十分严重的点都起着支配作用，所以常用三阶截点（IP3）来表征互调畸变（见图3）。三阶截点是描述放大器线性程度的一个重要指标。三阶截点功率的典型值比P1 dB高10－12 dB。IP3可以通过测量IM3得到：

IP3＝PSCL＋IM3/2；

PSCL――单载波功率；

如三阶互调点已知，刚基波与三阶互调抑制比与三阶互调点的杂散电平可由下式估计：

基波与三阶互调、抑制比＝2［IP3－（PIN+G）］

三阶互调杂散电平＝3（PIN＋G）－2IP3

1．7驻波比（VSWR）：短波功率放大器通常设计或用于50阻抗的短波系统中输入/输出驻波表示放大器输入端阻抗和输出端阻抗与系统要求阻抗（50）的匹配程度。

用下式表示：VSWR＝（1+｜Г｜）/（1－｜Г｜）

其中Г＝（Z-Z0）（Z+Z0）

Г：反射系数

Z：放大器输入或输出端的实际阻抗

Z0：需要的系统阻抗

1．8放大器工作电流/电压：指放大器工作时需要供给的电源电压和放大器工作时要求供给的电流值。

2．实现短波功率放大器线性化的常用技术。射频功率放大器的非线性失真会产生新的频率分量，如对于二阶失真会产生二次谐波和双音拍频，对于三阶失真会次谐波和多音拍频。这些新的频率分量如落在通带内，将会对发射的信号造成直接干扰，如果落在通带外将会干扰其他频道的信号。为此要对射频功率放大器进行线性化处理。实现射频功放线性化的常用技术有三种：降额、预失真、负反馈。

2．1降额技术：这是最常用的方法，即选用功率较大的管子作小功率管使用，实际上是以牺牲直流功耗来提高功放的线性度，也称功率回退法。

功率回退法就是把功率放大器的输入功率从1dB压缩点（放大器有一个线性功态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。随着输入功率的继续增大，放大器渐渐进行饱和区，功率增益开始下降，通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。）向后回退6－10分贝，工作在远小于1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区，进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交调系数。一般情况，当基波功率降低1dB时，三阶交调失真改善2dB。

功率回退法简单且易实现，不需要增加任何附加设备，是改善放大器线性度行之有效的方法，缺点是效率大为降低。另外，当功率回退到一定程度，当三阶交调制达到－50dB以下时，继续回退将不再改善放大器的线性度。因此，在线性度要求很高的场合，完全靠功率回退是不够的。

2．2预失真技术。预失真就是在功率放大器前增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性失真。

预失真技术分为RF预失真和数字基带预失真两种基本类型。RF预失真一般采用模拟电路来实现，具有电路结构简单、成本低、易于高频、宽带应用等优点，缺点是频谱再生分量改善较少、高阶频谱分量抵消较困难。

数字基带预失真由于工作频率低，可以用数字电路实现，适应性强，是一种很有发展前途的方法。这种预失真器由一个矢量增益调节器组成，根据查找表（LUT）的内容来控制输入信号的幅度和相位，预失真的大小由查找表的输入来控制。而且可以通过增加采样频率和增大量化阶数办法来抵消高阶互调失真，矢量增益调节器一旦被优化，将提供一个与功放相反的非线性特性。注意到输入信号的包络也是查找表的一个输入，反馈路径来取样功放的失真输出，然后经过A/D变换送入自适应调节DSP中，进而来更新查找表。理想情况下，这时输出的互调产物应该与双音信号通过功放的输出幅度相同而相位相反，调节模块就是要调节查找表的输入，从而使输入信号与功放输出信号的差别最小。

目前国内部分短波电台中的功放已采了预失真技术，它仅用少量的元件就降低了互调产物几dB，但却是很关键的几dB。预失真线性化技术，它的优点在于不存在稳定性问题，有更宽的信号频带，能够处理含多载波的信号。预失真技术成本较低，由几个仔细选取的元件封装成单一模块，连在信号源与功放之间，就构成预失真线性功放。

2．3负反馈技术。负反馈技术应该说它并不是什么新技术，负反馈线性放大器通过耦合器、衰减器、合成器、延时线、功分器等组成两个环路。射频信号输入后，经过分器分成两路。一路进入主功率放大器，由于其非线性失真，输出端除了有放大的主频信号外，还有三阶交调干扰。从主功放的输出中耦合一部分信号，通过环路1抵消放大器的主载频信号，使其只剩下反相的三阶交调分量。三阶交调分量经辅助放大器放大后，通过环路2抵消主放大器非线性产生的交调分量，从而改善了功放的线性度。

负反馈技术既提供了较高校准精度的优点，又没有不稳定和带宽受限的缺点。当然，这些优点是用高成本换来的，由于在输出校准，功率电平较大，校准信号需放大到较高的功率电平，这就需要额外的辅助放大器，而且要求这个辅助放大器本身的失真特性应处在前馈系统的指标之上。

负反馈功放的抵消要求是很高的，需获得幅度、相位和时延的匹配，如果出现功率变化、温度变化及器件老化等均会造成抵消失灵。为此，在系统中考虑自适应抵消技术，使抵消能够跟得上内外环境的变化。上图中的R10、C19、R11、C20就是实际电路应用中比较典型的负反馈技术。

结束语：射频功放基本线性化技术的原理与方法不外乎是以输入RF信号包络的振幅和相位作为参考，与输出信号比较，进而产生适当的校正。通过上述几种常用方法对短波功率放大器进行线性调整，可以较好地解决信号的频谱再生问题。

参考文献

1 谭博文、胡见堂.《固态高频电路》.国防大学科技出版社

2 杨帮文.《新型实用功率放大电路》.人民邮电出版社

3 喜安善市、伏见和郎.《放大电路设计》.科学出版社

4 柯南.《非常电路板设计》.中国铁道出版社

功率放大器范文第2篇

关键词：D类功率放大器　PWM调制　电压开关型驱动电路　MOSFET选择　功率损耗

一、D类功率放大器的基本组成

在高保真音响电路中，功放电路通常由两个或两个以上的音频声道所组成。每个声道分为两个主要的部分，即前置放大器和功率放大器。两部分电路可分设在两个机箱内，也可组装在同一个机箱内，后者称为综合放大器。由于左、右声道完全相同，所以在双声道电路中只介绍其中一路，电路组成框图如图所示。图中左侧为前置放大器，右侧为功率放大器。

（1）前置放大器的组成。前置放大器具有双重功能：它要选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；还要进行各种音质控制，以美化声音。这些功能由均衡放大、音源选择、输入放大和音质控制等电路来完成。

①音源选择。音源选择电路的功能是选择所需的音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道。各种音源的输出是各不相同的，通常分为高电平与低电平两类。调谐器、录音座、CD唱机、VCD/DVD影碟机等音源的输出信号电平达50～500mV，称为高电平音源，可直接送入音源选择电路；而动圈式和动磁式电唱机的输出电平仅为0.5～5mV，称为低电平音源，须经均衡放大后才能送入音源选择电路。线路输入端又称为辅助输入端，可增加前置放大器的用途和灵活性，供连接电视信号和其他高电平音源之用。

②输入放大。输入放大器的作用是将音源信号放大到额定电平，通常是1V左右。输入放大器可设计为独立的放大器，也可在音质控制电路中完成所需要的放大。

③音质控制。音质控制的目的是使音响系统的频率特性可以控制，以达到高保真的音质；或者根据聆听者的爱好，修饰与美化声音。有时还可以插入独立的均衡器，以进一步美化声音。音质控制包括音量控制、响度控制、音调控制、左、右声道平衡控制、低频噪声和高频噪声抑制等。

（2）功率放大器的组成。虽然功率放大器的电路类型很多，但基本上都由激励级、输出级和保护电路所组成。

①激励级。激励级又可分为输入激励级和推动激励级，前者主要提供足够的电压增益，后者还需提供足够的功率增益，以便能激励功放输出级。

②输出级。输出级的作用是产生足够的不失真输出功率。为了获得满意的频率特性、谐波失真和信噪比等性能指标，可在输出级与激励级之间引入负反馈。

③保护电路。保护电路用来保护输出级功率管和扬声器，以防过载损坏。此外，一个完备的高保真功率放大器，还必须设置直流稳压电源及电平显示电路等。

二、D类功放中MOSFET的选择

在功放中要达到高性能的关键因素是功率桥电路中的开关。在开关过程中产生的功率损耗、死区时间和电压、电流瞬时毛刺等都应该尽可能的最小化来改善功放的性能。因此，在这种功放中开关要做到低的电压降，快速的开关时间和低杂散电感。由于MOSFET开关速度很快，对于这种功放它是你最好的选择。它是一个多数载流子器件，相对于IGBT和BJT它的开关时间比较快，因而在功放中有比较好的效率和线性度。而MOSFET的选择是基于功放规格而定。因而在选择器件以前要知道输出功率和负载阻抗（如100W　8Ω），功率电路拓扑（如半桥梁或全桥），调制度（如89%—90%）。D类功放的输出损耗是根据器件的参数来定的，即基于Qg（栅极电荷）、Rds（on）（静态漏源通态电阻）、Coss（MOSFET的输出电容）和tf（MOSFET下降时间），所以减少D类功放损耗应有效选择器件。

三、D类功放的组成原理

D类功放的电路组成可以分为三个部分：PWM调制器、脉冲控制的大电流开关放大器、低通滤波器。

其中第一部分为PWM调制器。最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。把原始音频信号加上一定直流偏置后放在运放的正输入端，另外通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负输入端。当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输出为高电平，反之则输出低电平。若音频输入信号为零时，因其直流偏置为三角波峰值的1/2，则比较器输出的高低电平持续的时间一样，输出就是一个占空比为1：1的方波。当有音频信号输入时，正半周期间，比较器输出高电平的时间比低电平长，方波的占空比大于1：1；音频信号的负半周期间，由于还有直流偏置，所以比较器正输入端的电平还是大于零，但音频信号幅度高于三角波幅度的时间却大为减少，方波占空比小于1：1。这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，称为PWM（Pulse　Width　Modulation脉宽调制）或PDM（Pulse　Duration　Modulation脉冲持续时间调制）波形。音频信息被调制到脉冲波形中，脉冲波形的宽度与输入的音频信号的幅度成正比。

第二部分为脉冲控制的大电流开关放大器。它的作用是把比较器输出的PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。能够输出的最大功率由负载、电源电压和晶体管允许流过的电流来决定。

第三部分为由LC网络构成的低通滤波器。其作用是将大功率PWM波形中的声音信息还原出来。利用一个低通滤波器，可以滤除PWM信号中的交流成份，取出PWM信号中的平均值，该平均值即为音频信号。但由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须使用LC低通滤波器。当占空比大于1：1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出电平上升；窄脉冲到来时，放电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以原音频信号被恢复出来。

参考文献

[1]童建华：　《音响设备技术》（电子工业出版社）2010年1月

功率放大器范文第3篇

【关键词】音频功率 放大器 设计

1 电路与频响之间的关系

由于音频功率放大器的组件与器件有不同的选择，所以设备组合完成以后，会形成多种性能间的差异，设备会出现阻抗、声音失真、频响、信噪比等，这些最终会对音响的音质产生巨大的影响。在这种情况下，我们对音频的功率放大器进行研究的时候，更加倾向于宽阔平坦的频响，这样音频的平衡度会有一个完整的控制，较好的控制电路的失真问题。

根据我们的实践研究可知，场效应管的主要特点如下：输入的阻抗高、噪音系数小、动态范围大等。在这种情况下，现代保真音响的组成主要由三级管与场效应管共同组成。音频功率放大器的互补对称放大器是通过不同极性的放大器组件相互构成的，高保真的放大器从而形成。在设备的运行阶段，会产生对称放大的功能，可以抵消失真的偶次谐波，对场音的失真度进行降低。通过研究我们可知，在充电过程晶体管的两级电容，会延迟系统功放输出的信号，从而使输出信号在输入信号之后。产生的负反馈会引发低瞬态互调失真，由于晶体管的两级电容较小，所以高频段的影响较大，所以，要减小低瞬态互调失真，就要降低电路的相移量。

2 音频功率放大器的设计

音频放大器在改进以前具有耗电大、体形笨重、工作效率低、具有失真性等特点，其晶体管始终处于导通的状态，其开关存在失真的情况。本文中所设计的音频功率的设计框架如图1所示，这种设计可以满足现代的音频放大器需求。音频功率放大器通过接收音频信号，将其传输至前端低放电路，数据经过沃尔漫电路、共源共基电路、恒压源电路传输至推动级，推动级通过反馈电路与沃尔漫电路互通，最后由推动级将音频传送至末级进行功放。

2.1 音源切换电路

进行音频功率放大器的切换过程中，我们对音频的质量应该进行控制，使用小型的继电器，对信号的传输路径进行缩小，如图2所示。对音源电路的切换我们可以使用5档开关，通过开关对5路继电器进行控制。其中电路中所使用的电压为12V，电阻为700欧姆，我们通过采用稳压器对继电器两端的电压进行控制，这样可以保证其他电路与5路继电器可以同时使用。

2.2 末级功放电路

我们使用2SC5200的大功率管做为音频功率放大器的末级功放三极管，特征频率为大于等于30赫兹，C-E之间的击穿电压大于等于160伏特，CM之间允许的电流大于等于15安培，两级之间最大的耗散功率大于等于150瓦特。这样可以使输出的功率有所提高。

2.3 前置低放电路

前置的低放电路在使用过程中的最大优点是，在使用的过程中其音频的失真度较低，而且频响较宽，具有增益与线性好的特点。在前置的低放电路中，进行串联的电阻可以构成分压电路，为基极提供相应的电压。对于漏极电压结型场效应管中的电压应该控制在11.2伏左右，保证电路中结型场效应管在运行过程中的安全可靠性，保证与地面连接工作正常进行。由于结型场效应管中的两端电压较低，不能在高压的环境中工作，所以兼作输入中点电位对输入电路的静态电流、电阻进行调节，在进行设计的系统中，我们将电流控制在1.4毫安左右，通过这样的方式，电压就变成了偏置电压。我们将静电电流控制在一定的范围内，可以得到10瓦特的功率，如果需要更高的功率时，就需要对末极功率的电源电压进行更改，将场效应管的两端电流进行控制，其控制在100毫安左右。这样设计，就可以在大功率的条件下，使场效应管电压控制器件的栅极阻抗高，当静态电流变大时，会伴随振荡的产生。 我们对前级电路的放大倍数，常规为10倍左右。而音频的放大器中，一般会使用专业的高音频专用管。这样音响可以在整体上对信噪比与频率转换速率进行提升，减少因开关失真所产生的一些其他不良后果。本文中所使用的专用管为2SJ77，通过对工作点的调节，使其呈现在最佳工作状态下。

3 结束语

音响成为我们生活中必不可少的设备之一，从电脑音频播放器到大的场馆会所放映厅，都需要不同的音频设备，音响根据人们的生活水平、文化层次、音乐修养、欣赏水平的不同而有所差异，高保真的音质是所有音响使用者所共同追求的。在上文中主要就频响与电路二者间的关系进行分析，对音频功率放大器的设计进行阐述，笔者从三个方面进行了分析，首先从其音源切换电路，其次是末级功放电路，最后是前置低放电路，通过图片以更加直观的方式对其特点进行表述，使得读者可以更加直观的对音频功率放大器的设计方式进行了解，希望本文对相关的读者有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]来新泉，韩艳丽，李俊.驱动死区时间控制及其对D类音频功率放大器稳定性的影响[J].中国集成电路，2010（22）：130-135.

[2]朱樟明，过伟，杨银堂.CMOSPWMD类音频功率放大器的过流保护电路[J].固体电子学研究与进展，2010（24）：271-275.

[3]张平，朱贵宪.D类音频功放知多少――谈D类放大器在音频功放领域中的应用[J].电子制作，2012（25）：149-150.

[4]曾标.基于LM4562？LM4702CTA的合并式音频功率放大器的设计与制作[J].音响技术，2011（23）：163-167.

作者简介

常兴，男，陕西省宝鸡市人。现为陕西凌云电器集团有限公司机电公司工程部助理工程师。主要研究方向为电子科学与技术。

作者单位

功率放大器范文第4篇

【关键词】功率合成;LDMOS功率管;全固态发射机

机载电子设备发射机的性能与新技术、新材料、新器件和新工艺的的发展密切相关，随着新技术、新材料、新器件和新工艺的发展和微波功率放大器性能的不断完善，进一步推动了全固态发射机性能的提高，使机载电子设备发射机向着高性能和高可靠性方向发展。

全固态发射机由多个微波功率放大器直接合成，或在空间合成得到所需要的输出功率，具有工作电压低、可靠性高、维修性好、全寿命周期费用低、机动性好等特点。现已广泛应用在雷达、导航和电子对抗等领域。

1.金属氧化物半导体场效应管

场效应晶体管FET的物理结构是一个整片半导体材料，其电流通路受到外加电压的作用时，只有一种载流子起导电作用，按栅极物理结构不同可分为三种类型：结型场效应晶体管JFET、金属半导体场效应晶体管MESFET和金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。MOSFET是在金属和半导体之间加入了氧化物作为绝缘层， 金属和半导体材料间有氧化层构成电容，其下有导电沟道，分增强型和扩散型。微波功率MOSFET

是电压控制器件由珊极上的电压来控制导电沟道宽度，因而具有大信号特性好、热稳定性好，允许大面积有源区组合;可不用镇流技术;当稳度上升时，漏极电流会减小等优良特性。MOSFET与双极晶体管相比具有更低的噪声电平输出。目前LDMOSFET器件的工作频率已达4GHz，连续波输出功率已超过200W。

2.L波段高功率放大器工作原理

设计高功率放大器一般按照以下几个原则进行;

（1）选择合适的的晶体管。选择晶体管的原则为工作频率和输出功率，晶体管的截止频率不宜选的过高，高截止频率意味安全值的降低。

（2）确定放大器级数，根据输出功率和输入功率信号的比值计算增益，合理分配各级放大器的增益，并保留一定的余量。

（3）设计阻抗变换电路，查出晶体管在给定的工作频率，电源电压以及输出功率条件下的输入和输出阻抗，根据阻抗变换和谐波抑制的要求，设计输入和输出网络。

（4）选择合适的直流馈电电路。严格按照晶体管手册中推荐的要求确定偏值，因为当工作改变时，晶体管的增益、阻抗都发生变化。

功率放大器的原理;一般分为小信号放大，激励级，输出级三部分。通常情况下功率放大器设计顺序为：先设计输出级，其次激励级，最后小信号放大。

3.L波段高功率放大器的设计

3.1 主要技术指标

工作波段：L波段;输出功率58dBm± 2dB;杂波抑制≥-60dBc;谐波抑制≥-35dBc;输入功率0dBm。

3.2 设计方案

根据技术指标要求，采用三级放大方案;功率放大器有以下，三级放大器均为场效应管，组成全固态放大器;调制放大器为A类小信号线形放大器，激励放大器和输出放大器均为AB类，目的提高功率和增加效率。放大器之间加隔离器或环行器，保证放大器输入输出驻波良好。由于单个功率管的输出功率达不到指标要求，输出放大器采用功率合成技术以满足输出功率要求。

调制放大器和激励放大器选用单片集成功率器件;其工作可靠，使用简单。调制放大器选用HE160放大器，通过12V脉冲电源供电，实现脉冲调制和放大两项功能，场效应管增益为26dB，将信号源送来的0dBm载波信号放大为26dBm;激励放大器将调制放大器送来的脉冲射频信号进行放大，采用NXP公司的功率管BLL6H0514-25，其增益为20dB，输出功率25W。

输出放大器提供最终的射频输出功率，因此它是功率放大器最重要的部分，设计难度很大;LDMOS管具有输出功率高，热稳定型好，功率增益高，频带宽等优点，因此采用NXP公司的LDMOS功率管BLA6H0912-DTS，技术指标如下：工作频率L波段;输出功率500W，增益为17dB，抗失匹配能力强，可靠耐用。当功率管选定后，影响带宽和功率的主要因素就是外部电路，即输入输出匹配电路、馈电电路、功率分配器和功率合成器。详叙如下：

（1）匹配电路。

匹配电路要使用双共轭匹配法，匹配好坏的判断标准是：功率增益是否到位、频率带宽是否到位、输出波形有无失真、高低温功率增益变化大小。功率管的输入和输出阻抗很小，在宽频带内很难匹配，生产厂商提供了经过验证的匹配电路，可供参考。

（2）馈电电路。

通常有四种方式，如图1所示;功率管的馈电电路包括栅极馈电和漏极馈电。

图1 馈电电路

漏极起初采用λ/4波线的馈电方式，在调试时发现，在频率的两端功率和频谱性能不能兼顾，易自激，故将馈电的微带线从靠近匹配电路处割断，而采用图1c）所示的宽带扼流圈进行馈电，即用Ф0.8漆包线在10Ω的功率电阻上饶四圈并联供电，以扩展频带和防止低频震荡。整个频段功率和频谱性能均达到要求。

栅极采用λ/4波线的馈电方式，馈电源采用线形稳压器供电。为维持恒定的稳态电流，栅极电压须随功率管结点温度的变化进行调整，三极管BC847为温度感应器，就近安装在功率管旁边;电阻单位为Ω;温度在0℃～100℃变化时，Vgs=2.2V±0.7V。

（3）功率分配器和功率合成器

BLA6H0912-DTS输出功率达500W，为满足高低温正常工作，高可靠性使用的目的。采用降额设计法，使每只功率管的输出功率为350W，由于单个功率管的功率达不到要求，所以采用功率合成的方法得到的射频脉冲功率为700W。功率分配器和功率合成器采用广泛使用的Wilkinson二功分器。

4.测试结果

将各放大器和微波介质基板用微封装技术进行组装，功率管对接地要求很高，在装配时散热槽尽量保持平整，必要时用砂纸打磨，并在散热槽内涂敷导电胶，然后用螺钉将功率管紧固在散热槽内。在结构上根据信号流向，三级放大器各放一个腔体内，腔体之间通过微带电容连接，电源通过穿芯电容供应;三个腔体加有盖板以防泄露;实现了一个小型化的功率放大器的制作。外型尺寸为280mmx150mmx30mm，重量为1.5Kg。

通过测试，功率放大器技术指标如下：体积280x150x30mm3;输出功率58dBm±2dB;杂波抑制≥65dBc;谐波抑制≥45dBc;达到或超过系统技术指标，满足机载整机设备的要求。

5.结束语

文中介绍了L波段高功率放大器的设计原理和具体实现方法，该设计具有电路简洁结构紧凑工作可靠的特点，目前在某型机载导航设备中得到了应用，效果良好。

参考文献

[1]陈邦嫒.射频通信电路[M].北京：科学出版社，2002.

[2]格列别尼科夫（美）.张玉兴，赵宏飞，译.射频与微波功率放大器设计[M].北京：电子工业出版社，2007.

功率放大器范文第5篇

关键词：音频领域；印制电路板；音响效果；扬声器；功耗低

家庭影院自上世纪80年代兴起后，现代的家庭影音系统开始有着质的飞跃，可以在瞬间得到众多观众的喜爱，尤其在年轻一代中广受欢迎，并且飞速的进入消费者的家中。随着信息技术的发展，家庭影音系统正在这些技术的带动下，其技术质量、音响效果等越来越受完美，许多电子技术的爱好者也希望能够自己独立完成按照自己意愿设计的家庭影音系统，这一逐渐成为社会年轻人的一大发展趋势。

一、D类功率放大器的概述

几十年在音频领域中，A类，B类，AB类音频功率放大器一直占据统治地位。音频功率放大器发展经历了这样的几个过程：所有器件从电子管、晶体管到集成电路的过程：电路组成从单管到推挽的过程：电路形成从变压器输出到OTL、OCL、BTL的形式过程。其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备的环保要求。迫使人们开发，高效、节能、环保、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其它数字化设备相连接的特点。D类功率放大器就是PWM型功率放大器。它基本符合上面的要求。

在高保真音响电路中，功放电路通常由两个或两个以上的音频声道所组成。每个声道分为两个主要的部分，即前置放大器和功率放大器。两部分电路可分设在两个机箱内，也可组装在同一个机箱内，后者称为综合放大器。由于左、右声道完全相同，所以在双声道电路中只介绍其中一路：

（一）前置放大器的组成

前置放大器具有双重功能：它要选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；还要进行各种音质控制，以美化声音。这些功能由均衡放大、音源选择、输入放大和音质控制等电路来完成。

1.音源选择

音源选择电路的功能是选择所需的音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道。各种音源的输出是各不相同的，通常分为高电平与低电平两类。调谐器、录音座、CD唱机、VCD/DVD影碟机等音源的输出信号电平达50～500mV，称为高电平音源，可直接送入音源选择电路；而动圈式和动磁式电唱机的输出电平仅为0.5～5mV，称为低电平音源，须经均衡放大后才能送入音源选择电路。线路输入端又称为辅助输入端，可增加前置放大器的用途和灵活性，供连接电视信号和其他高电平音源之用。

2.输入放大

输入放大器的作用是将音源信号放大到额定电平，通常是1V左右。输入放大器可设计为独立的放大器，也可在音质控制电路中完成所需要的放大。

3.音质控制

音质控制的目的是使音响系统的频率特性可以控制，以达到高保真的音质；或者根据聆听者的爱好，修饰与美化声音。有时还可以插入独立的均衡器，以进一步美化声音。音质控制包括音量控制、响度控制、音调控制、左、右声道平衡控制、低频噪声和高频噪声抑制等。

（二）功率放大器的组成

虽然功率放大器的电路类型很多，但基本上都由激励级、输出级和保护电路所组成。

二、传统功放与D类功放的比较

功率消耗在所有线性输出级，因为产生输出电压vout的过程中不可避免地会在至少一个输出晶体管内造成非零的ids和vds。功耗大小主要取决于对输出晶体管的偏置方法。

A类放大器拓扑结构使用一只晶体管作为直流（dc）电流源，能够提供扬声器需要的最大音频电流。A类放大器输出级可以提供优良的音质，但功耗非常大，因为通常有很大的dc偏置电流流过输出级晶体管（这是我们不期望的），而没有提供给扬声器（这是我们期望的）。

B 类放大器拓扑结构没有dc偏置电流，所以功耗大大减少。其输出晶体管是以推拉方式独立控制，从而允许高端晶体管为扬声器提供正电流，而低端晶体管吸收负电流。由于只有信号电流流过晶体管，因而减少了输出级功耗。但是B类放大器电路的音质较差，因为当输出电流过零点和晶体管在通断状态之间切换时会造成线性误差（交越失真）。

A/B 类放大器是A类放大器和B类放大器的组合折衷，它也使用dc偏置电流，但它远小于单纯的A类放大器。小的dc偏置电流足以防止交越失真，从而能提供良好的音质。其功耗介于A类放大器和B类放大器之间，但通常更接近于B类放大器。与B类放大器电路类似，A/B类放大器也需要一些控制电路以使其提供或吸收大的输出电流。即使是精心设计A/B类放大器也有很大的功耗，因为其中等范围的输出电压通常远离正电源或负电源。由于漏源极之间的电压降很大，所以会产生很大的瞬时功耗ids×vds。D类放大器由于具有不同的拓扑结构，其功耗远小于上面任何一类放大器。D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换从而产生一串电压脉冲。这种波形有利于降低功耗，因为当输出晶体管在不导通时具有零电流，并且在导通时具有很低的vds，因而产生较小的功耗ids×vds 。

D类功放具有多种特点，并且是我们只得关注的。

（一）效率高

在理想情况下，D类功放的效率为100%（实际效率可达90%左右）。B类功放的效率为78.5%（实际效率约50%），A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。这是因为D类功放的放大元件是处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。

（二）功率大

在D类功放中，功率管的耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合，输出功率可达数百瓦。

（三）失真低

D类功放因工作在开关状态，因而功放管的线性已没有太大意义。在D类功放中，没有B类功放的交越失真，也不存在功率管放大区的线性问题，更无需电路的负反馈来改善线性，也不需要电路工作点的调试。

（四）体积小、重量轻

D类功放的管耗很小，小功率时的功放管无需加装体积庞大的散热片，大功率时所用的散热片也要比一般功放小得多。而且一般的D类功放现在都有多种专用的IC芯片，使得整个D类功放电路的结构很紧凑，外接元器件很少，成本也不高。

参考文献：

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[2]谈恒怀；结合专业技术和四要素法简论如何控制高校会务演出设备成本[J]；科技信息；2011年16期

[3]邓玉芬；翟助群；范德睿；MRF284在功率放大器中的仿真设计与实现[A]；2009年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C]；2009年

[4]丁桂英；姜文龙；汪津；王立忠；王静；常喜；电子传输层中掺杂Ir（ppy）_3改善白光OLED的效率[J]；固体电子学研究与进展；2008年03期

[5]王军；魏孝强；饶海波；成建波；蒋亚东；基于铱配合物材料的高效高稳定性有机发光二极管[J]；物理学报；2007年02期

[6]邓玉芬；翟助群；范德睿；MRF284在功率放大器中的仿真设计与实现[A]；2009年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C]；2009年

作者简介：

功率放大器范文第6篇

【关键词】 北斗卫星导航系统 功率放大器 InGaP/GaAs HBT 小信号增益 P1dB输出功率

一、引言

北斗卫星导航系统（简称“北斗系统”）是我国自行研究与设计开发的全球卫星定位与通信系统，是继美国的Global Positioning System（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统[1]。

射频功率放大器是北斗卫星导航系统中不可缺少的重要组成部分，功放特性的好坏将直接影响整个北斗系统的性能。随着北斗系统技术的不断发展，尤其是其独特的双向通讯技术，对应用于其射频端的功率放大器的研究已成为一个极为重要的课题，也是近年来国内外研究的一个重点和热点。

目前，应用在北斗系统中的功率放大器大多是由3-4个放大器级联组成的[2]，面积较大且电路复杂成本较高，本文设计的单片微波集成功率放大器，大大简化了传统射频功率放大器的电路结构。本文基于台湾WIN半导体公司的InGaP/GaAs 异质结双极型晶体管（HBT）器件Q360模型，采用美国AWR公司的Microwave office微波仿真软件，仿真结果表明，该功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围内，小信号增益S21稳定在40dB左右，输入反射系数S11、输出反射系数S22均在-10dB以下。工作频率为1.6GHz时对应的P1dB输出功率为35dBm，大信号功率增益达到36.5dB，效率附加效率（PAE）稳大于50%，可为北斗系统功率放大器的研究者们提供一定的参考。

二、电路设计

本文设计的射频功率放大器由三级基本放大电路构成每一级电路均是共射极放大电路。在第一级的输入端有一个T型的LC高通匹配电路，可使整个功率放大器的输入阻抗值与50欧姆匹配；级与级之间亦采用了LC高通T型匹配电路，每一级之间达到了完全匹配。

为了提高整个功放的线性度与稳定度，本电路在第一级放大器的基极与集电极之间增加了一个RC串联支路。电源偏置电路是所有射频功率放大器不可或缺的电路单元，本文设计的功率放大器采用独有的电流镜结构的基极偏置电路（如图2所示），具有良好的温度自适应特性，可以充分提高放大器的线性度与稳定性。其中，第一级和第二级放大电路采用同一个基极直流偏置，可有效节省芯片面积。

三、仿真结果

本文设计的北斗功率放大器使用美国AWR公司的Microwave office微波仿真软件，采用台湾WIN半导体公司的InGaP/GaAs异质结双极型晶体管器件Q360模型，仿真设计图如图3所示。其中，第一级放大电路由8个Q360器件构成，集电极电流Ic为60mA，小信号增益S21约为12dB；第二级放大电路由16个Q360器件构成，集电极电流Ic为120mA，S21约为17dB；第三级放大电路由32个Q360器件构成，集电极电流Ic为360mA，S21约为15dB。由于级与级之间存在不可避免的增益衰减，该功率放大器总体增益约在40dB左右。

经过仿真调试，该功率放大器的小信号S参数仿真结果，该功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围内，增益S21基本保持在40dB左右，且始终大于40dB，输入反射系数S11、输出反射系数S22均在-10dB以下，具有良好的反射隔离效果。

北斗功率放大器随输入信号功率的增加，输出端的各项参数变化范围。在工作频率为1.6GHz时，该功放的P1dB输出功率为35dBm，对应点的大信号功率增益为36.5dB，效率附加效率（PAE）达到56.8%，稳大于50%，是一款可应用于北斗卫星导航系统的性能优越的射频功率放大器。

四、结论

本文设计的射频功率放大器将基本的电路结构集成在GaAs衬底上，电路结构简单，有效简化了通信系统中射频电路的结构与布局。仿真结果表明，该射频功率放大器在1.5-1.7GHz的工作频率范围各项性能良好，P1dB输出功率达到35dBm（3.2W），可满足我国北斗卫星导航系统的常规应用。

参 考 文 献

[1] 杨元喜. 北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J]. 测绘学报，2010，（01）：1-6

功率放大器范文第7篇

关键词： PWM；D类功率放大器；效率；失真度

中图分类号：TN949.199文献标识码：B

The Design of a Class D Audio Power Amplifier with PWM Modulation

CAI Yan-yan, LI Wen-fang

(HuangHe Science and Technology Colledge, Electronic and information engineering Department, Zhengzhou Henan 450062, China)

Abstract: With the advantages of high efficiency, energy saving and small size, the class D amplifier is used extensively in portable applications, homeequipment, car audio and so on. In this paper, the Class D audio power amplifier with PWM and 5V supply is presented. The entire circuit contains a preamplifier, an error amplifier, comparators, oscillator, gate-driver circuit, full-bridge, and reference circuit. Feedback is applied to reduce the total harmonic distortion. A dual PWM scheme is used to minimize static power consumption of the system, and it also removes the LPF, makes the system smaller.

Keywords:PWM; Class D power amplifierP; efficiency; Distortion

引 言

D类放大器是一种具有极高工作效率的开关功率放大器，被放大的信号并非为直接输入信号，而是经采样变换为脉宽变化的开关信号，使功率开关管均处于开关状态。理想状态下，功率开关管导通没有电压降，关断时没有电流流过，效率可达100%。但实际中，由于受器件限制（如开关速度、漏电流、导通电阻不为零等）和设计上的不完善，其实际效率通常可达到90%以上，同线性放大器相比，具有较大的优势，目前已经在一些高档产品中得到应用并投放市场。本文设计的D类音频功率放大器主要基于以下三个方面考虑：保证高保真度、提高效率和减小体积。

1D类音频功放的系统设计

本文所设计的D类音频功率放大器的系统结构如图1所示。该放大器结构是基于双边自然采样技术方案实现的，在任一时刻输出所包含的信息量都是单边采样方案的两倍，通过双边自然采样还可以把输出音频信号中大量的失真成分移除到人耳所能感应到的音频带宽范围之外，达到去除D类音频功率放大器输出端低通滤波器的目的。

系统采用单电源供电，脉冲信号“out1”和“out2”的高低电平分别为VDD和GND，输入放大级由运算放大器OTA的闭环结构实现，误差放大器则由运算放大器OTA与电容Cs构成。系统工作时，音频输入信号Vin首先经过输入放大级后输出两路差分信号，再与反馈信号求和送到误差放大器中产生误差信号VE1、VE2，对三角波载波信号VT进行调制，输出两路脉冲信号“out1”和“out2”以驱动扬声器发声。系统包含两个反馈环路，第一个由R1、Rf1和OTA组成，用来设置输入放大级和整个D类音频功率放大器的增益，第二个由R2、Rf2和后端音频信号处理电路组成，用来减小系统的THD指数。

在图1中，对电容Cs充放电的电流I1、I2由Vout1、Vout2、Vin、R1、Rf1、R2和Rf2共同决定，其中电阻和电容必须具有良好的线性度和匹配性，以获得良好的闭环性能。

开环D类音频功率放大器的模型如图2所示。

此时系统输出为：

Vout1= HfVin+Vn（1）

开环系统的总谐波失真为：

式（2）中的Vin为放大器的输入信号，Vn为引入的谐波失真，Hf为传递函数。

具有反馈环路的D类音频功率放大器的模型如图3所示。

此时系统的输出为：

其中Hfb为闭环模型的传递函数，G为反馈增益。为了得到相等的放大倍数，设计传递函数为：

Hf = Hfb/(1+HfbG)（4）

则式（3）变为：

Vout2 = HfVin+Vn/(1+HfbG)（5）

闭坏系统的总谐波失真为：

比较式（2）和式（6）可以看出，具有反馈环路闭环系统THD为开环系统THD的1/(1+HfbG)，即通过反馈结构减小了系统的THD。

2单元电路设计实现

系统单元电路主要包括：输入放大级、误差放大器、比较器、驱动电路、全桥开关电路、内部振荡电路和基准电路。

2.1输入放大级

D类音频功率放大器的输入放大级是基于运算放大器（OTA）的闭环结构来实现的，其结构如图4所示，用来根据需要对输入的音频信号作电平调整和信号放大处理，使输入信号在幅度方面能满足后级电路的要求，输入放大级的增益可以通过设置Rf1和R1的阻值来决定。

2.2比较器

本文所采用的比较器电路如图5所示，比较器电路由三级构成，即输入预放大级、判断级（或正反馈级）和输出数字整形缓冲级。预放大级采用有源负载的差分放大器来实现，其放大倍数不用很大，用来进行输入信号的放大，以提高比较器的敏感度，并把比较器的输入信号与来自正反馈级的开关噪声隔离开；判断级用来将预放大级的信号进一步放大，为比较器的核心部分，电路中通过把m8与m9的栅极交叉互连实现正反馈，以具备能够分辨非常小的信号的能力，并提高此级电路的增益；输出缓冲级是一个自偏置的差分放大器，它的输入是一对差分信号，用来把判断级的输出信号转化成逻辑电平（0V或5V），即输出高电平VOH=VDD，输出低电平VOL=GND。

2.3内部振荡电路

本文采用的三角波产生电路结构如图6所示，其中m5、m6和m7、m8构成了两组恒流源，m9～m13和Q1构成了输出级。在电路中，采用将输出信号VT分别反馈到比较器comp1和comp2，与参考电平VREF1和VREF2（VREF2

由图6可知，VT初始电压值为零，电路上电时，由于0

2.4全桥开关电路

输出级采用N、P型功率开关对管组成的全桥开关电路实现，其结构及负载电流流向如图7所示。

全桥开关电路工作在开关模式，随着输入信号的改变，m1～m4的状态随之转换，始终只有对角一对功率开关管导通，另一对截止。

2.5驱动电路

驱动电路结构如图8所示，该电路能有效调节死区时间（N型、P型功率开关管同时关断），防止单臂“shoot-through”现象，并有保护关断功能。输入信号为比较器输出的PWM脉冲信号，PWM1用来驱动N型功率开关管，PWM2用来驱动P型功率开关管。为了避免全桥开关电路中的单臂“shoot-through”现象，当PWM信号从低电平变为高电平时，PWM2应首先变为高电平，关断PMOS功率开关管，随后PWM1再变为高电平，开启NMOS功率开关管，如图9所示；反之，当PWM信号从高变为低时，PWM1先变为低电平，关断NMOS开关功率管，随后PWM2再变为低电平，开启PMOS开关功率管。实际电路中，可以根据需要通过控制延迟单元的控制位Tc来调整死区时间的长短。为减小失真，必须减小死区时间，该驱动电路采用了逐级增加驱动能力的方式来驱动功率管，从而减小了必要的死区时间，保证了低失真度。EN是控制模块的使能信号，正常工作为高电平；当出现过流、过温等情况时，则变为低电平，关断全桥功率开关电路。

2.6基准电路

本文所设计的带隙电压基准源结构如图10所示，主要由核心电路与启动电路两部分组成。

核心电路中M1～M12一起构成共源共栅电流镜来提供直流偏置，运放op1采用两级共源共栅放大。另外，在图10电路中引入了负反馈，保证了该偏置电路电流镜的准确性，同时与电源无关，具有很高的电源抑制比。

电路上电时偏置电路可能会出现零电流的情况，需要启动电路保证电路能够正常工作。电路不工作时，EN、Vs1为0，Vs2、Vs3为1，M15、M17不通，运放输出为高，M3～M6也不通，整个电路不消耗电流。当EN由0变成1时，由于C1的作用，Vs1保持为0，Vs2为1，Vs3变为0，此时M15、M17导通，inp、inn分别被拉到0、1，运放输出变为0，M3～M6导通，M13、M14支路开始有电流，并对C1充电，直到Vs1高过I2阈值电压时，Vs2变为0，Vs3则变为1，M15、M17关断。最终电路偏离零电流状态，开始正常工作，且Vs1充至电源电压，整个启动电路不再消耗电流。

3结论

本文研究了基于PWM调制技术D类音频功率放大器的工作原理，通过引入反馈技术减小了D类音频功率放大器的THD；通过逐级增加驱动能力的方式减小了必要的死区时间，保证了更低的失真度；采用双路反宽调制方案，一方面抑制了系统的静态功耗，另一方面去除了输出级的LC低通滤波器，达到了减小系统成本和体积的目的。

参考文献

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[2] 钟清华. D类音频功率放大器的PWM改进方案与实现[J]. 电声技术，2004，10（7）：33-36.

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[5] Krit S, Hassan Q. Class D audio Amplifier with trim-able Ramp Generator design theory and design implementation for portable applications[C]. IEEE International Conference on Design & Technology of Integrated Systems, 2007, 208-212.

功率放大器范文第8篇

关键词：功率放大器；输出电压；指标参数

功率放大电路是以输出较大功率为目的的，因此功率放大器分析的主要指标有输出功率、电源利用率和管耗。功率放大器分为甲类功放和乙类功放，乙类功放由于效率高，因此获得广泛应用，下面以乙类功放为例来进行分析。

1 乙类功率放大器电路组成

如图1 所示为乙类功率放大器电路图，电路采用绝对值相等的双电源供电，VT1管和VT2管特性对称，一个为NPN管，另一个为PNP管，VT1管和VT2管射极输出，组成射极输出器。

2 乙类功率放大器工作原理

静态时，ui=0，uo=0，两三极管处于截止状态，负载上无电流流过。

当输入信号工作在正半周时，ui>0时，VT1管导通，VT2管截止，VT1承担放大任务，有正向电流信号从UCC经过VT1通过负载RL。

当输入信号工作在负半周时，ui

由于iC1，iC2轮流通过负载，而且大小相等，方向相反，所以在负载上就得到一个完整的正弦波形。

3 乙类功率放大器输出电压

3.1 输出电压的大小

由于乙类功率放大器三极管组成电压跟随器，输出电压跟随输入电压变化而变化，若忽略三极管发射结管压降，则输出电压约等于输入电压，即Uom≈Uim。

3.2 输出电压的极限值

随着输入电压的增大，输出电压也跟随增大，但输出电压增大会受到电源电压的限制，若忽略三极管集电结管压降，则输出电压的极限值为Uom≈UCC，若考虑三极管集电结管压降，则输出电压的极限值为Uom=UCC-UCES。

4 乙类功率放大器输出电流

4.1 输出电流的最大值

输出电流的最大值等于输出电压的最大值除以负载电阻，

4.2 输出电流的平均值

设输出电压为u0=Uomsin？棕t，则输出电流的平均值为

5 乙类功率放大器输出功率

输出功率等于输出电压有效值Uo和输出电流有效值Io的乘积。

5.1 输出功率的大小

输入电压较小时，输出电压跟随输入电压变化而变化，输出功率跟随输入电压变化而变化，输出功率为

5.2 输出功率的极限值

考虑三极管集电结管压降时，输出电压的极限值为Uom=UCC-UCES，输出功率的极限值为

若忽略三极管集电结管压降，则输出电压的极限值为Uom=UCC，输出功率的极限值为

6 电源提供的功率

电源电压为直流，电压Ucc是恒定不变的，而电源提供的平均电流所以电源提供的功率

7 管耗

每管消耗的功率为

这是一个以Uom为变量的二次函数，其顶点坐标为，所以三极管的最大耗散功率为

8 乙类功率放大器关系曲线

如图2所示为乙类功放电源功率、输出功率、管耗与输出电压的关系曲线。电源功率曲线是一条以Uom为变量的直线，电源功率与输出电压成正比，输出电压越大，直流电源提供的功率就越大；管耗曲线是以输出电压为变量的二次函数，是一条开口向下的抛物，因此管耗具有最大值，最大管耗约为最大输出功率的0.2倍；输出功率曲线是以输出电压为变量的二次函数，是一条开口向上的抛物线，输出电压最大时输出功率最大。

参考文献

[1]余辉晴.模拟电子技术教程[M].电子工业出版社，2014.

[2]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社，2013.

[3]华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2006.

功率放大器范文第9篇

关键词：GaN；负载牵引；射频；功率放大器；管芯

中图分类号：TN722.75 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）01-0075-02

0 引 言

在通信和雷达系统中，功率放大器是其主要的组成部分，它的性能优劣对整个系统来说，影响巨大。在雷达的主要部件—— TR组件设计中，要求高功率和体积小、质量轻、可靠性高、低成本。人们对通信系统的质量和业务范围也要求越来越高。随着半导体工艺的快速发展，电路集成度的迅速提高，人们对微波组件性能的期望值也越来越高。特别是对微波功率放大器，人们总希望其频带越来越宽、功率越来越大、通用性越来越强。GaN材料作为第三代半导体的代表，具有大带宽、高饱和电子漂移速率和高击穿电子强度等显著特点。GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）理论上可以实现更大的输出功率、更高的工作效率以及更高的抗辐照能力，代表固态微波器件的发展方向。以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）为代表的宽禁带半导体射频微波器件必将在雷达、电子对抗、通信系统中取得广泛的应用，而且也将解决航空航天电子设备等方面的难题[1]。

本文采用CREE公司的GaN管芯CGH60120D，采用ADS负载牵引技术设计C波段的微波功率放大器，其发射功率接近100 W。

1 理论基础

功率放大电路设计包括同时提供准确的有源器件建模、有效的阻抗匹配（依赖于技术要求和工作条件）、工作的稳定性并易于实现等。功率放大器的设计品质的评估是在稳定工作条件下使得放大器级数最少、实现功率增益最大。为了稳定工作，必须计算有源器件潜在的不稳定工作的频域。为了避免寄生振荡，需要讨论不同频率范围（从低频到靠近器件的特性频率）的稳定电路技术。功率放大器的关键参数是它的线性度，这个参数对移动通信应用是非常重要的。另外，功率放大器的其他参数有最大输出功率、效率、l dB压缩点、三阶交调点等。器件的偏置条件决定了工作状态[2]。

2 直流仿真

放大器要想工作在正常状态，就必须确定一个静态工作点，通过直流仿真了解功放管的静态工作点 ，确定如图 1所示的、正确的偏置和器件静态 I V曲线。

根据 CGH60120D的资料显示 ，该器件典型工作状态下的漏级电压为28 V，静态电流为1.219 A，图1中，横坐标为漏级电压 ，纵坐标为电流值 ，在 Vg为28 V的不同曲线中找到能够使漏极电流为 180 mA的点 ，这时的栅极电压为-2.8V，这样便确定了晶体管的 2个供电电压值。

3 稳定性

功率放大电路设计的目的在于在预先估计稳定度并给定输出功率值的情况下，得到最大功率增益和效率。功率放大电路的不稳定性导致不希望的寄生振荡，使得输出信号失真。放大电路不稳定的主要原因之一是通过有源器件的内在电容、内在电感，以及外部电路元件，由输出端正反馈到输入端口。因此，任何功率放大电路，特别是在射频和微波频率，稳定性分析是非常关键的[3]。图2所示是其电路的稳定因子图。

由图2可以看出，在5 GHz时，该电路的稳定因子为2.925，大于1，可知此电压下，其电路是稳定的。

4 负载牵引

功放的输出功率主要取决于有源器件的负载阻抗，通过改变不同的负载阻抗值，测试功放的性能，这就是负载阻抗牵引。同理改变源阻抗的值来获得功放不同的性能叫做源阻抗牵引。搭建一套实际的负载（源）阻抗牵引系统是很困难而且代价昂贵的，但是随着微波 EDA技术的发展，利用软件仿真来实现负载（源）阻抗牵引是很方便的[4]。用ADS软件中的LoadPull模块对管芯进行负载牵引情况如图3所示。

由图3中可得出其最佳负载阻抗为1.614+j*1.604。下来就可根据阻抗匹配理论 ，在 smithchar对输出共扼匹配 ，利用微带线完成匹配网络，网络在阻抗圆图上的轨迹如图 4所示。

由图4可以得出，该管芯的负载匹配电路如图5所示。

把负载阻抗加入电路，再用同样方法进行源阻抗牵引，并在smithchar完成匹配电路。最后把源阻抗也加入电路中，得到的整体电路如图6所示。

而对整体电路进行优化后，再对整体电路进行谐波平衡仿真，其功率仿真结果如图7所示。

由图7可以看到，该电路的最佳输出功率为49.644 dBm，接近100 W，因而可达预期的功率输出。功放的效率仿真结果如图8所示，可以看到，其效率值达到56.278%，符合功放设计的预期值。

5 结 语

本文对CREE公司的CGH60120D氮化镓管芯进行负载牵引仿真，结果证明：此芯片设计下的C波段功率放大器的最佳功率能达到100 W。可以满足通信领域和雷达领域对功率放大器放大值的需求。

参 考 文 献

[1] BAHL I.射频与微波晶体管放大器基础[M]. 北京： 电子工业出版社，2013.

[2]徐兴福.ADS200射频电路设计与仿真实例[M].北京： 电子工业出版社，2010.

[3] Pozar D M.微波工程[M].北京：电子工业出版社，2006.

[4]邢靖.基于负载牵引测试系统的功率管参数提取[J].微波学报，2009，25（3）： 56–59.

功率放大器范文第10篇

引脚功能、内部结构及主要参数

1

TDA7295采用15脚单列直插式封装，引脚排列如图1所示。表1列出了TDA7295的引脚功能。

TDA7295内部结构分为三级，差分输入级采用双极型晶体管，驱动级和功率输出级由DMOS场效应管组成，内部还设有过热、过压、短路等保护及静噪功能，其内部结构框图如图2所示。

TDA7295主要技术参数如下：在20Hz ~ 20kHz、RL=4 / 8Ω的条件下，THD为0.1%时，连续输出功率PO为50W；THD为10%时，连续输出功率PO为80W；电源电压VS为±10 ~±40V；最大输出峰值电流IO为6A；总谐波失真THD（PO=5W，f=1kHz）为0.005%；转换速率为10V/μs；输入阻抗Ri为100kΩ；静态电流Iq为30mA；工作温度Top为0 ~ 70℃。

内部电路功能与特点

音频放大电路 如图2所示，TDA7295内部采用宽频直流耦合放大电路，提高放大器对信号低频的控制力度，并有助于减小非线性失真。差分输入级由双极型晶体管组成，驱动级和功率输出级采用DMOS场效应管，这种结构可以综合双极型晶体管低噪音和功率场效应管在线性、温度系数、音色上的优点。输入级、驱动级的电源偏置采用了恒流源，使直流放大电路具有很好的稳定性，把可能的直流偏移减至最小，同时也可取得很高的交流阻抗。

静噪电路 如图3所示，通过控制STAND-BY脚和MUTE脚上的电压（如在接口处直接用CPU控制），可使放大器在导通、无声和截止之间切换，消除电源通断引起的冲击噪声。表2列出具体的工作模式与静噪控制脚(9脚、10脚)电压之间的关系。

保护电路 内置超温保护电路，当放大器结温超过145℃，自动关闭输出；过压限制，当电源电压VS超过±40V，过压保护电路动作；输出端与地、输出端与VS之间短路时有过流限制保护；引脚上有ESD静电放电保护。

应用电路

单端功率放大器 TDA7295组成的单端功率放大电器如图3所示。电源电压+VS从IC的7脚、13脚施加，+VS从8脚、15脚施加，1脚、4脚接地。音频信号经2.2μF的电容器和22kΩ的接地电阻，通过IC的2脚输入放大器，14脚输出直接驱动扬声器RL（4Ω、8Ω）。

该放大器的闭环电压增益Gv=30±2dB，增大R3可提高放大器的增益，反之降低。在本电路中不单独对STAND-BY / MUTE脚进行控制，可将静噪端接电源电压+VS。R4、R5、C3、VD及R6、C4组成静噪控制电路。放大器开机时，因（R4+R5）≥R6，9脚比10脚先升到高电位，而关机时则后变为低电位，这就使TDA7295开 / 关机时，自动执行静音，消除放大器开 / 关机时的大电流对扬声器的冲击。静噪转换时间常数由R4、R5、C3、和R6、C4决定。

C5、C7为电源滤波电容，可采用耐压50V、3300μF到6800μF的大容量电解电容，要求它们尽量靠近IC相应管脚（不大于2cm），以降低电源纹波电压。在C5、C7的旁边各并联一只0.1μF的CBB电容（C6、C8）用于消除高频噪声，防止放大器产生自激。